“化学平衡常数”应用的教学体会

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  [摘 要]在苏教版《化学反应原理》中化学反应速率与化学平衡一节,讲到化学平衡常数,在学习化学平衡知识时,学生对化学平衡常数的应用认识较为浅薄。但实际上,很多较难的化学平衡问题都可以通过化学平衡常数K进行解决,甚至包括电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的一些问题,它们都是以化学平衡为基础的。所以学好化学平衡常数对于高中化学尤为重要。
  [关键词]化学平衡常数 运用
  人们为了描述可逆反应进行限度,引入了化学平衡常数,用化学平衡常数来描述化学反应的限度。在一定条件下的可逆反应进行到一定程度,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化,这种状态就称为化学平衡状态,简称化学平衡状态。 对于一般的可逆反应aA+bB cC+dD;各物质的平衡浓度之间存在一个关系式,即 K=[C(C)c.C(D)d]/[C(A)a.C(B)b] (1),叫做化学平衡常数表达式。即在一定条件下的可逆反应中,当反应处于平衡时,生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积之比是一个常数,叫化学平衡常数。化学平衡常数可以表示一个可逆反应进行的程度,也可以判断一个反应是否达到平衡状态,以及利用化学平衡常数进行相关的计算。例如有些学生不太理解“浓度越小,弱电解质的电离程度越大”,其实这个问题就可以通过平衡常数K与Qc的关系解决。下面就通过对几个例题的剖析,使同学们熟悉化学平衡常数的应用。
  1. 判断方向
  (1) 起始反应的方向。在一定条件下,可逆反应中各组分的浓度已知,可逆反应将向什么方向进行?这样的问题我们可以用化学平衡常数K就能轻松解决。
  方法:将所给各组分的浓度代入平衡常数表达式中而得到Qc,浓度积Q=[C(C)c.C(D)d]/[C(A)a.C(B)b] (2) 。注意:(1)上式中浓度为平衡状态时的浓度。(2)应用K来判断平衡状态。,Q与K表达式相同,但带入浓度不同。Q为某时刻的浓度,而K为平衡浓度。
  若Qc>K,则表明加入的物质中生成物浓度大了,而反应物浓度小了,平衡将逆向进行;若Qc  例如吸热反应N2(g)+O2(g)= 2NO(g),在2 000℃时,K=6.2×10-4。2 000℃时,向10L密闭容器中放入2.94×10-3molNO,2.50×10-1molN2和4.00×10-2molO2,通过计算回答:①此反应的初始状态是否为化学平衡状态?②若非化学平衡状态,反应将向哪个方向进行以达到化学平衡状态?
  解析:由题信息我们可以很容易计算出NO、N2、O2、的浓度分别为2.94×10-4mol/L、2.50×10-2mol/L、4.00×10-3mol/L,再通过计算Qc=8.60×10-4>K,所以该反应未达平衡,反应将逆向进行。
  (2)平衡移动的方向。如果可逆反应改变反应物和生成物浓度时,平衡将向什么反向移动?方法与上述的一样,仍用Qc与K的关系。
  例如800℃时,化学平衡CO(g)+H2O(g)= CO2(g)+H2(g)的平衡常数K为1,若达到平衡后其他条件不变,将C(H2O)增大到原来的2倍,同时将C(CO2)增大到原来的3倍,化学平衡将向什么方向移动?我们可将所改变的浓度代入到平衡常数表达式而得到Qc,很显然Qc>K,因此平衡将向逆反应方向移动。但是,在教学中我发现学生很难记住:若Qc>K,平衡将逆向进行;若Qc  不管如何Q都会向着K靠近,所以从图上很容易就可以看出当QK时化学反应就会从右向左进行即反应向逆反应方向进行 ;当Q=K时化学反应达到平衡状态。这样表示出来很直观,学生很容易就记住了。
  2. 判断反应热效应
  平衡常数K值的大小只与外界的温度有关。温度发生变化,平衡常数也随着改变。若温度升高,K值变大,由化学平衡移动原理可以判断化学反应向吸热方向移动。则正反应为吸热反应;若温度升高,K值减小,则正反应为放热反应。
  3. 判定转化率
  一定温度下,K值越大,反应进行得越完全,反应物转化率就越高,反之就越低。所以,我们可利用K的大小判定反应物转化率的大小。
  例如27℃时,反应(1):N2(g)+O2(g)= 2NO(g),K=3.84×10-31,反应②:2SO2(g)+O2(g)= 2SO3(g),K=3.10×1025,判断这两个反应进行的程度? 很明显,第一个反应的平衡常数很小,说明其反应的程度很小,几乎不能发生。而后一个反应的平衡常数很大,说明这个反应进行的比较完全,转化率就很大。
  例:下列数据是一些反应的平衡常数,试判断哪个反应进行地最接近完全,哪个反应进行地最不完全?
  A.K=1 B. K=10 C.K=10-1 D.K=1010 E.K=10-10
  解析:化学平衡常数K,可以表示化学反应进行的限度。一般K值越大,表示该反应正向进行的程度越大;K值越小,表示化学反应正向进行的程度越小。并且,如果一个化学反应的平衡常数的数值在105左右,通常认为,反应可以进行得比较完全;相反,如果一个化学反应的平衡常数的数值在10-5左右,则认为这个反应很难进行。 所以,上面五个选项中,D项表示反应进行地最接近完全;E项表示的反应进行的最不完全。
  答案:反应D进行地最完全;反应E进行地最不完全。
  以上是我对化学平衡常数教学的总结与创新,希望这些对大家能有所帮助。
  参考文献:
  [1]王祖浩.化学反应与原理(选修)[M].江苏教育出版社.2007.6
  [2]吴国庆.无机化学[M].北京:高等教育出版社,2002年8月,66-84.
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