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等效思想在化学解题中的应用

                                      

化学试题的解答过程中经常涉及有等效转化思想，可以是过程的等效，也可以是某些量之间的等效，为使同学们更好的掌握等效思想的应用，本文将从如下几个方面谈谈等效思想的应用。

一、等量代换的应用

等量代换可以是式量之间的等效代换（如式量：O—CH₄－NH₂等）、也可以是电子之间的等效代换（如电子数：O－CH₂—NH等）等等。

【例1】现测得某有机物的相对分子质量为58，根据下列条件回答：

⑴若该有机物只有C、H两种元素组成，则可能的结构简式为            ；

⑵若该有机物为烃的含氧衍生物且分子中含有-CH₃，则可能的结构简式有         ；

⑶若该有机物分子中无-CH₃，又无-OH，但能发生银镜反应，则可能的结构简式有     ；

⑷若分子中有-OH，无C=C，则可能的结构简式有              。

解析：根据题目的条件，若该有机物为烃，则有58÷14=4…2，故该烃的分子式为C₄H₁₀，其结构简式分别为：CH₃CH₂CH₂CH₃、CH₃CH（CH₃）₂；若该有机物为烃的含氧衍生物，又因式量均为58，且式量有CH₄～O；故有如下两种情况：C₃H₆O、C₂H₂O₂；其对应的结构有：CH₃CH₂CHO、     CH₂=CHCH₂OH、    -OH、CH₃-OCH=CH₂、OHCCHO。所以答案如下：⑴CH₃CH₂CH₂CH₃、CH₃CH（CH₃）₂；⑵CH₃CH₂CHO；⑶OHCCHO；⑷    -OH。

【例2】3.2g铜与一定量的浓硝酸反应，充分反应后，固体全部溶解，将产生的气体收集到一试管中，其体积为1.12L（标准状况下），现将试管倒置于盛有足量水的水槽中，欲使溶液充满试管，则通入的氧气的物质的量为（  ）

A.0.05mol    B.0.025mol   C.0.0125mol    D.0.0375mol

解析：因铜与浓硝酸反应时，铜完全溶解，同时硝酸的量是一定的，所以产生的气体可能为①NO₂、N₂O₄,②NO₂、NO、N₂O₄，若对其进行讨论则比较麻烦，如果能根据题目的条件分析，硝酸被还原的过程中得到的电子数应等于铜失去的电子数，而通入氧气使溶液充满试管的过程中氮的氧化物被氧化为硝酸，此时氧气得到的电子数等于原硝酸得到的电子数，故铜失去的电子数等于氧气得到的电子数，所以通入的氧气的物质的量为0.025mol。答案：B。

二、过程等效的应用

【例3】如图所示，向A中充入1mol X和1mol Y，向B中充入2mol X和2mol Y,起始V_A=V_B=a L，在相同温度和有催化剂的条件下，两容器中各自发生下列反应：X(g)+Y(g)    2Z(g)+W(g)；△H>0，达到平衡时，V_A=1.2a L。则下列说法错误的是（   ）

A.反应开始时，B容器中化学反应速率快  

B.A容器中X的转化率为40%，且比B容器中X的转化率大

C.打开K一段时间达新平衡时，A的体积为1.6a L（连通管中体积不计）

D.打开K达到新平衡后，升高B容器温度，A容器体积会增大

解析：根据上图装置知A容器保持温度和压强一定，所以A容器的容积与A容器内气体的物质的量成正比，设A容器中消耗的X的物质的量为m，则有n(始):n(平)=V(始):V(平),即2:(2+m)=a:1.2a，所以m=0.4mol，故A容器中X的转化率为40%；对B容器来讲，开始时保持温度和体积一定，起始时B容器中各组分的浓度大于A容器中对应组分的浓度，根据浓度对化学反应速率的影响知开始时B容器中的化学反应速率大；欲比较A、B两容器中X的转化率的大小，可做如下假设：

 

 

                    A

                                B

 

假设过程中A与B为等效平衡，所以X的转化率相等，A扩大容积后，根据上述反应知A中X的转化率增大至40%，B中X的转化率减小，所以题设条件下B中X的转化率小于A中X的转化率。当活塞K打开后，A、B所组成的容器和原A容器均保持温度和压强一定，且反应物的物质的量之比相等，所以两者为等效平衡，反应达平衡时X的转化率为40%，所以此条件下反应达平衡时，A、B容器的总体积为3.6aL，故A容器的容积为2.6aL。答案：BC。

三、同分异构体书写中的位置等效

【例4】已知立方烷（C₈H₈）的结构为正方体，则其三氯代物的同分异构体的数目为（  ）

A.2种       B.3种         C.4种           D.6种

解析：本题中找立方烷的三氯代物的同分异构体，若直接求解

比较困难，但本题可以借助于数学工具进行分析，因三个氯原子

取代立方烷中的三个氢原子后的三点未在同一直线上，而这三点

只能形成一个平面，因此可以将此问题转化为正方体中任意取三

点形成的不同的三角形的种数，根据如图所示的结构知，形成的

三角形的种数为3种(即△ABC，△ABF，△ACE)，即立方烷的三

氯代物的同分异构体有3种。

答案：B。

四、价键等效代换

【例5】根据碳为四价，氧是二价，氮是三价，硫是二价，卤素

是一价的法则判断下列化学式不可能成立的是（  ）

A.C₈H₁₃O₂Br   B.C₃H₇NO₃   C.C₄H₈NO   D.C₅H₆SH

解析：判断无机物的化学式正确与否，可借助于正负化合价的代数和是否为零，而有机物则不能。但是我们可以从价键或化合价的角度进行等效代换，即将不熟悉的烃及其衍生物的化学式转化为熟悉的烃的化学式。代换时，可将一价的卤素用具有1个未成对电子的—CH₃代换，将二价的氧、硫用具有两个未成对电子的—CH₂—代换，将三价的氮用具有3个未成对电子的次甲基代换，据此可知：C₈H₁₃O₂Br→C₁₁H₂₀；C₃H₇NO₃→C₇H₁₄；C₄H₈NO→C₆H₁₁；C₅H₆SH→C₆H₉。而在烃分子中氢原子均为偶数，故答案为CD。

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2006年11月18日 星期六 19:11】【 加入博采】【打印】