活用化学平衡常数巧妙突破平衡难点

2017-04-15江苏省如东高级中学226400

数理化解题研究 2017年7期

关键词：平衡常数化学平衡容积

江苏省如东高级中学(226400)

陈艳●

活用化学平衡常数巧妙突破平衡难点

江苏省如东高级中学(226400)

陈艳●

化学平衡常数是新教材增加的内容，对平衡常数的考查《2017江苏省化学科考试说明》的要求是“理解化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数计算反应物的转化率”.平衡常数俨然成为高考命题热点，每年高考均有涉及.事实上，引入平衡常数还可以在教学中通过定量计算，很好地突破化学平衡在教学上的一些难点，下面通过几道典型例题来说明如何通过化学平衡常数巧妙突破这些难点.

一、利用化学平衡常数K判断反应进行的程度

平衡常数K只是温度的函数，在一定温度下与浓度无关，因此，我们可以根据K的大小来判断化学反应进行的程度，确定反应物转化率的相对大小.

分析本题考查的是N2O4转化为NO2的可逆反应的平衡体系，恒温、恒容下向其中分别充入NO2和N2O4时，反应进行程度的判断.用“虚拟容器法”可以解决问题，但学生很难理解，若用平衡常数K来判断就容易理解得多.原平衡：K=c2(NO2)/c(N2O4)，则c(NO2)/c(N2O4)=K/c(NO2)，由于温度不变平衡常数不变，无论充NO2气体还是N2O4气体时，c(NO2)均增大，K/c(NO2)减小，即c(NO2)/c(N2O4)减小，所以均减小.答案:减小、减小

二、利用化学平衡常数K判断平衡移动方向

A．均减半 B．均加倍

C．均增加1mol D．均减少1mol

分析温度不变，平衡常数为定值.设容器体积为V，K=(4/V)2÷[(4/V)2·2/V]=V/2，对A．Qc=(2/V)2÷[(2/V)2·1/V]=V>V/2，Qc>K，平衡向逆反应方向移动，对B．Qc=(8/V)2÷[(8/V)2·4/V]=V/4V/2，Qc>K，平衡向逆反应方向移动.

答案:见解析.

A．均减半 B．均加倍 C．均增加1mol D．均减少1mol

分析注意该题与上述例2的不同之处在于改变了一个外界条件，将容积不变改为容积可变，如果用平衡常数来说明更为方便.设容器体积为V，K=V/2，在容积可变的情况下，如果均减半或均加倍，各物质的浓度不变，K不变，平衡不移动.如果均加1mol，设容积为V′，根据阿伏伽德罗定律及其推论，V′=1.3V，则Qc=(5/V′)2÷[(5/V′)2·3/V′]=1/3V′,则Qc=1/3V′=1.3V/3<1/2V=K，故平衡向正反应方向移动.减少1mol与此类似，只不过移动方向相反.答案:C

三、利用化学平衡常数K解释压强改变对化学平衡的影响

勒夏特列原理指出：“如果改变影响平衡的条件之一(温度、浓度、压强)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动”.在平时的教学中，学生很难理解“减弱”这两个字的含义，教师更多地类比物理教学中的“楞次定律”，但收效甚微，借助化学平衡常数K可以帮助学生来理解压强改变对化学平衡的影响.

(1) 当活塞迅速向里推时，气体的颜色先变____，后变____； ____得比原来____.(填“深”、“浅”)

(2) 当活塞迅速向外拉时，气体的颜色先变____，后变____； ____得比原来____.(填“深”、“浅”)

分析假设某温度时到达平衡时，平衡体系中NO2、N2O4浓度均为1mol/L，根据平衡常数的表达式甲酸可知K=1.在某一时刻，迅速压缩注射器的活塞至体积为原来的1/2，此时NO2、N2O4物质的量浓度瞬时变为原来的2倍，即2mol/L，再运用“三段式”和平衡常数计算出新平衡时NO2、N2O4的浓度.具体计算如下：假设到达新平衡过程中NO2物质的量浓度变化了2xmol/L.根据平衡常数K=c(N2O4)/c2(NO2)，可得(2+x)/(2-2x)2=1，通过计算可知x=0.25，即达到新平衡时NO2的浓度为(2-2x)mol/L即1.5mol/L.NO2的浓度变化如下图所示.NO2的浓度由1mol/L到2mol/L再到1.5mol/L，很好地说明了颜色变化的过程.