創新考查視角 提升思維能力
——分壓平衡常數相關試題分析及備考建議

>>>李 倩

分壓平衡常數是近幾年高考化學試題中的高頻考點,它是濃度平衡常數的延伸。 該類試題通過氣相反應的分壓平衡常數考查考生靈活運用已有知識解決陌生問題的能力。 由于考查的情境真實復雜、信息陌生新穎、計算量大,導致大部分考生用時較長、計算出錯,因此具有較好的效度和區分度,有利于實現高考服務選材、引導教學的功能。 2021 年的高考試題,更加大了分壓平衡常數的考查力度,尤其是在考查角度的創新方面,比以往有了很大的提升, 實現了對考生關鍵能力的多角度考查。本文以2021 年高考分壓平衡常數試題為例,從考點內容、呈現形式和思維方式三個方面對其創新性進行分析研究,尋找解題策略,并提出相應的備考建議。

一、認識分壓平衡常數(Kp)

1.分壓平衡常數(Kp)的含義

人教版化學選修教材《化學反應原理》中關于化學平衡常數的定義為:“在一定溫度下,當一個可逆反應達到平衡時,生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數,這個常數就是該反應的化學平衡常數,簡稱平衡常數。 ”由于平衡常數是用平衡時各物質的物質的量濃度來計算的,因此又被稱為濃度平衡常數,用符號Kc或K 表示。對于氣相反應,若將上述定義中各氣體的平衡濃度用平衡時各氣體的分壓來代替進行計算, 也可得到一個常數——分壓平衡常數,用符號Kp表示。

（1）氣體的分壓p(B)

混合氣體中氣體b 的分壓:p(b)=p·x(b),其中x(b)為氣體b 的體積分數或物質的量分數,p 為混合氣體在相同溫度下平衡時刻的總壓強。

（2）分壓定律

混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和p(A)+p((b)+p(C)+p(D)+…=p。

2.分壓平衡常數（Kp）與濃度平衡常數（Kc）的關系

二、分壓平衡常數(Kp)的考查視角

下表是近三年高考試題中關于分壓平衡常數題的考查方式統計:

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通過對近三年高考試卷的統計發現,從2019 年至2021 年, 分壓平衡常數的考查比重逐年增加,在知識內容、考查形式、試題呈現方式等方面都有不同程度的創新,能力要求不斷提升,可以說是“常考常新”。

1.考查知識點創新

（1）列出分壓平衡常數(Kp)表達式

【典例1】(2021 年全國甲卷,28 題節選)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳。 回答下列問題：

（1）二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

該反應一般認為通過如下步驟來實現：

①CO(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

△H2=+41kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)

△H2=-90kJ·mol-1

（2） ①用各物質的平衡分壓表示總反應的平衡常數,表達式Kp= ;

（3）計算標準平衡常數（kθ）

【典例3】氨氣中氫含量高,是一種優良的小分子儲氫載體,且安全、易儲運,可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。

方法Ⅰ：氨熱分解法制氫氣

（3）某興趣小組對該反應進行了實驗探究。在一定溫度和催化劑的條件下, 將0.1molNH3通入3 L 的密閉容器中進行反應（此時容器內總壓為200kPa）,各物質的分壓隨時間的變化曲線如圖所示。

【解題策略】無論是對哪種形式的分壓平衡常數的考查,只要按照題中的要求,將分壓代入計算公式即可。 在解題過程中注意看清題目的書寫要求,同時還要認真觀察圖像的坐標,看清單位和數據。

2.試題呈現形式創新

關于分壓平衡常數的考查形式, 以往主要通過文本和信息化方程式的形式呈現。在2021年的高考試卷中,還增加了坐標曲線和函數圖象,更加注重各種信息的綜合使用,考查考生從不同角度提取、分析、處理信息的能力。 這一創新突出體現在湖南卷和廣東卷上。

（1）分壓——時間圖象

【典例4】試題見典例3。

【解題思路】 通過觀察橫縱坐標的含義發現,隨著時間的變化,各組分的分壓在不斷變化,在t1時刻達到平衡狀態。 直接從圖像上讀取分壓數據,注意單位,可以進行快速計算。

①反應a、c、e 中,屬于吸熱反應的有_____（填字母）。

【解題策略】明確坐標含義,關注曲線走勢及特殊點,對獲取的數據信息進行加工運用。

3.解題思維方向創新

關于分壓平衡常數的考查方向, 以往只是通過表達式進行數據計算,考生難以體會其在工業生產方面的實際應用價值。2021 年的高考試題考查要求更高,由計算分壓平衡常數升級為應用分壓平衡常數探尋生產條件。 從正向思維轉變為逆向思維,從依據公式計算轉變為解決實際問題,對考生綜合能力、創新能力的要求更高。 這種創新在全國乙卷、河北卷、廣東卷中體現明顯。

(1)應用分壓平衡常數(Kp)求氣體分壓

【典例6】(2021 年全國乙卷,28 題節選)一氯化碘（ICl） 是一種鹵素互化物, 具有強氧化性,可與金屬直接反應,也可用作有機合成中的碘化劑。 回答下列問題：

（2）氯鉑酸鋇（BaPtCl6）固體加熱時部分分解為BaCl2、Pt 和Cl2,376.8℃時平衡常數K'p=1.0×104Pa2。 在一硬質玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6,抽真空后,通過一支管通入碘蒸氣（然后將支管封閉）。 在376.8℃,碘蒸氣初始壓強為20.0kPa。376.8℃平衡時,測得燒瓶中壓強為32.5KPa，則pICl=________kPa。

則376.8℃平衡時, 測得燒瓶中壓強為32.5kPa,則0.1+20.0+p=32.5,解得p=12.4,則平 衡 時pICl=2×12.4kPa=24.8kPa。 故 答 案 為24.8kPa。

【典例7】當今,世界多國相繼規劃了碳達峰、碳中和的時間節點。 因此,研發二氧化碳利用技術,降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。

（3）105℃時, 將 足 量 的 某 碳 酸 氫 鹽（MHCO3）固體置于真空恒容容器中,存在如下平衡：2MHCO3（s）M2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）。上述反應達平衡時體系的總壓為46kPa。保持溫度不變, 開始時在體系中先通入一定量的CO2（g）,再加入足量MHCO3（s）,欲使平衡時體系中水蒸氣的分壓小于5kPa,CO2（g）的初始壓強應大于 ____ kPa。

（2）應用相對壓力平衡常數（krp）求轉化率

【典例8】試題部分內容見典例2。

③在圖中A 點對應溫度下、 原料組成為n（CO2）:n（CH4）=1:1、初始 總壓 為100kPa 的恒容密閉容器中進行反應, 體系達到平衡時H2的分壓為40kPa。計算CH4的平衡轉化率,寫出計算過程 。

（3）應用Kc與Kp的關系求K

【典例9】(2021 年全國乙卷,28 題節選)（2）氯鉑酸鋇 （BaPtCl6） 固體加熱時部分分解為BaCl2、Pt 和Cl2,376.8℃時平衡常數k'p=1.0×104Pa2,在一硬質玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6,抽真空后,通過一支管通入碘蒸氣（然后將支管封閉）, 在376.8℃, 碘蒸氣初始壓強為20kPa。376.8 ℃平衡時,測得燒瓶中壓強為32.5kPa,則pICl=24.8kPa,反應2ICl（g）Cl2（g）+I2（g）的 平 衡常數K=_______（列出計算式即可）。

（3）McMorris 測定和計算了在136～180℃范圍內下列反應的平衡常數Kp。

【解題策略】應用分壓平衡常數解題的關鍵:溫度不變,分壓平衡常數不變。 因此,壓力平衡常數就可作為解題的關鍵橋梁, 再結合分壓定律、 阿伏伽德羅定律推論進行綜合處理。

三、復習備考建議

1.注重知識理解，把握概念本質

分壓平衡常數表述抽象但內涵豐富, 只有掌握了概念的本質, 才能深刻領悟概念內涵,尋找概念之間的關聯,建立知識網絡,為靈活應用分壓平衡常數解決實際工業生產問題建立基礎。

2.建立思維模型，提高解題能力

分壓平衡常數也是化學平衡常數的一種,同樣具有特定的解題模式。 大多數解題過程都離不開三段式的計算方法。 主要有以下幾個思維過程:獲取信息→尋找反應→列出三段式→列式計算。

3.關注題目信息，尋找解題技巧

限定條件為恒溫恒容時可以運用物質的量列三段式,再代入Kp表達式進行計算。 也可以直接運用分壓帶入三段式進行計算,后者過程簡捷,出錯率低,更為快速。 而在恒溫恒壓條件下,只能運用物質的量列三段式,再運用分壓公式進行計算。

4.設置專項練習，重視新穎試題

在復習分壓平衡常數專題時, 要重視試題的創新性, 將不同的表示形式進行匯總, 比如還可以加入物質的量分數平衡常數(Kx)的訓練。 降低學生對陌生概念的恐懼感。

5.加強學科融合，準確獲取信息

化學試題中的圖像多與數學學科的知識有關,要注意將其中的簡化定量思想引入化學學科,提升學生讀圖獲取信息的能力。

6.實行問題導學，轉變教學模式

在復習課上, 要轉變枯燥的學習方式,設置真實的問題情境,將具體的知識和方法轉化為精準的問題, 讓學生在解決問題的過程中,達到對知識的靈活運用,并逐漸提升解決問題的能力,提升思維的品質。