建立“兩步法”的化學平衡常數計算模型

張瑩草

(浙江省春暉中學 312300)

1 引言

人教版化學選修1《化學反應原理》中關于化學平衡的內容是高中化學學科內容中的核心概念之一，也是化學教學過程中最難的主題之一.化學平衡在宏觀上是靜態的，但是在微觀上是動態的，它的概念較為抽象、復雜，給學生的認識和學習造成了很大的障礙.其中，化學平衡常數的計算更是難上加難，近幾年在高考中融入以速率、平衡為中心的原理綜合題中，使得較多學生對其望而卻步，直接放棄計算.

同時，筆者發現考題中關于平衡常數的計算常有涉及Kc、Kp、K?等形式，而現行教材中卻只介紹了較為簡單的濃度平衡常數Kc的計算，致使學生在認識上產生盲區、在理解上產生偏差、在解題上產生恐懼.因此，本文對常見的三種化學平衡常數進行了分類介紹，以學習進階的形式探究平衡常數的計算技巧，利用“兩步法”建立計算模型，幫助學生理清思路、克服計算恐懼.

2 化學平衡常數的分類

2.1 濃度平衡常數Kc

2.2 壓強平衡常數Kp

2.3 標準平衡常數K?

在化學平衡體系中，用各物質的相對濃度或相對分壓替代濃度計算的平衡常數叫標準平衡常數，用K?表示.標準平衡常數是根據標準熱力學函數計算得到的平衡常數，又稱熱力學平衡常數，在熱力學中最為常用.根據反應體系中各物質存在形式的不同，可將化學反應分為溶液反應、氣相反應和混合反應，對應標準平衡常數的表示方法也略有不同.

2.3.1 溶液反應中的標準平衡常數

2.3.2 氣相反應中的標準平衡常數

2.3.3 混合反應中的標準平衡常數

3 化學平衡常數的計算

3.1 Kp的計算技巧

3.1.1 直接根據分壓強計算壓強平衡常數

表1

第一步：利用差量法求得，p(N2)=Δp=15.00MPa-12.50MPa=2.50 MPa，則p(NO2)=2p(N2)=5.00 MPa，p(NO)=15.00MPa-2.50MPa×4=5.00 MPa.

第二步：代入上式，求得Kp=0.1(MPa)-1.

3.1.2利用變式計算壓強平衡常數

圖1

結論關于Kp的計算，首先分析題給信息，再選擇以下三個計算式代入計算，有助于學生明晰計算思路，化簡計算過程.

直接根據分壓強計算壓強平衡常數：

利用變式計算壓強平衡常數：

①

②

3.2 Kc、K?的計算技巧

由Kp的計算得到提示，Kc、K?(氣相)也可統一變式為關于n的計算式：

③

④

由此發現，Kc、Kp、K?的計算可簡化為同一含n的模板，運用時僅需稍許的變動便能相互轉化.該模板將三個計算難點串聯了起來，大大減輕了學生的記憶量，避免學生出現記憶混亂，且以建模的方式將難題變成了簡單題，體現了“證據推理與模型認知”的化學核心素養.

解析第一步：設N2和H2起始物質的量分別為n、3n，求得平衡時N2、H2、NH3的物質的量分別為(1-ω)n、3(1-ω)n、2ωn，n總=(4-2ω)n，p總=p?.

第二步：將數據代入變式④，可得

平衡常數的計算是高中化學教學的重難點，考察角度靈活，但也有規律技巧可以借鑒.本文以不同層次、不同難度的題目為學習進階的載體，探究“兩步法”計算模型，引導學生讀懂數據、發現規律、處理數據，符合學生科學認知發展規律，有效提高學生遷移理解能力、定量分析能力，幫助學生攻克平衡常數計算難題.