建立“兩步法”的化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算模型

張瑩草

(浙江省春暉中學(xué) 312300)

1 引言

人教版化學(xué)選修1《化學(xué)反應(yīng)原理》中關(guān)于化學(xué)平衡的內(nèi)容是高中化學(xué)學(xué)科內(nèi)容中的核心概念之一，也是化學(xué)教學(xué)過程中最難的主題之一.化學(xué)平衡在宏觀上是靜態(tài)的，但是在微觀上是動(dòng)態(tài)的，它的概念較為抽象、復(fù)雜，給學(xué)生的認(rèn)識和學(xué)習(xí)造成了很大的障礙.其中，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算更是難上加難，近幾年在高考中融入以速率、平衡為中心的原理綜合題中，使得較多學(xué)生對其望而卻步，直接放棄計(jì)算.

同時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)考題中關(guān)于平衡常數(shù)的計(jì)算常有涉及Kc、Kp、K?等形式，而現(xiàn)行教材中卻只介紹了較為簡單的濃度平衡常數(shù)Kc的計(jì)算，致使學(xué)生在認(rèn)識上產(chǎn)生盲區(qū)、在理解上產(chǎn)生偏差、在解題上產(chǎn)生恐懼.因此，本文對常見的三種化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行了分類介紹，以學(xué)習(xí)進(jìn)階的形式探究平衡常數(shù)的計(jì)算技巧，利用“兩步法”建立計(jì)算模型，幫助學(xué)生理清思路、克服計(jì)算恐懼.

2 化學(xué)平衡常數(shù)的分類

2.1 濃度平衡常數(shù)Kc

2.2 壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp

2.3 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K?

在化學(xué)平衡體系中，用各物質(zhì)的相對濃度或相對分壓替代濃度計(jì)算的平衡常數(shù)叫標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，用K?表示.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算得到的平衡常數(shù)，又稱熱力學(xué)平衡常數(shù)，在熱力學(xué)中最為常用.根據(jù)反應(yīng)體系中各物質(zhì)存在形式的不同，可將化學(xué)反應(yīng)分為溶液反應(yīng)、氣相反應(yīng)和混合反應(yīng)，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示方法也略有不同.

2.3.1 溶液反應(yīng)中的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

2.3.2 氣相反應(yīng)中的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

2.3.3 混合反應(yīng)中的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

3 化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算

3.1 Kp的計(jì)算技巧

3.1.1 直接根據(jù)分壓強(qiáng)計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)

表1

第一步：利用差量法求得，p(N2)=Δp=15.00MPa-12.50MPa=2.50 MPa，則p(NO2)=2p(N2)=5.00 MPa，p(NO)=15.00MPa-2.50MPa×4=5.00 MPa.

第二步：代入上式，求得Kp=0.1(MPa)-1.

3.1.2利用變式計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)

圖1

結(jié)論關(guān)于Kp的計(jì)算，首先分析題給信息，再選擇以下三個(gè)計(jì)算式代入計(jì)算，有助于學(xué)生明晰計(jì)算思路，化簡計(jì)算過程.

直接根據(jù)分壓強(qiáng)計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)：

利用變式計(jì)算壓強(qiáng)平衡常數(shù)：

①

②

3.2 Kc、K?的計(jì)算技巧

由Kp的計(jì)算得到提示，Kc、K?(氣相)也可統(tǒng)一變式為關(guān)于n的計(jì)算式：

③

④

由此發(fā)現(xiàn)，Kc、Kp、K?的計(jì)算可簡化為同一含n的模板，運(yùn)用時(shí)僅需稍許的變動(dòng)便能相互轉(zhuǎn)化.該模板將三個(gè)計(jì)算難點(diǎn)串聯(lián)了起來，大大減輕了學(xué)生的記憶量，避免學(xué)生出現(xiàn)記憶混亂，且以建模的方式將難題變成了簡單題，體現(xiàn)了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng).

解析第一步：設(shè)N2和H2起始物質(zhì)的量分別為n、3n，求得平衡時(shí)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為(1-ω)n、3(1-ω)n、2ωn，n總=(4-2ω)n，p總=p?.

第二步：將數(shù)據(jù)代入變式④，可得

平衡常數(shù)的計(jì)算是高中化學(xué)教學(xué)的重難點(diǎn)，考察角度靈活，但也有規(guī)律技巧可以借鑒.本文以不同層次、不同難度的題目為學(xué)習(xí)進(jìn)階的載體，探究“兩步法”計(jì)算模型，引導(dǎo)學(xué)生讀懂?dāng)?shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、處理數(shù)據(jù)，符合學(xué)生科學(xué)認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，有效提高學(xué)生遷移理解能力、定量分析能力，幫助學(xué)生攻克平衡常數(shù)計(jì)算難題.