有關化學反應中轉化率的問題

齊小玲

摘 要：本文利用例題分析了化學反應中轉化率的問題，指出了平衡態和非平衡態所對應的知識范疇，幫助學生深刻理解化學平衡移動相關知識，進而有助于學生形成“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”學科素養

關鍵詞：轉化率;平衡態;學科素養

一、背景

根據2017年修訂的《普通高中化學課程標準》的要求[1]，為更好的體現化學學科育人的價值，適應高中學生發展核心素養的要求，化學學科教學中應貫穿核心素養的培養，而這五大核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”。而化學平衡相關知識有助于很好的落實“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”的核心素養。

本人在多年教學中發現，學生在區分平衡轉化率和非平衡轉化率中經常犯錯，尤其是涉及到原因分析，思維很混亂，所以本人鑒于此將化學平衡中學生經常易錯的轉化率問題進行分類總結，有助于學生深刻理解化學平衡的相關知識，以及落實學科素養。

二、化學平衡中轉化率

1、概念（1）平衡轉化率是指可逆反應達到平衡時已反應的反應物濃度或物質的量與總反應物濃度或物質的量的比值。它隸屬于化學熱力學部分，而化學熱力學的基本原理是研究化學及有關的物理現象，主要涉及化學反應能朝著什么方向進行，以及反應進行的限度問題[2]。（2）非平衡轉化率指可逆反應未達到平衡時已反應的反應物濃度或物質的量與總反應物濃度或物質的量的比值。它隸屬于化學動力學部分，而化學動力學主要是解決反應的機理以及反應的速率快慢的問題[2]。

2、例題解析

Ⅰ（2019全國Ⅲ28）近年來，隨著聚酯工業的快速發展，氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉化為氯氣的技術成為科學研究的熱點。回答下列問題：

Deacon發明的直接氧化法為：4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）。下圖為剛性容器中，進料濃度比c（HCl）∶c（O2）分別等于1∶1、4∶1、7∶1時HCl平衡轉化率隨溫度變化的關系：

（3）在一定溫度的條件下，進一步提高HCI的轉化率的方法是______________。（寫出2種）

解析：此題關鍵點在于讀出其為平衡轉化率，那么我們思考的方向影響化學平衡正向移動的因素，有濃度、壓強、溫度而本題限定了溫度，所以我們只有兩個因素可以考慮即濃度和壓強，根據平衡移動原理，我們就可確認答案是增加反應體系壓強、及時除去產物。

Ⅱ（2018全國Ⅲ28）對于反應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的轉化率隨時間變化的結果如圖所示。

②在343K下：要提高SiHCl3轉化率，可采取的措施是___________;要縮短反應達到平衡的時間，可采取的措施有____________、___________。

解析：本題從題干沒有明顯的字眼表征其是平衡轉化率還是非平衡轉化率，那么從圖像上分析可以發現轉化率包括了兩個部分在343K時，曲線a前110min左右屬于非平衡轉化率，而后屬于平衡轉化率，同理b曲線前280min左右屬于非平衡轉化率，而后屬于平衡轉化率。而②第一問就涉及到平衡轉化率的措施，平衡轉化率角度，確定了溫度，就只有壓強和濃度，對于此反應壓強不起作用，所以只有一個因素就是濃度，即減小生成物的濃度。增加反應物濃度無法實現轉化率增大利用等效平衡就可以解決。對于第二問就涉及到反應速率的措施，屬于動力學范疇，它包括了濃度、壓強、溫度、催化劑，在限定溫度的條件下，只能考慮其它三個因素：增加反應物濃度即增大壓強，改進催化劑。

Ⅲ（2013福建卷，23）利用化石燃料開采、加工過程產生的H2S廢氣制取氫氣，既廉價又環保.利用廢氣制取氫氣來的方法有多種①高溫熱分解法

已知：H2S（g）H2（g）+1/2S2（g）在恒容密閉容器中，控制不同溫度進行H2S分解實驗。以H2S起始濃度均為cmol·L-1測定H2S的轉化率，結果見下圖。圖中a為H2S的平衡轉化率與溫度關系曲線，b曲線表示不同溫度下反應經過相同時間且未達到化學平衡時H2S的轉化率。說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：____________________________。

解析：此題可知a曲線為平衡轉化率曲線，b曲線為非平衡轉化率曲線，現在問題是b曲線向a曲線逼近，我們可知這屬于化學動力學問題，此題答案為溫度升高，速率加快，平衡時間縮短，越來越接近平衡點。

三、總結

化學平衡中轉化率問題很好的詮釋了“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”的核心素養。學生必須分清楚化學熱力學和動力學的相關知識，進而利用證據推理，在此過程中能夠區別利用平衡因素以及速率影響因素來對問題進行解答。所以筆者認為教師在教學中應該加強學生對此知識的核心認知，進而可以深刻理解化學動力學和熱力學知識的不同。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]張祖德.無機化學[s]安徽：中國科學技術大學出版社，2017.