關于平衡常數的計算教學設計與思考

廣東 徐俊龍 申 燕

平衡狀態是可逆反應所能達到的最大限度。對于不同的化學反應，或者是在不同條件下的同一反應來說，反應所能達到的最大限度是不同的，平衡常數定量地描述了一定條件下可逆反應所能達到的最大限度。一個平衡常數對應多個平衡狀態，每個平衡狀態對應各物質的濃度之間有多種組合。溫度不變平衡常數不變，可以解決很多相關問題，關于平衡常數的試題是高考常考題，下面我們通過幾道例題闡述相關題目的解法。

1.常規的平衡常數計算及其相關問題

【例題1】在某溫度下，將H2和I2各0.10 mol的氣態混合物充入10 L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡，測得c(H2)=0.008 0 mol·L-1。(要求寫出計算過程)

(1)求該反應的平衡常數；

(2)在上述溫度下，該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.20 mol，試求達到平衡狀態時各物質的濃度及H2的轉化率；

(3)該溫度下，將一定量的H2和I2充入某容器中，一段時間后，測得體系中c(H2)=0.005 0 mol·L-1，c(I2)=0.003 0 mol·L-1，c(HI)=0.008 0 mol·L-1，此時該反應處于何種狀態？

【答案】(1)0.25

(2)c(H2)=c(I2)=0.016 mol·L-1，c(HI)=0.008 0 mol·L-1，α(H2)=20%

(3)Qc≈4.27>K，處于不平衡狀態，向逆反應方向移動

【變式訓練1】2017年全國卷Ⅰ第28題(3)節選，注明了出處，具體題目限于版面從略，讀者可自行查閱高考原題，下同。

2.Kc、Kp、Kx的計算

圖1

圖2

圖3

【答案】(1)4

【設計意圖】(1)需獲取信息看清恒溫恒壓、恒溫恒容、溫度壓強均變化等情形，第(1)小題很多人對圖象理解錯誤，算成14 L。A、B所處狀態是溫度相同而壓強不同，具體思路是根據A狀態平衡體積算出平衡濃度，算出平衡常數，B狀態溫度與A狀態相同，壓強與A狀態不同，利用A狀態時的K，可算出B狀態時的平衡體積。(2)理解Kp的算法，分壓的算法，有時直接用分壓算(例如2018年全國卷I第28題)，本題是恒溫恒壓下計算，注意理解等壓線或等溫線等。可進行簡單變式訓練：若其他條件不變，改為恒溫恒容容器，則各空答案如何？(3)Kx的計算在2015年全國卷Ⅰ第28題和2018年全國卷Ⅲ第28(3)問均有出現，應該引起關注，避免今后高考中出現差錯。

【變式訓練2】(1)2014年全國卷Ⅰ，28(3)節選；(2)2018年全國卷Ⅰ，28(2)節選。

3.K與k相關的計算問題

t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784

(1)根據上述實驗結果，該反應的平衡常數K的計算式為________。

(2)上述反應中，正反應速率為v正=k正x2(HI)，逆反應速率為v逆=k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數，則k逆為________(以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1，在t=40 min時，v正=________(保留3位有效數字)min-1。

(3)由上述實驗數據計算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的關系可用圖表示。當升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，相應的點分別為________(填字母)。

(3)A、E

【變式訓練3】2018年全國卷Ⅲ第28題(3)節選。

4.其他各種平衡常數有關的計算

已知90℃時，Kw=3.6×10-13，若b點對應的pH為12，則該溫度下K=________(僅列算式即可)。

【答案】(1)1.936×10-3

【規律小結】以上2～4三個例題要求學生學會讀圖識圖，正確選取數據(圖表數據隱含解題信息)，這是高考考試說明中能力要求：接受、吸收、整合化學信息的能力，而信息表征有宏觀、微觀、符號、曲線這四種。引導學生識圖象——有效采集圖象曲線表示的意義(坐標、起點、拐點、斜率等，特別要看清楚橫坐標和縱坐標的意義)，想原理——根據采集信息，檢索涉及的基本原理(圖表中數據有哪些，有何變化特點或規律)，學整合——在識圖象、想原理的基礎上，分析引起這些變化的原因或得出相應結論。

【變式訓練4】2016年全國卷Ⅰ第27題(2)節選

5.多重平衡體系的計算