福建 林耀昆

一、問題的提出

近幾年高考的理綜化學試題以課程標準和《考試大綱》為本，考查考生的知識理解能力和知識遷移創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了素養(yǎng)立意的命題思想。筆者對近幾年高考理綜化學試題化學平衡中有關(guān)壓強計算的考查進行統(tǒng)計和梳理(表1)，以供學習參考。

表1

從表1的“考查的呈現(xiàn)方式”可以看出，有關(guān)化學平衡常數(shù)及轉(zhuǎn)化率的計算的考查也已從簡單用已知數(shù)據(jù)的代入計算提升到采用圖表形式結(jié)合壓強的分析代入計算。據(jù)統(tǒng)計，福建理科考生在2018年全國理綜Ⅰ卷第28(2)題的第②小題兩個計算的得分率分別約為0.07和0.06，而第④小題得分率約為0.007。看到這么低的得分率，筆者一直在思考，在高考二輪專題難點突破的復習時，我們應(yīng)該怎樣幫助學生構(gòu)建思維模型，有效突破化學平衡有關(guān)壓強的計算。本文將從試題特征、知識梳理和提升、思維模型的構(gòu)建及相應(yīng)改編的高考試題進行分析，幫助學生快速解決化學平衡有關(guān)壓強的計算。

二、化學平衡有關(guān)壓強的計算思維模型的構(gòu)建

1.試題特征

在可逆反應(yīng)的起始狀態(tài)或達到平衡狀態(tài)時通過圖表的形式提供壓強的具體數(shù)值或壓強數(shù)值的變化情況，要求考生在相對簡單或較復雜的情境下，分析反應(yīng)，利用知識遷移，采用合適的計算方法進行有關(guān)化學平衡常數(shù)或轉(zhuǎn)化率的計算。

2.知識梳理和提升

化學平衡中有關(guān)壓強的計算試題的核心是壓強。而高中日常教學由于學生的知識經(jīng)驗不足及《考試大綱》沒有明確要求要考查壓強的計算，大多數(shù)的一線教師只是在遇到相應(yīng)的練習時才會結(jié)合題目的信息給學生簡單介紹壓強的一些知識。筆者認為在高考二輪專題難點突破的復習時有必要對壓強相關(guān)知識進行梳理和提升。主要從以下三個方面進行提升：

(1)理想氣體的狀態(tài)方程：pV=nRT

理想氣體指的是：氣體分子本身體積極小或氣體分子間引力極小。真實的氣體分子本身有體積，分子之間有引力，但在較高溫度(不低于0℃)、較低壓力(如不高于101.3 kPa)的情況下，這兩個因素都可以忽略不計，用該公式計算的結(jié)果能接近實際情況。

(2)分壓定律：

1801年，約翰·道爾頓總結(jié)了大量實驗數(shù)據(jù)，提出混合氣體分壓定律：在溫度和體積恒定時混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓之和；某組分氣體分壓的大小和它在氣體混合物中的體積分數(shù)(或物質(zhì)的量分數(shù))成正比。

即：p總=p1+p2+p3+…+pi

即：氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×物質(zhì)的量分數(shù)

或：氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×體積分數(shù)

3.構(gòu)建思維模型

首先從題目中已知數(shù)據(jù)，如“開始或平衡時的氣體的總壓強”、“開始或平衡時氣體物質(zhì)的量”或“開始或平衡時氣體的體積分數(shù)”等入手，選擇“三段式法”或“差量法”等合適的計算方法，在相對簡單或較復雜的情境下將“氣體的壓強與物質(zhì)的量”或“氣體的壓強與體積”進行知識的遷移和應(yīng)用，最后代入計算并得到正確的答案。思維模型如圖1所示：

該解題思維最難的是在復雜的情境下進行知識的遷移。建構(gòu)主義認為，知識的遷移就是在新的情境中應(yīng)用知識，在新條件下對知識的進一步學習，對知識的深入理解。在復習過程中教師要選取不同試題情境，讓學生分析不同物質(zhì)物質(zhì)的量和壓強之間的聯(lián)系，要善于引導學生從氣體物質(zhì)的量或體積的代入計算遷移到壓強的代入計算。

三、典型例題分析

例1(2012·四川·改編)在體積恒定的密閉容器中，一定量的SO2與1.100 mol O2在催化劑作用下加熱到600℃發(fā)生反應(yīng)：

【解題思維模型分析】

1.抓已知：題目已知數(shù)據(jù)包含1.100 mol O2、氣體的物質(zhì)的量減少0.315 mol、氣體壓強為反應(yīng)前的82.5%

2.選方法：由以上已知數(shù)據(jù)分析選擇差量法和三段式法共同組合計算

3.用遷移：由理想氣體的狀態(tài)方程中的推論將氣體物質(zhì)的量之比遷移到氣體的壓強之比

4.代計算、得答案：

起始(mol)n(SO2) 1.100 0

變化(mol) 0.630 0.315 0.630 0.315

平衡(mol)n(SO2)-0.630 0.785 0.630

得n(SO2)=0.700 mol

得平衡時α(SO2)=90%

表2

回答下列問題：

(1)由總壓強p和起始壓強p0計算反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率α(A)的表達式為________。

(2)用三段式列出并計算平衡時A的物質(zhì)的量為mol(結(jié)果保留四位小數(shù))；反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。

(3)用總壓強p和起始壓強p0表示反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量n總和反應(yīng)物A的物質(zhì)的量n(A)，則n總=mol，n(A)=mol。

【解題思維模型分析】

1.抓已知：題目已知數(shù)據(jù)包含0.10 mol A、起始總壓強為4.91×100 kPa、平衡時總壓強為9.53×100 kPa

2.選方法：由以上已知數(shù)據(jù)分析選擇三段式法進行計算

3.用遷移：由理想氣體的狀態(tài)方程中的推論將氣體物質(zhì)的量之比遷移到氣體的壓強之比

4.代計算：

起始(mol) 0.10 0 0

變化(mol)xxx

平衡(mol) 0.10-xxx

5、得答案：

(2)0.094 1 molK=1.5

計算在圖中A點對應(yīng)各組分的分壓及平衡常數(shù)Kp(結(jié)果保留2位小數(shù))：

p(C2H4)=MPa；p(H2O)=MPa；

p(C2H5OH)=MPa；Kp=。

【解題思維模型分析】

1.抓已知：題目已知數(shù)據(jù)包含平衡時乙烯的轉(zhuǎn)化率為20%、總壓強7.85 MPa

2.選方法：由以上已知數(shù)據(jù)分析選擇三段式法進行計算

3.用遷移：將平衡濃度表示平衡常數(shù)遷移到平衡分壓表示平衡常數(shù)

4.代計算、得答案：

設(shè)C2H4和H2O起始物質(zhì)的量為1 mol

起始(mol) 1 1 0

變化(mol) 0.2 0.2 0.2

平衡(mol) 0.8 0.8 0.2

由p分=p總×物質(zhì)的量分數(shù)

得到p(C2H4)=3.49 MPa

p(H2O)=3.49 MPa

p(C2H5OH)=0.87 MPa

得到Kp=0.07

例4(2018·全國卷Ⅰ·28節(jié)選)F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時N2O5(g)分解反應(yīng)：

2N2O4(g)

其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表3所示[t=∞時，N2O5(g)完全分解]：

表3

(1)研究表明，N2O5(g)分解的反應(yīng)速率v=2×10-3×p(N2O5)(kPa·min-1)。t=62 min時，測得體系中p(O2)=2.9 kPa，則此時的p(N2O5)=________kPa，v=________kPa·min-1。

【解題思維模型分析】

1.抓已知：題目已知數(shù)據(jù)包含起始總壓強為35.8 kPa，t=∞時N2O5(g)完全分解即平衡時總壓強為63.1 kPa

2.選方法：由以上已知數(shù)據(jù)分析選擇差量法和三段式法共同組合計算

3.用遷移：由理想氣體的狀態(tài)方程中的推論將氣體物質(zhì)的量之比遷移到氣體的壓強之比，同時也將平衡濃度表示平衡常數(shù)遷移到平衡分壓表示平衡常數(shù)

4.代計算、得答案：

第(1)小題有關(guān)反應(yīng)速率的計算，仍采用三段式代入

起始壓強(kPa) 35.8 0

變化壓強(kPa) 5.8 2.9

62 min時的壓強(kPa) 30.0 2.9

答案：30.0 6.0×10-2

起始壓強(kPa) 71.6 0

變化壓強(kPa) 52.8 26.4 26.4

平衡壓強(kPa) 18.8 26.4

四、總結(jié)啟示