化學(xué)平衡常數(shù)計算的考查及備考啟示

王志剛

近年全國卷高考理綜化學(xué)試題，幾乎每年都會考查到化學(xué)平衡常數(shù)的計算問題，其考查形式多樣、考查手段靈活，能較好測試學(xué)生分析問題、解決問題的能力，區(qū)分度較高。對于化學(xué)平衡常數(shù)的計算，這部分內(nèi)容也是高考化學(xué)復(fù)習(xí)備考中的難點(diǎn)和易錯點(diǎn)。下面主要通過分析2018年全國3套卷中化學(xué)平衡常數(shù)的計算問題，追根溯源，為化學(xué)平衡計算問題的備考提出合理方法與建議。

一、試題分析

1.基本類型的平衡常數(shù)計算

例1 （2018 全國卷I第27題節(jié)選）CH，-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。CH4-CO2催化重整的反應(yīng)為：

某溫度下，在體積為2L的容器中加入2 molCH、1 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_______mol2.L-2

解析

計算得

本題以CH4-CO2催化重整反應(yīng)為載體，考查濃度平衡常數(shù)的基本計算，計算時注意以下三點(diǎn)：

（1）計算平衡常數(shù)時要用濃度進(jìn)行計算，而不能直接用物質(zhì)的量進(jìn)行計算（有時用物質(zhì)的量計算數(shù)值也對，僅僅是因?yàn)樵摲磻?yīng)為等體積反應(yīng)（On=0），巧合）;

（2）由于該反應(yīng)不是等體積反應(yīng)（On≠0），平衡常數(shù)的計算結(jié)果應(yīng)該是有單位的;

（3）不加說明，平衡常數(shù)一般均為濃度平衡常數(shù)（K，）。

索源 （2017 全國卷I第28題節(jié)選）

（3）H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)：

在610K時，將0.10 mol CO2與0.40 mol H，S充人2.5L的空鋼瓶中，反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.02。

①HS的平衡轉(zhuǎn)化率a1=_______%，反應(yīng)平衡常數(shù)K=_____。

2.以圖像為載體的平衡常數(shù)計算

例2 （2018 全國卷I第28題節(jié)選）三氯氫硅（SiHCl，）是制備硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列問題：

（3）對于反應(yīng)

采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323K和343K時SiHCI，的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖1所示：

①343K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率a=_______%。平衡常數(shù)K343K=_______（保留2位小數(shù)）。

解析 由“先拐先平，數(shù)值大”，可判斷出a點(diǎn)所在曲線溫度為343K，分析圖像知道該溫度下平衡轉(zhuǎn)化率為22%，該反應(yīng)為等體積反應(yīng)，可取1 mol.L-的SiHCl，發(fā)生如下反應(yīng)：

本題通過SiHCI，在不同溫度下分解反應(yīng)的曲線研究，考查學(xué)生識圖能力、分析能力及計算能力。在處理本題時注意如下三點(diǎn)：

（1）利用“先拐先平，數(shù)值大”規(guī)則準(zhǔn)確判斷出343K時對應(yīng)的轉(zhuǎn)化率隨時間變化曲線;

（2）看圖求出343K時的平衡轉(zhuǎn)化率（注意不是a點(diǎn)轉(zhuǎn)化率）;

（3）計算時結(jié)果要準(zhǔn)確（注意按要求保留有效數(shù)字）。

索源（2016 全國卷I第27題節(jié)選）CrO2-和Cr2O-在溶液中可相互轉(zhuǎn)化。

（2）室溫下，初始濃度為1.0 mol·L-1的Na2CrO.溶液中c（Cr203）隨c（H）的變化如圖2所示：

②由圖可知，溶液酸性增大，CrO3一的平衡轉(zhuǎn)化率_______（填“增大“減小”或“不變”），根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù)，計算該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為_____。

3.以表格為載體的平衡常數(shù)計算

例3 （2018 全國卷I第28題節(jié)選）采用N，O，為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，回答下列問題：

（2）F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25C時N203（g）分解反應(yīng)：

其中NO，二聚為N2O2的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡，體系的總壓強(qiáng)p隨時間t的變化見表1（t=∞時，N，O，（g）完全分解）：

④25C時N20.（g）==2NO2（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)K。=_______kPa（K。為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結(jié)果保留1位小數(shù)）

解析

同時快速建立平衡：

帶入（平衡時）：

則

解得

本題通過N2O，的分解、NO2與N2O，的可逆轉(zhuǎn)化，合理設(shè)計問題，重在考查分析能力、判斷能力及計算能力，難度較大。解題過程中注意以下三點(diǎn)：

（1）分析表格，理解1=∞時N，O，（g）完全分解的含義;

（2）知道氣=“P1n一，并能用分壓直接進(jìn)行計算;

（3）要細(xì)心，能發(fā)現(xiàn)所求反應(yīng)（N，O.（g）=2NO2（g））平衡常數(shù)和計算過程中反應(yīng)（2NO2（g）=N204g））平衡常數(shù)的異同點(diǎn)（互為倒數(shù)）

索源 （2015 全國卷I第28題節(jié)選）碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途。回答下列問題：

①根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為

②上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為0，正=hix（HI），逆反應(yīng)速率為v;a=h：x（H2）x（I2），其中h，。、kh為速率常數(shù)，則為_______（以K和k。表示）。

二、備考啟示

通過對2018年全國3套理綜化學(xué)卷平衡常數(shù)計算考查內(nèi)容及形式的解析及索源研究，不難發(fā)現(xiàn)，高考試題既具有繼承性，又具有創(chuàng)新性，求穩(wěn)、求新、求變是高考試題的永恒追求。故在復(fù)習(xí)備考中，針對試題特征，進(jìn)行精準(zhǔn)備考，方可取得事半功陪的復(fù)習(xí)效果，

1.考查內(nèi)容趨于復(fù)雜化

特征1以全國|卷為例，2017年考查化學(xué)平衡常數(shù)基本運(yùn)算，2018年則以圖表的形式進(jìn)行考查，且為多級聯(lián)合反應(yīng)，難度逐步加大，考查內(nèi)容趨于復(fù)雜化。另外還應(yīng)注意全國II、II卷有向全國I卷考過試題學(xué)習(xí)的命題規(guī)律。如2018年全國II卷27題與2017年全國I卷28題.2018年全國川卷28題與2015年全國I卷28題是何其相似。

策略1 復(fù)習(xí)備考中，針對考題不斷變化的求新、求變特征，我們應(yīng)以不變應(yīng)萬變，緊緊以化學(xué)平衡計算“三段式”法為核心，以近5年全國高考真題的精細(xì)研究為手段，加強(qiáng)訓(xùn)練，落實(shí)考點(diǎn)，最終突破難點(diǎn)。

2.圖形圖表考查趨于主流化

特征2以2018年高考全國I卷、全國川卷平衡常數(shù)的命題形式看，圖形圖表題將會是今后相當(dāng)長的時間段內(nèi)平衡常數(shù)考查的主流形式。由于高考試題具有選拔性功能，因而就要求其具有一定的效度和區(qū)分度。圖形圖表類試題，由于可以綜合考查學(xué)生識圖能力、分析能力、計算能力等化學(xué)核心能力，因而可以有效選拔出綜合素質(zhì)高的優(yōu)秀中學(xué)生。

策略2 在復(fù)習(xí)備考中，針對圖形圖表題這一熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，設(shè)置專題，進(jìn)行專題突破性訓(xùn)練。在訓(xùn)練時，可以分解難點(diǎn)，把該類題目分解為分析圖表、尋找特殊點(diǎn)及數(shù)據(jù)計算三部分，逐點(diǎn)訓(xùn)練，分類突破。

3.能力考查趨于全面化

特征3通過研究發(fā)現(xiàn)，近年平衡常數(shù)的考查中對計算能力、細(xì)節(jié)問題的考查有所加強(qiáng)。如2018年全國I.II、II卷中

，具體數(shù)值的計算、計算結(jié)果有無單位的細(xì)節(jié)問題在2018年考題中都體現(xiàn)的非常明顯，細(xì)節(jié)的確決定成敗。

策略3 由于高考試題具有導(dǎo)向性功能和繼承性特征，故學(xué)生化學(xué)計算能力的訓(xùn)練與提高，應(yīng)引起足夠的重視。在復(fù)習(xí)備考中，針對學(xué)生計算能力弱、計算結(jié)果不準(zhǔn)確等問題，應(yīng)該在專項訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)和暴露問題，在日常教學(xué)中培養(yǎng)與提高學(xué)生的綜合計算能力，若能堅持不懈，最終必然能較好的解決學(xué)生計算準(zhǔn)確性問題。