四環節法：高三化學復習課作業設計的實踐研究

葛珊珊　趙華

摘要：化學平衡思想在高中化學知識體系中占有重要地位，是學習化學的重要思維工具。針對學生理解上的常見誤區，作者遵循先設計作業目標、建立作業框架，再選編試題、匯總形成作業，最后批閱反饋的作業設計流程，進行了“化學平衡思想理解與應用”高三復習課的作業設計。

關鍵詞：四環節法；高三化學復習；作業設計

文章編號：1008—0546（2016）07—0021—04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：Bdoi：10.3969/i.issn.1008—0546.2016.07.007

一、問題的提出

突破作業設計的隨意行為，理性分析學習目標、學情有助于提升作業設計的有效性。

在高三復習過程中，針對化學平衡問題進行專門的作業設計源于化學平衡思想在知識體系中的特殊地位。根據SOLO分類結構理論，有研究者將中學化學的內容比作一個金字塔（見圖1），劃分為四層結構：（1）化學基本概念，主要包括基礎知識概念和基本技能概念。所有化學內容均以此為基礎，其構成金字塔的第一層。（2）元素及其化合物和化學實驗，兩者對應構成了金字塔的二級結構。（3）物質的能量變化和物質結構變化，兩者體現了化學性質的規律化。（4）化學平衡、電化學原理和溶液化學是金字塔的最高級別，屬于化學原理部分的知識，進人了宏觀化學與微觀微粒之間的深度結合。

在學生的思維當中，開始的知識學習都是分離的、相互不連貫的內容，但是隨著學習的深入，所學的知識不斷聯系起來，在化學平衡這一最高層次上，學生終于建立了一個抽象體系，可以解決以前從未遇過的問題，甚至有所創新。所以，幫助學生理解和運用化學平衡思想有著重要的教學意義。

二、作業設計

作業設計一般可分為四個步驟，又稱四環節：明確目標、建構框架、精編試題、對照評估。

1.明確作業設計的目標

蘇教版課程標準中關于《化學反應原理》中化學平衡的學習要求和學習建議，見表1。

在教學要求和活動建議中，我們也可以發現，化學平衡的教學內容有著很強的應用性，與實驗和工業聯系十分緊密。化學平衡既是一個抽象的知識體系，又是一個實用的思考工具。我們設計相關作業，要讓學生既能充分理解知識本身，又能融會貫通化學平衡在工業實際中的運用。

在近三年的高考化學試題當中，化學平衡的相關問題越來越成為命題的熱點。

2.建立作業設計的框架

作業設計框架是基于作業目標開展作業設計的第一步。作業框架主要包含作業目標、題型、題量、難度等內容，為后續作業題目的選擇和分析以及作業的最終形成奠定了基礎。

觀察目標1和目標2的完成情況，只需要看結果即可知，所以安排了選擇題和填空題，而目標3和目標4則需要文字表述才能檢測學生是否達成目標要求，所以安排了填空題和簡答題。安排2-3題是希望學生經歷不同的問題情境，從多角度理解知識的運用方式。

3.選編合適的試題

高三復習階段各個省市的模擬試卷交流頻繁，試題資源豐富，可以選取符合作業目標的試題進行節選和改編，將與作業目標不一致的其他問題排除在外，將學生精力集中到關鍵問題上來，在有限的作業時間內達到更好的作業效果。

試題1一定條件下存在反應：2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g），△H

A.容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常數相同

B.容器Ⅱ、Ⅲ中正反應速率相同

c.SO₃的體積分數：Ⅱ>Ⅲ

D.容器I中SO₂的轉化率與容器Ⅱ中SO₃的轉化率之和小于1

[分析]該試題在模型問題上非常典型，涉及到絕熱容器、恒溫容器、恒容容器和恒壓容器。學生在思考時可以鞏固化學平衡的相對移動問題，同時強化平衡常數、化學反應速率的影響因素分析，選項D應構建過渡的等效平衡，假設一個體積相同的恒溫恒容容器Ⅳ，充入2mol SO₂和lmol O₂，容器Ⅳ中SO₂的轉化率與容器Ⅱ中S₃的轉化率之和為1，再考慮容器I因為絕熱溫度升高，化學平衡相對容器Ⅳ中逆向移動，故容器Ⅱ中SO₂的轉化率與容器Ⅱ中SO₃的轉化率之和小于1。答案CD。

試題2臭氧是理想的煙氣脫硝劑，其脫硝反應為2NO₂（g）+O₃（g）=N₂O₅（g）+O₂（g），在T°C下，向2.OL恒容密閉容器中充入2.0mol NOz和1.0mol O3，經過一段時間后達到平衡。反應過程中測定的部分數據見下表：

下列有關說法正確的是

（

）

A.反應在O-3s內的平均反應速率V（NO₂）=0.24mol/（L·s）

B.24s后，若保持其他條件不變，降低溫度，達到新平衡時測得c（O：）=0.44mol/L，則正反應放熱

C.在T℃下，起始時向容器中充人1.0mol NO₂、0.5mol 03、0.5mol Nz05和0.5mol 02，反應達到平衡時，壓強為起始時的0.88倍

D.在T℃下，起始時向容器中充入2.0mol N₂O₅，和2.0mol O₂，反應達到平衡時N₂O₅，的轉化率大于20%

[分析]選項CD都要運用到等效平衡進行過渡。c中的投料情況與題干中等效，所以反應達到平衡時各種組分的物質的量就和題干中情況一致，所以p（末）÷p（初）=0.88。0.4mol+0.2mol+0.8mol+0.8mol÷1.0mol+0.5mol+0.5mol+0.5mol=0.88D中如果充入1.0mol N₂O₅和1.0mol O₂，反應達到平衡時N₂O₅的轉化率等于20%，此時的充入量相當于加壓情況，平衡正向移動，N205的轉化率小于20%。答案BC。

試題3 CO₂和H_{2充入容積相同且固定的兩個密閉容器中，在一定溫度下發生反應：}

CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）

按如下方式加人反應物，一段時間后達到平衡。

若甲中平衡后氣體的壓強為開始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則c的取值范圍為

[分析]首先需要根據平衡后壓強的變化情況算出平衡時各物質的物質的量，平衡時有0.4molCH₃OH，反應向逆反應方向進行，c>0.4，為了使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，甲乙容器中必須能夠達到相同的平衡狀態，可以理解為反應物充分反應生成產物得到1.0molCH₃OH，這是c的最大值。答案（0.4，1]。

試題4某溫度下在一恒壓容器中充人1.2 molCO和1 mol H₂，發生反應：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）。達到平衡時容器體積為2 L，且含有o.4 mol CH₃OH（g），則該反應平衡常數值為__；此時向容器中再通入0.35 mol CO氣體，則此平衡將（填“向正反應方向”“不”或“向逆反應方向”）移動。

[分析]這是一條有利于打破思維定勢的題目。審題時注意是“恒壓容器”，當再通入0.35 mol CO氣體時，容器的體積將發生改變，此時各種物質的濃度全發生變化，平衡的移動方向只有通過Q和K的相對大小進行判斷，而不能武斷地認為加入反應物向正反應方向移動。答案：50，向逆反應方向移動。

試題5高溫熱分解法利用H₂S廢氣制取氫氣：

在恒容密閉容器中，控制不同溫度進行H2S分解實驗。以H₂S起始濃度均為c mol·L測定H₂S的轉化率，結果如上圖。圖中a為H₂s的平衡轉化率與溫度關系曲線，b曲線表示不同溫度下反應經過相同時間時H₂S的轉化率與溫度關系曲線。說明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因：

。

[分析]審題注意b曲線表示不同溫度下反應經過相同時間時H2S的轉化率與溫度關系曲線，與達到平衡時的值存在差異主要是因為還沒有達到平衡。答案：溫度升高，反應速率加快，達到平衡所需的時間縮短，故曲線b向曲線a逼近。評講時，建議教師聯系另一個圖像問題共同分析。

變式（NH4）zCO3捕獲CO2的反應為：

（NH4）2CO3（aq）+H2O（1）+CO2（g）=2NH4HCO3（aq）△H，為研究溫度對（NH4）2CO3捕獲CO2效率的影響，在某溫度T1下，在t時刻，測得容器中CO2氣體的濃度。然后分別在溫度為T2、T3、T4、T5下，保持其他初始實驗條件不變，重復上述實驗，經過相同時間測得CO2氣體濃度，其關系圖所示，則△H （填“>”“<”或“=”）0。

T1～T3的曲線含義和試題5中的b曲線相同，T3～T5的曲線由于溫度比較高已經達到平衡，曲線的變化是由于溫度升高平衡發生移動導致的。

試題6新型O3氧化技術對尾氣中的氮氧化物脫除效果顯著，尾氣中的NO5多數以NO形式存在可發生反應：NO（g）+O3（g）=NO2（g）+Oz（g），在一定條件下，將NO和O3通人絕熱恒容密閉容器中發生上述反應，正反應速率隨時間變化如圖所示。以下說法正確的是

（）

a.反應在c點達到平衡狀態

b.b點的反應物濃度小于c點

c.該反應反應物的總能量低于生成物的總能量

d.△t11=△t2時，a～b段NO的轉化量小于b～c段

[分析]學生分析速率時間圖經常容易與平衡問題混淆，本題就容易與試題5的變式混淆，有同學認為c點已經達到平衡狀態。實際上c只是一個影響速率的主要因素在交替的一個時間點，還在變化之中，尚未平衡。c點之前反應放熱升溫使速率增大，c點之后反應物濃度下降占主導，速率下降。答案：d。

試題7工業上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應的熱化學方程式為：

科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

（1）工業制取甲酸甲酯應選擇的壓強是（填“3.5x 1O6Pa”“4.0x1O6pa”或“5.0x106pa”），選擇的理由是____

（2）實際工業生產中采用的溫度是80℃，其理由是

[分析]采用簡答的方式，鼓勵學生更全面地思考問題。

答案：（1）4.0xl06Pa，低于此壓強甲醇轉化率較低，高于此壓強，壓強對甲醇轉化率的影響不明顯，對設備提出了更高要求，能耗過度增加；

（2）低于80℃反應速率較低，高于80℃溫度對反應速率影響不明顯，且升溫導致化學平衡逆向移動。

試題8用O2將HCl轉化為Clz，可提高效益，減少污染。該轉化通過如圖所示的催化循環實現。

（1）總反應的化學反應方程式為

（2）實驗測得在一定壓強下，總反應的HCl平衡轉化率隨溫度變化的a（HCl）～T曲線如上圖，則總反應的△H0（填“>”“=”或“<”）；A、B兩點的平衡常數K（A）與K（B）中較大的是

（3）在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大，畫出相應a（HCl）～T曲線的示意圖，并簡要說明理由：

（4）下列措施中，有利于提高a（HCl）的有

（

）

A.增大n（HCl）

B.增大n（O：）

c.使用更好的催化劑

D.移去HzO

[分析]這樣的試題將化學平衡的問題運用到實際生產和實驗中去，在陌生的圖像和反應背景下，要求學生靈活運用化學平衡原理解決問題。

答案：

（2）AHK（B）；

（3）根據反應特點，反應后氣體分子數減少，增大壓強，氯化氫的轉化率升高，故此時的aHCl-T曲線應該在題中所給曲線的上方，如圖所示：

（4）B、D。

4.對照預設，實測評估

在作業試題的選編基礎上，將試題匯總為本課時的作業，試題雖然只有8題，但具有一定的思考性，學生完成起來相對耗時，大約需要30～40分鐘時間。學生完成作業之后，教師進行了批閱，得到實際的正確率情況，匯總下表。

總體上看，大部分題目與預測基本一致，本次作業基本達到了預先設計的目的。在作業中只有第4題較明顯低于預測值，說明學生通過計算判斷化學反應方向還存在思維定勢，普遍在審題時沒有注意到“恒壓容器”，在錯題矯正時要重視。

三、本次作業設計的總結

本次作業設計緊扣課程標準、高考考查要求和化學知識體系特點，聚焦學生學習的薄弱之處，確立作業目標并以此為框架，精選改編作業試題、匯總分析逐步形成作業，使作業設計具有較強的操作性，突破了先前僅憑經驗粗略選題形成作業的套路，較好地提升了作業的針對性和有效性。并且對作業的正確率進行了預估和實際對比，有利于細化管理下一階段的課堂教學和作業設計。在實踐中，對于作業設計中的正確率流于經驗，缺少科學的分析手段，希望在后續的研究中能有所進展。