平衡狀態判斷中的“變與不變”

斯卡杰

摘要：平衡狀態判斷是速率平衡知識塊中一個重要的知識點，選考中的必考點，高三復習中的難點。在實際考題中以變化多而令考生難以防備，對傳統結論的直接套用提出了極大的挑戰。本文從邏輯思維的角度出發，利用特定范圍內的假設法和排除法，對該考點進行突破，以期達到“以不變應萬變”的效果，構建思維模型，強化證據推理，也能使學生更好的體會變化觀念和平衡思想，有助于核心素養的培養。

關鍵詞：平衡判斷 ? 邏輯思維 ? 變化觀念 ? 模型構建

在速率平衡的知識模塊中，平衡狀態的建立和判斷是核心的知識點之一，是認識化學變化和化學反應的兩大基石之一，是平衡移動相關知識理解和應用的前提，是浙江選考中的熱點，也是不少高三學生難以把握的失分點。有關平衡判斷的試題在原理綜考查中因各種原因難度系數一直不高，但新高考改革后，隨著核心素養的培養成為教學目標的日益深化，在選考卷中尤其是在各地市及資料機構的模擬考卷中，相關考題井噴式發展，使高三學生感到眼花繚亂，也使高三教師在復習備考中手忙腳亂。

一、考題呈現和問題分析

1、選考真題呈現

【202001】29. 已知：N2O4（g） 2NO2（g） ΔH>0 將一定量N2O4氣體充入恒容的密閉容器中，控制反應溫度為T1。①下列可以作為反應達到平衡的判據是________。

A.氣體的壓強不變 B.v正（N2O4）=2v逆（NO2） ?C.K不變

D.容器內氣體的密度不變 ? ?E.容器內顏色不變

【201904】17.下列說法正確的是

B.C（s）+H2O（g） H2（g）+CO（g），碳的質量不再改變說明反應已達平衡

C.若壓強不再隨時間變化能說明反應2A（？）+B（g） 2C（？）已達平衡，則A、C不能同時是氣體

【201804】14.反應N2（g）+3H2（g） 2NH3（g） ΔH<0，若在恒壓絕熱容器中發生，下列選項表明反應一定已達平衡狀態的是

A.容器內的溫度不再變化 ? B.容器內的壓強不再變化

C.相同時間內，斷開H-H鍵的數目和生成N-H鍵的數目相等

D.容器內氣體的濃度c（N2）∶c（H2）∶c（NH3）=1∶3∶2

2、問題分析

這一知識點的考查最大的問題在于情景變換多樣性而導致的結論復雜性，使很多記憶性學習的學生飽受痛苦。現實教學中部分教師過度“勤奮、負責”，對機械性應試的需求欲望甚至高于學生，總希望能尋找針對性的答題結論，最好是哪個題什么答案都有模板，學生只需記住，然后在應試過程中直接套用，這樣就能快熟高效，很多學生初中就是這么過來的，有成功的經驗。這樣師生雙方容易一拍即合，但現在的高考中容易撞墻，尤其是一部分優秀學生難出好成績。

一些教輔資料中也是樂于給出練習題中常見背景條件下的結論。可能是限于表達方式，類似的資料只能以這種形式進行呈現。我們學校教學雖然不能無視應試的效率，但更重要的還是培養學生的素養，不能替代了學生思維成長的時間和空間，以結論代替過程、題量換取分數。

二、邏輯思維模型下的證據推理

平衡狀態的判斷可以從定性和定量兩個角度出發，核心在于理解平衡的本質和特點。從定量的角度來看，可能計算過程略繁瑣，但思維難度較低，速率計算抓住本質υ正=υ逆，常數計算抓住Qc=K即可，反而顯得過程清晰，難度不大。當然，速率會有一些變式，如以共價鍵數目替代量和濃度的變化等，不過只要抓住化學計量數比例以及所代表的正逆方向問題就不大。學生的實際反饋情況主要是集中在定性的判定，題目呈現形式也常以定性為主，如何在情景變化復雜的背景下能邏輯嚴密、思路清晰的定性分析是突破的關鍵，即能做到“以不變應萬變”是研究的方向。

1、變化因素——情景條件

綜合分析這一問題的情景背景，其變化不外乎四個方面：一、體系設定的環境條件的變化，如同溫同壓、絕熱恒容等等;二、方程式自身的特點，如氣體系數是否相等、體系中有沒有非氣態物質參與等等;三、投料方式的變化，如是否為反應物投料、投料時各物質有沒有滿足對應的方程式系數之比等等;四、設定為恒定的物理量的變化，如體系總壓、溫度、氣體密度、氣體平均摩爾質量、氣體摩爾體積等等。這四個方面隨意變換組合，都有可能導致結論的變化，所以從結論記憶的角度進行套用非常繁瑣，容易記憶混亂、結論不可靠。

2、邏輯思維模型構建

根據可逆反應的特點，某一時刻的狀態有且只有三種，平衡狀態、正向進行狀態和逆向進行狀態，由此基本的邏輯思維模型可以快速得到構建。在設定為不變的物理量基礎上，假設反應為正向進行狀態或逆向進行狀態，討論在假設狀態下是否滿足設定物理量不變的條件。如果討論結果為假設成立，即可逆反應處于非平衡狀態下滿足設定物理量不變的條件，則該物理量不變不能判斷反應已達平衡狀態;反之，如果討論結果為假設不成立，即可逆反應處于非平衡狀態下不能滿足設定物理量不變的條件，那么該物理量保持不變只能在平衡狀態下，則該物一定能判斷可逆反應已達平衡狀態。

3、過程展示

設定恒定的物理量 氣體的平均摩爾質量（ ）

系統環境條件 恒溫恒壓

具體反應方程 Ⅰ：

CO（g）+ H2O（g） ?CO2（g）+H2（g）

Ⅱ：

BaSO4（s）+4CO（g） 4CO2（g）+BaS（s） Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（s）+H2O（g） Ⅳ：

2NH3（g）+CO2（g） NH2CO2NH4（s）

假設 可逆反應為正向進行

公式

討論 Ⅰ反應各物質均為氣體，根據質量守恒定律定量可得，正向進行時m（氣總）不變;又因氣體系數相等，正向進行時n（氣總）不變。所以正向進行時 不變

Ⅱ反應氣體系數相等，可得正向進行時n（氣總）不變;但反應中有固體參與，正向進行時固體質量減小m（氣總）增加。所以正向進行時 增大

Ⅲ反應正向氣體系數減小，可得正向進行時n（氣總）減小;生成物中有固體，正向進行時m（氣總）減小。分子、分母同時減小，定性無法判斷。從定量角度很容易得出：當氣體的物質的量減少2mol時，若質量的減少量數值上恰好等于CO（NH2）2的M時，正向進行過程中 不變。所以取決于投料方式。 Ⅳ反應只有反應物中有氣體，正向進行時按照上述公式是無法判斷的，但跟Ⅲ也不一樣，不需要定量計算，只要從 的定義出發分析就行，即若NH3（g）和CO2（g）比例恒定則 恒定。所以取決于投料狀態。

時，正向進行 不變

正向進行 不改變

NH3（g）和CO2（g）按系數比投料或生成物投料 投料時NH3（g）和CO2（g）不滿足系數比

假設是否成立 假設成立 假設不成立 假設成立 假設不成立 假設成立 假設不成立

結論 恒定時不能判斷該反應已達平衡 恒定時能判斷該反應已達平衡 恒定時不能判斷該反應已達平衡 恒定時能判斷該反應已達平衡 恒定時不能判斷該反應已達平衡 恒定時能判斷該反應已達平衡

從以上幾個實例可以看到，結論隨條件變化而變化，過程分析要求根據條件信息進行嚴密推理，但基本邏輯思維的模型確是一致的。

三、小結

平衡判斷常見的形式卻實有一些結論，而且結論的直接套用確實能提升解題的速度、降低解題的難度，但這些結論均有其相應的情景條件，如果拋開過程的分析、結論的成因則無法在應試中獲勝，而且這種教學方式更不是我們社會所需求的人才培養模式。這一內容雖然變化復雜，但我們再教學中能引導學生實現“以不變應萬變”，就能很好實現證據推理和模型認知等化學學科核心素養的培養。