妙用Q与K 辅助“化学平衡移动”教学

妙用Q与K 辅助“化学平衡移动”教学
化学平衡移动是化学教学中一个重要的概念，涉及到反应热力学、化学动力学、化学
平衡等多个方面。

在教学中，如何让学生更加深入理解化学平衡移动的概念和机制，提高
课堂效果和学生的学习兴趣，是我们一直在探索的问题。

在这篇文章中，我想介绍一种妙
用Q与K辅助“化学平衡移动”教学的方法，可以帮助学生更好地理解化学平衡移动的概
念和机制。

一、Q与K的概念和含义
在介绍Q与K的概念和含义之前，我们先来回顾一下化学平衡的概念。

化学平衡是指
在一个封闭的反应体系中，反应物和生成物的浓度或压强不再发生变化的状态。

在化学平
衡下，正向反应和反向反应的速率相等，反应物和生成物的浓度或压强保持不变，并且反
应物与生成物之间的化学能量发生平衡，使得反应体系的 Gibbs 自由能处于最小值。

Q和K是化学平衡中用来描述反应物和生成物浓度或压强的数值。

Q表示反应体系任
意时刻反应物和生成物的浓度或压强之比，用来描述反应体系离开平衡状态的程度。

K表
示在化学平衡下反应物和生成物的浓度或压强之比，用来描述反应物和生成物在平衡状态
下的比例关系，具有固定的数值。

对于一个一般的化学反应：
aA + bB ↔ cC + dD
定义反应的反应系数为：a、b、c、d，表明反应物与生成物之间的摩尔数关系。

定义
反应的平衡常数 Kc 为：
Kc = [C]c[D]d / [A]a[B]b
其中，[A]、[B]、[C]、[D] 分别表示反应物和生成物的浓度。

如果将反应物和生成
物的分压用在平衡常数中，则得到的是反应的平衡常数 Kp，表示反应物和生成物在气相
反应中的比例关系。

Qc 和 Qp 定义为反应物和生成物在任意时刻的浓度或压强之比，用来判断反应体系
是否已经到达化学平衡。

根据 Le Chatelier 定义，Qc 和 Qp 分别比 Kc 和 Kp 大或小，反应体系就会朝着化学平衡移动，直到 Qc = Kc 或 Qp = Kp 为止。

二、Q与K的运用
在化学平衡移动的教学中，可以通过Q和K的运用来帮助学生更好地理解化学平衡的
概念和机制。

具体而言，可以通过以下几个方面来实现：
1. 利用 Q 与 K 的大小关系来说明反应体系是向左移动还是向右移动。

如果 Q < K，则表示反应物浓度偏小，生成物浓度偏大，反应体系会向右移动，直到 Q = K；如果 Q > K，则表示反应物浓度偏大，生成物浓度偏小，反应体系会向左移动，直到 Q = K。

2. 利用化学平衡移动的示意图来帮助学生理解化学平衡机制。

化学平衡移动的示意
图通常用箭头表示，箭头的左右方向表示化学反应移动的方向；箭头的长度表示化学反应
移动的速度，箭头越长则反应移动越快。

在教学中，可以通过给出化学平衡移动的示意图和反应体系的Q、K值，让学生判断
反应体系是向左移动还是向右移动，并进一步解释化学平衡移动的原因和机制。

例如，当
Q < K时，可以解释成反应物浓度偏小，生成物浓度偏大，反应体系通过增加反应物浓度
或减少生成物浓度来减小Q值，从而达到Q=K的平衡状态。

3. 利用Q和K的数值可以帮助学生计算反应体系的平衡常数和平衡浓度或压强。

例如，如果已知反应物和生成物的浓度或压强，可以通过Q值来判断是否已经到达化学平衡，如果已经到达化学平衡，还可以根据K值来计算反应中每种物质的浓度或分压。

4. 利用 Q 与 K 的变化趋势来说明反应温度、压强和浓度等条件对反应平衡的影响。

例如，在固定反应系数和初始浓度的情况下，可以通过调整反应温度、压强和浓度，从而
改变反应体系的Q值和K值，进一步影响化学反应的平衡位置和移动方向。

三、案例分析
为了更好地说明如何妙用Q与K辅助“化学平衡移动”教学，我们以下面一个实际案
例来讲解。

例：当 2.00 mol CO 和 0.50 mol H2 通入 1.00 L 反应器时，在400°C下，反应
CO(g) + H2O(~200~ kPa) ↔ CO2(g) + H2(g) 的平衡浓度比分别为 0.337，1.97×104，0.00468 和8.61×10-3，已知该反应的平衡常数Kc = 5.32×10³ at 400°C。

问：
（1）反应体系是否已经到达化学平衡？
（2）如果未到达化学平衡，反应将往何方移动？
（3）如果到达了化学平衡，每种组分浓度是多少？
解析：
（1）转化题意可得反应体系的Qc = [CO2]·[H2] / [CO]·[H2O] = 8.61×10^-3·0.00468 / 0.337·1.97×10^4 ≈ 2.39×10^-8 ，而 Kc = 5.32×10³ ，因此 Qc < Kc ，反应体系未到达化学平衡，还在向右移动。

（2）根据 Qc < Kc ，反应体系未到达化学平衡，反应将往右移动，即 CO 和 H2
的浓度会逐渐下降，CO2 和 H2O 的浓度会逐渐上升。

（3）当反应体系到达化学平衡时，Qc = Kc ，即[CO2]·[H2] / [CO]·[H2O] =
5.32×10³ ，因此：
[CO] = 2.00 - [CO2] ≈ 0.780 mol/L
利用Q与K的理论和方法，我们可以轻松地解决化学平衡移动的相关问题，帮助学生
更好地理解化学平衡的概念和机制。

同时，这种教学方法还可以培养学生的化学思维能力，提高学生对化学反应的理解和实际应用能力。