中學(xué)化學(xué)教學(xué)中“平衡思想”構(gòu)建策略研究

郭麗麗 劉妍 楊富巍

摘 要： 化學(xué)平衡思想是中學(xué)化學(xué)核心思想之一，在高中化學(xué)教學(xué)中化學(xué)平衡思想的構(gòu)建有利于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與知識(shí)體系的建立;有利于學(xué)生形成符合學(xué)科特點(diǎn)的思想方法;有利于學(xué)生提高學(xué)科素養(yǎng)與解決問(wèn)題。據(jù)此，要討論中學(xué)化學(xué)教學(xué)中“平衡思想”的構(gòu)建策略。

關(guān)鍵詞： 化學(xué);教學(xué);平衡思想;構(gòu)建策略

中圖分類號(hào)： G4????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A????? doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.12.086

1 恰當(dāng)利用生活實(shí)例，促進(jìn)學(xué)生自主構(gòu)建

化學(xué)無(wú)處不在，人類的衣食住行均離不開(kāi)化學(xué);平衡無(wú)處不在，天地萬(wàn)物均靠平衡來(lái)維持。要讓學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡思想感興趣，就得走進(jìn)學(xué)生熟悉的生活中去。化學(xué)平衡教學(xué)中教師要尋找恰當(dāng)?shù)纳顚?shí)例將學(xué)生帶人其中，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。如我們每天飲用的自來(lái)水都是經(jīng)過(guò)殺毒處理之后的，生活中常用氯氣來(lái)殺菌，那么用氯氣殺菌所用的化學(xué)（思想）原理就是化學(xué)平衡思想。具體以化學(xué)反應(yīng)式來(lái)解釋說(shuō)明：

CL2+H2O HCL+HCLO該反應(yīng)就是一個(gè)可逆反應(yīng)，只要有可逆必定有平衡存在，該過(guò)程中反應(yīng)生成的次氯酸具有殺菌消毒的作用，當(dāng)次氯酸逐漸被水中的細(xì)菌消耗掉的時(shí)候，殺菌效果就會(huì)大打折扣，細(xì)菌就會(huì)大量繁殖，因此為了再次殺菌消毒，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，只有當(dāng)反應(yīng)生成的次氯酸與殺菌消毒后的水都剛好不再變化的時(shí)，此時(shí)該反應(yīng)就達(dá)到了平衡狀態(tài)。

CH3COOH CH3COO-+H+醋酸是餐桌上必不可少的調(diào)味劑，但由于醋酸是弱酸，因此它在溶液中存在著電離平衡，每當(dāng)人們用餐時(shí)，若食物中的鹽量較多，人們則會(huì)選擇食用醋，醋酸則會(huì)中和過(guò)量的鹽，從而使美食變成人們的味蕾可接受的范圍，那么在此過(guò)程中，當(dāng)醋酸電離產(chǎn)生的氫離子與氫離子和醋酸根離子結(jié)合生成的醋酸分子的量都不在變化時(shí)，說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。

H2O+CO2 H2CO3該可逆反應(yīng)原理存在于生活中的各種碳酸飲料當(dāng)中，例如，雪碧、可樂(lè)等在打開(kāi)蓋子之后會(huì)有大量的氣泡產(chǎn)生，產(chǎn)生氣泡的成分即是H2CO3分子與空氣接觸立即分解得到的H2O和CO2。當(dāng)打開(kāi)瓶蓋一段時(shí)間后氣泡會(huì)冒完，此時(shí)說(shuō)明H2CO3分子分解為H2O和CO2的速率與H2O和CO2結(jié)合生成H2CO3分子的速率相等，那么該可逆反應(yīng)就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。

2 靈活運(yùn)用知識(shí)遷移，引導(dǎo)學(xué)生多向構(gòu)建

學(xué)生從初三接觸化學(xué)一直學(xué)習(xí)到高二即已積累了許多化學(xué)知識(shí)，那么學(xué)生或許會(huì)產(chǎn)生是不是所有的化學(xué)反應(yīng)都能進(jìn)行完全（達(dá)到反應(yīng)的限度）這樣的疑問(wèn)。初三下冊(cè)學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了關(guān)于飽和溶液、不飽和溶液和溶解度的概念，因此，教師在講解難溶電解質(zhì)的溶解平衡時(shí)可以先復(fù)習(xí)初中內(nèi)容，再利用知識(shí)遷移的方法將該部分可逆過(guò)程與動(dòng)態(tài)平衡思想遷移到難溶電解質(zhì)的學(xué)習(xí)上，從而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)溶解平衡的內(nèi)容。

飽和溶液和不飽和溶液：在一定溫度下，向一定量溶劑里加入某種溶質(zhì)，當(dāng)溶質(zhì)不能繼續(xù)溶解時(shí)，所得到的溶液叫作這種溶質(zhì)的飽和溶液;還能繼續(xù)溶解的溶液，叫作這種溶質(zhì)的不飽和溶液。

在溶劑增加或溫度升高的情況下，已達(dá)到飽和的溶液可以變成不飽和溶液。因此，只有指明“在定量溶劑里”和“在定溫下”，溶液的“飽和”和“不飽和”才有確定的意義。在該過(guò)程中同樣存在著動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，可簡(jiǎn)單如圖1。

溶解度：（1）固體的溶解度：表示溫度一定時(shí)，某固態(tài)溶質(zhì)在100g溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量。如果不指明溶劑，通常所說(shuō)的溶解度是指物質(zhì)在水里的溶解度。

（2）氣體的溶解度通常是指該氣體的壓強(qiáng)為101KPa和一定溫度時(shí)，溶解在1體積水里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的氣體體積。

學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了關(guān)于飽和溶液、不飽和溶液和溶解度的概念，因此，教師可以先復(fù)習(xí)初中內(nèi)容，再利用知識(shí)遷移的方法將該部分可逆過(guò)程與動(dòng)態(tài)平衡思想遷移到難溶電解質(zhì)的溶解平衡上，從而引導(dǎo)學(xué)生輕而易舉的掌握溶解平衡的內(nèi)容。

例如：AgNO3溶液與NaCl溶液混合，生成白色的AgCl沉淀：

Cl-+Ag+=AgCl↓

那么 Cl-與Ag+的反應(yīng)真能進(jìn)行到底嗎？

查詢資料得知：生成沉淀的離子反應(yīng)所以能夠發(fā)生，在于生成物的溶解度小。例如，AgCl20度時(shí)在100g水中僅能溶解1.5×10-4g。

盡管AgCl溶解度很小，但也不是絕對(duì)的不溶，有AgCl沉淀生成會(huì)有少量的溶解。因此，生成AgCl沉淀后的溶液中則有三種粒子在反應(yīng)體系中共存：

Cl-（aq）+Ag+（aq） AgCl（s）

如此，可將生成沉淀的反應(yīng)轉(zhuǎn)化成我們所熟悉的固體（AgCl）溶解的問(wèn)題。從固體溶解平衡的角度，我們會(huì)很容易理解AgCl在溶液中存在下述兩個(gè)過(guò)程：一是在水分子作用下，少量Cl--和Ag+脫離AgCl的表面溶入水中;二是溶液中的Cl-和Ag+被AgCl表面陰、陽(yáng)離子所吸引，回到AgCl的表面析出——沉淀。溫度一定時(shí)，當(dāng)沉淀溶解和生成的速率相等時(shí)即得到AgCl的飽和溶液，建立下列動(dòng)態(tài)平衡：

AgCl（s） Cl-（aq）+Ag+（aq）

由于溶解與沉淀這種動(dòng)態(tài)平衡的存在，則導(dǎo)致Cl-與Ag+反應(yīng)不能完全進(jìn)行到底。沉淀反應(yīng)在生產(chǎn)、科研、環(huán)保等領(lǐng)域的許多應(yīng)用，正是利用了難溶電解質(zhì)的溶解平衡。

3 精心設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生構(gòu)建的心向

對(duì)化學(xué)平衡的教學(xué)還應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)，教師要精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，上課時(shí)以邊實(shí)驗(yàn)邊引導(dǎo)的方式培養(yǎng)學(xué)生思維能力，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生充分討論，一方面要提供建構(gòu)理解所需的基礎(chǔ);另一方面要給學(xué)生廣闊的建構(gòu)空間，讓他們針對(duì)具體情境采取適當(dāng)?shù)牟呗?，從而達(dá)到師生共同歸納出平衡移動(dòng)原理的目的。以實(shí)驗(yàn)課為例，實(shí)驗(yàn)課要以學(xué)生為主，教師起到引導(dǎo)作用即可，讓學(xué)生兩個(gè)人一組做實(shí)驗(yàn)，教師要預(yù)先設(shè)定好實(shí)驗(yàn)步驟、原理、儀器、試劑、藥品以及注意事項(xiàng)等。

實(shí)驗(yàn)原理：Fe3++3SCN-？偺dFe（SCN）3 （紅色）

SCN-可以檢驗(yàn)Fe3+的存在，F(xiàn)e（SCN）3 溶液呈紅色，增加反應(yīng)物或生成物的濃度、減小反應(yīng)物或生成物的濃度都會(huì)使平衡發(fā)生移動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)儀器：試管、膠頭滴管。

實(shí)驗(yàn)藥品：FeCl3溶液、KSCN溶液、NaOH溶液。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

（1）向盛有5ml 0.010ml/LFeCl3溶液的試管中加入5ml 0.005ml/LKSCN溶液，溶液呈紅色。

（2）將上述溶液均分置于兩支試管中;向第一支試管中加入飽和FeCl3溶液3滴，充分振蕩，仔細(xì)觀察試管中顏色變化;向第二支試管中滴加3滴1mol/LKSCN溶液，觀察試管中顏色變化。

（3）再次向上述兩支試管中各滴加0.05mol/LNaOH溶液2～4滴，觀察試管中現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及說(shuō)明：

步驟（2）中加了FeCl3溶液的試管中，相當(dāng)于加入了Fe3+，則反應(yīng)物濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以試管中溶液顏色加深;滴加了KSCN溶液的試管中，相當(dāng)于滴加了SCN-，則SCN-濃度增大，由勒夏特列原理知，平衡向左移動(dòng)，因此試管中溶液顏色變淺。

步驟（3）中向第一支已加了FeCl3溶液的試管中加入NaOH溶液，相當(dāng)于加入了OH-，則當(dāng)加入OH-后Fe3+與OH-結(jié)合生成沉淀Fe3++OH-=Fe（OH）3反應(yīng)物濃度減小，根據(jù)勒夏特列原理，為了減弱這種改變，平衡逆向移動(dòng)，則試管中溶液顏色變淺。第二支試管同理。

本實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易行，在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生兩人一組，親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，參與實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，體會(huì)可逆反應(yīng)、感受平衡移動(dòng)（被破壞又重新建立）的整個(gè)過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡思想的構(gòu)建能力。

4 應(yīng)用與實(shí)踐并舉，鞏固加深構(gòu)建能力

化學(xué)平衡思想的構(gòu)建僅靠口頭闡述、實(shí)驗(yàn)操作的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，高中化學(xué)是非常抽象的一門學(xué)科，只有通過(guò)實(shí)踐，才能使學(xué)生真正理解內(nèi)容，掌握內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義上的化學(xué)思想的培養(yǎng)。那么高中化學(xué)平衡思想的應(yīng)用莫過(guò)于計(jì)算，主要包括參加反應(yīng)的某物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率、某物質(zhì)的起始量（物質(zhì)的量、濃度等）或終態(tài)量（物質(zhì)的量、濃度等）、平衡常數(shù)。

以下主要以常用的方法為例：

1，量：衡量多少的量，廣義指質(zhì)量、數(shù)量、體積、濃度、物質(zhì)的量、壓強(qiáng)及溫度等。狹義指物質(zhì)的量和物質(zhì)的量的濃度。

2，初始量：可以是反應(yīng)物也可以是生成物，也可以將反應(yīng)物跟生成物同時(shí)加入，通常加反應(yīng)物。

3，轉(zhuǎn)化量（反應(yīng)量）：全部設(shè)定成系數(shù)倍的X作為未知數(shù)，這樣更方便。

4，平衡量（終態(tài)量）：通常是指化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)物最終的量、生成物的最終量。

5，根據(jù)已知條件（轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)率、速率、平衡常數(shù)）等來(lái)確認(rèn)X的值，那么將會(huì)完成各種設(shè)問(wèn)。

4.1 計(jì)算模式

mA（g）+nB（g）=pC（g）+qD（g）

n始/mol???? a???? b???? 0?? 0

n轉(zhuǎn)/mol?? mx nx px qx

n平/mol?? a -mx b -nx px qx

對(duì)于反應(yīng)物：n平=n始-n轉(zhuǎn);對(duì)于生成物：n平=n始+n轉(zhuǎn)。

4.2 等效平衡的應(yīng)用

（1）定義：在一定條件下（T、P恒溫恒壓或恒溫恒容），對(duì)同一可逆反應(yīng)體系，起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量的不同（反應(yīng)無(wú)論從正反應(yīng)開(kāi)始還是逆反應(yīng)開(kāi)始），達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的百分含量相同，這樣的平衡稱為等效平衡。

（2）解題方法：極端轉(zhuǎn)換法（一邊倒）。

無(wú)論平衡從哪個(gè)方向建立，在判斷時(shí)，都可根據(jù)題給條件和反應(yīng)計(jì)量數(shù)把生成物全部推算為反應(yīng)物或把反應(yīng)物全部推算為生成物（在與原平衡加入的物質(zhì)的量相比較，若物質(zhì)的量“相當(dāng)”，則為等效平衡）

（3）規(guī)律。

恒溫恒壓時(shí)：

對(duì)一可逆反應(yīng)由“一邊倒”確定出兩個(gè)初始狀態(tài)的物質(zhì)的量之比相同，則在達(dá)到平衡后兩平衡等效。

恒溫恒容時(shí)：

①對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，只要物質(zhì)的量比值與原平衡相同，則互為等效平衡。

②對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應(yīng)，只有物質(zhì)的量與原始值相同，二者才等效平衡。

5 結(jié)束語(yǔ)

中學(xué)生化學(xué)平衡思想的構(gòu)建可以有很多種方式，以上策略對(duì)縣級(jí)以上的中學(xué)而言比較容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于一些貧困地區(qū)，尤其是實(shí)驗(yàn)部分由于條件的限制很難實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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