11 转化思维在化学平衡解题中的应用例析-《中学生数理化》高考理化2025年10月刊

解题篇经典题突破方法 高考理化2025年10月 中学生数理化 转化思维在化学平衡解题中的应用例析 ■河南省濮阳市第一高级中学 王清泉（正高级教师） 万艳丽 转化思维是解决问题时常用的方法，能 这种等效转化思想可以简化复杂的化学平衡 把较复杂的问题简单化，难理解的问题变成 分析过程，让我们更容易理解和预测平衡状 较简单的问题。转化思维的本质是：在解决 态以及分析各物质的转化率等问题。 一个问题时，人们的眼光并不落在结论上，而 例1完全相同的两个容器甲和乙，已知 是去寻觅追求一些熟悉的结果，由此将问题 甲中装有SO2、O2各1g,乙中装有SO2、O2各 化陌生为熟悉，化难为易，化繁为简，化大为 2g,在同一温度下反应，2SO2(g)十O2(g)一 小，各个击破，最终达到解决问题的目的。转 2SO(g)达平衡时，甲中SO,的转化率为a%, 化思维是考查我们运用所学知识解决实际问 乙中SO2的转化率为b%,则( ）。 题的能力，这种思维方式在化学平衡解题中 A.a-b B.a%<b% 也有典型的应用。转化思维明确的考生在解 C.a%=b% D.无法判定 答难题和陌生题时，表现出来的信心比较足。 解题思路：建立这样的模型，把乙中的 在解题过程中，从同一题的信息源产生不同 SO2、O,平均分成2份，每份为1gSO2和 的遐想，然后对每一种退想进行合理的推理， 1gO2,然后，分别装入两个与甲相同的容器 一旦一种退想思维受阻立即转换思维方式， 中，建立两个完全相同的平衡状态。再把两 自觉运用转化策略，转化题目的条件或问题， 个容器中的物质压缩到一个容器中去，如图 从而拓腰解题思路。 1所示。 一、将实际问题转化为数学关系 SO, 首先根据化学方程式中的化学计量数， 2 g SO2 建立起各物质的物质的量变化的比例关系。 1g021g02 2g02 例如，对于反应3N2十3H,一一2NH,在一定 E L 温度和压强下，起始时N2、H2的物质的量分 图1 别为amol和bmol,达到平衡时NH的物 对于2SO2(g)十O2(g)一2SO(g),加压缩 质的量为cmol。根据反应方程式，N2、H2 小体积，平衡右移，故SO,的转化率曾大。 与NH的化学计量数之比为1：3：2。设 答案：B N2转化的物质的量为xmol,则H2转化 变式1在一定温度下，向一个容积固 3xmol,生成NH2为2xmol。这里将化学 定的密闭真空容器中充入2molX气体，发 物质的转化关系转化为了数学上的比例关 生反应X(g)一Y(g)十Z(g),使反应达到平 系，这一过程体现了将化学问题转化为数学 衡，这时容器中的混合气体中X气体的体积 模型的思想，有助于我们利用数学方法解决 分数是a%。若在同一容器中，最初放入的是 化学问题。 1molY和1molZ的混合气体，并在相同的 二、等效转化 温度下使反应达到平衡，这时混合气体中X 在分析化学平衡移动对转化率的影响 气体所占的体积分数是b%。则a和b的关 时，会用到等效转化的思想。例如，在恒容容 系是()。 器中，对于反应2SO2十O2一2SO?,如果起 A.ab B.a=b C.a<b D.2a=b 始时加入2 mol SO,和1molO2,与起始时 答案：A 加人2 mol SO,在相同温度下达到平衡时， 变式2体积相同的甲、乙两个容器中， 这两种情况是等效的。我们可以将加入 分别都充有等物质的量的SO2和O,,在相同 2 mol SO,的情况，根据反应方程式等效转 温度下发生反应2SO2(g)十O2(g) 化为2mo1S0,和1mo1O2的情况来分析。 2SO(g),并达到平衡。在这过程中，甲容器 37 中学生表理化业经琴酸方萨 保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容 体积为1L,相当于对A加压转化为B。加压 器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO, 平衡向右移动，转化率变大。 的转化率( )。 (3)B中压强大，反应速率快，达到平衡 A.等于p% B.大于力% 用的时间短。 C.小于力% D.无法判断 (4)结合第(2)问分析可知，等压时两容 答案：B 器的体积共为2.4L,而B容器的体积为1 例2如图2，有A、B两个密闭容器，A L,故A容器的体积为1.4L。 容器有1个移动的活塞能使容器内保持恒 答案：(1)60%(2)<(3)>(4)1.4 压，B容器能保持恒容，起始时向A容器中充 变式3如图3，容器A左侧是可平行移 人2 mol SO2、1molO2,向B容器中充入 动的活塞。向A中充入1molX和1mol 4mo1SO,、2mo1)2,并使A和B容器容积 Y,向B中充人2molX和2molY,起始时 都为1L,在保持40℃的条件下，发生反应 V(A)=V(B)=aL。在相同温度和有催化 2SO2(g)十O2(g)一2SO3(g),平衡时，A容 剂存在的条件下，两容器中各自发生反应 器的体积为0.8L。填空： X(g)十Y(g)Z(g)+2W(g),达到平衡时 V(A)=1.2aL 可 (1)A中X的转化 率为 (2)A、B中X转化 图2 率大小关系为A B (1)A容器中SO2的转化率为 (填“>”“=”或“<”)； (2)A、B两容器中SO2转化率：A B 图3 (3)打开K,一段时 (填“>”“=”或“<”)。 间后又达到平衡时，A的体积为L。(连 (3)达到平衡时所需时间：A三 B(填 通管中气体体积不变) “>”“=”或“<”)。 答案：(1)40%(2)>(3)2.6a (4)当A、B两容器连接后，打开K、K2, 一段时间后又重新达到平衡时，A容器的体 例3一定温度条件下将2 mol SO, 积为L。(连通管中气体体积不变) 和2 mol SO,气体混合于一固定容积的密闭 解题思路：(1)设平衡时，A容器中消耗 容器中，发生反应2SO,(g)十O2(g)一 2SO,(g),平衡时SO,为nmol。在相同条件 O2为xmol。 下，分别按下列配比在上述容器中放人起始 2S0,(g)+0,(g)=2S0(g) 物质，平衡时S。3的物质的量等于nmol的 n(起始)/mol 1 0 n(转化)/mol 是( ）。 2a x 2x n(平衡)/mol 2-2x A.5 mol SO:+1 mol O2 1-x 2x B.4 mol SO2+1 molO2 (2-2x)+(1-x)十2x=0. 2+1 1，x=0.6, C.2 mol SO,+1 mol O,+2 mol SO 则A容器中S0,的转化率为20.6 D.3 mol SO2+1 mol O2+3 mol SO 2 100% 解题思路：本题可利用恒温恒容下的等效 =60%。 转化分析问题：将题干中SO,转化成SO2,即 (2)A容器中充人2 nol SO2、1molO2, 投料可理解为4 mol SO2,1molO2,再将C选 在等压条件下，平衡时A容器的体积为 项转化为4 mol SO2、2molO2,D选项转化为 0.8L,利用转化思维，B容器中充入4mol 6 mol SO2、2.5molO2。故平衡时，A中SO SO2、2molO2,在等压（与A相同）条件下，平 的物质的量大于nmol,B中SO等于nmol, 衡时B容器的体积为1.6L,实际上B容器的 C、D中SO的物质的量均大于nmol。 38 高考理化是被方清中学生教理化 解题篇经典题突破方法 答案：B 1×101×2.6×10 三、“转化思维”运用于化学平衡常数的 答案：4.7×10×3.5×10 计算 四、转化思维的巧妙运用 例4对废催化剂进行回收可有效利 例5在一定温度下，将等物质的量的 用金属资源。某废催化剂主要含铝(A1)、钼 A和B充入一密闭容器中，发生反应A(g)十 (Mo)、镍(i)等元素的氧化物，一种回收利 2B(g)一2C(g),反应达到平衡时，若A和B 用工艺的部分流程如下： 的物质的量之和与C相等，则此时A的转化 NaOH(s) 过量C02 适量BaCl2溶液 率为()。 废催50一水浸装沉铝装沉细 BaMoO (s) A.40%B.50%C.60%D.70% 化剂焙烧厂过滤过滤过选 L→滤液Ⅲ 解题思路：常规思维：根据化学平衡的一 含Ni固体 X-→AlAs 般计算方法，设A、B、C三种物质的变化浓度 已知：(1)25℃时，HCO的K1=4.5× 分别为x、2x、2x,然后利用“A和B的物质 10-7,K2=4.7×10-1;Kp(BaMoO1)= 的量之和与C相等”，列出方程式，解出A的 3.5×10-8;Kp(BaCO3)=2.6×10 变化浓度x,从而求出A的转化率。 (2)“沉钼”中pH为7.0。 转化思维：按非可逆反应考虑，设均为 若条件控制不当，BaCO,也会沉淀。为 1mol的A、B,则只有0.5molA参加反应， 避免BaMoO,中混人BaCO,沉淀，溶液中 转化率为50%，但由于是可逆反应，所以A c(HCO)·c(MoO)=_一（列出算式） 的转化率应小于50%。这样就大大简化了 时，应停止加人BaCl,溶液。 计算过程，节省了考场上宝贵的时间。 解题思路：若开始生成BaCO3沉淀，则 答案：A 体系中恰好建立如下平衡：HCO十BaMoO 例6在一个6L的密闭容器内，通入 一BaCO十MoO+H,利用该反应的化 3LX(g)和2LY(g),在一定条件下发生下 学平衡常数进行转化，转变为题中已知的信 列反应：4X(g)十3Y(g)一2Q(g)十nR(g)。 息，即：K= c(H+)·c(MoO号) 达平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强 c(HCO) c(H)·c(CO)·c(MoO)·c(Ba+) 比原来增加5%，X的浓度减小子，则该反应 c(HCO)·c(CO号)·c(Ba+) 方程式中的n值是()。 Ke·Kp(BaMoO,) K(BaCO) 。为避免BaMoO,中混 A.3B.4C.5D.6 解题思路：此题看似需要计算，其实是利 入BaCO沉淀，必须满足 用转化思维进行巧思妙解：混合气体压强增 c(H*）·cMoO）≤Ke·Km(BaMoO), 大，说明气体物质的量增多；X的浓度减小， c(HCO) Kp(BaCO) 说明平衡向右移动。由此可知，生成物的化 由于“沉钼”中pH为7.0，c(H)=1× 学计量数之和大于反应物的化学计量数之 10'mo1·L,所以溶液中C(MoO) 和，即2十n>4十3，n>5,故D选项正确。 c(HCO) 答案：D K2·Kp(BaMoO1） 1X10'mol·L×Kn(BacO,)时，开始生 点评：通过上面几例可以知道，在解决化 学问题时，通过转化思维挖掘题目条件与问 成BaCO,沉淀，因此，c(HCO) 题之间的潜在关系，有助于将复杂的化学问 c(MoO)= 1×107mol·L1×Kp(BaCO3) K2·Kp(BaMoO1) 题转化为熟悉的问题情境，利用已有的知识 1×10-7×2.6×109 进行快速解答。衷心希望同学们能够体会转 4.7×10"×3.5×10时，应停止加入BaC, 化思维的方法，并在解题时加以具体运用。 溶液。 (责任编辑谢启刚) 39