化學平衡教學的“適度”和“有序”

摘要:為了探索新課程與新高考形勢下的化學平衡教學，筆者深入分析了近三年以來高考試題中關于化學平衡問題的考查維度，深入分析化學平衡問題的內在邏輯架構，提出:要在“適度”前提下，根據學生認知能力和知識內在邏輯進行逐層遞進的問題設置，使學生循序漸進，最終達到能創造性的解決問題的目的。

關鍵詞:化學平衡教學;考查維度

文章編號:1005-6629(2010)07-0004-05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

化學平衡一直是高中化學最富有思維深度和理論價值的內容，但因其教學深、廣度難以把握，所以，容易出現因層次、難度設置不當而導致學生的思維混亂。而在新的課程標準和新的高考形勢下，考查平衡問題又有了新的動向。此時，若一味的借用過去成熟的教學思想和套路是行不通的。根據對近幾年高考趨勢的分析和平衡理論的深入理解，筆者認為，選修階段化學平衡教學成功的關鍵在于做到“適度”和“有序”。

1 從近幾年高考動向看化學平衡教學的“度”

全面分析對比近三年全國各地高考試題，無論是否實施新課程的省份與地區，有些“度”的把握是一致的。

1.1 一些舊課程中的傳統難題近乎絕跡

(1)等效平衡問題考查的分值越來越少，三年來每年全國僅有一道選擇題，而且基本都在還沒有實施新課程的地區。即使是這兩年全國Ⅱ和北京的兩道題，也可以不必用到等效平衡的概念來解決，更不必要總結等效平衡的種種情況了。

(2)單純的計算問題，甚至是利用壓強變化、密度變化來進行的計算問題不再出現。

(3)對建立模型等解題技巧的考查基本不再出現。

其實，這些問題本身并不是平衡的核心和本質問題，主要是數學、模型等方法在平衡中的應用。他們增加了平衡問題的難度，而且使得擅長化學應用型思維的學生并不具有優勢。

1.2 應用型、信息型問題比重加大

(1)勒夏特列原理和平衡常數的應用，考查的分值非常大。具體來說是，各種因素對平衡狀態的影響，平衡會向哪個方向移動?原料利用率、產率會增大還是減小?平衡常數變大還是變小?新的平衡狀態是怎樣的?并且將結論應用到生產、生活的實例中，以體現化學科學的價值和學生學習化學的意義。

(2)更加重視對數據圖表等信息的分析歸納和加工。以前，圖像解析一直是平衡問題考查的重要方式，但近兩年又增加了通過數據變化趨勢分析問題、歸納反應特征，2009 年在全國Ⅱ、浙江、廣東卷中各有一大題，要求根據不同反應條件下的物理量變化來繪圖，對信息加工能力的要求更高了。

通過以上兩方面維度的分析，我們發現，新課程平衡問題不是難度上的增大或減小，也不是知識點的簡單增減，而是對學生能力培養目標的變化，即淡化技巧訓練、題型歸類，強化對問題本質的理解，加強對應用能力、創新能力的培養，旨在培養真正具有“化學學科素養”的人才。

2教學中如何使學生能力循“序”漸進

通過上述分析，可以發現，面向新的高考，實施題海戰術不斷訓練解題技巧將徒勞無獲，學生在面對各種新的情境時會無所適從。在選修階段，學生是初學平衡理論，而不是復習，所以，應該打好理論基礎，創設富有層次、維度適當的問題情境，使學生在理論應用和創造中實現能力的逐步提升。

為此，我們將平衡問題按照學生的接受能力和知識的內在邏輯進行分層，逐一落實。

2.1認識化學平衡狀態

不知道什么樣的狀態是平衡狀態，不知道何時能到達平衡，就談不上判斷平衡的移動以及勒夏特列原理的應用。要準確地認識平衡狀態，知道平衡是如何建立的，需要儲備以下兩項知識:

(1)學生要充分理解c、V、p、ω、ρ等物理量的含義及其變與不變的本質原因。因此，必須先復習c、V、p、ω這些物理量，知道它們的基本公式;對于壓強p，我們可以不引入理想氣體狀態方程，但要了解在等溫等容的容器中，壓強與物質的量成正比，理解恒溫恒壓的原理。而對于ф(體積分數)雖然概念陌生，但在學習阿伏伽德羅定律時已經理解了，此時只是進一步提升。定量問題正好是必修化學的薄弱環節，一般的學生會感到很混亂和害怕，所以，此時加以總結，會增強學生學習后續內容的自信心。

例1: 一定溫度下2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)， 在10 L容器中加入5 mol SO2和3 mol O2，當反應達到平衡時，有3 mol SO2發生了反應，則:平衡時SO3的量為__________、體積分數為__________。氣體壓強變為原來的___________。氣體密度比原來__________。

答案:3 mol;46.15 %;81.25 %;相等。

(2)能全面地分析發生化學反應過程中，究竟哪些物理量會發生變化?變化趨勢是怎樣的?最后怎樣趨于動態的平衡。

例2:(由2008 年江蘇卷改編)將一定量的SO2和含0.7 mol氧氣的空氣(忽略CO2)放入一定體積的密閉容器中，550 ℃時，在催化劑作用下發生反應:2SO2+O2 2SO3(正反應放熱)。請回答:在到達平衡之前，隨著反應向右進行，下列物理量是否發生變化，怎樣變化:

a. SO3的濃度_____b. SO2百分含量_____

c. SO2的消耗速率____ d. SO3的生成速率____

e.容器中氣體的壓強__________

f.容器中混合氣體的密度_________

答案:a.增大;b.減少;c.減小;d.增大;e.減小;f.不變。

2.2理解化學平衡移動

有時，我們發現學生經過了大量的習題訓練之后，往往會犯一些非常低級的錯誤，甚至不會判斷平衡移動方向。 很顯然，這種情況的出現，是因為學生在開始學習時就沒有抓住問題的本質。因此，在學習勒夏特列原理時，一定要從本質上來解釋，注意問題設計的層次性，先打好基礎，實現學生能力的螺旋式上升，而不是讓學生死記住一些結論。

我們把化學平衡移動教學分為以下幾個層次:

(1)通過典型實驗，認識外界因素對化學平衡的影響，了解平衡發生移動的外在特征，能結合溫度、濃度、壓強的變化，將勒夏特列原理的表述具體化。

如人教版選修4關于和平衡體系的實驗，根據該實驗[1]， 可以設計下列問題讓學生思考:

例3: 對于如下反應:2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，維持容器的體積不變，將裝有混合氣體的玻璃球放在熱水中，(1)氣體顏色______，化學平衡有無發生移動_______?原因是________________。(2)是否又到達了新的平衡狀態____________?原因是______________________________。(3)說明升高溫度，平衡向__________方向移動。

答案:(1)變深; 發生了移動; 無色N2O4(g)濃度減小， 紅棕色NO2(g)濃度增大。 (2)到達了新的平衡狀態;維持溫度不變，氣體的顏色不再改變;(3)吸熱反應。

(2)微觀解釋化學平衡為何可以移動。

例4:對于如下反應:2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，從微觀角度看，對體系升高溫度，正反應速率__________，逆反應速率_______，(填“增大”、“減小”或“不變”)，然后_________________________，請畫出從原平衡到新平衡的v-t圖。

答案:瞬間增大;瞬間增大;正反應速率逐漸增大，逆反應速率逐漸減小，直至二者相等。v-t圖見圖1。

通過對于多個實驗的剖析，我們可以得出化學平衡移動的實質原因與判斷標準:v正與 v逆的大小比較。

(3)舉出一些實例，讓學生分析化學平衡將會怎樣移動，并寫出分析的步驟。

例5:光照黃綠色的氯水一段時間，現象是_______，說明平衡向____方向移動了。改變的條件是_______，移動的原因是_________________，請畫出從原平衡到新平衡的v-t圖。

答案:氯水顏色逐漸變淺;正方向;光照使HClO濃度降低;在Cl2+H2OH++Cl-+HClO平衡體系中，生成物的濃度降低，使平衡向右移動。v-t關系如圖2所示。

2.3理解平衡常數及其價值

筆者曾經用物理化學專家高盤良教授的話對學生隆重介紹化學平衡常數。他說:“勒夏特列原理是經驗性的原理沒有理論基礎，是定性的規律沒有定量的計算。它的科學的、嚴格的表述是:均相、封閉體系，當只有某一個因素改變時，平衡會向抵消外來因素改變的方向移動。如果違反了這個前提，可能會得到錯誤的結論。所以，勒夏特列原理并不是普遍遵守、什么情況下都可以用的。”而“平衡常數是建立在嚴謹的理論基礎之上的， 是熱力學理論解決化學平衡問題的偉大成果。無論在理論上還是指導實踐中，都發揮著巨大的作用。利用平衡常數判斷平衡移動方向，不管是開放體系還是混相體系，不管是單一因素還是多因素，都是可以使用，因此，它可以解決更廣泛的問題。[2]” 然后，給學生介紹平衡常數，并通過計算得出各種結論，最后，總結勒夏特列原理。

這段話雖然很長，但是學生聽得很認真、安靜。學生很需要教師幫他們整理一下所學理論的優勢、局限性和相互關系。

因此，我們的教學應能讓學生感受到平衡常數的重要價值，并學會應用。

(1)一定溫度下，將濃度商的數值與平衡常數進行比較，理解平衡狀態的建立過程或判斷平衡移動的方向。還可以利用平衡常數計算新的投料狀況下的原料轉化率。

例6:高爐煉鐵中發生的基本反應如下: FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)△H>0;其平衡常數可表達為: K=c(CO2)/c(CO)， 已知1100 ℃時， K=0.263， 此時， 測得高爐中c(CO2)=0.025 mol·L-1，c(CO)=0.1 mol ·L-1，在這種情況下，該反應是否處于平衡狀態?__________(填“是”或“否”)，此時化學反應向__________方向進行，其原因是__________。

答案:否;正反應;此時濃度商Qc= c(CO2)/c(CO)=0.25， Qc

例7: (2007 年廣東卷)黃鐵礦(主要成分為FeS2)是工業制取硫酸的重要原料，其煅燒產物為SO2和Fe3O4。將0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容積為1 L的密閉容器中， 反應2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)在一定條件下達到平衡，測得c(SO3)=0.040 mol·L-1。計算該條件下反應的平衡常數K和SO2的平衡轉化率。

答案:1.6×103 L·mol; 80 %。

(2)另外，既然平衡常數比勒夏特列原理更加普適，我們可以將曾經定性判斷的問題拿來改編，通過平衡常數的定量計算來驗證原來通過勒夏特列原理定性得到的結論。

例8:已知CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)， 800 ℃ K=1.0; 求恒溫恒容體系中， 用c(CO):c(H2O)=1:1或1:4開始，達到平衡時CO的轉化率。 當 c(CO):c(H2O)= 1:n時呢?通過對兩平衡中CO和H2O(g)的轉化率的對比，能說明什么?

答案:c(CO):c(H2O)=1:1時， CO轉化率為50 %，H2O轉化率為50 %; c(CO):c(H2O)=1:4時， CO轉化率為80 %，H2O轉化率為20 %;當c(CO):c(H2O)=1:n 時， CO轉化率更大，但不可能為100 %，H2O轉化率更小，但不可能為0。

說明: 提高一種反應物的濃度，可以提高另一種反應物的轉化率，其自身轉化率下降， 但并非呈直線性變化關系。

以上結論若通過勒夏特列原理憑空推理，恐怕是很難讓學生信服的。

2.4 應用平衡理論創造性地解決問題

(1)解決實驗或生產實際中的問題

必修和選修4是高考的重點，我們將必修中不能深入探討的可逆反應拿來作為實例，用化學反應速率和化學平衡的理論加以解釋與深化，可以加強學生對理論的理解與應用，同時可以使新課程中被削弱的元素化合物知識得以豐富和提升。

例9:氯氣與水反應， Cl2+H2O H++Cl-+HClO達平衡后， A. 加入氫氧化鈉發生什么反應?B. 久置氯水的成分是什么?為什么?C. 次氯酸鈉中加濃鹽酸會發生什么反應?D. 為什么氯氣難溶于飽和食鹽水?E. 加入NaHCO3固體， c(HClO)將如何變化?

答案:A. 加入氫氧化鈉，中和生成物中的酸，是平衡向右移動，最終生成NaCl和NaClO;B. 久置氯水的成分是稀鹽酸，因為HClO逐漸分解，使平衡向右移，最終都變成稀鹽酸;C. 次氯酸鈉中加濃鹽酸，相當于上述平衡中生成物濃度變大，使平衡向左移動，會產生氯氣;D. 飽和食鹽水中c(Cl-)較大，相當于增加了上述平衡中生成物的濃度，使平衡向左移動，抑制氯氣的溶解;E. 加入NaHCO3 固體，鹽酸會與NaHCO3反應， c(H+)下降，使平衡向右移動， c(HClO)增加。

勒夏特列原理在化學與技術問題中的應用能體現化學反應原理的學習意義和理論價值。化學反應速率可解決反應的快慢問題，平衡理論可解決轉化率問題，綜合考慮二者，才能提高工業產品的產量。化學因此而顯現魅力。因此，我們在教學時一定要重視，并讓學生感受到樂趣。

例10:接觸法制硫酸的核心反應是

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)， △H<0。

(1)生產中用過量的空氣能使SO2的轉化率____(填“增大”、“減小”、“不變”)，該反應為何在常壓下進行___________________，選擇400 ℃的主要原因是_______________。

(2)圖3中表示的是反應過程中，體系內各物質濃度的變化情況。t2～t3時曲線發生變化的原因是________________，t2時二氧化硫的轉化率是_______________;該溫度下，該反應的平衡常數為___________;升高溫度，K值將_______(選填“增大”、“減小”、“不變”)。

(3)若在t4時將氧氣的濃度增大0.1 mol·L-1，請按要求在圖3畫出變化情況。

另外，工業生產常常不同于我們習題中的理想狀況，比如有時會中途改變投料，我們應該設計一些實際問題讓學生思考。

(4)若在t2-t3中的某一時間點將氧氣的濃度增大0.1 mol·L-1，又如何用圖像表示其變化呢?

答案:(1)增大，常壓下已經有較大的反應速率和轉化率，可節約成本;該反應正方向是放熱反應，溫度太高會降低SO3的產率，溫度太低不利于催化劑的活性和反應速率的提高。(2)降低溫度;

22.2%; 0.09L/mol; 減小。(3)見圖4。(4)見圖5。(要求:變化趨勢正確，且注意量的比例)

(2)解決圖像及數據信息問題

關于圖像解析題，要注意的是，一定不能讓學生感覺化學平衡圖像問題是一類新的問題。其實，問題的實質沒有發生變化，只不過改變了問題出現的形式，在解答時多了一點圖像解析的技巧。所以，不建議在進行專題教學時全面歸納各種圖像的類型和解題模式，不要去限制學生的思維，而應讓學生自己掌握普遍方法后具體問題具體分析。

我們更應該關注的是目前高考中的一個新興熱點難點問題，即要求學生自己繪制圖像，而且，目前教學素材并不是特別多，很多又是高考難點，解決起來障礙較多。所以，我們可以自己編制一點題，比如，將識別圖像題改為繪制圖像題，或對數據信息題進行變式訓練，學生只有深入理解了各條件下反應之間的關系，才能創造性地解決這類問題。

例11:(由2001年上海卷改編)某化學反應2A(g)

B(g)+D(g)在四種不同條件下進行，B、D起始濃度為0，反應物A的濃度(mol·L)， 隨反應時間(min)的變化情況如下表1:

根據上述數據，完成下列填空:

(1)在實驗2，A的初始濃度c2=______mo·L-1，反應經20分鐘就達到平衡，可推測實驗2中還隱含的條件是_________________。

(2)設實驗3的反應速率為v3，實驗1的反應速率為v1，則v3________________v1(填>、=、<)，且c3_________1.0mol/L(填>、=、<)

(3)比較實驗4和實驗1，可推測該反應的正反應是__________反應(選填吸熱、放熱)理由是________________________________________。

(4)請畫出4次實驗中反應物A的濃度(mol·L-1)隨反應時間(min)變化的圖像。畫出3、4兩個反應中生成物B的濃度(mol·L-1)隨反應時間(min)的變化的圖像。

答案:(1)1.0;催化劑。(2)>>。(3)吸熱;比較實驗4和實驗1，發現投料相同，溫度升高時，反應物A的濃度減少，說明平衡向右移動了，即正反應是吸熱反應。(4)4個反應中反應物A的濃度(mol·L-1)隨反應時間(min)的變化的圖像見圖6，3、4兩個反應中生成物B的濃度(mol·L-1)隨反應時間(min)的變化的圖像見圖7所示。

綜上所述，選修“化學平衡”屬于教師引導下學生的探索學習，我們應該注意在適當時候設置維度與層次適當的問題，不要一開始就逾越學生的能力基礎、逾越科學知識本身的層次架構，而應循序漸進，使學生通過我們的問題設置能夠清晰地歸納出整個理論框架的內部結構關系，如速率與平衡的關系、勒沙特列原理與平衡常數的關系等等。然后在這樣的有效學習成果下進行創造。

參考文獻:

[1]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書:化學.化學反應原理(選修4)[M].北京:人民教育出版社，2007

[2]選修模塊學科及教學問題探討.“廣州市中小學教師繼續教育網”的網絡課程《廣州市2009年普通高中教師職務培訓》專題七，http://cs.gzedu.com/jiaoshijixu/2009/gzjs/hx/index.htm