平衡常數(shù)在高中化學(xué)平衡理論教學(xué)中的應(yīng)用

羅 平,孫慧麗,祝可一

(新疆師范大學(xué)附屬中學(xué),新疆 烏魯木齊 830054)

化學(xué)平衡常數(shù)是用于定量表征化學(xué)反應(yīng)限度的熱力學(xué)常數(shù)。它在課標(biāo)中提出了如下的要求：“知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率”。高考考試大綱中的要求是：“了解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算”。在教學(xué)中用平衡常數(shù)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題不僅符合課程標(biāo)準(zhǔn)理念，而且滿足高考考試大綱中的能力要求。

1 理解關(guān)于平衡移動(dòng)的口訣

用水解平衡常數(shù)(Kh)也可以幫助理解“越稀越水解”這一口訣。

2 理解溶質(zhì)粒子同時(shí)存在電離和水解時(shí)溶液的酸堿性

當(dāng)溶液中的溶質(zhì)粒子同時(shí)存在電離和水解時(shí)，溶液的酸堿性取決于電離程度和水解程度的相對(duì)強(qiáng)弱。單純的記憶給學(xué)生的認(rèn)知帶來(lái)困惑，對(duì)學(xué)生記憶帶來(lái)負(fù)擔(dān)。引入平衡常數(shù)同樣可以幫助學(xué)生很好理解。

2.1 混合溶液

例題1.在濃度均為0.1mol/L的醋酸和醋酸鈉混合溶液中溶液的c(CH3COOH)_____c(CH3COO-)。(填“<”、“>”或“=”，下同)，例題2.在濃度均為0.1mol/L的HCN和NaCN混合溶液中溶液的c(HCN)_____c(CN-)。

在濃度均為0.1mol/L的醋酸和醋酸鈉混合溶液中存在著醋酸的電離平衡和醋酸根離子的水解平衡：

由此可以得出如下結(jié)論：

(1)在同濃度的醋酸和醋酸鈉混合溶液中是以醋酸的電離為主，溶液顯酸性。

(2)由HCN的Ka≈10-6，可推知CN-的Ka≈10-4，水解程度強(qiáng)于電離程度，混合溶液顯堿性。

(3)在同濃度的氨水和氯化銨混合溶液中是以NH3·H2O的電離為主，溶液顯堿性。

2.2 弱酸酸式鹽溶液

(1)查表可知，碳酸的電離平衡常數(shù)為：Ka1=4.3×10-7，Ka2=4.3×10-11

在NaHCO3溶液中

水解程度強(qiáng)于電離電離程度，NaHCO3溶液呈堿性。

(2)同理可知，在NaHSO3溶液中電離平衡常數(shù)Ka2=1.02×10-7，水解平衡常數(shù)Kh=6.5×10-13，電離程度強(qiáng)于水解程度，NaHSO3溶液呈酸性。

3 理解分布曲線圖

很多習(xí)題借助物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(δ)與溶液 pH曲線來(lái)綜合考察學(xué)生，從平衡常數(shù)的角度能很好地分析并解決問(wèn)題。如下題：

例題3：常溫下0.1mol/L的H2A溶液中H2A、HA-、A2-三者中所占物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(分布系數(shù))隨pH變化的關(guān)系如圖所示。下列表述不正確的是( )

B．在0.1mol/LNaHA溶液中，各離子濃度大小關(guān)系為：

c(Na+)>c(HA-)>c(H+)>c(A2-)>c(OH-)

D．將等物質(zhì)的量的NaHA、Na2A溶于水中，所得溶液pH恰好為4.2

對(duì)于此類題目，如能了解用平衡常數(shù)表示分布系數(shù)的方法，就變得很直觀了。

對(duì)于題給弱酸H2A(c0代表H2A的分析濃度)存在如下的兩步電離。

(1)

(2)

在H2A溶液隨著pH變化的過(guò)程中始終存在著如下物料守恒：

c0=c(H2A)+ c(HA-)+c(A2-)

(3)

同理可得:

通過(guò)以上的推導(dǎo)分析，可以得出如下結(jié)論：

ⅠδH2A+δHA-δ(A2-)=1，分布系數(shù)(δ)決定于該酸堿物質(zhì)的性質(zhì)和溶液的pH，而與其總濃度(或分析濃度c0)無(wú)關(guān)。

Ⅱ兩步電離的Ka相差較大的時(shí)候，所有物料形式共存不明顯。

ⅢpH=pKa1時(shí)，溶液中c(H2A)=c(HA-)，pH=pKa2時(shí)，c(HA-)=c(A2-)。

結(jié)合上述分析，例題3中D項(xiàng)描述錯(cuò)誤。

4 分析特殊反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)室吸收和檢驗(yàn)H2S氣體的優(yōu)良試劑是硫酸銅溶液，能發(fā)生如下反應(yīng)：

CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4。在這個(gè)反應(yīng)中出現(xiàn)了弱酸(H2S)制強(qiáng)酸(H2SO4)的反常情況?？梢詮钠胶獬?shù)的角度來(lái)分析該反應(yīng)，幫助學(xué)生理解。

溶液中存在這個(gè)平衡：Cu2++H2S=CuS↓+2H+

查表可知(25℃)Ka1=9.5×10-8，Ka2=1.3×10-14，Ksp=1.27×10-36。

代入數(shù)據(jù)可知上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=9.7×1014≥105，反應(yīng)非常徹底。

從上面的分析可以看出，在教學(xué)中引入平衡常數(shù)可以為學(xué)生提供理性分析的思維“支架”，降低學(xué)習(xí)難度，還能體現(xiàn)化學(xué)研究的過(guò)程與方法，有助于實(shí)現(xiàn)新課程提升學(xué)生核心素養(yǎng)的宗旨。