“化學平衡”復習課的教學設計及反思

摘要：從知識內容看：化學平衡知識是靈活性強、思維難度高的內容，通過此內容的教學為學生搭建平臺以培養學生分析問題、解決問題及發散性思考問題的能力。從學生認知層面看：學生對化學平衡概念已掌握，以學生在生活中最常見的問題為切入口，再層層深入多角度設計一系列遞進問題讓學生解決，最終使學生建立起解決問題的知識體系、能力體系和方法體系。

關鍵詞：教學創新；平衡知識應用；問題設計

文章編號：1005–6629（2013）12–0039–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 教學背景及設計意圖

這是一節高三復習課（蘇教版選修4《化學反應原理》），從知識層面看，化學平衡是靈活性強、思維難度高的內容。需要通過設置問題，讓學生在解決問題中掌握其思考方法，發展舉一反三、觸類旁通的思維能力。從學生認知層面看，由于已具備一定的知識基礎，容易產生對化學平衡問題“炒冷飯”的疲倦感，失去復習興趣。本文大膽嘗試改變復習模式，改原有的先復習總結、再練習加深鞏固概念的應試復習模式為采用以生活中最常見的事物作為切入口，師生共同挖掘問題，不斷深入，層層遞進。以問題帶概念、以分析問題帶方法指導、以解決問題為平臺進而提高學生的思維能力。

2 考試說明和要求

關于“化學平衡”，浙江省高考考試大綱作出了如下說明[1]：

（1）了解化學反應的可逆性。

（2）了解化學平衡建立的過程。理解化學平衡常數的含義，能夠利用化學平衡常數進行簡單的計算。

（3）理解外界條件（濃度、溫度、壓強、催化劑等）對反應速率和化學平衡的影響，認識其一般規律。

（4）了解化學反應速率和化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。

3 教學過程

3.1 提出一個實際問題，厘清知識的基本概念

師引一：（展示碘鎢燈系列圖片及工作原理并提

問）請寫出碘鎢燈中發生反應的化學方程式。

圖1：（幻燈）

工作原理：純鎢燈在燈絲工作發熱時，鎢不斷揮發凝結在燈泡壁上，導致鎢絲不斷變小而斷裂。若在燈泡中充入碘，由于燈泡壁溫度保持在250～1200℃之間，從燈絲蒸發出來的鎢在燈泡壁處與碘（I2）形成易揮發的碘化鎢（WI2）分子。因燈泡內氣體循環流動，WI2不斷重新回到燈絲附近，而燈絲附近溫度在1400℃以上，碘化鎢在燈絲附近分解成碘和鎢，鎢原子回到燈絲上，游離碘在燈絲附近向外擴散至燈泡壁，這樣通過碘循環把鎢從燈壁帶回到鎢絲上……

生練：（板書平衡方程式）W（s）+I2（g） WI2（g）

師問：這是一個可逆反應，下列各項哪些是這個可逆反應達到平衡的標志？

（1）正逆反應的速率相等；

（2）混合物體系中各成分的含量不變；

（3）混合氣體的平均相對分子質量不變；

（4）體系溫度不變；

（5）氣體密度不變；

（6）體系顏色不變；

（7）體系壓強不變；

（8）一個碘分子生成同時生成一個碘化鎢。

生答：1234568。

師問：請解釋選擇3、5的理由？

生答：M= ，當反應達到平衡時，W（氣體總質量）不變，n（氣體總物質的量）不變，M（平均摩爾質量）就不變。

ρ= ，當反應達平衡時，W（氣體總質量）不變，V（氣體總體積）不變，ρ（氣體密度）也不變。

3.2 探討一個實際問題，延伸原理的基本應用

師引二：（加深概念理解，靈活運用知識，并引導學生發現問題、提出問題和討論解決問題）同學們不但要掌握基本概念，還要學會對概念進行靈活運用，解決相關問題。請大家思考，你能否用化學平衡知識對碘鎢燈提出有關問題？讓我們繼續一起來探討。

師問：還有問題嗎？

生問：其平衡表達式如何寫？

生答：鎢在此段溫度下是固體，所以平衡表達式為K= 。

生問：那么玻璃壁附近以碘與鎢化合為主、鎢絲附近以碘化鎢分解為主嗎？

師答：是的。利用溫度升降可引起平衡反向移動，請問此原理有何用途？

生答：可否提純單質鎢？

生討論：應該可以，通過控制不同區域溫度高低，從而從一個區域物質通過化合再轉移到另一區域分解，達到提純的目的。

師總結：很好！這種提純方法工業上叫氣相轉移

法。（讓學生比較復習方法，讓學生得出結論）我們比較一下復習方法：直接做選擇題好還是大家通過一起討論問題使復習獲益更多？

例1：（幻燈）（08廣東卷）碘鎢燈比白熾燈使用壽命長。燈管內封存的少量碘與使用過程中沉積在管壁上的鎢可以發生反應：W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0。下列說法正確的是（ ）

A.燈管工作時，擴散到燈絲附近高溫區的WI2（g）會分解出W，W重新沉積到燈絲上

B.燈絲附近溫度越高，WI2（g）的轉化率越低

D.利用該反應原理可以提純鎢

學生比較后得出結論：用討論的方法不僅解此題時能很快得到解答，還能使概念更加清晰，且能解決一類問題。

3.3 深化一個實際問題，拓展解題的基本技能

師引三：（把速率和平衡問題由定性引向定量，從而使學生的思考方法更加豐富）在碘鎢燈管內，碘加多了有何不好？

生答：碘加多了，反把部分燈絲中的鎢消耗掉：W（s）+I2（g） WI2（g）；碘加多了，當碘完全氣化時管內壓強增大，壓力大燈泡安全性差；碘加多了，碘蒸氣會使透光率變差……

師答：很好，在燈管內加入多少碘較合適？要解決這類問題關鍵是要進行模擬實驗，得到一些數據，再去解決實際問題。

師問：（幻燈）有一模擬實驗，向體積為0.2L的密閉容器中加入0.01 mol碘單質和足量的鎢，當溫度為943K時存在：W（s）+I2（g） WI2（g）反應，反應達到平衡時碘單質的轉化率為20%，

（1）求943K時此反應的平衡常數？

（2）若加壓正逆反應速率如何變化，碘的百分含量變化否？平衡常數呢？

（3）若在此密閉容器中再加入0.01 mol WI2達平衡后

①此時容器中各氣體的體積比？

②此情況下的平衡常數？

③當同時加入I2（g）和WI2（g），如何判斷平衡移動方向？

（4）理論上當碘鎢燈工作1小時后燈管內氣體平均摩爾質量增加0.919 g·mol-1后不再增加了，則含1 mol碘的碘鎢燈中達平衡時有多少mol碘化鎢生成？（已知鎢的相對原子質量為183.8）

生分析（板書）： W（s）+I2（g） WI2（g）

起始（mol） 0.01 0

轉變（mol） -0.01×20% 0.01×20%

平衡（mol） 0.008 0.002

（1）K= =（0.002÷0.2）÷（0.008÷0.2）=0.25

（2）正逆反應速率同時加快；平衡不移動；碘的百分含量不變；平衡常數只受溫度影響，故K不變。

（3）①同溫同壓下，VI2：VWI2=4：1

②因溫度不變，K不變，K=0.25

3.4 提升一個實際問題，豐富思維的基本方法

師引四：（把定量處理的方法進行形象化，一方面綜合速率與平衡的關系，另一方面讓學生體會影響平衡移動的諸因素都是正逆速率變化所致，學會抽象問題直觀化，更好地理解和掌握其平衡移動的本質，同時讓學生學會多因素的問題可通過圖像曲線表達來處理的圖像法）很好，這樣就可解決燈泡內應加多少碘最合理的問題了。燈泡在實際工作時，燈絲附近的溫度與周邊的溫度不一樣，工作開始時燈泡內的壓強變化也不一樣，故解決實際問題時還需要考慮到溫度、壓強等諸多因素。如何先按單因素來處理，再把單因素綜合成整體來考慮問題呢，一種方法是把定量的數字問題轉化為圖像處理，這是科學上常用的一種方法，通過研究變化趨勢從而更加簡潔直觀地找到其變化規律，我們能否試著畫出W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0，速率ν與時間t的ν-t草圖：一定溫度下過量W與I2蒸氣反應達平衡，到t1時升高溫度，到t2時再加壓，再到t3時加催化劑，到t4時加I2。

生討論：（板書圖像）如圖2。

師問：評判同學畫的圖像的正誤？

生答：t1處圖像畫錯了，應正逆反應速率同時加快，ν逆 線在t1處不相連。

師問：除了ν-t圖像外，試用“綜合問題剖析-分解成單因素-綜合找規律”的方法畫出各類圖形：畫出不同溫度（T1>T2）下WI2濃度與時間t之間的c（WI2）-t草圖和WI2物質的量百分數與壓強p之間的W（WI2）-p草圖。

注：這是綜合了反應速率和化學平衡圖，學生若能畫出相應圖，說明對速率與平衡關系概念已基本理解。

生答：（板書圖像）如圖3和圖4。

3.5 綜合一個實際問題，強化遷移的基本途徑

師引五：（把學到的思維方法和處理方法再進行拓展，讓學生在鞏固現有知識的基礎上實現綜合聯想和創新，從而達到對速率和平衡的規律的全面掌握）剛才我們對氣態碘化鎢的化學平衡進行研究，建立化學平衡的條件是其體系必須是一個密閉體系，那么當把固體碘化鎢加入水中時，能否建立起相應的化學平衡？請同學們根據已學過的平衡知識討論可能會建立起哪些平衡？（同學之間先討論3分鐘后匯報）

生答：（開始學生沒有頭緒，提問WI2是否溶解等，教師提示學生在不知道其性質時，應全面分析各種可能情況，然后用假設方法進行處理，讓學生真正學會思考問題的方法。學生分組討論后，通過匯報集中意見，最后形成下列結論）

師問：對一個陌生的物質，要對其不同的狀況進行分析，從而學會思維的有序性和完整性。從梳理水解平衡常數書寫的推理過程中，總結出平衡常數表達式的規律？

生答：平衡常數表達式共同點：產物濃度系數冪次積與反應物濃度系數冪次積的比值（固體、純液體濃度是常數，不寫入表達式）[2]。

師釋：水解平衡常數表達式在考綱中是不要求的[3]，但應學會類比的思考方法，參照前面幾個平衡常數表達式寫出鎢離子的水解平衡表示式。

3.6 抽象一個實際問題，學會歸納的基本思想

師引六：（從化學反應速率與化學平衡的問題解決中，讓學生歸納出所有平衡問題的相同規律，把復雜問題歸一化，提升學生的思維能力，豐富學生的復習方法）請從平衡特征、外界條件對平衡的影響及平衡常數表達式三方面討論各種平衡體系的共同點？

生討論匯報：平衡特征共同點：ν正=ν逆；各組分濃度保持不變。

外界條件對平衡的影響共同點：如果改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動（即勒夏特列原理）[4] 。

平衡常數表達式共同點：產物濃度系數冪次積與反應物濃度系數冪次積的比值（固體、純液體濃度因是常數，不寫入表達式），是一常數。

師總結：（思維提升）無論是氣體物質間的化學平衡還是溶液中的各種平衡，其平衡特征、平衡移動以及平衡常數的表達式的思維方法都一樣。掌握了氣體物質間的化學平衡，其他平衡可依此類推！

這節課我們通過一個例子：W（s）+I2（g） WI2（g），總結梳理了一個系統的知識：速率與平衡，獲得一系列的解題方法：定量方法和圖像處理方法等。

當某一反應一定時，其速率和平衡會受到外因的作用而變化。

速率表達式：ν= （Δc為某一反應物或生成物變化濃度）。適合于所有反應，可求定溫定壓下某一時間段內的平均速率。

平衡常數表達式：K=（固體、純液體濃度不寫入）。適合于所有可逆反應，可求定溫下達到平衡狀態時的常數及各濃度之間的關系。

其實在碘鎢燈的工作原理中也存在速率和平衡中的矛盾統一，隱含著問題解決的很多化學哲學思想，這些都留給同學自己下課后反思！謝謝大家的配合！

4 教學反思

（1）如何從速率與平衡的抽象概念轉化為現實問題是這節課的嘗試之一，通過碘鎢燈的實例使學生在解決問題中獲得了系統知識的復習鞏固。

（2）教學創新是復習課要考慮的要素之一，若重復知識復習不僅使學生興趣寡然，更主要是教學效率低下。通過改編例題成實際問題，從而使復習更富針對性，學生在問題的解決中獲得了方法和思想。

（3）從定性到定量，從文字、數字到圖像，從化學平衡到溶液中的溶解、電離平衡，最后到從未接觸過但又可通過化學平衡可推理的水解平衡式的書寫，讓學生自悟出平衡的基本規律。（注：有老師提出水解平衡常數考綱沒有要求。本文認為這可歸入化學平衡知識范疇，也恰恰是對學生創新應用知識的一個檢驗，課后發現學生基本上都能寫對表達式，其教學目的也就達到了。）

（4）碘化鎢是一種新物質，通過對新物質的性質進行假設，一方面通過幾種可能性的推理達到鍛煉思維的有序性和完整性的目的，另一方面通過一種物質把化學平衡的幾種類型串起來思考，給學生一種復習思考的范式，讓學生學會舉一反三的推理方法，達到以點覆面的目標。

（5）本節課用問題作為平臺以豐富學生的有效復習方法和提高其思維能力。這樣的設計只是一種嘗試，其選擇和創新問題還需周密考慮，學生討論時間的掌握、學生發現問題能力和解決問題能力的提高還需要進一步探索。

參考文獻：

[1] 2010年浙江高考考試說明（理綜化學）.http：//www.zxjkw. com/article/gaokao/sort03639/info-2752_2.html，2011.3.23.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理（第4版）[M].南京：江蘇教育出版社，2009：49.

[3]浙江省教育廳辦公室.學科教學指導意見[M].杭州：浙江教育出版社，2009：62.

[4]北京師范大學，華中師范大學，南京師范大學無機化學教研室編.無機化學（上）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2002：246.