平衡原理很重要 多种应用常考到

安徽省灵璧县黄湾中学(234213)

华 振●

平衡原理很重要 多种应用常考到

安徽省灵璧县黄湾中学(234213)

华 振●

化学平衡原理是化学知识的基本原理之一，它不仅在解决化学问题中应用广泛，并且在其他学科领域也有应用.下面举例说明，希望同学们能够从中得到有益的启示.

一、在工业生产中的应用

例1为了防止铁制品生锈，可对其表面进行“发蓝”处理：把铁制品浸入热的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一层致密的Fe3O4氧化膜，发生的反应可表示如下：

某研究小组发现，若上述热的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄.请用化学平衡原理解释发生这种现象的原因.

解析 许多同学看到本题会感到无从下手，究其原因是不能从整体都的角度分析题给三个化学方程式之间的相互联系.反应①、③是可逆反应，反应②是不可逆反应，当NaOH含量较少时，使反应①生成的Na2FeO2及反应②生成的Na2Fe2O4质量都少，致使反应③生成的Fe3O4的质量也少，氧化膜的厚度就薄.当NaOH含量太多时，尽管反应①、②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的质量增加，但太多的NaOH又会使反应③的化学平衡向逆反应方向移动，结果生成的Fe3O4的质量变少，氧化膜的厚度变薄.

由此可见，铁制品进行“发蓝”处理时，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一.

例2 (2016全国卷Ⅲ)丙烯腈(CH2CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列问题：(1) 以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：

C3H3N(g)+3H2O (g) ΔH=-515 kJ·mol-1①

C3H4O (g)+H2O (g) ΔH=-353 kJ·mol-1②

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是____；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是____.

(2) 图1为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃.低于460 ℃时，丙烯腈的产率____(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是____；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是____(双选，填标号).

A. 催化剂活性降低 B. 平衡常数变大

C. 副反应增多 D. 反应活化能增大

(3) 丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图2所示.由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为____，理由是____.进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为____.

解析 (1) 由于反应①、②均为放出热量较多的反应，产物的能量较低，故两个反应在热力学上趋势很大；由于反应①为放热反应，且该反应为气体分子数增大的反应，故降低温度和减小压强均有利于反应正向进行，从而提高丙烯腈的平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂.即应顺填：两个反应均为放热量大的反应；降低温度、减小压强；催化剂.

(2) 反应①为放热反应，升高温度，丙烯腈的平衡产率应降低，故低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460℃时，催化剂的活性降低、副反应增多均可导致丙烯腈的产率降低，则选项A、C正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，则选项B错误；升高温度可以提高活化分子的百分数，但不能改变反应所需的活化能，则选项D错误.即应顺填：不是；该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低；A、C.

(3) 从图2中可以看出，当n(氨)/n(丙烯)≈1时，丙烯腈的产率最高，此时几乎没有丙烯醛；只发生反应①时，NH3、O2、C3H6的物质的量之比为1∶1.5∶1，结合空气中O2的体积分数约为20%，可确定进料气NH3、空气、C3H6的理论体积之比约为1∶7.5∶1.即应顺填：1；该比例下丙烯腈产率高，而副产物丙烯醛产率最低；1∶7.5∶1.

二、在农业科技中的应用

例3 某实验小组研究CO2浓度对植物生长的影响，做了如下的对比实验：

(1)取两株形态、大小基本相同的同种绿色植物，分别置于甲、乙两只相同的密闭玻璃容器内.

(2)在甲、乙两容器内分别充入CO2，并使乙容器内CO2的浓度为甲容器内的3倍.

(3)给甲、乙容器充足光照，4 h后，测得甲容器内CO2的含量减少144 mg，乙容器内CO2的含量减少162 mg.

问：(1)乙容器内CO2的量比甲容器内CO2的量减少得多的原因是什么？

(2)从该实验的结果中，你能得到什么有益的启示(举一例有关农业生产的问题).

解析 (1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故这一过程可视为可逆反应：

根据化学平衡原理，不难判断，增大CO2的浓度，可使平衡向正反应方向移动，因而增加了CO2的消耗量，这一理论分析与实验小组的实验结果是相吻合的.

(2)由上述实验结果知，增大CO2的浓度，可促进光合作用的进行，提高葡萄糖的产量(即提高农作物的产量).若将其应用到农业生产上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增产效果.

三、在环境保护中的应用

例4 人类目前对煤、石油的过度消耗，使空气中的CO2浓度增大，导致地球表面温度升高，形成了温室效应.科学家对CO2的增多带来的负面影响较为担忧，于是提出将CO2通过管道输送到海底的方法，这可减缓空气中CO2浓度的增加，请你根据CO2的性质和化学平衡原理回答：

(1)这样长期下去，将给海洋造成什么样的影响？

(2)你认为消除CO2的负面影响的最好方法是什么？

四、在人体科学中的应用

例5 为什么健康人摄入少量的酸或碱后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范围内.请用化学平衡原理加以解释.

五、在医学为生中的应用

A. 尿酸钠溶液呈酸性 B. 尿酸钠晶体难溶于水

C. 该正反应应为放热反应 D. 该正反应应为吸热反应

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