高三化學(xué)攻關(guān)三十六法之――虛擬法

所謂虛擬法，就是在分析或解決問題時(shí)，根據(jù)需要和可能，虛擬出能方便解題的對(duì)象，并以此為中介，實(shí)現(xiàn)由條件向結(jié)論轉(zhuǎn)化的思維方法。

●難點(diǎn)磁場

請(qǐng)?jiān)囎鱿铝蓄}目，然后自我界定學(xué)習(xí)本篇是否需要。

A、B、C、D為四種易溶物質(zhì)，它們在稀溶液中建立如下平衡：

A＋2B＋H₂OC＋D

當(dāng)加水稀釋時(shí)，平衡向_______(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向移動(dòng)，理由是           

                                   。

●案例探究

［例題］600 K時(shí)，在容積可變的透明容器內(nèi)，反應(yīng)2HI(g)I₂(g)＋H₂(g)達(dá)到平衡狀態(tài)A。保持溫度不變，將容器的容積壓縮成原容積的一半，達(dá)到平衡狀態(tài)B。

圖8―1

(1)按圖8―1所示的虛線方向觀察，能否看出兩次平衡容器內(nèi)顏色深淺的變化?并請(qǐng)說明理由。

答：                                                                

(2)按圖8―1所示的實(shí)線方向觀察(活塞無色透明)，能否看出兩次平衡容器內(nèi)顏色深淺的變化?并請(qǐng)說明理由。

答：                                                               

命題意圖：考查學(xué)生對(duì)平衡移動(dòng)及有色氣體濃度被等知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

知識(shí)依托：勒夏特列原理。

錯(cuò)解分析：從實(shí)線方向觀察，根據(jù) A、B 兩狀態(tài)下的 I₂ 的濃度關(guān)系：

c_B(I₂)=2c_A(I₂)

誤以為能觀察到容器內(nèi)顏色的變化。

解題思路：狀態(tài)A與狀態(tài)B的不同點(diǎn)是：p_B＝2p_A，但題設(shè)反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，即由狀態(tài)A到狀態(tài)B，雖然壓強(qiáng)增大到原來的2倍，但是平衡并未發(fā)生移動(dòng)，所以對(duì)體系內(nèi)的任何一種氣體特別是 I₂(g) 而言，下式是成立的：c_B［I₂(g)］=2c_A［I₂(g)］。

對(duì)第(2)小問，可將有色氣體 I₂(g) 沿視線方向全部虛擬到活塞平面上――猶如夜晚看碧空里的星星，都在同一平面上。則視線方向上的 I₂ 分子多，氣體顏色就深；反之，則淺。

答案：(1)可以觀察到顏色深淺的變化。由于方程式兩邊氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量相等，容積減半，壓強(qiáng)增大到2倍時(shí)，I₂(ｇ)及其他物質(zhì)的物質(zhì)的量均不變，但濃度卻增大到原來的2倍，故可以看到I₂(ｇ)紫色加深。

(2)不能觀察到顏色深淺的變化。因?yàn)橛蔂顟B(tài)A到狀態(tài)B，平衡并未發(fā)生移動(dòng)，盡管 c_B［I₂(g)］=2c_A［I₂(g)］，但 v_B［I₂(g)］=v_A［I₂(g)］，即視線方向上可觀察到的 I₂(g) 分子數(shù)是相同的，故不能觀察顏色深淺的變化。

●錦囊妙計(jì)

化學(xué)中，虛擬法的應(yīng)用是廣泛的，除可虛擬物質(zhì)狀態(tài)外，還有很多可用虛擬法解決的問題，如①配平復(fù)雜氧化還原反應(yīng)時(shí)，可將復(fù)雜化合物中各元素的化合價(jià)皆虛擬為零；②虛擬出某些混合物的“化學(xué)式”；③虛擬出某些解題時(shí)用到的數(shù)據(jù)；④虛擬出解題需要的某些條件；⑤虛擬反應(yīng)過程；⑥虛擬反應(yīng)結(jié)果等等。

●殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.(★★★)在一密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：

aA(g)bB(g)

達(dá)平衡后，保持溫度不變，將容器容積增加一倍，新平衡建立時(shí)，c_B 是原來的 60%，則(   )

A.平衡向正反應(yīng)方向發(fā)生了移動(dòng)                            B.A 物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率變小了

C.B 物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大了                            D.a＞b

2.(★★★)在常溫常壓下，向5 mL 0.01 mol?L^－1FeCl₃(aq)中滴入0.5 mL 0.01 mol?L^－1的NH₄SCN(aq)，發(fā)生如下反應(yīng)：

FeCl₃＋3NH₄SCNFe(SCN)₃＋3NH₄Cl (   )

所得溶液顯紅色，改變下列條件，能使溶液顏色變淺的是

A.向溶液中加入少量KCl晶體

B.向溶液中加入少量的水

C.向溶液中加入少量無水硫酸銅，變藍(lán)后立即取出

D.向溶液中滴加2滴1 mol?L^－1的FeCl₃(aq)

3.(★★★★)在一定溫度和壓強(qiáng)下，某容器內(nèi)存在如下平衡(平衡 A)：

2NH₃(g)＋CO₂(g)CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)

這是工業(yè)合成尿素的反應(yīng)。如果將容器的容積縮小為原來的 1/3，則達(dá)到平衡時(shí)(平衡 B)下列說法一定正確的是(   )

A.氣體的平均式量比原來大                                   B.氣體的平均式量比原來小

C.氣體的平均式量與原來相等                         D.依據(jù)題給條件無法確定

4.(★★★★★)CuCl₂(aq) 因濃度不同，顏色往往不同。有的是黃色，有的是綠色，還有的是藍(lán)色。已知 CuCl₂(aq) 中存在如下平衡：

［Cu(H₂O)₄］^2＋＋4Cl^－［CuCl₄］^2－＋4H₂O

藍(lán)色                                   黃色

試回答下列問題：

(1)欲使溶液由黃色變?yōu)樗{(lán)色，可采取的兩種方法為：①          ；②         。

(2)欲使溶液由藍(lán)色變?yōu)榫G色，可采取的兩種方法為：①          ；②         。

難點(diǎn)磁場

解析：可將水虛擬為容器，將 A、B、C、D 四種易溶物質(zhì)虛擬為盛在“水――容器”中的氣體物質(zhì)。那么，加水稀釋，“氣體”的體積擴(kuò)大，壓強(qiáng)減小，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向氣體體積增大的方向，即上列平衡的逆反應(yīng)方向移動(dòng)。由此，可以得出結(jié)論：溶液稀釋時(shí)，平衡向溶質(zhì)粒子數(shù)增加的方向移動(dòng)。

答案：逆  因?yàn)橄♂尯螅瑔挝惑w積內(nèi)溶質(zhì)的粒子總數(shù)(或總濃度)減小，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向單位體積內(nèi)溶質(zhì)的粒子總數(shù)(或總濃度)增加的方向移動(dòng)。

殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.提示：虛擬一種中間狀態(tài)，假設(shè)平衡不移動(dòng)，則新平衡建立時(shí)：c_B 是原來的 50%，而事實(shí)上 c_B 是原來的 60%，這表明擴(kuò)大容積平衡向生成 B 的方向――正反應(yīng)方向發(fā)生了移動(dòng)。

答案：AC

2.解析：從反應(yīng)實(shí)質(zhì)來看，溶液中存在的化學(xué)平衡是：

Fe^3＋＋3SCN^－Fe(SCN)₃

等系列反應(yīng)�？梢娂尤� KCl 晶體，對(duì)此平衡無影響；但加入 2 滴 1 mol?L^－1 的 FeCl₃(aq)，使溶液中 Fe^3＋ 濃度增大，平衡則向正反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液顏色變深。A、D 項(xiàng)皆不可選。

對(duì)于 B、C 選項(xiàng)，因平衡體系中的水量發(fā)生了改變，導(dǎo)致溶液中所有溶質(zhì)的濃度或同等程度地增大，或同等程度地減小；若要判斷平衡移動(dòng)的方向，從濃度的改變來看，似無從下手。如果我們變換一下思路，將上列平衡體系中的 Fe^3＋、SCN^－ 和 Fe(SCN)₃ 均虛擬為氣態(tài)物質(zhì)(虛擬其狀態(tài))，則向平衡體系中加水，可認(rèn)為增大了容器的容積，即減小了氣體反應(yīng)物的壓強(qiáng)(或濃度)，平衡就向氣體體積擴(kuò)大的方向(即上列反應(yīng)的逆反應(yīng)方向)移動(dòng)，這樣液體顏色就會(huì)變淺�？梢� B 項(xiàng)可選而 C 項(xiàng)不可選。

若采用極限思維，對(duì)于 B 選項(xiàng)，可作如下設(shè)想：加入的水不是很少而是很多，這樣上列平衡體系中，F(xiàn)e^3＋與 SCN^－ 相互碰撞結(jié)合成 Fe(SCN)₃ 分子的機(jī)會(huì)越稀越少，而 Fe(SCN)₃ 分子電離成 Fe^3＋ 和 SCN^－ 的機(jī)會(huì)則越來越多，無疑是加水的結(jié)果，平衡是向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的，故而溶液顏色變淺。

答案：B

3.解析：容器容積縮小，反應(yīng)氣體壓強(qiáng)增大，合成尿素[CO(NH₂)₂]的反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，由反應(yīng)方程式知，氣體物質(zhì)的量每減少 2 mol，就有 60 g 尿素生成――固體質(zhì)量增加60 g，氣體質(zhì)量減少60 g。那么，可將平衡向右移動(dòng)的結(jié)果虛擬為：將 30 g?mol^－1的氣體從反應(yīng)容器中移出。

由于原混合氣體平均式量 _r(A)介于M_r(NH₃)、M_r(CO₂)、M_r(H₂O)中最大者(44)與最小者(17)之間，故有以下討論：

(1)若 _r(A)＞30，則移走 M_r=30的氣體后，剩余氣體平均式量增大，故有_r(B)＞_r(A)

(2)若_r(A)=30，則_r(B)= _r(A)，

(3)若_r(A)＜30，則_r(B)＜_r(A)

因?yàn)樵�混合氣體的平均式量在題設(shè)條件下無法確定，所以新平衡建立后氣體平均式量數(shù)值的變化無法確定。

答案：D

評(píng)注：若將“一定”改為：可能，則 A、B、C、D 四備選項(xiàng)都可選。

4.解析：(1)加入 Ag^＋ 降低 Cl^－ 濃度，可使平衡向左移動(dòng)。

將水虛擬為容器，將離子虛擬為氣體，則加“水――容器”容積擴(kuò)大，平衡向氣體體積擴(kuò)大的方向，即本反應(yīng)的逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

(2)由美學(xué)知識(shí)可知，藍(lán)黃相混可得綠色。這樣 ，平衡向右移動(dòng)，可使溶液由藍(lán)變綠。由(1)知，加水 CuCl₂ 濃度降低，平衡向左移動(dòng)；則增大 CuCl₂ 的濃度(或 Cu^2＋ 的濃度，或 Cl^－ 的濃度)平衡向右移動(dòng)。

答案：(1)加水      加 AgNO₃(s)[或 AgNO₃(aq)]

(2)加 CuCl₂(s)[或濃 CuCl₂(aq)]         加NaCl(s)[或濃 NaCl(aq)等]