等式在中學化學教學中的應用

朱煜彪

“等量關(guān)系”特指數(shù)量間的相等關(guān)系，相等的數(shù)量之間用“=”相連，得出的式子叫等式。等量關(guān)系、等式一直伴隨我們的生活、學習。如生活中的等價交換，學習中從小學涉及的應用型題，到初、高中的不等式，從數(shù)學、物理到化學等理科學科的學習，都要用到等量關(guān)系、等式。我們在化學教學中，引領(lǐng)學生加以總結(jié)，建立中學化學中“等量關(guān)系”模型，就可提高化學教學的效度，提高學生解決化學問題的能力，提高學生的綜合思維能力，落實化學學科核心素養(yǎng)。通過教學實踐，我總結(jié)如下幾點供讀者參考。

等式： = + （讀數(shù)=砝碼+游碼）

變式一：天平托盤上物品與砝碼擺放正確（左物右碼）： = + ;

變式二：天平托盤上物品與砝碼擺放不正確（左碼右物）： = + 。

通過建立等式及對兩個變式的思考，學生就會更容易理解：當沒有用到游碼時，物品與砝碼擺放正確與否， = ;當用到游碼時，物品的質(zhì)量小于砝碼的質(zhì)量。

等式：原子中或分子中：質(zhì)子數(shù)=電子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)

變式一：陽離子中：電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)-電荷數(shù);

變式二：陰離子中：電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+電荷數(shù)。

利用以上等式及變式，可以實現(xiàn)一定數(shù)量的微觀粒子與一定質(zhì)量的宏觀物體進行統(tǒng)一，可以比較微觀粒子的多少，落實核心素養(yǎng)“宏觀辨識與微觀探析”會更容易。

等式：平衡狀態(tài)：（正）= （逆）

變式1：（正）>（逆），平衡正移;

變式2：（正）<（逆），平衡逆移。

正反應速率是消耗反應物或生成生成物的速率，逆反應速率是消耗生成物或生成反應物的速率，速率可用單位時間內(nèi)一定體積的容器中反應物、生成物的質(zhì)量變化、物質(zhì)的量變化，化學鍵的形成與斷裂來表示。上述等式及變式中的（正）、（逆）是表示同種物質(zhì)的正、逆反應速率，若用不同種物質(zhì)來表示正、逆反應速率時，（正）與（逆）之比等于化學方程式計量系數(shù)比。這為達成學科核心素養(yǎng)“變化觀念與平衡思想”更近一步。

等式：在化學反應中，參加反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和。即∑（生成物）= ∑（反應物）。原子守恒，物料守恒其實也是質(zhì)量守恒定律應用。

變式：化學方程式中，某元素的原子個數(shù)在方程式“=”兩邊相等。

在化學方程式的配平中，在某些反應物或生成物的判斷上，在電解質(zhì)溶液中粒子濃度大小比較中，讓學生心中隨時有質(zhì)量守恒，復雜問題可能會簡單化。

在反應M+N=X+2Y中，已知X和Y的相對分子質(zhì)量之比為22：9，當12.8gN與一定量M完全反應，生成7.2gY。則此反應中M與N的相對分子質(zhì)量之比是。

據(jù)化學方程式，22：9×2= （C）：7.2g，（C）=8.8g，據(jù)質(zhì)量守恒，（A）=7.2g+8.8g-12.8g=3.2g，A與B的相對分子質(zhì)量之比等于3.2g：12.8g=1：4。

Δ

等式：在化學反應中，能量守恒可參照熱力學系統(tǒng)。熱力學第一定律表達式為：U-U=ΔU=Q+W（U為終態(tài)所具有的內(nèi)能，U為始態(tài)所具有的內(nèi)能， Q為吸收或放出的能量，Q為正時吸熱，Q為負時放熱，W為系統(tǒng)對外所做的功，化學反應中不考慮）

變式：Δ=∑E（生成物）-∑E（反應物）

（2012全國卷9）反應A+B→C（Δ<0）分兩步進行：A+B→X（Δ>0），X→C（Δ<0）。下列示意圖中，能正確表示總反應過程中能量變化的是（??? ）

A ??? ?B C????????? D

因Δ=∑E（生成物）-∑E（反應物），由題中A+B→C（Δ<0）可知，E（A+B） >E（C），排除A、B答案，由①A+B→X（Δ>0）可知，E（A+B） >E（X），答案選D。

化學反應的本質(zhì)特征是有新物質(zhì)生成，但也伴隨能量的變化，對這一規(guī)律的認識研究是化學學科核心素養(yǎng)所要求的，也是新時代人才應該具備的。通過對它的研究，可把不同學科聯(lián)系在一起，可以在學科交叉領(lǐng)域發(fā)展有所突破，可以在開發(fā)新能源上有所突破，可以讓學生在節(jié)約資源上有科學的態(tài)度和社會責任。

等式：離子方程式左邊所帶電荷數(shù)=離子方程式右邊所帶電荷數(shù)。

有的離子方程式專用質(zhì)量守恒定律，很難配平，用電荷守恒思想，復雜問題可以簡單化。如乙醇堿性燃料電池負極的反應，方向為，但OH與HO前的系數(shù)難以確定，后者隨前者的變化而變化，但根據(jù)電荷守恒，右邊帶4個單位的負電荷，所以O(shè)H前的系數(shù)必須是16，根據(jù)質(zhì)量守恒，HO前的系數(shù)為11，負極的電極方程式為。

等式：溶液中，陽離子所帶正電荷數(shù)=陰離子所帶負電荷數(shù)。

任何溶液都呈電中性，可能有些溶液中沒有陰陽離子，若有陰陽陰陽離子存在，就必須是陽離子所帶正電荷總數(shù)等于陰離子所帶負電荷總數(shù)。充分利用此等式，我們可計算出溶液中某離子的濃度大小，可調(diào)配不同成分的營養(yǎng)液供醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等行業(yè)所用，充分體現(xiàn)化學與生活的關(guān)系。

（1）利用電子守恒配平方程式、求物質(zhì)的量、求質(zhì)量

等式：還原劑失電子總數(shù)=氧化劑得電子總數(shù)（或還原劑失電子總物質(zhì)的量=氧化劑得電子總物質(zhì)的量）。

變式：每個原子失電子數(shù)×被氧化的原子個數(shù)=每個原子得電子數(shù)×被還原的原子個數(shù)。

（2）利用電子守恒求相關(guān)化合價

等式：化合價升高的總價數(shù)=化合價降低的總價數(shù)。

變式：每個原子升價數(shù)×被氧化的原子個數(shù)=每個原子降價數(shù)×被還原的原子個數(shù)。

化合價變化其實是電子轉(zhuǎn)移的宏觀體現(xiàn)，化合每升高一價，意為一個原子失去一個電子，相反化合每降低一價，意為一個原子得到一個電子，充分利用此等式，可以實現(xiàn)抽象問題簡單解決。

在某金屬與稀硝酸反應，若HNO的還原產(chǎn)物只有1種，且被還原的HNO占消耗HNO量的1/6，則金屬的價態(tài)及HNO的還原產(chǎn)物可能為（??? ）

A .+1、NO??? B.+2、NO????? C.+2、N???? D.+3、N

設(shè)此金屬（M）的化合價為+x價，HNO還原產(chǎn)物中N的化合價為y價，反應方程式可寫為M+ aHNO= M（NO）+bNO+cHO，據(jù)題意x：2b=5：1，x=2b·5，b=0.1x，a=1.2x，c=0.6x，據(jù)化合價升高總價數(shù)=化合價降低總價數(shù)，x=0.1x·2·（5-y），解得x取任意，y=0，答案選CD。

等式：原電池中，負極失電子數(shù)=正極得電子數(shù);電解池中，陽極失電子數(shù)=陰極得電子數(shù)。

原電池、電解池原理是氧化還原反應原理，只是把氧化和還原分開在不同的地方發(fā)生反應，同樣滿足電子守恒，上述等式是方便電化學計算的等式。

給合上述，通過建模的形式，可讓教師教得更輕松些，可讓學生學得有據(jù)可依。關(guān)鍵是教師要引導學生從原理上理解，讓學生的綜合素質(zhì)和綜合能力真正體現(xiàn)到化學學科核心素養(yǎng)上。通過以上總結(jié)，教師可以引導學生在“宏觀辨析與微觀探析、變化觀念與平衡思想、科學態(tài)度與責任”等化學學科核心素養(yǎng)上有所突破，真正體現(xiàn)化學學習對學生未來發(fā)展的重要價值。但這種建模的方式，容易把學生帶到僵化的思維定勢上，所以，我們教師一定要清晰，重在“建”模，讓學生心中隨時有等式，隨時使用等量關(guān)系來思考問題，不是重在用公式，不能把等式理解得太死，如在三、等式在化學反應平衡狀態(tài)判斷中的應用中的等式：平衡狀態(tài)：（正）= （逆），不要僅僅瞄準數(shù)字上的相等。

? ?