高考中化學平衡常數的考查形式及命題趨勢

黑龍江 欒厚福

化學平衡常數是歷年高考必考考點之一，而且試題難度有增大的趨勢，考查形式越來越復雜，試題情境越來越新穎，深入滲透變化觀念與平衡思想的學科核心素養。為了提高備考復習的針對性，本文結合各地高考試題分析歸納概括平衡常數常見的考查形式與應對策略，同時結合高考和各地大型聯考的考情，預測今后高考考查的重點或可能的考查形式，希望為廣大教師及學生的高三備考復習提供一定的借鑒和指導意義。

一、常見的考查形式及解答

從近5年高考試題來看，化學平衡常數的考查形式，可謂多種多樣，概括起來大體有以下幾種類型。無論考查形式如何變化，試題都具有較大的難度，學生一定要掌握相關的應對策略。

(一)根據數據直接計算

自新高考實施以來，曾經考查過化學平衡常數表達式的書寫，后來頻繁出現根據數據和三段式法計算化學平衡常數K的試題，在2014年全國新課標Ⅰ卷中首次出現了分壓平衡常數Kp的計算，隨著新高考改革的不斷深入，幾乎交替考查K和Kp的計算，尤其近幾年Kp考查的更加頻繁。

【解析】根據催化重整反應中CO2的轉化率為50%，結合三段式法得

起始(mol·L-1)： 1 0.5 0 0

變化(mol·L-1)： 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡(mol·L-1)： 0.75 0.25 0.5 0.5

【應對策略】根據數據直接計算平衡常數K，需根據題中數據信息等列出1個或多個可逆反應起始、變化和平衡時的三段式，由可逆反應列出平衡常數K的表達式，代入各物質平衡濃度即可求出K。

【解析】設原氣體的物質的量為100 mol，則SO2、O2和N2的物質的量分別為2mmol、mmol和qmol，即2m+m+q=3m+q=100，SO2的平衡轉化率為α，則有下列關系：

起始(mol)： 2mm0

變化(mol)： 2mαmα2mα

平衡(mol)： 2m(1-α)m(1-α) 2mα

(二)根據圖像信息考查

化學反應原理的試題大多都是結合圖像等形式給出，部分高考題也結合圖像獲得信息間接考查某個特殊點平衡常數的計算、平衡常數的比較等。對考生的能力要求相對較高。

圖1

可知反應平衡常數K(300℃)________(填“大于”或“小于”)K(400℃)。設HCl初始濃度為c0，根據進料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數據計算K(400℃)=______________(列出計算式)。

【解析】(1)根據反應方程式知，HCl平衡轉化率越大，平衡常數K越大，結合圖像可知升高溫度HCl的平衡轉化率降低，說明升高溫度平衡向逆反應方向進行，則K(300℃)>K(400℃)。由圖像知，溫度相同時，c(HCl)∶c(O2) 越大，則HCl的平衡轉化率越低，故在400℃、進料c(HCl)∶c(O2)=1∶1時，HCl平衡轉化率為84%，用三段式法對數據進行處理得：

起始濃度：c0c00 0

變化濃度： 0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡濃度： (1-0.84)c0(1-0.21)c00.42c00.42c0

【應對策略】根據圖像計算化學平衡常數，一般思路如下：

①明確圖像中橫坐標、縱坐標所表示的含義，能理解可逆反應隨溫度、壓強、進料比等變化的影響；

②若有多個變量，必要時固定某一變量，可在圖像上適當做輔助線，利用控制變量法探究外界條件改變對化學平衡的影響；

③根據圖像中轉化率(或體積分數、產率等)隨溫度變化可判斷可逆反應的熱效應，由此可判斷溫度改變對平衡常數的影響等。

③選取圖像中特殊點，根據對應物質的轉化率(或體積分數、產率等)，列出三段式求算平衡常數。

(三)根據復雜信息綜合考查

化學反應原理的試題是高考中的拉分題，考查時往往給出比較復雜的信息，如給出陌生的反應和比較復雜的對數圖像等，實際上這類試題不僅考查學生對化學知識的掌握情況，還考查學生對數學知識的理解等。試題和圖像的信息量相對都比較大，這類試題的綜合性很強。

【例4】(2021·全國乙卷·28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)McMorris測定和計算了在136～180℃范圍內下列反應的平衡常數Kp：

圖2

①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2反應的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。

(2)①大于 ②Kp1·Kp2大于 推理過程詳見解析

起始(kPa)： 20.0 0

變化(kPa)：x2x

平衡(kPa)： 20.0-x0.1 2x

根據平衡時總壓強為32.5 kPa得(20.0-x)+0.1+2x=32.5。解得x=12.4，則平衡時p(ICl)=12.4 kPa×2=24.8 kPa。

【應對策略】解答這類復雜信息的試題，首先要理解試題中的信息，如根據題意和數據能寫出化學方程式并進行簡單計算；其次要看明白圖像所表示的含義，尤其涉及橫縱坐標都是比較復雜的變量時，能準確判斷反應的熱效應或化學平衡常數等變量的變化情況；最后能根據已有知識將試題信息進行整合，能進行綜合分析或計算推理等。

二、命題趨勢分析

結合對全國各卷區近幾年高考試題和大型聯考、模擬試題的研究不難看出，Kp的考查非常頻繁，無論是全國卷還是新高考試卷中仍是命題的重點。考查形式會越來越復雜，情境更新穎，側重解答生產和環保等領域中的實際問題。

各地聯考、模擬試題中結合反應速率方程考查化學平衡常數的試題比較多，實際上結合反應速率方程的試題在2020年全國卷Ⅰ28題中也出現過，同時給出v-t圖像等分析解釋實際問題，在以后的高考中也可能會出現結合速率方程表示或計算化學平衡常數的試題。近幾年的試卷中結合數據考查平衡常數K計算的試題很少，但在2020年山東卷中出現了另一種考查形式，在同一體系中含有多個可逆反應，結合數據僅考查某一反應的平衡常數，這種計算相對來說較復雜，多個反應中均含某些相同物質，要根據多個反應計算出某物質的平衡濃度，再去計算某可逆反應的平衡常數。這兩個命題角度也可能會是新的高考命題趨勢，學生在備考復習時一定要引起注意，或許會在明年的高考試題中呈現。

(2)(2020·山東卷·18節選)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：

一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1 mol CO2和3 mol H2發生上述反應，達到平衡時，容器中CH3OH(g)為amol，CO為bmol，此時H2O(g)的濃度為________mol·L-1(用含a、b、V的代數式表示，下同)，反應Ⅲ的平衡常數為________。

變化(mol)：x2xx

根據平衡時CH3OH(g)為amol，則反應Ⅰ生成CH3OH為(a-x) mol，再根據平衡時CO為bmol，可知反應Ⅲ生成CO為(b+x)mol，即

變化(mol)：a-x3(a-x)a-xa-x

變化(mol)：b+xb+xb+xb+x

結合以上對化學平衡常數考查形式與命題趨勢的分析，無論以哪種形式考查，或試題情境多復雜，在解答化學平衡常數的試題時都要求學生做到：

1.熟悉一種方法

起始(mol·L-1)：ab0 0

轉化(mol·L-1)：mxnxpxqx

平衡(mol·L-1)：a-mxb-nxpxqx

2.理解兩種表達式

3.明確三個量關系

(1)三個量：即起始量、變化量、平衡量

(2)對應關系：

①同一反應物，起始量-變化量=平衡量；

②同一生成物，起始量+變化量=平衡量；

③反應物、生成物的變化量之比等于各物質的化學計量數之比。

4.掌握四個公式

學生在掌握以上知識的同時，還要能從圖像和試題情境中挖掘有效信息，結合變量控制法，利用輔助線等綜合分析外界條件的改變對化學平衡的影響，能正確分析或推理條件改變對化學平衡常數的影響，完成化學平衡常數K、Kp相關的計算等。