創(chuàng)新考查視角 提升思維能力
——分壓平衡常數(shù)相關(guān)試題分析及備考建議

>>>李 倩

分壓平衡常數(shù)是近幾年高考化學(xué)試題中的高頻考點(diǎn),它是濃度平衡常數(shù)的延伸。 該類試題通過氣相反應(yīng)的分壓平衡常數(shù)考查考生靈活運(yùn)用已有知識解決陌生問題的能力。 由于考查的情境真實(shí)復(fù)雜、信息陌生新穎、計(jì)算量大,導(dǎo)致大部分考生用時(shí)較長、計(jì)算出錯,因此具有較好的效度和區(qū)分度,有利于實(shí)現(xiàn)高考服務(wù)選材、引導(dǎo)教學(xué)的功能。 2021 年的高考試題,更加大了分壓平衡常數(shù)的考查力度,尤其是在考查角度的創(chuàng)新方面,比以往有了很大的提升, 實(shí)現(xiàn)了對考生關(guān)鍵能力的多角度考查。本文以2021 年高考分壓平衡常數(shù)試題為例,從考點(diǎn)內(nèi)容、呈現(xiàn)形式和思維方式三個方面對其創(chuàng)新性進(jìn)行分析研究,尋找解題策略,并提出相應(yīng)的備考建議。

一、認(rèn)識分壓平衡常數(shù)(Kp)

1.分壓平衡常數(shù)(Kp)的含義

人教版化學(xué)選修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的定義為:“在一定溫度下,當(dāng)一個可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù),這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù),簡稱平衡常數(shù)。 ”由于平衡常數(shù)是用平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度來計(jì)算的,因此又被稱為濃度平衡常數(shù),用符號Kc或K 表示。對于氣相反應(yīng),若將上述定義中各氣體的平衡濃度用平衡時(shí)各氣體的分壓來代替進(jìn)行計(jì)算, 也可得到一個常數(shù)——分壓平衡常數(shù),用符號Kp表示。

（1）氣體的分壓p(B)

混合氣體中氣體b 的分壓:p(b)=p·x(b),其中x(b)為氣體b 的體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),p 為混合氣體在相同溫度下平衡時(shí)刻的總壓強(qiáng)。

（2）分壓定律

混合氣體的總壓等于相同溫度下各組分氣體的分壓之和p(A)+p((b)+p(C)+p(D)+…=p。

2.分壓平衡常數(shù)（Kp）與濃度平衡常數(shù)（Kc）的關(guān)系

二、分壓平衡常數(shù)(Kp)的考查視角

下表是近三年高考試題中關(guān)于分壓平衡常數(shù)題的考查方式統(tǒng)計(jì):

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通過對近三年高考試卷的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),從2019 年至2021 年, 分壓平衡常數(shù)的考查比重逐年增加,在知識內(nèi)容、考查形式、試題呈現(xiàn)方式等方面都有不同程度的創(chuàng)新,能力要求不斷提升,可以說是“?？汲Ｐ隆?。

1.考查知識點(diǎn)創(chuàng)新

（1）列出分壓平衡常數(shù)(Kp)表達(dá)式

【典例1】(2021 年全國甲卷,28 題節(jié)選)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳。 回答下列問題：

（1）二氧化碳加氫制甲醇的總反應(yīng)可表示為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

該反應(yīng)一般認(rèn)為通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)：

①CO(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

△H2=+41kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)

△H2=-90kJ·mol-1

（2） ①用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù),表達(dá)式Kp= ;

（3）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（kθ）

【典例3】氨氣中氫含量高,是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體,且安全、易儲運(yùn),可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。

方法Ⅰ：氨熱分解法制氫氣

（3）某興趣小組對該反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。在一定溫度和催化劑的條件下, 將0.1molNH3通入3 L 的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)（此時(shí)容器內(nèi)總壓為200kPa）,各物質(zhì)的分壓隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。

【解題策略】無論是對哪種形式的分壓平衡常數(shù)的考查,只要按照題中的要求,將分壓代入計(jì)算公式即可。 在解題過程中注意看清題目的書寫要求,同時(shí)還要認(rèn)真觀察圖像的坐標(biāo),看清單位和數(shù)據(jù)。

2.試題呈現(xiàn)形式創(chuàng)新

關(guān)于分壓平衡常數(shù)的考查形式, 以往主要通過文本和信息化方程式的形式呈現(xiàn)。在2021年的高考試卷中,還增加了坐標(biāo)曲線和函數(shù)圖象,更加注重各種信息的綜合使用,考查考生從不同角度提取、分析、處理信息的能力。 這一創(chuàng)新突出體現(xiàn)在湖南卷和廣東卷上。

（1）分壓——時(shí)間圖象

【典例4】試題見典例3。

【解題思路】 通過觀察橫縱坐標(biāo)的含義發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)間的變化,各組分的分壓在不斷變化,在t1時(shí)刻達(dá)到平衡狀態(tài)。 直接從圖像上讀取分壓數(shù)據(jù),注意單位,可以進(jìn)行快速計(jì)算。

①反應(yīng)a、c、e 中,屬于吸熱反應(yīng)的有_____（填字母）。

【解題策略】明確坐標(biāo)含義,關(guān)注曲線走勢及特殊點(diǎn),對獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加工運(yùn)用。

3.解題思維方向創(chuàng)新

關(guān)于分壓平衡常數(shù)的考查方向, 以往只是通過表達(dá)式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算,考生難以體會其在工業(yè)生產(chǎn)方面的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2021 年的高考試題考查要求更高,由計(jì)算分壓平衡常數(shù)升級為應(yīng)用分壓平衡常數(shù)探尋生產(chǎn)條件。 從正向思維轉(zhuǎn)變?yōu)槟嫦蛩季S,從依據(jù)公式計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q實(shí)際問題,對考生綜合能力、創(chuàng)新能力的要求更高。 這種創(chuàng)新在全國乙卷、河北卷、廣東卷中體現(xiàn)明顯。

(1)應(yīng)用分壓平衡常數(shù)(Kp)求氣體分壓

【典例6】(2021 年全國乙卷,28 題節(jié)選)一氯化碘（ICl） 是一種鹵素互化物, 具有強(qiáng)氧化性,可與金屬直接反應(yīng),也可用作有機(jī)合成中的碘化劑。 回答下列問題：

（2）氯鉑酸鋇（BaPtCl6）固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt 和Cl2,376.8℃時(shí)平衡常數(shù)K'p=1.0×104Pa2。 在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6,抽真空后,通過一支管通入碘蒸氣（然后將支管封閉）。 在376.8℃,碘蒸氣初始壓強(qiáng)為20.0kPa。376.8℃平衡時(shí),測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5KPa，則pICl=________kPa。

則376.8℃平衡時(shí), 測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa,則0.1+20.0+p=32.5,解得p=12.4,則平 衡 時(shí)pICl=2×12.4kPa=24.8kPa。 故 答 案 為24.8kPa。

【典例7】當(dāng)今,世界多國相繼規(guī)劃了碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。 因此,研發(fā)二氧化碳利用技術(shù),降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點(diǎn)。

（3）105℃時(shí), 將 足 量 的 某 碳 酸 氫 鹽（MHCO3）固體置于真空恒容容器中,存在如下平衡：2MHCO3（s）M2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）。上述反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)體系的總壓為46kPa。保持溫度不變, 開始時(shí)在體系中先通入一定量的CO2（g）,再加入足量MHCO3（s）,欲使平衡時(shí)體系中水蒸氣的分壓小于5kPa,CO2（g）的初始壓強(qiáng)應(yīng)大于 ____ kPa。

（2）應(yīng)用相對壓力平衡常數(shù)（krp）求轉(zhuǎn)化率

【典例8】試題部分內(nèi)容見典例2。

③在圖中A 點(diǎn)對應(yīng)溫度下、 原料組成為n（CO2）:n（CH4）=1:1、初始 總壓 為100kPa 的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng), 體系達(dá)到平衡時(shí)H2的分壓為40kPa。計(jì)算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,寫出計(jì)算過程 。

（3）應(yīng)用Kc與Kp的關(guān)系求K

【典例9】(2021 年全國乙卷,28 題節(jié)選)（2）氯鉑酸鋇 （BaPtCl6） 固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt 和Cl2,376.8℃時(shí)平衡常數(shù)k'p=1.0×104Pa2,在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6,抽真空后,通過一支管通入碘蒸氣（然后將支管封閉）, 在376.8℃, 碘蒸氣初始壓強(qiáng)為20kPa。376.8 ℃平衡時(shí),測得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa,則pICl=24.8kPa,反應(yīng)2ICl（g）Cl2（g）+I2（g）的 平 衡常數(shù)K=_______（列出計(jì)算式即可）。

（3）McMorris 測定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。

【解題策略】應(yīng)用分壓平衡常數(shù)解題的關(guān)鍵:溫度不變,分壓平衡常數(shù)不變。 因此,壓力平衡常數(shù)就可作為解題的關(guān)鍵橋梁, 再結(jié)合分壓定律、 阿伏伽德羅定律推論進(jìn)行綜合處理。

三、復(fù)習(xí)備考建議

1.注重知識理解，把握概念本質(zhì)

分壓平衡常數(shù)表述抽象但內(nèi)涵豐富, 只有掌握了概念的本質(zhì), 才能深刻領(lǐng)悟概念內(nèi)涵,尋找概念之間的關(guān)聯(lián),建立知識網(wǎng)絡(luò),為靈活應(yīng)用分壓平衡常數(shù)解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問題建立基礎(chǔ)。

2.建立思維模型，提高解題能力

分壓平衡常數(shù)也是化學(xué)平衡常數(shù)的一種,同樣具有特定的解題模式。 大多數(shù)解題過程都離不開三段式的計(jì)算方法。 主要有以下幾個思維過程:獲取信息→尋找反應(yīng)→列出三段式→列式計(jì)算。

3.關(guān)注題目信息，尋找解題技巧

限定條件為恒溫恒容時(shí)可以運(yùn)用物質(zhì)的量列三段式,再代入Kp表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。 也可以直接運(yùn)用分壓帶入三段式進(jìn)行計(jì)算,后者過程簡捷,出錯率低,更為快速。 而在恒溫恒壓條件下,只能運(yùn)用物質(zhì)的量列三段式,再運(yùn)用分壓公式進(jìn)行計(jì)算。

4.設(shè)置專項(xiàng)練習(xí)，重視新穎試題

在復(fù)習(xí)分壓平衡常數(shù)專題時(shí), 要重視試題的創(chuàng)新性, 將不同的表示形式進(jìn)行匯總, 比如還可以加入物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)(Kx)的訓(xùn)練。 降低學(xué)生對陌生概念的恐懼感。

5.加強(qiáng)學(xué)科融合，準(zhǔn)確獲取信息

化學(xué)試題中的圖像多與數(shù)學(xué)學(xué)科的知識有關(guān),要注意將其中的簡化定量思想引入化學(xué)學(xué)科,提升學(xué)生讀圖獲取信息的能力。

6.實(shí)行問題導(dǎo)學(xué)，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式

在復(fù)習(xí)課上, 要轉(zhuǎn)變枯燥的學(xué)習(xí)方式,設(shè)置真實(shí)的問題情境,將具體的知識和方法轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的問題, 讓學(xué)生在解決問題的過程中,達(dá)到對知識的靈活運(yùn)用,并逐漸提升解決問題的能力,提升思維的品質(zhì)。