化學平衡常數K的幾個解題誤區

丁艷

化學平衡常數K是表明化學反應進行程度的特征值。K值越大，反應正向進行的程度越大，平衡時反應物的轉化率越大;反之，越小。初學者可能會出現這樣的情況：在書寫K的表達式時，把純固體或純液體代入;當濃度、壓強發生改變時，根據平衡移動的方向來判斷K發生改變，疏忽了K只受溫度影響等等，這些屬于淺表性的問題，能及時糾正。但是筆者發現學生對K進行綜合應用時缺乏深層次理解，導致解題的誤區。

誤區一：“恒溫恒壓”當“恒溫恒容”

例1（2019江蘇高考題15）在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應相同時間，測得不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率如圖1中實線所示（圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度的變化）。下列說法正確的是（）。

A.反應2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）的ΔH>0

B.圖中X點所示條件下，延長反應時間能提高NO轉化率

C.圖中Y點所示條件下，增加O2的濃度不能提高NO轉化率

D.380℃下，C起始（O2）=5.0x10-4mol· L—，NO平衡轉化率為50%，則平衡常數K>2000

誤解 D.設NO起始濃度為a mol/L，NO的轉化率為50%，則平衡時NO、O2和NO2的濃度分別為0.5a mol/L、（5x10-4-0.25a）mol/L、 0.5a mol/L，根據平衡常數表達式

評析平衡時NO、O2和NO2的濃度分別是0.5amol/L、（5x10-4-0.25a）mol/L、0.5a mol/L 嗎？這是恒溫恒壓體系，反應后體積減小，濃度發生變化，這種解法不準確。這個過程錯把“恒溫恒壓”體系當成“恒溫恒容”體系來做，導致濃度的誤判。筆者提出了自己的觀點：

設NO起始物質的量為amol，NO的轉化率為50%，平衡時n（NO2）=n（NO），同一容器，體積相同，則c（NO2）=c（NO）。根據pV=nRT，兩邊除以V得p=cRT，p、T不變，R為常數，因此容器中總濃度c不變，c=c（NO2）+c（NO）+ c（O2）;該反應

2NO（g）+O2（g）-2NO2（g）

在恒溫恒壓條件下反應，反應后V減小，則c（NO2）+c（NO）變大;因為總濃度c不變，因此c（O2）變小，c（O2）<5.0x10-4mol·L-'，K>2000。

誤區二：“比值投料”當“真實投料”例2將H2和CO以

（A）=2的方式充入1L的恒容密閉容器中，一定條件下發生反應：

4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g） 100

測得CO的平衡轉化率隨溫度、壓強變化關系如圖2所示。下列說法正確的是（）。

A.該反應的ΔH>0

B.壓強大小：P1C.在316℃時，該反應的平衡常數為0.25

D.若在p3和316℃時，起始（A）=3時，則達到平衡時，CO轉化率大于50%

誤解 C.設H2、CO起始物質的量分別為2 mol、1 mol，體積為1L，則起始濃度分別為2 mol/L、1 mol/L。316℃時，CO平衡轉化率為 50%，則

評析若投料改變為4mol、2mol時，CO平衡轉化率為50%，計算得到的K≠0.25。溫度一定，K一定。而兩次得到的K不同，這樣的錯誤還是對“轉化率”的理解不到位。投料不同時，CO平衡轉化率還為50%嗎？起始投料不同，轉化率是不同的。轉化率為50%對應著特定的起始投料，這個起始投料是多少？根據題意無法確定。因此該題無法求得K。

誤區三：“進行程度”當“進行快慢”

例3 甲同學向HNO3酸化的0.05 mol·L—1AgNO3溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉驗證反應：

Fe+2Ag*==Fe2++2Ag

充分反應后生成黃色溶液，試管底部有黑色固體。

對黃色溶液成分進行檢測：取樣，滴加KSCN溶液，溶液變紅，同時有白色沉淀產生（資料：Ag+與SCN—生成白色沉淀AgSCN）。溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：取樣時

進一步查閱資料發現，溶液變黃是Ag+氧化Fe2+的結果，AgNO，溶液與過量Fe涉及到三個互相競爭的反應：

①Fe+2Ag+Fe2++2Ag K1≈1042

②Ag++Fe2+→Fe3++Ag K2≈3

③2Fe3++Fe=-3Fe2+K3≈104

結合以上信息，這三個反應中速率最快的是（填序號）。

誤解反應K1>K3>K2，K，最大，①速率最快。

評析注意概念區別：化學反應速率是用來衡量化學反應進行的快慢。化學平衡常數K是用來衡量化學反應進行的程度。反應①、反應③的K均很大，認為兩個反應完全進行;反應②的K小，反應進行程度小。

觀察現象分析。先分析白色沉淀：i產生大量AgSCN白色沉淀，而反應①②都消耗Ag+，表明雖然反應①進行程度大，但是速率慢，導致Ag+消耗得少，反應②無論快慢，由于進行程度小，短時間內消耗得Ag+也少，所以在較短時間內，還能產生大量白色沉淀;白色沉淀越來越少，因為反應①②都消耗Ag，時間長了后，Ag+濃度減少，生成白色沉淀減少。再分析紅色溶液：ii比i紅色深，說明Fe3+多了，是因為反應②生成Fe3+的速率大于反應③消耗Fe3+的速率;iii比ii紅色淺，雖然反應③速率慢，但是時間長了，而且反應③進行程度大，導致消耗Fe3+多。

判斷化學反應速率不可根據化學平衡常數，兩者是兩個完全不同的概念，代表不同的領域。化學平衡常數是熱力學，化學反應速率是動力學。互相競爭的平行反應的結果，不僅取決于化學反應的限度，還取決于化學反應速率。

化學平衡常數是表征化學反應限度的物理量，是高考必考知識點。為避免這些誤區的發生，教師要加強教學研究，一要幫助學生理清相關知識的聯系與區別，二要有清晰的解題思路、嚴謹的解題方法來引導學生，三要活絡學生的思維，提高學生的化學學科思辨能力。

基金項目：本文系課題“高中化學定義性概念情境學習的教學實踐研究”的研究成果。

（收稿日期：2022—04—06）