四環(huán)節(jié)法：高三化學(xué)復(fù)習(xí)課作業(yè)設(shè)計的實踐研究？鄢

葛珊珊 趙華

摘要：化學(xué)平衡思想在高中化學(xué)知識體系中占有重要地位，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要思維工具。針對學(xué)生理解上的常見誤區(qū)，筆者遵循先設(shè)計作業(yè)目標、建立作業(yè)框架，再選編試題、匯總形成作業(yè)，最后批閱反饋的作業(yè)設(shè)計流程，進行了“化學(xué)平衡思想理解與應(yīng)用”高三復(fù)習(xí)課的作業(yè)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：四環(huán)節(jié)法高三化學(xué)復(fù)習(xí)課作業(yè)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2016）05-0000-00 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.000

一、問題的提出

突破作業(yè)設(shè)計的隨意行為，理性分析學(xué)習(xí)目標、學(xué)情有助于提升作業(yè)設(shè)計的有效性。

在高三復(fù)習(xí)過程中，針對化學(xué)平衡問題進行專門的作業(yè)設(shè)計源于化學(xué)平衡思想在知識體系中的特殊地位。根據(jù)SOLO分類結(jié)構(gòu)理論，有研究者將中學(xué)化學(xué)的內(nèi)容比作一個金字塔2（見圖1），劃分為四層結(jié)構(gòu)：（1）化學(xué)基本概念，主要包括基礎(chǔ)知識概念和基本技能概念。所有化學(xué)內(nèi)容均以此為基礎(chǔ)，其構(gòu)成金字塔的第一層；（2）元素及其化合物和化學(xué)實驗，兩者對應(yīng)構(gòu)成了金字塔的二級結(jié)構(gòu)；（3）物質(zhì)的能量變化和物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，兩者體現(xiàn)了化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律化；（4）化學(xué)平衡、電化學(xué)原理和溶液化學(xué)是金字塔的最高級別，屬于化學(xué)原理部分的知識，進入了宏觀化學(xué)與微觀微粒之間的深度結(jié)合。

在學(xué)生的思維當中，開始的知識學(xué)習(xí)都是分離的、相互不連貫的內(nèi)容，但是隨著學(xué)習(xí)的深入，所學(xué)的知識不斷聯(lián)系起來，在化學(xué)平衡這一最高層次上，學(xué)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(chuàng)新。所以，幫助學(xué)生理解和運用化學(xué)平衡思想有著重要的教學(xué)意義。

二、作業(yè)設(shè)計

作業(yè)設(shè)計一般可分為四個步驟，又稱四環(huán)節(jié)：明確目標、建構(gòu)框架、精編試題、對照評估。

1. 明確作業(yè)設(shè)計的目標

蘇教版課程標準中關(guān)于《化學(xué)反應(yīng)原理》中化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)建議，見表1。

在教學(xué)要求和活動建議中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)平衡的教學(xué)內(nèi)容有著很強的應(yīng)用性，與實驗和工業(yè)聯(lián)系十分緊密。化學(xué)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(shè)計相關(guān)作業(yè)，要讓學(xué)生既能充分理解知識本身，又能融會貫通化學(xué)平衡在工業(yè)實際中的運用。

在近三年的高考化學(xué)試題當中，化學(xué)平衡的相關(guān)問題越來越成為命題的熱點。

2. 建立作業(yè)設(shè)計的框架

作業(yè)設(shè)計框架是基于作業(yè)目標開展作業(yè)設(shè)計的第一步。作業(yè)框架主要包含作業(yè)目標、題型、題量、難度等內(nèi)容，為后續(xù)作業(yè)題目的選擇和分析以及作業(yè)的最終形成奠定了基礎(chǔ)。

觀察目標1和目標2的完成情況，只需要看結(jié)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(xué)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(xué)生經(jīng)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(fù)習(xí)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(yè)目標的試題進行節(jié)選和改編，將與作業(yè)目標不一致的其他問題排除在外，將學(xué)生精力集中到關(guān)鍵問題上來，在有限的作業(yè)時間內(nèi)達到更好的作業(yè)效果。

試題1 一定條件下存在反應(yīng)：2SO2（g）+O2（g）■2SO3（g），△H<0。現(xiàn)有三個體積相同的密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，按如下圖所示投料，并在400℃條件下開始反應(yīng)。達到平衡時，下列說法正確的是？（ ）

A. 容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常數(shù)相同

B. 容器Ⅱ、Ⅲ中正反應(yīng)速率相同

C. SO3的體積分數(shù)：Ⅱ>Ⅲ

D. 容器Ⅰ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)化率之和小于1

[分析]這條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(xué)生在思考時可以鞏固化學(xué)平衡的相對移動問題，同時強化平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素分析，選項D應(yīng)構(gòu)建過渡的等效平衡，假設(shè)一個體積相同的恒溫恒容容器Ⅳ，充入2mol SO2和1molO2，容器Ⅳ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)化率之和為1，再考慮容器Ⅰ因為絕熱溫度升高，化學(xué)平衡相對容器Ⅳ中逆向移動，故容器Ⅱ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)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(yīng)為2NO2（g）+O3（g）■N2O5（g）+O2（g），在T℃下，向2.0L恒容密閉容器中充入2.0mol NO2和1.0mol O3，經(jīng)過一段時間后達到平衡。反應(yīng)過程中測定的部分數(shù)據(jù)見下表：

下列有關(guān)說法正確的是（ ）

A.反應(yīng)在0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)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（O2）=0.44mol/L，則正反應(yīng)放熱

C.在T℃下，起始時向容器中充入1.0mol NO2、0.5mol O3、0.5mol N2O5和0.5mol O2，反應(yīng)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(yīng)達到平衡時N2O5的轉(zhuǎn)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(yīng)達到平衡時各種組分的物質(zhì)的量就和題干中情況一致，所以■=■=0.88。D中如果充入1.0mol N2O5和1.0mol O2，反應(yīng)達到平衡時N2O5的轉(zhuǎn)化率等于20%，此時的充入量相當于加壓情況，平衡正向移動，N2O5的轉(zhuǎn)化率小于20%。答案BC。

試題3CO2和H2充入容積相同且固定的兩個密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)：

CO2（g）+3H2（g）■CH3OH（g）+H2O（g）

按如下方式加入反應(yīng)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(shù)相等，且起始時維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，則c的取值范圍為

。

[分析]首先需要根據(jù)平衡后壓強的變化情況算出平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，平衡時有0.4mol CH3OH，反應(yīng)向逆反應(yīng)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(shù)相等，甲乙容器中必須能夠達到相同的平衡狀態(tài)，可以理解為反應(yīng)物充分反應(yīng)生成產(chǎn)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入1.2 mol CO和1 mol H2，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H2（g）■CH3OH（g）。達到平衡時容器體積為2 L，且含有0.4 mol CH3OH（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)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(yīng)方向”“不”或“向逆反應(yīng)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(fā)生改變，此時各種物質(zhì)的濃度全發(fā)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(yīng)物向正反應(yīng)方向移動。答案：50，向逆反應(yīng)方向移動。

試題5 高溫?zé)岱纸夥ɡ肏2S廢氣制取氫氣：

H2S（g）■H2（g）+■S2（g）

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-1測定H2S的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如左圖。圖中a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過相同時間時H2S的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)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(yīng)經(jīng)過相同時間時H2S的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)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(yīng)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(lián)系另一個圖像問題共同分析。

變式（NH4）2CO3捕獲CO2的反應(yīng)為：

（NH4）2CO3（aq）+H2O（l）+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(fù)上述實驗，經(jīng)過相同時間測得CO2氣體濃度，其關(guān)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(jīng)達到平衡，曲線的變化是由于溫度升高平衡發(fā)生移動導(dǎo)致的。

試題6 新型O3氧化技術(shù)對尾氣中的氮氧化物脫除效果顯著，尾氣中的NOx多數(shù)以NO形式存在可發(fā)生反應(yīng)：NO（g）+O3（g）■NO2（g）+ O2（g），在一定條件下，將NO和O3通入絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，正反應(yīng)速率隨時間變化如右圖所示。以下說法正確的是（ ）

a.反應(yīng)在c點達到平衡狀態(tài)

b.b點的反應(yīng)物濃度小于c點

c.該反應(yīng)反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量

d.△t1=△t2時，a～b段NO的轉(zhuǎn)化量小于b～c段

[分析]學(xué)生分析速率時間圖經(jīng)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(xué)認為c點已經(jīng)達到平衡狀態(tài)。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(yīng)放熱升溫使速率增大，c點之后反應(yīng)物濃度下降占主導(dǎo)，速率下降。答案：d。

試題7工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

CH3OH（g）+CO（g）■HCOOCH3（g）

△H= -29.1kJ/mol

科研人員對該反應(yīng)進行了研究，部分研究結(jié)果如下：

（1）工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強是 （填“3.5× 106Pa” “4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”），選擇的理由是 。

（2）實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是 。

[分析]采用簡答的方式，鼓勵學(xué)生更全面地思考問題。

答案：（1）4.0×106Pa，低于此壓強甲醇轉(zhuǎn)化率較低，高于此壓強，壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響不明顯，對設(shè)備提出了更高要求，能耗過度增加；

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

試題8 用O2將HCl轉(zhuǎn)化為Cl2，可提高效益，減少污染。該轉(zhuǎn)化通過如右圖所示的催化循環(huán)實現(xiàn)。

（1）總反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為。

（2）實驗測得在一定壓強下，總反應(yīng)的HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的αHCl～T曲線如右圖，則總反應(yīng)的ΔH0（填“>”“=”或“<”）；A、B兩點的平衡常數(shù)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(yīng)αHCl～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αHCl的有（ ）

A.增大n（HCl） B.增大n（O2）

C.使用更好的催化劑 D.移去H2O

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

答案：（1）2HCl（g）+ ■O2（g）■H2O（g）+Cl2（g）

（2）ΔH<0。當溫度升高時，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，所以K（A）>K（B）；

（3）根據(jù)反應(yīng)特點，反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，增大壓強，氯化氫的轉(zhuǎn)化率升高，故此時的αHCl～T曲線應(yīng)該在題中所給曲線的上方，如右圖所示；

（4）B、D

4. 對照預(yù)設(shè)，實測評估

在作業(yè)試題的選編基礎(chǔ)上，將試題匯總為本課時的作業(yè)，試題雖然只有8題，但具有一定的思考性，學(xué)生完成起來相對耗時，大約需要30～40分鐘時間。學(xué)生完成作業(yè)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(yù)測基本一致，本次作業(yè)基本達到了預(yù)先設(shè)計的目的。在作業(yè)中只有第4題較明顯低于預(yù)測值，說明學(xué)生通過計算判斷化學(xué)反應(yīng)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(yè)設(shè)計的總結(jié)

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

參考文獻

[1] 曹琦明，李佳，劉金燕.SOLO分類理論在中學(xué)化學(xué)學(xué)科能力模型中的應(yīng)用[J].中學(xué)化學(xué)教與學(xué)，2016（3）：18-22