全國卷中速率理論的命題思考

徐軍

摘 ?要：在高中化學(xué)核心素養(yǎng)和最新的化學(xué)考綱中，均突出了速率平衡的重要性。作為理科綜合化學(xué)科難度較大的題目，掌握相關(guān)的速率平衡理論，對教師的教和學(xué)生的學(xué)，無疑都非常重要。

關(guān)鍵詞：速率平衡;全國卷;速率方程

在最新的高中化學(xué)核心素養(yǎng)中，列舉了包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任5個核心素養(yǎng)。其中第2條變化觀念與平衡思想專門提到：認(rèn)識化學(xué)變化有一定限度、速率，是可以調(diào)控的。速率平衡在化學(xué)核心素養(yǎng)短短的敘述中，都做了專門的提及，可見其重要性。

對于速率平衡這部分知識點，我從以下四個方面進(jìn)行了思考：

一、v正、v逆的速率方程;

速率方程常見的是濃度、分壓、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)三種表達(dá)式。在一定溫度下，基元反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度（以反應(yīng)方程式中的計量系數(shù)為指數(shù)）的乘積成正比，該規(guī)律稱為質(zhì)量作用定律，近年高考常有涉及該考點的考查。例如對于基元反應(yīng)：

2NO2（g）==2NO（g）+O2（g）v=kc2（NO2）

對于任意基元反應(yīng)：mA+nB==pC+qDv=kcm（A）cn（B）

其中的一級反應(yīng)如H2O2H2O+1/2O2↑，v=k.c（H2O2），每間隔相同時間，反應(yīng)物H2O2的濃度減半。零級反應(yīng)如固體的分解反應(yīng)：2KClO32KCl+3O2↑，v=k，這是一個勻速反應(yīng)，不是說每個反應(yīng)的反應(yīng)速率都會越來越慢。

我們來看2007年廣東高考第22題：

“碘鐘”實驗中，3I-+S2O===I+2SO的反應(yīng)速率可以用I與加入的淀粉溶液顯藍(lán)色的時間t來度量，t越小，反應(yīng)速率越大。某探究性學(xué)習(xí)小組在20℃進(jìn)行實驗：

實驗編號 ① ② ③ ④ ⑤

c（I-）/mol·L-1 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120

c（S2O）/mol·L-1 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040

t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1

表格所羅列的數(shù)據(jù)中，其實就隱含了該反應(yīng)的速率方程v=kc（I-）c（S2O）的定量關(guān)系，這類題目可以設(shè)問求速率方程。

二、v正、v逆、K的之間的關(guān)系;

再看v正、v逆、K的之間的關(guān)系，不難得出K=v正/v逆，這個考點在近幾年高考中均有出現(xiàn)，教學(xué)中必須加以重視。2018年全國Ⅲ卷第28題（3）就對這一個考點進(jìn)行了考查：

對于反應(yīng)2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）+SiCl4（g），采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323K和343K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。

反應(yīng)速率v=v正?v逆=k正x2（SiHCl3）?k逆x（SiH2Cl2）x（SiCl4），k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計算a處v正/v逆=__________（保留1位小數(shù)）。

該題目的最后一個空難度較高，但運用K=v正/v逆則比較簡單：

K的值①問已經(jīng)得到，a點可以求得 的值，最終得到答案。

三、Kc與Kp的換算;

接著我們看Kc與Kp的換算。雖然現(xiàn)在在高考中還沒有出現(xiàn)，但在未來的高考題中是可能出現(xiàn)的。2018年全國I卷第28題（2）的④問對Kp進(jìn)行了考查

F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時N2O5（g）分解：

其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡，體系的總壓強(qiáng)p隨時間t的變化如下表所示（t=∞時，N2O5（g）完全分解）：

t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞

p/kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1

④25℃時N2O4（g）2NO2（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_______kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù)）。

該題如果給了理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT，則可進(jìn)行Kc與Kp的換算。

因為pV=nRT，所以，所以c=p/RT。

對于反應(yīng)N2O4（g）2NO2（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=p2（NO2）/p（N2O4）=13.4kPa。

通過以上推斷，我們可以得到一個一般結(jié)論：

KC=Kp.（RT）Δn（Δn=反應(yīng)前氣體分子數(shù)-反應(yīng)后氣體分子數(shù)）。

四、阿侖尼烏斯經(jīng)驗公式的應(yīng)用。

根據(jù)阿侖尼烏斯經(jīng)驗公式，可以得到以下結(jié)論：

（1）溫度T越高，則速率常數(shù)k越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快;同時，反應(yīng)的活化能Ea越小，則速率常數(shù)k越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快。

（2）對于活化能較大的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速率隨溫度的升高增加較更快，為什么？證明過程如下：

從上面的推理過程，我們不難得出另外一個結(jié)論：對同一反應(yīng)，溫度變化相同時，在低溫區(qū)速率常數(shù)隨溫度的升高而增加的倍數(shù)較大。因此，我們要改變反應(yīng)速率，在低溫區(qū)改變溫度，效果更明顯。

速率平衡這個題目難度較大、陌生度較高，通過以上討論，我相信難點應(yīng)該迎刃而解，老師的創(chuàng)新性命題和學(xué)生的精準(zhǔn)作答應(yīng)該都不是問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》人民教育出版社12017年版第3頁.

[2]教育部考試中心《2017年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱的說明》高等教育出版社2017年版第358頁.