一道高考题的质疑|每天一道高考题

时间：2019-02-05 03:27:16　来源：雅意学习网本文已影响人

　　文章编号：1005－6629(2008)04－0079－02中图分类号：G424.74 文献标识码：B 　　　　1 问题的提出　　　　1.1 原题(2007山东理综28（1）题)
　　二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。
　　（1）硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3
　　2SO2(g) ＋ O2(g)2SO3(g)
　　某温度下， SO2的平衡转化率(α)与体系总压强p的关系如右图所示。根据图示回答下列问题：
　　
　　①将2.0mol SO2和1.0mol O2置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa。该反应的平衡常数等于_____。
　　②平衡状态由A变到B时．平衡常数K(A)___K(B)（填“＞”、“＜”或“＝”）。
　　(2)略
　　1.2 原题分析
　　本试题考查面广，涉及到化学平衡、氧化还原、反应热等诸多知识，是一道综合性强的好题目。本文只对第（1）小题作讨论。
　　本小题的出题意图是考查学生对化学平衡常数知识的理解和运用。在正确读图的基础上列出：
　　在pA＝0.1 MPa时α（SO2）＝0.80，则转化的n(SO2)=2.0mol×0.80=1.6mol
　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
　　起始/mol 2.0 1.00
　　转化/mol 1.6 0.8
　　平衡/mol 0.4 0.2 1.6
　　平衡时总的物质的量为nA＝0.4+0.2+1.6=2.2mol
　　平衡浓度分别为0.04、 0.02、 0.16mol・ L－1
　　该温度下A点的平衡常数为
　　
　　 =800L/mol
　　当平衡态由A到B态时，由于温度没有变化，显然在B态时平衡常数仍然为800L/mol。
　　1.3 问题的出现
　　考虑到题目中已经给出了B态时的平衡压强和SO2转化率，当然可以根据条件求算平衡常数KB，于是有：
　　在pB＝0.5MPa时, α（SO2）＝0.85，
　　则转化的n(SO2)=2.0mol×0.85=1.7 mol
　　 2SO2(g) ＋ O2(g) 2SO3(g)
　　起始/mol 2.0 1.0 0
　　转化/mol 1.7 0.85
　　平衡/mol 0.3 0.15 1.7
　　平衡时总的物质的量为n＝0.3+0.15+1.7=2.15mol
　　根据气体状态方程计算平衡时气体的体积：
　　
　　2 问题的解决
　　
　　当温度不变的时候，平衡常数显然是不受压强、浓度等外界条件影响的。问题的出现应该是转化率和压强之间并没有建立正确的对应关系。换言之，如果平衡时压强为 0.5MPa，α（SO2）≠0.85；反之，当α（SO2）＝0.85时， p≠0.5MPa。下面我们就来重新计算一下其对应的值。
　　2.1计算不同平衡压强与SO2的转化率之间的关系
　　设平衡压强为P，SO2的转化率为α ，有
　　 2SO2(g) ＋ O2(g)2SO3(g)
　　起始/mol 2.01.00
　　转化/mol 2.0α1.0α
　　平衡/mol2.0－2.0α1.0－1.0α2.0α
　　平衡时气体总的物质的量为nB＝(3.0－1.0α ) mol，故平衡时气体的体积V：
　　
　　2.2 计算
　　以α＝0.85代入，求得p＝0.26MPa；以p＝0.5MPa代入，计算得α＝0.877。故原考题数据是有偏差的。
　　2.3 画出正确的关系图(可以利用Excel进行计算、绘图)
　　2.3.1 列举不同平衡压强下SO2转化率数据
　　表1 较小范围内的平衡压强与SO2转化率关系
　　
　　表2 较大范围内的平衡压强与SO2转化率关系
　　
　　2.3.2 正确的p－α（SO2）关系图
　　其中图1是小范围内压强与转化率的关系图，跟原题接近，图2是对较大范围内压强与转化率之间的关系图。
　　
　　3 几点思考
　　
　　3.1关于平衡压强p与平衡常数K、SO2转化率之间的关系
　　平衡常数K只受温度影响，是温度的函数，温度不变时，K值不变。但转化率在温度一定时还受到压强、浓度等因素影响，按本题，压强一定时转化率有一个唯一值。我们可以通过测量或计算（当然与实际值有一定偏差）找到它们之间的关系，也可以通过图像来直观地体现。本题正是基于这样一个原理编写的。题目中的数据出现了较大的偏差。按照计算，0.5MPa下的转化率为0.877，而转化率为0.85时压强只有0.26MPa。
　　3.2 表2、图2的意义
　　本文增加的表二、图二是在较大范围内对平衡压强和转化率进行的研究。由图表可以看出，在其他条件不变时，压强从低压到0.2MPa时，压强对转化率的影响显著；压强再增加，对转化率的影响变小，说明这时工业生产上要通过加压以提高转化率已经变得没有意义。通过图二也就可以解释为何SO3的合成通常使用常压的原因。
　　3.3讨论的意义
　　作为选拔人才的考试，我们希望命题者更审慎一些，这种数据上的误差，显然对具有探究精神的优秀学生会有更多的负面影响。另外，作为典型例子，可以将本题在课堂相关内容讲授之后留给学生讨论，强化了对化学平衡常数的理解和运用。
　　
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