化學(xué)平衡中值得關(guān)注的幾個疑難點(diǎn)

徐健

摘要：教學(xué)中，化學(xué)平衡中“自相矛盾”的幾個疑難點(diǎn)，引起了學(xué)生原理知識的理解障礙。本文以案例的方式給出了三個疑難點(diǎn)的沖突案例，經(jīng)過典型例題對比分析，引發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)學(xué)生的思維碰撞，幫助學(xué)生在困惑中學(xué)習(xí)原理的核心知識，并在原理知識的應(yīng)用中為學(xué)生提供了適當(dāng)?shù)耐卣埂?/p>

關(guān)鍵詞：勒夏特列原理;平衡常數(shù);水解平衡

中圖分類號：G633.8? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1992-7711（2020）02-0149

在高三的復(fù)習(xí)教學(xué)中，我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論在應(yīng)用過程中出現(xiàn)自相矛盾的地方，為了自圓其說，我們會給經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論加上一個應(yīng)用的限定條件。這些限定條件給學(xué)生一個明確的使用環(huán)境，殊不知，種種困惑在學(xué)生心里不斷冒出?；瘜W(xué)平衡知識的抽象，困惑的集中造成了學(xué)生的畏懼心理。本文嘗試由沖突例題引入，引發(fā)思考，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的認(rèn)識，挖掘知識認(rèn)知的本質(zhì)并拓寬其應(yīng)用。鑒于筆者專業(yè)知識的淺薄，認(rèn)識不到位，還希望拋磚引玉得到專家們的指導(dǎo)。

案例一：減弱改變而不抵消改變

“減弱改變而不抵消改變”源于教材定義的經(jīng)驗(yàn)性解讀，蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材P55關(guān)于化學(xué)平衡移動原理概述為：改變影響化學(xué)平衡的一個因素，平衡將向著能減弱這種改變的方向移動。平時教學(xué)中，為了解答高二新學(xué)內(nèi)容難以解釋的一些習(xí)題，教師通常會強(qiáng)調(diào)平衡移動原理的實(shí)質(zhì)在于減弱改變，自然地衍生出不能抵消改變的應(yīng)用。常見實(shí)例如下。

分析：將體積縮小到原來的[12]，相當(dāng)于壓強(qiáng)增大，由平衡移動原理可判斷平衡右移。假設(shè)原平衡氫氣的濃度為C0，將體積縮小到原來的[12]，則瞬間濃度變?yōu)樵瓉淼膬杀叮?C0），則氫氣濃度的增加量為ΔC=C0，雖然平衡右移，依據(jù)減弱改變而不抵消改變，可快速判斷氫氣濃度變化量小于ΔC，故氫氣的濃度達(dá)新平衡后較原平衡大。

學(xué)生的答題情況：大部分學(xué)生錯選C。學(xué)生答錯的直接原因就是應(yīng)用減弱改變而不抵消改變的經(jīng)驗(yàn)判斷。

例2 的解題分析：原平衡的平衡常數(shù)K=C（CO2），將容器體積縮小為原來的一半，瞬間壓強(qiáng)增大為原來兩倍，平衡朝左移動。因反應(yīng)體系中只有CO2，體系溫度不變，達(dá)到新的平衡，K=C（CO2），則CO2濃度與原來濃度一樣，則壓強(qiáng)與原平衡相同。

平衡移動只能減弱外界條件的改變，不能抵消，更不能超越，在某些難以理解的題目中（如例1），這個經(jīng)驗(yàn)判斷可以幫助我們快速判斷正確答案。但反思例題2選項(xiàng)C與經(jīng)驗(yàn)判斷的“自相矛盾”，也讓學(xué)生了解了關(guān)于勒夏特列原理的經(jīng)驗(yàn)判斷是有條件的，是有局限性的。濫用勒夏特列原理有時會得出錯誤的結(jié)論。

蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材P55提到，早在1888年，法國科學(xué)家勒夏特列就發(fā)現(xiàn)了體系改變對化學(xué)平衡移動影響的規(guī)律，并總結(jié)出化學(xué)平衡移動原理：改變影響化學(xué)平衡的一個因素，平衡將向著能減弱這種改變的方向移動。若僅從蘇教版內(nèi)容解讀，我們可以理解為該原理未提及再次達(dá)到平衡的結(jié)果如何，只是側(cè)重于判斷平衡移動的方向。所以該原理應(yīng)用從教材分析來看，應(yīng)適用于判斷平衡移動的方向，不適用再次平衡結(jié)果的討論。

胡永才在《對“化學(xué)平衡移動”的認(rèn)識》一文中指出：化學(xué)平衡移動與“三個狀態(tài)”有關(guān)：“原平衡狀態(tài)”，改變條件后的“非平衡態(tài)”，在新條件下達(dá)到的“新平衡狀態(tài)”。進(jìn)一步說明“平衡移動方向”是指由“非平衡態(tài)”到達(dá)“新平衡狀態(tài)”的方向。

再次分析例2的解題分析，化學(xué)平衡移動的結(jié)果判斷應(yīng)當(dāng)借助化學(xué)平衡常數(shù)等定量判斷。值得一提的是，蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》教材以化學(xué)平衡常數(shù)為主線，明確提出從反應(yīng)的平衡常數(shù)來認(rèn)識化學(xué)平衡狀態(tài)。勒夏特列原理則安排在最后，利用該原理來選擇和確定合成氨的工藝條件。但沒有提及到兩點(diǎn)：濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)的大小比較，勒夏特列原理使用范圍和局限性。后面兩點(diǎn)需要教師在教學(xué)中適當(dāng)?shù)慕榻B引入，以排除學(xué)生的困惑。

案例二：電離平衡和水解平衡的影響因素

例3 某學(xué)生取出10 mL 0.10 mol/L醋酸溶液，滴入甲基橙試液，顯紅色，再加入醋酸鈉晶體，顏色變橙色，請解釋原因。

答案解析：CH3COOH[]CH3COO-+H+，加入醋酸鈉晶體后，醋酸根離子濃度增加，電離平衡向逆方向移動，c（H+）下降，pH 升高，溶液由紅色（pH<3.1）變?yōu)槌壬?.1

當(dāng)呈現(xiàn)上述解析時，大部分學(xué)生能夠接受答案解析，少部分中等程度的學(xué)生開始不理解。這些學(xué)生陳述了自己的理由：醋酸溶液中存在電離平衡CH3COOH[]CH3COO-+H+，醋酸鈉晶體加入后CH3COO-離子水解呈堿性，也可以造成pH的升高。瞬間開始接受的學(xué)生也開始動搖了。

問題動態(tài)生成了，課堂中如果教師不及時解釋，學(xué)生的認(rèn)知方面會更加模糊不清。及時得到分析不僅能排除疑惑，更能幫助學(xué)生認(rèn)識問題的本質(zhì)。

舉證一：醋酸鈉晶體加入后水解呈堿性，那就加入CH3COONH4固體，因?yàn)镃H3COONH4中兩離子的水解程度一樣，故加入水中，不會引起原醋酸溶液pH的變化。若顏色仍然從紅色變?yōu)槌壬?，則說明是由于醋酸鈉溶于水電離出大量的醋酸根離子，抑制了醋酸的電離，使c（H+）減小，因此溶液的pH增大。若溶液顏色仍然為紅色，則是CH3COO-離子水解呈堿性原因引起的。

上述舉證表明可以借助實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證平衡影響的具體因素，但這些說明未從基本原理出發(fā)解釋，下次碰到相似情境，學(xué)生可能還會冒出類似疑惑。

舉證二：醋酸溶液中存在電離平衡CH3COOH[]CH3COO-+H+，Ka=c（CH3COO-）·[cH+cCH3COOH]，在該平衡體系中加入醋酸鈉晶體瞬間，c（CH3COO-）增大，c（H+）和c（CH3COO）濃度基本不變，則Qc>K，則平衡朝分子化方向移動。這個解釋并不能排除學(xué)生的疑惑，醋酸鈉晶體加入后水解出的OH-也會消耗平衡體系中的H+。

舉證三：從水解的實(shí)質(zhì)嘗試分析，CH3COO-結(jié)合了水電離出來的H+，從而破壞了水的電離平衡。若往醋酸溶液中加入醋酸鈉晶體，CH3COO-除了可以結(jié)合水電離出來的H+，更容易結(jié)合醋酸電離出的H+，原因是醋酸比水更容易電離出H+。到這里，學(xué)生恍然大悟。

案例三：等效平衡思想及盒子模型的應(yīng)用

例4：對于PCl5（g）[]PCl3（g）+Cl2（g）反應(yīng)，達(dá)到平衡后，保持溫度、容積不變，又加入一定量的PCl5，達(dá)新的平衡后，PCl5的轉(zhuǎn)化率的____（填“增大”“減小”或“不變”）。

分析：對于aA（g）[]bB（g）類反應(yīng)，為了快速判斷上述條件下A的轉(zhuǎn)化率變化情況，我們經(jīng)常會借助盒子模型來加以分析。

分析盒子模型方法，存在以下三個難點(diǎn)：

1. 圖1、圖2為什么可以等效？

2. 圖1、圖3為什么可以等效？

3. 圖4到圖2過程IV壓強(qiáng)增大，平衡相當(dāng)于朝逆方向移動。這里朝逆反應(yīng)移動與原平衡中加入PCl5，反應(yīng)物濃度增加，平衡朝正方向移動。這兩個移動方向?yàn)槭裁从忻埽?/p>

若想用等效平衡思想中的盒子模型分析該反應(yīng)轉(zhuǎn)化率變化情況，我們必須在課前做好鋪墊，解決好上述三個問題，才能讓學(xué)生真正掌握該方法應(yīng)用的核心思想。等效平衡的思想抽象，不易被學(xué)生所掌握，不妨借助平衡常數(shù)加以適當(dāng)?shù)墓浪悖焖倬唧w的完成該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率變化的情況分析。

假設(shè)PCl5起始通入為1mol ，到平衡后PCl5的濃度為C1 mol/L，PCl3的濃度為C2 mol/L則Cl2的濃度為C2 mol/L，此時平衡常數(shù)K=[C2×C2C1]。

若在上述平衡的體系中再通入1 mol PCl5，假設(shè)達(dá)到新平衡后轉(zhuǎn)化率不變，則新平衡時PCl5的濃度為2C1 mol/L，PCl3的濃度為2C2 mol/L則Cl2的濃度為2C2 mol/L，此時濃度商Qc=[2C2×2C22C1]=2K，因?yàn)镼c>K，則此時假設(shè)的新平衡狀態(tài)不成立，該反應(yīng)還需向逆方向移動才能達(dá)到平衡，故再通入1 mol PCl5，達(dá)到新平衡后PCl5的轉(zhuǎn)化率減小。

以此類推，可以判斷對于aA（g）[]bB（g）類反應(yīng)，若a>b，轉(zhuǎn)化率增大;若a=b，轉(zhuǎn)化率不變;若a

以上案例雖然在實(shí)際情境中不多見、不常見，但案例中的例題確實(shí)困擾學(xué)生，成為學(xué)生順利掌握化學(xué)平衡相關(guān)原理的攔路虎。通過認(rèn)知沖突例題的引入，引起學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識認(rèn)知上的盲點(diǎn)，對比分析各個疑難點(diǎn)的解題策略，從原理的本源知識出發(fā)，讓學(xué)生認(rèn)識產(chǎn)生認(rèn)知沖突的根源，幫助學(xué)生掌握原理知識的核心目標(biāo)。以上案例的使用，既可以在課堂上使用，也可制作成微視頻，用于學(xué)生周末回家的反復(fù)觀看練習(xí)?？傊诮虒W(xué)中需要不斷地總結(jié)，更需要引導(dǎo)學(xué)生去總結(jié)，從本質(zhì)上去分析和總結(jié)，善于用新的觀念去審視舊觀念，并在實(shí)踐中不斷地去檢驗(yàn)和完善;在對待問題時，我們既不能把問題講死，也不能總以特例來搪塞學(xué)生，更不能想當(dāng)然，而要尋找科學(xué)依據(jù)或?qū)嶒?yàn)來說服自己和學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈紹明.化學(xué)平衡“向左走”還是“向右走”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（3）：28-29.

[2] 胡永才.對“化學(xué)平衡移動”的認(rèn)識[J].化學(xué)教學(xué)，2015（7）：86-89.

（作者單位：浙江省杭州市余杭高級中學(xué)? ?310000）