化學(xué)平衡常數(shù)K的幾個解題誤區(qū)

丁艷

化學(xué)平衡常數(shù)K是表明化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的特征值。K值越大，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度越大，平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大;反之，越小。初學(xué)者可能會出現(xiàn)這樣的情況：在書寫K的表達(dá)式時，把純固體或純液體代入;當(dāng)濃度、壓強發(fā)生改變時，根據(jù)平衡移動的方向來判斷K發(fā)生改變，疏忽了K只受溫度影響等等，這些屬于淺表性的問題，能及時糾正。但是筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對K進(jìn)行綜合應(yīng)用時缺乏深層次理解，導(dǎo)致解題的誤區(qū)。

誤區(qū)一：“恒溫恒壓”當(dāng)“恒溫恒容”

例1（2019江蘇高考題15）在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時間，測得不同溫度下NO轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖1中實線所示（圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化）。下列說法正確的是（）。

A.反應(yīng)2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）的ΔH>0

B.圖中X點所示條件下，延長反應(yīng)時間能提高NO轉(zhuǎn)化率

C.圖中Y點所示條件下，增加O2的濃度不能提高NO轉(zhuǎn)化率

D.380℃下，C起始（O2）=5.0x10-4mol· L—，NO平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡常數(shù)K>2000

誤解 D.設(shè)NO起始濃度為a mol/L，NO的轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時NO、O2和NO2的濃度分別為0.5a mol/L、（5x10-4-0.25a）mol/L、 0.5a mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式

評析平衡時NO、O2和NO2的濃度分別是0.5amol/L、（5x10-4-0.25a）mol/L、0.5a mol/L 嗎？這是恒溫恒壓體系，反應(yīng)后體積減小，濃度發(fā)生變化，這種解法不準(zhǔn)確。這個過程錯把“恒溫恒壓”體系當(dāng)成“恒溫恒容”體系來做，導(dǎo)致濃度的誤判。筆者提出了自己的觀點：

設(shè)NO起始物質(zhì)的量為amol，NO的轉(zhuǎn)化率為50%，平衡時n（NO2）=n（NO），同一容器，體積相同，則c（NO2）=c（NO）。根據(jù)pV=nRT，兩邊除以V得p=cRT，p、T不變，R為常數(shù)，因此容器中總濃度c不變，c=c（NO2）+c（NO）+ c（O2）;該反應(yīng)

2NO（g）+O2（g）-2NO2（g）

在恒溫恒壓條件下反應(yīng)，反應(yīng)后V減小，則c（NO2）+c（NO）變大;因為總濃度c不變，因此c（O2）變小，c（O2）<5.0x10-4mol·L-'，K>2000。

誤區(qū)二：“比值投料”當(dāng)“真實投料”例2將H2和CO以

（A）=2的方式充入1L的恒容密閉容器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g） 100

測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強變化關(guān)系如圖2所示。下列說法正確的是（）。

A.該反應(yīng)的ΔH>0

B.壓強大?。篜1C.在316℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.25

D.若在p3和316℃時，起始（A）=3時，則達(dá)到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率大于50%

誤解 C.設(shè)H2、CO起始物質(zhì)的量分別為2 mol、1 mol，體積為1L，則起始濃度分別為2 mol/L、1 mol/L。316℃時，CO平衡轉(zhuǎn)化率為 50%，則

評析若投料改變?yōu)?mol、2mol時，CO平衡轉(zhuǎn)化率為50%，計算得到的K≠0.25。溫度一定，K一定。而兩次得到的K不同，這樣的錯誤還是對“轉(zhuǎn)化率”的理解不到位。投料不同時，CO平衡轉(zhuǎn)化率還為50%嗎？起始投料不同，轉(zhuǎn)化率是不同的。轉(zhuǎn)化率為50%對應(yīng)著特定的起始投料，這個起始投料是多少？根據(jù)題意無法確定。因此該題無法求得K。

誤區(qū)三：“進(jìn)行程度”當(dāng)“進(jìn)行快慢”

例3 甲同學(xué)向HNO3酸化的0.05 mol·L—1AgNO3溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉驗證反應(yīng)：

Fe+2Ag*==Fe2++2Ag

充分反應(yīng)后生成黃色溶液，試管底部有黑色固體。

對黃色溶液成分進(jìn)行檢測：取樣，滴加KSCN溶液，溶液變紅，同時有白色沉淀產(chǎn)生（資料：Ag+與SCN—生成白色沉淀AgSCN）。溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如下：取樣時

進(jìn)一步查閱資料發(fā)現(xiàn)，溶液變黃是Ag+氧化Fe2+的結(jié)果，AgNO，溶液與過量Fe涉及到三個互相競爭的反應(yīng)：

①Fe+2Ag+Fe2++2Ag K1≈1042

②Ag++Fe2+→Fe3++Ag K2≈3

③2Fe3++Fe=-3Fe2+K3≈104

結(jié)合以上信息，這三個反應(yīng)中速率最快的是（填序號）。

誤解反應(yīng)K1>K3>K2，K，最大，①速率最快。

評析注意概念區(qū)別：化學(xué)反應(yīng)速率是用來衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢?；瘜W(xué)平衡常數(shù)K是用來衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。反應(yīng)①、反應(yīng)③的K均很大，認(rèn)為兩個反應(yīng)完全進(jìn)行;反應(yīng)②的K小，反應(yīng)進(jìn)行程度小。

觀察現(xiàn)象分析。先分析白色沉淀：i產(chǎn)生大量AgSCN白色沉淀，而反應(yīng)①②都消耗Ag+，表明雖然反應(yīng)①進(jìn)行程度大，但是速率慢，導(dǎo)致Ag+消耗得少，反應(yīng)②無論快慢，由于進(jìn)行程度小，短時間內(nèi)消耗得Ag+也少，所以在較短時間內(nèi)，還能產(chǎn)生大量白色沉淀;白色沉淀越來越少，因為反應(yīng)①②都消耗Ag，時間長了后，Ag+濃度減少，生成白色沉淀減少。再分析紅色溶液：ii比i紅色深，說明Fe3+多了，是因為反應(yīng)②生成Fe3+的速率大于反應(yīng)③消耗Fe3+的速率;iii比ii紅色淺，雖然反應(yīng)③速率慢，但是時間長了，而且反應(yīng)③進(jìn)行程度大，導(dǎo)致消耗Fe3+多。

判斷化學(xué)反應(yīng)速率不可根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)，兩者是兩個完全不同的概念，代表不同的領(lǐng)域。化學(xué)平衡常數(shù)是熱力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)速率是動力學(xué)?；ハ喔偁幍钠叫蟹磻?yīng)的結(jié)果，不僅取決于化學(xué)反應(yīng)的限度，還取決于化學(xué)反應(yīng)速率。

化學(xué)平衡常數(shù)是表征化學(xué)反應(yīng)限度的物理量，是高考必考知識點。為避免這些誤區(qū)的發(fā)生，教師要加強教學(xué)研究，一要幫助學(xué)生理清相關(guān)知識的聯(lián)系與區(qū)別，二要有清晰的解題思路、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忸}方法來引導(dǎo)學(xué)生，三要活絡(luò)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思辨能力。

基金項目：本文系課題“高中化學(xué)定義性概念情境學(xué)習(xí)的教學(xué)實踐研究”的研究成果。

（收稿日期：2022—04—06）