关于平衡常数的计算教学设计与思考

广东 徐俊龙 申 燕

平衡状态是可逆反应所能达到的最大限度。对于不同的化学反应，或者是在不同条件下的同一反应来说，反应所能达到的最大限度是不同的，平衡常数定量地描述了一定条件下可逆反应所能达到的最大限度。一个平衡常数对应多个平衡状态，每个平衡状态对应各物质的浓度之间有多种组合。温度不变平衡常数不变，可以解决很多相关问题，关于平衡常数的试题是高考常考题，下面我们通过几道例题阐述相关题目的解法。

1.常规的平衡常数计算及其相关问题

【例题1】在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡，测得c(H2)=0.008 0 mol·L-1。(要求写出计算过程)

(1)求该反应的平衡常数；

(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20 mol，试求达到平衡状态时各物质的浓度及H2的转化率；

(3)该温度下，将一定量的H2和I2充入某容器中，一段时间后，测得体系中c(H2)=0.005 0 mol·L-1，c(I2)=0.003 0 mol·L-1，c(HI)=0.008 0 mol·L-1，此时该反应处于何种状态？

【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，处于不平衡状态，向逆反应方向移动

【变式训练1】2017年全国卷Ⅰ第28题(3)节选，注明了出处，具体题目限于版面从略，读者可自行查阅高考原题，下同。

2.Kc、Kp、Kx的计算

图1

图2

图3

【答案】(1)4

【设计意图】(1)需获取信息看清恒温恒压、恒温恒容、温度压强均变化等情形，第(1)小题很多人对图象理解错误，算成14 L。A、B所处状态是温度相同而压强不同，具体思路是根据A状态平衡体积算出平衡浓度，算出平衡常数，B状态温度与A状态相同，压强与A状态不同，利用A状态时的K，可算出B状态时的平衡体积。(2)理解Kp的算法，分压的算法，有时直接用分压算(例如2018年全国卷I第28题)，本题是恒温恒压下计算，注意理解等压线或等温线等。可进行简单变式训练：若其他条件不变，改为恒温恒容容器，则各空答案如何？(3)Kx的计算在2015年全国卷Ⅰ第28题和2018年全国卷Ⅲ第28(3)问均有出现，应该引起关注，避免今后高考中出现差错。

【变式训练2】(1)2014年全国卷Ⅰ，28(3)节选；(2)2018年全国卷Ⅰ，28(2)节选。

3.K与k相关的计算问题

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

(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。

(2)上述反应中，正反应速率为v正=k正x2(HI)，逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1，在t=40 min时，v正=________(保留3位有效数字)min-1。

(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为________(填字母)。

(3)A、E

【变式训练3】2018年全国卷Ⅲ第28题(3)节选。

4.其他各种平衡常数有关的计算

已知90℃时，Kw=3.6×10-13，若b点对应的pH为12，则该温度下K=________(仅列算式即可)。

【答案】(1)1.936×10-3

【规律小结】以上2～4三个例题要求学生学会读图识图，正确选取数据(图表数据隐含解题信息)，这是高考考试说明中能力要求：接受、吸收、整合化学信息的能力，而信息表征有宏观、微观、符号、曲线这四种。引导学生识图象——有效采集图象曲线表示的意义(坐标、起点、拐点、斜率等，特别要看清楚横坐标和纵坐标的意义)，想原理——根据采集信息，检索涉及的基本原理(图表中数据有哪些，有何变化特点或规律)，学整合——在识图象、想原理的基础上，分析引起这些变化的原因或得出相应结论。

【变式训练4】2016年全国卷Ⅰ第27题(2)节选

5.多重平衡体系的计算