有关化学反应中转化率的问题

齐小玲

摘 要：本文利用例题分析了化学反应中转化率的问题，指出了平衡态和非平衡态所对应的知识范畴，帮助学生深刻理解化学平衡移动相关知识，进而有助于学生形成“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”学科素养

关键词：转化率;平衡态;学科素养

一、背景

根据2017年修订的《普通高中化学课程标准》的要求[1]，为更好的体现化学学科育人的价值，适应高中学生发展核心素养的要求，化学学科教学中应贯穿核心素养的培养，而这五大核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”。而化学平衡相关知识有助于很好的落实“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”的核心素养。

本人在多年教学中发现，学生在区分平衡转化率和非平衡转化率中经常犯错，尤其是涉及到原因分析，思维很混乱，所以本人鉴于此将化学平衡中学生经常易错的转化率问题进行分类总结，有助于学生深刻理解化学平衡的相关知识，以及落实学科素养。

二、化学平衡中转化率

1、概念（1）平衡转化率是指可逆反应达到平衡时已反应的反应物浓度或物质的量与总反应物浓度或物质的量的比值。它隶属于化学热力学部分，而化学热力学的基本原理是研究化学及有关的物理现象，主要涉及化学反应能朝着什么方向进行，以及反应进行的限度问题[2]。（2）非平衡转化率指可逆反应未达到平衡时已反应的反应物浓度或物质的量与总反应物浓度或物质的量的比值。它隶属于化学动力学部分，而化学动力学主要是解决反应的机理以及反应的速率快慢的问题[2]。

2、例题解析

Ⅰ（2019全国Ⅲ28）近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：

Deacon发明的直接氧化法为：4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）。下图为刚性容器中，进料浓度比c（HCl）∶c（O2）分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCI的转化率的方法是______________。（写出2种）

解析：此题关键点在于读出其为平衡转化率，那么我们思考的方向影响化学平衡正向移动的因素，有浓度、压强、温度而本题限定了温度，所以我们只有两个因素可以考虑即浓度和压强，根据平衡移动原理，我们就可确认答案是增加反应体系压强、及时除去产物。

Ⅱ（2018全国Ⅲ28）对于反应2SiHCl3（g）=SiH2Cl2（g）+SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

②在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是___________;要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、___________。

解析：本题从题干没有明显的字眼表征其是平衡转化率还是非平衡转化率，那么从图像上分析可以发现转化率包括了兩个部分在343K时，曲线a前110min左右属于非平衡转化率，而后属于平衡转化率，同理b曲线前280min左右属于非平衡转化率，而后属于平衡转化率。而②第一问就涉及到平衡转化率的措施，平衡转化率角度，确定了温度，就只有压强和浓度，对于此反应压强不起作用，所以只有一个因素就是浓度，即减小生成物的浓度。增加反应物浓度无法实现转化率增大利用等效平衡就可以解决。对于第二问就涉及到反应速率的措施，属于动力学范畴，它包括了浓度、压强、温度、催化剂，在限定温度的条件下，只能考虑其它三个因素：增加反应物浓度即增大压强，改进催化剂。

Ⅲ（2013福建卷，23）利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气，既廉价又环保.利用废气制取氢气来的方法有多种①高温热分解法

已知：H2S（g）H2（g）+1/2S2（g）在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为cmol·L-1测定H2S的转化率，结果见下图。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：____________________________。

解析：此题可知a曲线为平衡转化率曲线，b曲线为非平衡转化率曲线，现在问题是b曲线向a曲线逼近，我们可知这属于化学动力学问题，此题答案为温度升高，速率加快，平衡时间缩短，越来越接近平衡点。

三、总结

化学平衡中转化率问题很好的诠释了“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”的核心素养。学生必须分清楚化学热力学和动力学的相关知识，进而利用证据推理，在此过程中能够区别利用平衡因素以及速率影响因素来对问题进行解答。所以笔者认为教师在教学中应该加强学生对此知识的核心认知，进而可以深刻理解化学动力学和热力学知识的不同。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]张祖德.无机化学[s]安徽：中国科学技术大学出版社，2017.