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例谈假设法在突破化学平衡题中的运用_极端假设

时间:2012-10-17  作者:佚名

论文导读::极端假设法。不动假设法当我们遇到一些化学平衡题目。我们不妨采取过程假设法:为了解题方便。
论文关键词:极端假设,不动假设,可能假设,过程假设
 

一 假设法的定义

当某一可变因素的存在形式限定在有限种可能时,假设该因素处于某种情况,并以此为条件进行推理,谓之假设法。它是科学探究中的重要思想方法,大量应用于数学、物理研究中,是科学研究过程中常用的一种思维方法。那么在化学上,当我们学生遇到一些“不知所措”、“无从下手”的化学平衡题目,或者是我们用常规思路和常规方法不好解决时,假如也能对一些条件、过程等进行假设,然后再结合我们已经掌握的知识加以分析推导灵活运用假设法的话,必将不仅能简化我们的思维过程,而且还能降低我们的解题难度,使我们能在轻松自如中把题目给解决出来,进而也可达到事半功倍的效果。

二 常见的假设法及其运用

1.极端假设法

所谓的极端假设,就是把我们所研究的实际不可能完全转化的对象或过程,假设到能够完全进行的理想的极端情况,从而使使我们的解题思路变得明了、清楚,然后只要我们再通过简单地通剖析,便能很快得出正确的结论,在判断化学平衡题中有关反应物或者生成物所对应值的范围很有实效性。

例1.在密闭容器中进行如下反应:X(g)+3Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户极端假设,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!2Z(g),其中c(X)、c(Y)、c(Z)初始时分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L,反应达到平衡时,各物质的浓度可能是( )

A.c(X)=0.2 mol/L,c(Y)=0.6 mol/LB.c(Y)=0.5 mol/L

C.c(X)=0.2 mol/L或c(Z)=0.4 mol/LD.c(Z)=0.4 mol/L

解析:对于本题由于初始量各个物质都有,所以我们不知道该可逆反应到底是应该正方向进行达到平衡还是逆风向进行达到平衡,进而不少学生遇到此题时容易搞迷糊,因为他不知道到底该如何下手来进行判断,如果我们用极端假设法的话,那么这样的题就是“小儿科”了。首先,我们假设反应全部正向进行,则生成物c(Z)= 0.4mol/L,实际上它是可逆反应不能完全转化过去,所以便可以得到c(Z) <0.4mol/L即C选项与D选项就不合题意舍去,同理再又假设该反应全部向逆反应进行到底,很快确定反应物c(X)= 0.2mol/L,c(Y)= 0.6mol/L,又因该反应实为可逆反应,所以c(X) <0.2mol/L,c(Y) <0.6mol/L,故只有B答案符合题意。是不是遇到这样的题目都应该小于而不能取等于呢?那我们再来变式下:例2.在密闭容器中进行如下反应:X(g)+3Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!2Z(g),反应达到平衡时测得其中c(X)、c(Y)、c(Z)分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L,则各物质的初始时浓度可能是( )

A.c(X)=0.2 mol/L,c(Y)=0.6mol/L B.c(Y)=0.7 mol/L

C.c(X)=0.3 mol/L或c(Z)=0.4mol/L D.c(Z)=0.4 mol/L

解析:对于此题我们也简单地极端假设,假设一开始反应全部从正方向进行建立起的平衡,则我们应该把生成物极端转化成初始时的反应物变可得c(X)=0.2 mol/L, c(Y) =0.6 mol/L即c(X) <0.2 mol/L, c(Y) < 0.6 mol/L,同理 c(Z) < 0.4 mol/L,那么此题便没有答案了。殊不知此题考查的是各物质的初始时浓度范围,在反应的起始它是有可能只有反应物没有生成物,或者只有生成物没有反应物的。即c(X) ≤0.2 mol/L, c(Y) ≤0.6 mol/L,同理 c(Z)≤ 0.4 mol/L,故本题答案应该是A与D免费论文下载。2.不动假设法当我们遇到一些化学平衡题目,无法确定或者不好判断化学平衡的移动方向,但是如果方向不确定的话,由它衍变出来的其它问题都无法解决进而导致“全盘皆输”。我们便可以尝试用不动假设法,即我们暂时地假设平衡不移动,然后再联系题目中的一些信息条件结合所学知识进行反推,从而引出我们所要的答案。例3.某温度下,在一密闭容器中发生反应aX(g)+bY(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯! cZ(g),达到平衡时,测得c(Z)为0.6 mol/L;若保持温度不变极端假设,将容器体积缩小到原来的一半,当达到新的平衡时,测得c(Z)为1.0 mol/L。则下列判断正确的是 ( ) A.可逆反应的化学计量数:a+b<c B.平衡向正反应方向移动 C.物质X的转化率减小 D.物质Z的质量分数增加 错解分析:对于本题不少学生一开始会简单地认为:由于体积缩小,压强增大,而生成物的浓度正好由原来的0.6 mol/L增大到1.0 mol/L,所以化学平衡应该是向气体体积减小的方向移动即正向移动从而选B与D。那为什么错了呢?因为当体积缩小的同时,不是只有生成物浓度增大,实际上所有物质浓度都增大所以不能简单地只依据生成物浓度增大来确定平衡移动的方向。正解分析:如果我们用不动假设法的话就可以避免这类问题了,当体积变为原来的一半时,此时平衡到底如何移动我们不知道,那么我们可以假设此时平衡不动,则X、Y、Z的浓度都应该变为原来的2倍,即c(Z)应该为1.2 mol/L,而实际上题目中c(Z)为1.0 mol/ L,说明随着体积缩小、压强增大生成物n(Z)减少即平衡逆向移动,故本题答案应该选A与C。同理假如再将题目变式下呢? 例4.前面条件都一样,而达到新的平衡时测得c(Z)为1.3mol/L。则下列判断正确的是 ( ) A.可逆反应的化学计量数:a+b<c B.平衡向正反应方向移动 C.物质X的转化率减小 D.物质Z的质量分数增加 解析:同样当体积缩小到原来的一半,压强增大,我们也假设平衡不动的话,c(Z)应该为1.2 mol/L,而实际上测得c(Z)为1.3mol/L,即平衡正向移动,答案选B与D。再变式:例5.前面条件都一样,而达到新的平衡时测得c(Z)为1.2mol/L则平衡 例6.某温度下,在一密闭容器中发生反应aX(g)+bY(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯! cZ(g),达到平衡时,测得c(Z)为0.6 mol/L;若保持温度不变,将容器体积扩大到原来的2倍,当达到新的平衡时,测得1)当c(Z)为0.2mol/L,则平衡向 移动,a+b c。2)当c(Z)为0.3mol/L,则平衡向 移动,a+b c。3)当c(Z)为0.4mol/L,则平衡向 移动,a+b c。当我们熟练掌握不动假设法的话并会灵活运用的话,相信上面的变式题目都应该是“小菜一碟”。 3.可能假设法  所谓可能假设法是指我们在遇到含有未知数x的化学平衡有关题目的时候,除了要按照常规思路来解题以外,还要能根据所给的选项采取可能假设法再结合所学的知识进行大胆地推测从而得出所有的答案。例7.在恒温恒容的密闭容器中充入3mol A和1mol B极端假设,使之发生反应3X(g)+Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!xZ(g),当达到平衡后,Z的体积分数为m%;当容器的容积与温度不变,若按起始物质的量X:0.9mol、Y:0.3mol、Z:1.4mol充入该容器中,达到新平衡后,测得C的体积分数不变,那么x的值为( ) A 2 B. 4 C. 2或者4 D. 无法确定  解析:不少学生拿到本题以后,一眼就看出是考查在恒温恒容条件下的等效平衡问题,于是高兴地采取等效极端转化:把Z极端转化成生成物,列出0.9+4.2/x=3或者0.3+1.4/x=1很快就求出x=2所以便选了A。是的A确实是对的,但x是不是一定为2呢?为什么选项中还有个4呢?那我们不妨采取可能假设法,即假设x可能为4看看,当x=4时我们其实根本不需要来转化了,为什么呢?因为我们只要再仔细观察下该可逆反应,就会恍然大悟:由于该反应是恒温恒容条件下前后气体系数和相等的反应,只要满足极端转化初始量成比例就可以了,而给我们的数据一眼就可看出满足成比例,所以本题答案不是A而应该是C。所以以后遇到含未知数化学平衡题,我们除了按正常思路解题还可以根据选项巧妙的再可能假设下进而使我们的解题“柳暗花明”。4. 过程假设法当我们遇到一些含有抽象复杂过程的化学平衡题目时,并且运用简单的平衡移动原理不好判断时,我们不妨采取过程假设法:为了解题方便,我们可以将抽象复杂的过程假设为若干个简单、具体的便于分析和比较的过程组合,从而使我们要解决的问题变得清晰明了,得到彻底解决。

例8.在同温同容的甲、乙两容器中分别发生如下反应3X(g)+Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!2Z(g),甲容器中充入1gX和1g Y,乙容器中充入2g X和2g Y免费论文下载。下列叙述中,正确的是()

A.X的转化率:乙>甲 B.平衡后Z的浓度:甲>乙

C.化学反应速率:乙>甲 D.平衡后X的体积分数:乙>甲

解析:我们要直接比较可能感觉过程复杂抽象不好比较,容易搞混淆迷糊。所以我们可以采用过程假设法:由于初始量乙是甲的两倍,那么我们在中间过程中假设乙的容器体积也跟着扩大到甲的两倍,这样它们转成等效平衡,即速率、浓度、转化率等完全一样。然后我们再将乙容器体积压缩至与甲相等,在这过程中对于乙相当于体积缩小压强增大正向移动所以便很容易得到答案A与C。再来看它的变式:

例9. 在同温同容的甲、乙两容器中分别发生如下反应3X(g)+Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!2Z(g),初始时甲乙容器中分别都充入1gX和1g Y,在反应过程中极端假设,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中X的转化率为m%,则乙容器中X的转化率()

A、小于m% B、大于m%

C、等于m% D、无法判断

解析:虽然本题甲乙外界条件不一样,但是我们可以假设甲、乙两个容器都保持体积不变,即它们反应过程及平衡时各个量也应该一样等效,即达到平衡时X的转化率都应该是m%。而实际上,3X(g)+Y(g) 学科网(www.zxxk.com)--教育资源门户,提供试卷、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载,还有大量而丰富的教学相关资讯!2Z(g)是一个气体体积缩小的可逆反应,在达到平衡的过程中,容器内的压强实际上是减小的,所以要维持压强不变,外界必须加压,而加压有利于Z的生成,即X的转化率增大。所以乙容器中X的转化率大于p%,故选B。综上所述,假设法在解决化学平衡题中具有十分重要的实用价值,是一种处理稍复杂化学平衡题的好方法。当我们遇到一些常因缺乏有关解题条件或数据而令人陷入困境时,若能针对具体条件大胆假设出一些有利于我们解题的情境,可给我们的解题带来新的转机。所以,在以后的解题过程中我们要多注意解题方法的选择,注重假设法这种解题技巧的灵活运用,从而达到快速解题的目地。

 

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