高考新寵——三大平衡常數

文章編號:1005-6629(2010)03-0062-04 中圖分類號:G424.74 文獻標識碼:B

隨著新課改的全面推進，三大常數(化學平衡常數、電離平衡常數、溶度積常數)越來越受到高考命題的青睞與關注，這不僅因其屬于新課程的新增知識點而成為新寵，而更重要的是它把化學理論的學習從定性提升到定量水平，拓寬了問題研究的視野。本文試從近年來課改地區出現的高考試題來探析三大常數的命題特點。

1考查常數的概念與其表達式

例1(2009 年天津)人體血液內的血紅蛋白(Hb)易與O2結合生成HbO2，因此具有輸氧能力，CO吸入肺中發生反應:CO+Hb·O2 O2+Hb·CO。37 ℃時，該反應的平衡常數K=220。HbCO的濃度達到HbO2濃度的0.02倍，導致人智力受損。據此，下列結論錯誤的是( )

A. CO與HbO2反應的平衡常數 K=c(O2)·c(Hb·CO) /c(CO)·c(Hb·O2)

B. 人體吸入的CO越多，與血紅蛋白結合的O2越少

C. 當吸入的CO與O2濃度之比大于或等于0.02時，人的智力才會受損

D. 把CO中毒的病人放入高壓氧倉中解毒，其原理是使上述平衡向左移動

評析與解答:本題考查化學平衡常數表達式以及影響平衡移動因素等相關知識點，起點高但落點低，這也是新課程注重能力的體現。根據化學平衡常數的概念不難判斷A正確，然后把題中數據代入平衡常數的表達式中即可判斷C錯。至于B、D選項，只要根據平衡移動原理即可判斷BD正確。答案選C。

由上題可知:基本概念是學習化學的基礎，不但要熟悉其概念內容，更重要的是理解其本質內容并能靈活運用解答相關問題，不要停留在內容的記憶層次上。如本題中的A項可以根據記憶來解答，但若不能靈活變形平衡常數的表達式，則較難判斷其他選項的正誤。

2考查影響常數的因素

三大常數對其對應的具體(化學方程式、離子方程式、電離方程式)式子來說都是常量。它只受溫度的影響，與濃度、壓強、催化劑等其他因素無關，也與反應的過程、快慢無關。

例2(2009 年江蘇)I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq) I3-(aq)，某 I2、KI混合溶液中， I3-的物質的量濃度c(I3-)與溫度T的關系如圖1所(曲線上任何一點都表示平衡狀態)。下列說法正確的是( )

A. 反應I2(aq)+I-(aq) I3-(aq)的△H>0

B. 若溫度為T1、 T2，反應的平衡常數分別為K1、K2， 則K1>K2

C. 若反應進行到狀態D時，一定有v正>v逆

D. 狀態A與狀態B相比，狀態A的c(I2)大

評析與解答:本題以圖像為載體考查影響平衡移動及其平衡常數的影響因素，同時還能考查圖像分析能力。由圖1可知:c(I3-)是隨著溫度T的升高而減小，說明I2(aq)+I-(aq)=I3-(aq)是一個放熱反應，即△H<0， 故A錯誤;因T1小于T2，升溫時I3-的平衡濃度減小即平衡逆向移動，所以K1>K2，B正確;狀態D(非平衡態)在T1時c(I3-)低于A點，說明D狀態應向A狀態移動，即反應還需正向進行，故C正確;狀態A的c(I3-)高于狀態B，故狀態A的c(I2)小， 即D錯誤，這樣答案為B、C。

例3(2009 年廣東)硫酸鍶(SrSO4)在水中的沉淀溶解平衡曲線如下(見圖2)， 下列說法正確的是( )

A. 溫度一定時， Ksp(SrSO4)隨SO42-的增大而減小

B. 三個不同溫度中，313 K時Ksp(SrSO4)最大

C. 283 K時，圖中a點對應的溶液是不飽和溶液

D. 283 K下的SrSO4飽和溶液升溫到363 K后變為不飽和溶液

評析與解答:本題主要考查圖像的分析能力及溶度積常數的影響因素知識。溶度積常數只與溫度有關，與物質的濃度無關，故A錯誤;由圖示知在SO42-相同時，313 K時的Sr2+濃度最大，即此時Ksp=[Sr2+][SO42-]最大，故B正確;a點在283 K時的平衡曲線下，故C正確;283 K下的飽和溶液突然升溫至363 K，Ksp變少，析出固體，但所得溶液仍然為飽和狀態，故D錯。這樣正確選項為B、C。

由上述2例可知，平衡常數的表達式及其影響因素知識盡管簡單，但由于其常常以圖像為載體來進行考查，從而提高了試題的綜合程度。事實上不管該類問題如何變化，只要抓住“平衡常數均只受溫度影響而與其他無關”就不難解答相關問題，同時我們也應學會利用數學函數的思想來分析化學上的圖像問題，千萬不能把化學與其它學科知識孤立起來。

3 考查有關平衡常數的計算問題

化學計算是化學學科的一項重要技能。在舊課程中因受知識范圍的限制，導致對化學計算能力的考查有所淡化，但隨著新課程中引入了三大常數內容，使得對化學計算能力的考查又重新受到重視或強化。

例4(2009 年山東)在25 ℃下，將a mol·L-1的氨水與0.01 mol·L-1的鹽酸等體積混合，反應平衡時溶液中c(NH4+)=c(Cl-)。則溶液顯______________性(填“酸”“堿”或“中”);用含a的代數式表示NH3·H2O的電離常數Kb=__________。

例5(2008 年寧夏)將固體NH4I置于密閉容器中，在一定溫度下發生下列反應:①NH4I(s) NH3(g)+HI(g); ②2HI(g) H2(g)+I2(g)， 達到平衡時c(H2)= 0.5 mol·L-1， c(HI)=4 mol·L-1， 則此溫度下反應①的平衡常數為( )

A.9 B.16 C.20 D.25

評析與解答:本題考查平衡常數的計算問題，同時還考查了數據處理能力。由平衡時氫氣濃度可求得反應②中消耗HI的濃度c(HI)消耗= 0.5mol·L-1×2=1 mol·L-1，故①式生成c(HI)①=c(HI)平衡+c(HI)消耗=4 mol·L-1 + 1 mol·L-1 =5 mol·L-1，c(NH3)平衡=c(HI)①=5 mol·L-1 ，根據化學平衡常數公式 K=c(NH3)平衡×c(HI)平衡 =5 mol·L-1×4 mol·L-1， 故答案選C。

由上述兩例可知，計算平衡常數的關鍵是必須明確平衡狀態時各物質的濃度，而不是其反應的濃度。例4易錯解混合液中氨水的平衡濃度，例5則易將① 式生成的c(HI)①以5 mol·L-1代入公式進行求算。而不是從平衡時HI的濃度(4 mol·L-1)代入。

4考查平衡常數的靈活應用

例6(2009 年上海)根據表1提供的數據，判斷在等濃度的NaClO、NaHCO3混合溶液中，各種離子濃度關系正確的是()

A. c(HCO3-)>c(ClO-)>c(OH-)

B. c(ClO-)>c(HCO3-)>c(H+)

C. c(HClO)+c(ClO-)=c(HCO3-)+c(H2CO3)

D. c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+c(ClO-)+c(OH-)

評析與解答:本題通過提供弱酸的電離常數來判斷鹽水解程度的大小。根據“酸的電離常數越大，則其電離程度越大，同時其對應的弱酸強堿鹽水解程度越弱”及表中數據HClO的電離常數小于H2CO3的K11，可推知ClO-的水解程度大于HCO3-，故A正確、B錯誤;根據物料守恒和電荷守恒可知，C和D的等式中右邊都漏掉了CO32-的濃度，故CD均錯。答案選A

例7(2008 年廣東)已知Ag2SO4的Ksp為2.0×10-3。將適量Ag2SO4固體溶于100 mL水中至剛好飽和，該過程中Ag+和SO42-濃度隨時間變化關系如圖3[飽和Ag2SO4溶液中c(Ag+)=0.034 mol·L-1]。若t1時刻在上述體系中加入100 mL 0.020 mol·L-1 Na2SO4溶液，下列示意圖(圖3)中，能正確表示t1時刻后Ag+和SO42-濃度隨時間變化關系的是( )

評析與解答:本題是考查利用平衡常數與濃度商之間的關系來判斷平衡移動方向。Ag2SO4飽和溶液中c(Ag+)=0.034 mol·L-1、c(SO42-)=0.017 mol·L-1， 當加入100 mL 0.020 mol·L-1Na2SO4溶液后，c(Ag+)=0.017 mol·L-1，c(SO42-)=0.0185 mol·L-1，Qc=c(Ag+)2 ·c(SO42-)=5.3×10-6<2.0×10-5(Ksp)，即此時Ag2SO4溶液不飽和， 故溶液中不存在Ag2SO4固體的溶解平衡， 即 c(Ag+) 仍為0.017 mol·L-1，c(SO42-)仍為 0.0185 mol·L-1， 故B正確。

由上述幾例可知，利用平衡常數可以判斷反應方向、離子沉淀的先后、鹽類水解程度、分解率或轉化率大小等問題。但應注意難溶物的結構若不相同時，則不能直接根據溶度積來判斷難溶程度，而必須通過溶度積計算出離子的濃度大小來判斷。另外，還應注意平衡常數的表達式與方程式的書寫有關。

5 融合其他知識考查綜合解題的能力

由于化學命題越來越注重綜合能力的考查，所以單純考查一知識點的試題已越來越少，涉及多個知識點或多種能力考查的綜合性試題則越來越多。實際上該類試題難度也不大，只要基礎知識熟練、思維敏捷就可順利解答。

例8(2009 年廣東)甲酸甲酯水解反應方程式為:COOCH3(l)+H2O(l)HCOOH(l)+CH3OH(l); △H>0。某小組通過試驗研究該反應(反應過程中體積變化忽略不計)。反應體系中各組分的起始量如下表:

請計算15～20 min范圍內甲酸甲酯的減少量為 ___mol，甲酸甲酯的平均反應速率為____mol·min-1(不要求寫出計算過程)。

(2)依據以上數據，寫出該反應的反應速率在不同階段的變化規律及其原因________。

(4)其他條件不變，僅改變溫度為T2(T2大于T1)，在答題卡框圖中畫出溫度T2下甲酸甲酯轉化率隨反應時間變化的預期結果示意圖。

評析與解答:本題就是一道綜合程度較大的試題，考查了數據分析、識圖、繪圖、計算等能力，涉及到的知識點有反應速率的計算及快慢分析、平衡的移動及平衡常數計算、轉化率大小分析等內容。(1)根據甲酸甲酯轉化率在溫度T1下隨反應時間(t)的變化圖示知15～20 min范圍內甲酸甲酯的減少量為1.00 mol×(11.2 %-6.7 %)=0.045 mol， 平均速率=0.045 mol/5 min=0.009 mol·min-1。(2)由表中數據知甲酸甲酯的平均速率先變快后變慢，故易分析出溫度不變時，應考慮甲酸的催化占主導，以后隨反應的進行，甲酸甲酯的濃度減小故其反應速率減小，當達到平衡時宏觀表現出的反應速率為0。(3)由圖象知75 min時達到平衡，甲酸甲酯的轉化率為24 %，所以甲酸甲酯轉化的物質的量為1.00×24 %=0.24 mol，結合方程式可計算得平衡時，甲酸甲酯為0.76 mol，水為1.75 mol，甲酸為0.25 mol 甲醇為0.76 mol， 所以K=(0.76×0.25)/(1.75×0.76)=1/7。(4)因升溫反應速率增大，故達到平衡所需時間減少，所以繪圖時要注意T2時達到平衡的時間要小于T1。又因反應吸熱，升溫會導致甲酸甲酯的轉化率減小，所以繪圖時要注意T2時平衡轉化率的平臺要低于T1，故圖示(見圖6)為:

總之，三大平衡常數已成為課改地區命題的熱點之一，這不但體現新課改對基本理論知識與方法的重視，也體現了化學是一門系統學科的思想，相關試題能較好考查學生理論分析、識圖、繪圖、計算及綜合應用等能力，因此，筆者希望課改或即將進行課改的廣大同仁能對三大平衡常數的教學、命題探究多交流，以共同提高教學水平。