化學平衡原理在高中化學教學中的應用

【摘要】本文論述化學平衡原理在高中化學教學中的應用，提出化學平衡原理在化學理論層面的應用、化學平衡原理在化學實驗層面的應用、化學平衡原理在解題訓練層面的應用等具體做法，旨在幫助學生牢固掌握判斷化學平衡原理的方法，促進學生快速、準確地解答化學試題。

【關鍵詞】高中化學 課堂教學 化學平衡原理

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）20-0125-04

化學平衡原理指的是在宏觀條件一定的可逆反應中，化學反應的正、逆反應速率相等但不等于零，反應物與生成物各組分濃度不再發(fā)生改變的狀態(tài)。如果一個已經(jīng)達平衡狀態(tài)的系統(tǒng)被改變，那么該系統(tǒng)會隨之發(fā)生改變而對該改變進行抗衡，所以說這是一種動態(tài)平衡。在高中化學教學中，化學平衡原理有著十分廣泛的應用，不僅被應用于方程式中，而且被應用在化學實驗、解決化學問題中。學生只有掌握化學平衡原理的判斷方法，才能快速解答化學問題。因此，教師應重視加強對化學平衡原理的應用，不斷提高學生參與化學學習的積極性，幫助學生牢固掌握判斷化學平衡原理的方法，為接下來的解題做好準備，從而促進學生快速、準確地解答化學試題。

一、化學平衡原理在化學理論層面的應用

（一）判斷化學反應是否達到平衡狀態(tài)

在高中化學教學過程中，學生會遇到大量的化學反應，運用化學平衡原理來判斷化學反應是否達到平衡狀態(tài)，既可以加深對化學平衡本質(zhì)的理解，又可以借助所學知識準確判斷出化學反應中兩種或者多種化學物質(zhì)是否達到平衡狀態(tài)。在這種情況下，學生應精準掌握化學反應過程中存在的多種物質(zhì)濃度及方法，假如可以發(fā)生可逆反應，不僅可以判斷出多種反應現(xiàn)象，還可以對比反應值逆解讀反應相關數(shù)據(jù)，最終判斷出是否真正實現(xiàn)反應平衡。

例如，當判定密閉容器內(nèi)的化學反應是否達到平衡狀態(tài)時，假如反應體系中的氣體總壓強沒有出現(xiàn)變化，即可判定該化學反應處于平衡狀態(tài)。如在體積恒定容器中氮氣和氫氣發(fā)生反應：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體處于混合狀態(tài)時，氣體總質(zhì)量沒有出現(xiàn)變化，容器的體積在化學反應過程中同樣沒有出現(xiàn)變化情況，根據(jù)質(zhì)量守恒定律相關知識，混合氣體的總壓強并沒有因此再出現(xiàn)變化，所以該化學反應達到平衡狀態(tài)。又如，在一些化學反應中，當有有顏色的化學物質(zhì)參加反應，而該物質(zhì)的顏色沒有出現(xiàn)變化時，該化學反應也處于平衡狀態(tài)。如在2NO2（g）?2NO（g）+O2（g）化學反應中，由于NO2（g）為有色物質(zhì)，當該物質(zhì)的顏色不變即濃度不變時，我們就能夠判定這一化學反應處于平衡狀態(tài)。

（二）運用平衡原理書寫化學方程式

在整個化學教學中，無論是初中階段，還是高中階段，化學方程式都占據(jù)著極為重要的地位，是一項重點學習內(nèi)容。在化學學習過程中，有不少化學題目都是圍繞化學方程式展開的，學生不僅要學會正確寫出化學方程式，還要真正理解化學方程式的含義，如此方能正確解答有關化學方程式的問題。在高中化學教學中，教師要運用化學平衡原理幫助學生深刻記憶、透徹理解并牢固掌握化學方程式，使學生進一步了解化學反應的原理，繼而深刻分析化學平衡原理。

例如，對恒定容量的容器來說，當反應體系內(nèi)的氣體總壓強保持不變時，我們可以確定化學反應達到平衡狀態(tài)。如4NH3+5O2=4NO2+6H2O的化學方程式中，根據(jù)已學的質(zhì)量守恒定律可知，容器內(nèi)混合氣體的總質(zhì)量不變，容器內(nèi)的體積也不變，說明當反應體系內(nèi)的氣體總壓強保持不變時或混合氣體的密度保持不變時，此化學反應達到了平衡狀態(tài)。

二、化學平衡原理在化學實驗層面的應用

（一）借助實驗教學契機運用化學平衡原理

化學平衡是建立在可逆反應基礎之上的，可逆反應則是在同一條件下，既能夠正向進行還能逆向進行的一類特殊化學反應。大部分化學反應都具有可逆性，均能夠在不同程度上達到平衡狀態(tài)。實驗教學是高中化學教學過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，教師應當充分借助實驗教學的契機運用化學平衡原理開展教學，通過現(xiàn)場演示或者播放案例的方式呈現(xiàn)可逆反應，指導學生以可逆反應為依托分析與研究化學平衡原理，使學生進一步理解化學平衡的內(nèi)涵，增強學生的認知。

例如，在教學“濃度變化對化學平衡的影響”時，教師可以利用重鉻酸根離子與鉻酸根離子之間的轉(zhuǎn)化實驗來探究濃度變化對化學平衡的影響，指出實驗原理是Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H＋，具體實驗步驟是先往K2Cr2O7溶液中緩緩滴入NaOH溶液，當溶液顏色由橙變成黃色時，化學反應平衡往正反應方向移動，然后往里面加入適量的酸，則溶液顏色由黃色變成橙色。通過觀察這個實驗現(xiàn)象，我們知道化學反應平衡往逆反應方向移動。接著，教師帶領學生總結(jié)濃度變化對化學平衡影響的規(guī)律，即增大反應物的濃度或者減小生成物的濃度，平衡往正反應方向移動；減小反應物的濃度或者增大生成物的濃度，平衡往逆反應方向移動。由此可見，適當增加相對廉價的反應物或者及時分離出生成物，平衡向正反應方向移動，能夠提高產(chǎn)物產(chǎn)量，減少生產(chǎn)成本。

（二）鼓勵學生做實驗探究體驗化學平衡原理

在高中化學教學過程中，實驗教學這一重要環(huán)節(jié)不僅是學生學習理論知識的主要途徑，也是學生研究各種化學原理、規(guī)則與規(guī)律的關鍵方式，更是鍛煉學生動手能力的常規(guī)手段之一。為更好地運用化學平衡原理，教師需要及時轉(zhuǎn)變教育觀念，堅持以“學生探究實驗為主，演示實驗為輔”的教學原則，盡可能為學生創(chuàng)設更多親自動手操作實驗的機會，鼓勵他們依托實驗深層次探究化學平衡原理，切實體會化學平衡原理的內(nèi)涵，進一步提高學習效果。

例如，在“壓強變化對化學平衡的影響”教學中，教師可以利用多媒體設備播放N2（g）+3H2（g）[]2NH3（g）這一可逆反應的視頻，帶領學生一起分析壓強對合成氨的平衡的影響。學生在觀察實驗視頻的過程中發(fā)現(xiàn)增大壓強時，該化學平衡往正反應方向移動，減小壓強時，化學平衡往逆反應方向移動。接著，教師播放可逆反應FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO2（g）實驗視頻，并通過改變壓強的大小，引導學生觀察實驗結(jié)果。學生發(fā)現(xiàn)針對該實驗，通過改變壓強的大小對反應的平衡沒有影響。隨后教師指導學生討論探究其他條件不變，壓強增大或者減小時，N2O4（g）?2NO2（g）反應平衡是否移動、移動方向如何？學生討論后回答，并歸納總結(jié)出“在其他條件不變時，增大壓強，化學平衡向著氣體總體積減小的方向移動；反之，減小壓強，化學平衡向著氣體總體積增大的方向移動”的規(guī)律。

（三）轉(zhuǎn)變實驗方式內(nèi)化化學平衡原理

在高中課程體系中，化學作為一門以實驗為基礎的自然科學類科目，涉及大量的實驗研究，尤其是學生在學習化學平衡原理這一相對抽象的知識時，更是離不開實驗的幫助，通過做實驗學生可以更加深入地分析化學平衡原理，進而理解化學平衡原理的本質(zhì)。對此，高中化學教師應該適當轉(zhuǎn)變有關化學平衡原理的實驗教學方式，利用發(fā)現(xiàn)問題的方式引導學生沿著正確的方向思考，讓學生深入實驗活動，認真觀察實驗程序與反應變化，進而內(nèi)化化學平衡原理。

例如，以“化學平衡的移動”教學為例，本節(jié)課是以化學平衡狀態(tài)為基礎，通過實驗進行驗證，探究反應物的濃度對化學平衡狀態(tài)的影響。課堂上，在探究反應物的濃度對化學平衡移動的影響時，教師可以轉(zhuǎn)變實驗方式，安排以下實驗教學環(huán)節(jié)。教師事先準備好0.05 mol/L的氯化鐵溶液、0.1 mol/L的硫氰化鉀溶液、1 mol/L的硫氰化鉀溶液、0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液，以及若干支試管。實驗原理：FeCl3（aq）+6KSCN（aq）?Fe（SCN）3（aq）+6KCl（aq）。實驗步驟：（1）向盛有5 mL 0.05 mol/L FeCl3溶液的試管中加入5 mL 0.1 mol/L KSCN溶液，溶液顯紅色；（2）將（1）中紅色溶液分置于兩支試管中；向其中一支試管中滴加4滴飽和FeCl3溶液，充分振蕩，觀察顏色變化；向第二支試管中滴加4滴1 mol/LKSCN溶液，觀察溶液顏色變化；（3）向（2）的兩支試管中各加入3至5滴0.01 mol/LNaOH溶液，觀察實驗現(xiàn)象，并要求學生完成下表。

接著，教師組織學生對上述實驗進行深入思考、討論，并且由學生代表來解釋實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論：增大生成物濃度，平衡向逆反應方向移動；減小生成物濃度，平衡向正反應方向移動；增大反應物濃度，平衡向正反應方向移動；減小反應物濃度，平衡向逆反應方向移動。經(jīng)過深入探討，學生能夠深刻記憶上述實驗現(xiàn)象、實驗過程和實驗原理。這有助于他們在大腦中形成相對完善的知識體系，進一步加深他們對化學平衡原理的認識和理解。

三、化學平衡原理在解題訓練層面的應用

（一）巧用化學平衡判定方法解答試題

在高中化學課程教學中，要想更好地運用化學平衡原理，教師不僅可以在理論知識講授與實驗操作兩個環(huán)節(jié)運用化學平衡判定方法，還可以基于解題訓練層面切入，圍繞化學平衡原理的運用設計有針對性的訓練習題，為學生創(chuàng)設運用化學平衡原理解題的機會，指導學生學會巧妙運用化學平衡判定方法解答試題。因此，高中化學教師在解題訓練中，應帶領學生在解題過程中不斷通過練習與總結(jié)，進而牢固掌握化學平衡原理的要點，增強他們對化學平衡知識和判別方法的理解。

例1：在一個密閉的容器內(nèi)，化學反應mA（g）+nB（g）?pC（g）+qD（g）達到平衡狀態(tài)，不改變溫度條件，將容器體積擴大1倍，當化學反應重新達到平衡時，物質(zhì)B的濃度變?yōu)樵瓉淼?5%，那么以下說法正確的有（? ）。

A.化學平衡往逆反應方向進行移動

B.物質(zhì)A的質(zhì)量分數(shù)提高

C.物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率降低

D.m+n

【分析】當容器體積增大時會對化學平衡產(chǎn)生影響，學生在解答本題時，可以假設容器體積變大后不會對化學平衡產(chǎn)生影響，那么物質(zhì)B和C的濃度均為原來的50%，但反應達到平衡時，B的濃度是原來的45%，說明減小壓強平衡向正反應方向移動，如此則可說明m+n

（二）巧用化學平衡極限方法解答試題

從本質(zhì)來看，化學平衡都屬于可逆反應，即為化學反應中的反應物與生成物均不能完全消耗掉。在處理有關化學反應平衡類的選擇題時，教師提示學生可以結(jié)合化學平衡原理的特點將一些不是可逆反應的化學反應直接排除，提高他們做題的正確率。此外，在有關化學平衡原理的計算題中，教師還可以指導學生使用極限法，即假設可逆反應的起始反應物均完全反應，以這種極限條件為假設將會得到生成物的最大值，這樣學生在解決化學平衡原理的計算題時就可以快速計算出正確的結(jié)果。

例2：已知在一個恒容密閉的容器中，1 mol的水蒸汽與1 mol的一氧化碳氣體在一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）且達到平衡狀態(tài)，生成0.68 mol的二氧化碳，假設其他條件不變，再把4 mol的水蒸汽充入到密閉容器中，當反應再次達到平衡狀態(tài)時，那么生成物二氧化碳的量可能是（? ）mol。

A.2? B.1.4? C.0.52? D.0.94

【分析】在處理這類題目時，教師可以指導學生采用極限假設法進行計算，將1 mol的水蒸汽與1 mol的一氧化碳氣體反應達到平衡時，有0.32 mol CO、0.32 mol水蒸汽、0.68 mol CO2、0.68 mol H2。在此基礎上，再通入4 mol水蒸汽，化學平衡顯然向右移動，假設反應完全進行，則生成的二氧化碳氣體為1 mol，但是不可能到1 mol，因此只能處于0.68至1 mol范圍之內(nèi)，通過對比分析，只有選項D中的0.94在這一范圍內(nèi)，符合答案要求。

（三）巧用化學平衡分割方法解答試題

在化學可逆反應中，外界條件包括催化劑參與、溫度變化、容器體積等，均會影響化學反應平衡，將正反應與逆反應速率的相等狀態(tài)進行打破，無論遇到有關化學平衡原理的任何題型時，學生都要認真審題，仔細研究題干中涉及的環(huán)境變化條件，把起始量不一樣的兩個化學平衡進行適當分割，轉(zhuǎn)變成一樣的起始量，即對分割法的運用，再結(jié)合題干中提供的具體條件進行解題，從而幫助學生掌握運用化學平衡原理分割法解答試題的竅門。

例3：在恒容、恒溫的條件下，有兩個體積一樣的甲、乙容器，往甲容器里面分別充入1 g的二氧化硫和氧氣，往乙容器里面分別充入2 g的二氧化硫和氧氣，那么下列說法不正確的有（? ）。

A.乙容器中的化學反應速率比甲容器的大

B.乙容器中的化學反應達到平衡狀態(tài)后氧氣濃度比甲容器的大

C.乙容器中的二氧化硫氣體的轉(zhuǎn)化率比甲容器的大

D.乙容器中的化學反應達到平衡狀態(tài)后二氧化硫氣體的體積分數(shù)比甲容器的大

【分析】本題主要考查化學平衡建立過程和化學平衡的影響因素。選項A為濃度越大反應速率越大；選項B為由于乙容器中的量是甲容器中的兩倍，所以反應后乙容器中剩余的氧氣多；選項C為由于乙容器中的量是甲容器中的兩倍，氣體物質(zhì)的量越大，壓強越大，因此乙容器中相當于增大壓強，平衡正移，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大；選項D為由C選項可知，乙容器中二氧化硫的轉(zhuǎn)化率變大，所以二氧化硫的體積分數(shù)小。綜上可知，D選項錯誤，因此選D。

綜上所述，在高中化學教學中，教師應充分認識化學平衡原理的重要性。雖然化學平衡原理學習起來有一定的難度，但是化學平衡原理是有特點、有規(guī)律可循的，教師應把握好教學契機，從理論知識講授、化學實驗操作與課后解題訓練等多個方面加以運用，為學生創(chuàng)設更多運用化學平衡原理的機會，使學生在實際學習過程中不斷積累與歸納運用化學平衡原理的經(jīng)驗，讓學生深刻體會到化學平衡原理的實用性，不斷增強自身的化學綜合能力。

參考文獻

［1］賀行武.關于探討化學平衡原理在高中化學里的應用［J］.中學生數(shù)理化（教與學），2020（10）.

［2］范德超.“化學坐標圖像”教學探索［D］.成都：四川師范大學，2022.

［3］孫金鳳.高中化學變化觀念與平衡思想的教學實踐探索［D］.成都：四川師范大學，2021.

［4］鄭弘麗.高中化學建模教學的實踐研究［D］.蕪湖：安徽師范大學，2020.

［5］賀中金.淺析如何在高中化學教學中巧用化學平衡原理［J］.天天愛科學（教育前沿），2019（7）.

作者簡介：陸采添（1990— ），廣西欽州人，本科，學士，主要研究方向為高中化學教學。

（責編 林 劍）