全国卷中速率理论的命题思考

徐军

摘  要：在高中化学核心素养和最新的化学考纲中，均突出了速率平衡的重要性。作为理科综合化学科难度较大的题目，掌握相关的速率平衡理论，对教师的教和学生的学，无疑都非常重要。

关键词：速率平衡;全国卷;速率方程

在最新的高中化学核心素养中，列举了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5个核心素养。其中第2条变化观念与平衡思想专门提到：认识化学变化有一定限度、速率，是可以调控的。速率平衡在化学核心素养短短的叙述中，都做了专门的提及，可见其重要性。

对于速率平衡这部分知识点，我从以下四个方面进行了思考：

一、v正、v逆的速率方程;

速率方程常见的是浓度、分压、物质的量分数三种表达式。在一定温度下，基元反应的速率与反应物浓度（以反应方程式中的计量系数为指数）的乘积成正比，该规律称为质量作用定律，近年高考常有涉及该考点的考查。例如对于基元反应：

2NO2（g）==2NO（g）+O2（g）v=kc2（NO2）

对于任意基元反应：mA+nB==pC+qDv=kcm（A）cn（B）

其中的一级反应如H2O2H2O+1/2O2↑，v=k.c（H2O2），每间隔相同时间，反应物H2O2的浓度减半。零级反应如固体的分解反应：2KClO32KCl+3O2↑，v=k，这是一个匀速反应，不是说每个反应的反应速率都会越来越慢。

我們来看2007年广东高考第22题：

“碘钟”实验中，3I-+S2O===I+2SO的反应速率可以用I与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20℃进行实验：

实验编号 ① ② ③ ④ ⑤

c（I-）/mol·L-1 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120

c（S2O）/mol·L-1 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040

t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1

表格所罗列的数据中，其实就隐含了该反应的速率方程v=kc（I-）c（S2O）的定量关系，这类题目可以设问求速率方程。

二、v正、v逆、K的之间的关系;

再看v正、v逆、K的之间的关系，不难得出K=v正/v逆，这个考点在近几年高考中均有出现，教学中必须加以重视。2018年全国Ⅲ卷第28题（3）就对这一个考点进行了考查：

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。

反应速率v=v正−v逆=k正x2（SiHCl3）−k逆x（SiH2Cl2）x（SiCl4），k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处v正/v逆=__________（保留1位小数）。

该题目的最后一个空难度较高，但运用K=v正/v逆则比较简单：

K的值①问已经得到，a点可以求得 的值，最终得到答案。

三、Kc与Kp的换算;

接着我们看Kc与Kp的换算。虽然现在在高考中还没有出现，但在未来的高考题中是可能出现的。2018年全国I卷第28题（2）的④问对Kp进行了考查

F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示（t=∞时，N2O5（g）完全分解）：

t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞

p/kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1

④25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp=_______kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。

该题如果给了理想气体状态方程pV=nRT，则可进行Kc与Kp的换算。

因为pV=nRT，所以，所以c=p/RT。

对于反应N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp=p2（NO2）/p（N2O4）=13.4kPa。

通过以上推断，我们可以得到一个一般结论：

KC=Kp.（RT）Δn（Δn=反应前气体分子数-反应后气体分子数）。

四、阿仑尼乌斯经验公式的应用。

根据阿仑尼乌斯经验公式，可以得到以下结论：

（1）温度T越高，则速率常数k越大，化学反应速率越快;同时，反应的活化能Ea越小，则速率常数k越大，化学反应速率越快。

（2）对于活化能较大的化学反应，其反应速率随温度的升高增加较更快，为什么？证明过程如下：

从上面的推理过程，我们不难得出另外一个结论：对同一反应，温度变化相同时，在低温区速率常数随温度的升高而增加的倍数较大。因此，我们要改变反应速率，在低温区改变温度，效果更明显。

速率平衡这个题目难度较大、陌生度较高，通过以上讨论，我相信难点应该迎刃而解，老师的创新性命题和学生的精准作答应该都不是问题。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定《化学课程标准》人民教育出版社12017年版第3页.

[2]教育部考试中心《2017年普通高等学校招生全国统一考试大纲的说明》高等教育出版社2017年版第358页.