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阿伏加德罗定律 2018年高考理科综合全国Ⅰ卷第28题(节选)

更新时间:2024-03-19 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

前几天,我帮助了一位产后恢复几天的女老师。 我以这个问题为例给未来的高中生解释一下。 就题目而言,这个问题并没有太多亮点。 新颖之处在于,它为学生提供了一种化学反应速率的“新”表达方式——即用单位时间内气态物质分压的变化来表达反应速率。cBr物理好资源网(原物理ok网)

要说不新鲜,确实没什么,因为这并不是第一次在高考题中用气体分压代替浓度。 2014年高考全国综合科学第一卷第27题中,已经有一道用气体分压代替浓度计算平衡常数的题。cBr物理好资源网(原物理ok网)

摘自2014年高考全国综合理科第一卷第27题cBr物理好资源网(原物理ok网)

结果,课堂上发生了一件有趣的事情。 学得好的同学很顺利地算出了正确的结果。cBr物理好资源网(原物理ok网)

我进一步问:“为什么可以直接用气体分压而不用浓度计算呢?” 这难倒了那些问答爱好者。 他们犹豫了很久才说道:“因为我在2014年就做过这样的事情,我问了平衡常数的问题,所以我想既然可以用气压代替浓度来计算平衡常数,所以我就没有了。”想了想,觉得用压力来计算速率也是可行的。”cBr物理好资源网(原物理ok网)

是的,这些都是我们的学生。 如果我没有在课堂上问这个问题,也许他们已经检查完下面的答案了。 好吧,顺便说一句,这个问题就过去了。 他们可能永远不会想到为什么我们可以使用气体分压而不是浓度来计算平衡常数和速率。cBr物理好资源网(原物理ok网)

要解释这个问题,说起来容易,用理想气体状态方程就可以了。cBr物理好资源网(原物理ok网)

pV=nRT p=frac{n}{V}RT p=cRTcBr物理好资源网(原物理ok网)

当温度一定时pc,这是我们用气体分压代替浓度的理论基础。cBr物理好资源网(原物理ok网)

但为什么我们的学生就不能回答呢? 我想有两个原因:第一,我们在高一年级学习阿伏伽德罗定律及其推论时,主要使用的是公式pV=nRT。 而且,这个公式在高中化学课本上从来没有出现过,所以老师只介绍了公式的工具性一面,并没有详细讨论公式的变形; 其次,老师在介绍压力平衡常数K_{p}时,主要介绍的分压计算方法是p_{i}=x_{i} p_{total},而不是p_{i}=c_{i}RT。cBr物理好资源网(原物理ok网)

我们的学生只知道一种计算分压的方法,而不知道另一种,所以只能依靠“回答问题”所获得的经验来解决问题,也就是学生所说的——“因为以前做过……” “所以没有多想,我就觉得用压力来计算速度也是可行的。”cBr物理好资源网(原物理ok网)

那么我们的教学过程中是不是没有机会引入pc的思想呢?我猜不是这样的cBr物理好资源网(原物理ok网)

【教学案例】用蒸馏水稀释rm K_{2}Cr_{2}O_{7}溶液,预测溶液颜色的变化。cBr物理好资源网(原物理ok网)

rm K_{2}Cr_{2}O_{7} 溶液存在平衡: rm Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O 2CrO_{4}^{ 2-} +2H^{+}cBr物理好资源网(原物理ok网)

当溶液被稀释的瞬间,各离子的浓度降低相同的倍数阿伏加德罗定律阿伏加德罗定律,即反应物的浓度和产物的浓度都降低。 因此,利用勒夏特列原理不能定性地确定平衡运动的方向。cBr物理好资源网(原物理ok网)

【理性思考】当原溶液中的反应达到平衡时,各离子的平衡浓度为c({Cr_{2}O_{7}^{2-}})和c({H^{+} }) 分别为 c({CrO_{4}^{2-}})。 假设稀释后溶液的体积增加到原来的n倍(1">n>1),则稀释时各离子的浓度变为原来平衡浓度的frac{1}{n}。此时:cBr物理好资源网(原物理ok网)

Q_{c}=frac{left[ frac{1}{n}c({CrO_{4}^{2-}}) right]^{2}left[ frac{1}{ n}c({H^{+}})right]^{2}}{ frac{1}{n}c({Cr_{2}O_{7}^{2-}})} =frac{1}{n^{3}}cdot K_{c}cBr物理好资源网(原物理ok网)

即 Q_{c},因此平衡向正向反应的方向移动。cBr物理好资源网(原物理ok网)

【实验验证】用蒸馏水稀释重铬酸钾溶液,可以观察到溶液由稀释前的橙色变为稀释后的黄色。 证实在稀释过程中,橙红色{Cr_{2}O_{7}^{2-}}减少,黄色{CrO_{4}^{2-}}增加,即反应进行正向反应。cBr物理好资源网(原物理ok网)

如果我们仔细分析上述变化过程,不难发现,用蒸馏水稀释rm K_{2}Cr_{2}O_{7}溶液过程中的变化与通过rm Ar的变化类似。气体进入合成氨系统中的恒压装置。 行为是一样的。cBr物理好资源网(原物理ok网)

稀释溶液的行为与在恒压条件下将Ar气通入氨合成系统相同。cBr物理好资源网(原物理ok网)

添加蒸馏水稀释并在恒压条件下充入Ar气,会导致反应物和产物的浓度降低相同倍数,反应会向最能“削弱”这种变化的方向——增加的方向进行平衡系统中的粒子数。 - 执行。cBr物理好资源网(原物理ok网)

从这个角度来说,pc的思想已经包含在里面了。cBr物理好资源网(原物理ok网)

水或天空cBr物理好资源网(原物理ok网)

展示的是荷兰画家埃舍尔的木刻作品《水还是天空》。 水中游动的鱼儿慢慢进化成天空中飞翔的鸟儿。 相比之下,在空间中自由运动的气体分子和在溶剂中游动的溶质粒子不是很相似吗? 这就是艺术品和化学概念的联系方式。cBr物理好资源网(原物理ok网)

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