關(guān)于平衡常數(shù)的計(jì)算教學(xué)設(shè)計(jì)與思考

廣東 徐俊龍 申 燕

平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)所能達(dá)到的最大限度。對(duì)于不同的化學(xué)反應(yīng)，或者是在不同條件下的同一反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)所能達(dá)到的最大限度是不同的，平衡常數(shù)定量地描述了一定條件下可逆反應(yīng)所能達(dá)到的最大限度。一個(gè)平衡常數(shù)對(duì)應(yīng)多個(gè)平衡狀態(tài)，每個(gè)平衡狀態(tài)對(duì)應(yīng)各物質(zhì)的濃度之間有多種組合。溫度不變平衡常數(shù)不變，可以解決很多相關(guān)問(wèn)題，關(guān)于平衡常數(shù)的試題是高考常考題，下面我們通過(guò)幾道例題闡述相關(guān)題目的解法。

1.常規(guī)的平衡常數(shù)計(jì)算及其相關(guān)問(wèn)題

【例題1】在某溫度下，將H2和I2各0.10 mol的氣態(tài)混合物充入10 L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡，測(cè)得c(H2)=0.008 0 mol·L-1。(要求寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)

(1)求該反應(yīng)的平衡常數(shù)；

(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.20 mol，試求達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度及H2的轉(zhuǎn)化率；

(3)該溫度下，將一定量的H2和I2充入某容器中，一段時(shí)間后，測(cè)得體系中c(H2)=0.005 0 mol·L-1，c(I2)=0.003 0 mol·L-1，c(HI)=0.008 0 mol·L-1，此時(shí)該反應(yīng)處于何種狀態(tài)？

【答案】(1)0.25

(2)c(H2)=c(I2)=0.016 mol·L-1，c(HI)=0.008 0 mol·L-1，α(H2)=20%

(3)Qc≈4.27>K，處于不平衡狀態(tài)，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

【變式訓(xùn)練1】2017年全國(guó)卷Ⅰ第28題(3)節(jié)選，注明了出處，具體題目限于版面從略，讀者可自行查閱高考原題，下同。

2.Kc、Kp、Kx的計(jì)算

圖1

圖2

圖3

【答案】(1)4

【設(shè)計(jì)意圖】(1)需獲取信息看清恒溫恒壓、恒溫恒容、溫度壓強(qiáng)均變化等情形，第(1)小題很多人對(duì)圖象理解錯(cuò)誤，算成14 L。A、B所處狀態(tài)是溫度相同而壓強(qiáng)不同，具體思路是根據(jù)A狀態(tài)平衡體積算出平衡濃度，算出平衡常數(shù)，B狀態(tài)溫度與A狀態(tài)相同，壓強(qiáng)與A狀態(tài)不同，利用A狀態(tài)時(shí)的K，可算出B狀態(tài)時(shí)的平衡體積。(2)理解Kp的算法，分壓的算法，有時(shí)直接用分壓算(例如2018年全國(guó)卷I第28題)，本題是恒溫恒壓下計(jì)算，注意理解等壓線(xiàn)或等溫線(xiàn)等。可進(jìn)行簡(jiǎn)單變式訓(xùn)練：若其他條件不變，改為恒溫恒容容器，則各空答案如何？(3)Kx的計(jì)算在2015年全國(guó)卷Ⅰ第28題和2018年全國(guó)卷Ⅲ第28(3)問(wèn)均有出現(xiàn)，應(yīng)該引起關(guān)注，避免今后高考中出現(xiàn)差錯(cuò)。

【變式訓(xùn)練2】(1)2014年全國(guó)卷Ⅰ，28(3)節(jié)選；(2)2018年全國(guó)卷Ⅰ，28(2)節(jié)選。

3.K與k相關(guān)的計(jì)算問(wèn)題

t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784

(1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計(jì)算式為_(kāi)_______。

(2)上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正=k正x2(HI)，逆反應(yīng)速率為v逆=k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為_(kāi)_______(以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1，在t=40 min時(shí)，v正=________(保留3位有效數(shù)字)min-1。

(3)由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的關(guān)系可用圖表示。當(dāng)升高到某一溫度時(shí)，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為_(kāi)_______(填字母)。

(3)A、E

【變式訓(xùn)練3】2018年全國(guó)卷Ⅲ第28題(3)節(jié)選。

4.其他各種平衡常數(shù)有關(guān)的計(jì)算

已知90℃時(shí)，Kw=3.6×10-13，若b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的pH為12，則該溫度下K=________(僅列算式即可)。

【答案】(1)1.936×10-3

【規(guī)律小結(jié)】以上2～4三個(gè)例題要求學(xué)生學(xué)會(huì)讀圖識(shí)圖，正確選取數(shù)據(jù)(圖表數(shù)據(jù)隱含解題信息)，這是高考考試說(shuō)明中能力要求：接受、吸收、整合化學(xué)信息的能力，而信息表征有宏觀(guān)、微觀(guān)、符號(hào)、曲線(xiàn)這四種。引導(dǎo)學(xué)生識(shí)圖象——有效采集圖象曲線(xiàn)表示的意義(坐標(biāo)、起點(diǎn)、拐點(diǎn)、斜率等，特別要看清楚橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的意義)，想原理——根據(jù)采集信息，檢索涉及的基本原理(圖表中數(shù)據(jù)有哪些，有何變化特點(diǎn)或規(guī)律)，學(xué)整合——在識(shí)圖象、想原理的基礎(chǔ)上，分析引起這些變化的原因或得出相應(yīng)結(jié)論。

【變式訓(xùn)練4】2016年全國(guó)卷Ⅰ第27題(2)節(jié)選

5.多重平衡體系的計(jì)算