基于核心知識的整合和跨越——以“化學(xué)平衡常數(shù)”學(xué)案的設(shè)計為例

丁 浩

（江蘇省梁豐高級中學(xué) 江蘇 張家港 215600）

高中化學(xué)（蘇教版）中平衡常數(shù)主要涉及了化學(xué)平衡（化學(xué)平衡常數(shù)）、電離平衡（弱電解質(zhì)電離常數(shù)、水的離子積）、水解平衡（水解平衡常數(shù)）和沉淀溶解平衡（溶度積）四種，從本質(zhì)來講都是表示可逆反應(yīng)進(jìn)行程度的一種量度。 四種平衡常數(shù)本質(zhì)上都是基于核心知識——可逆反應(yīng)化學(xué)平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)，都可以運用平衡常數(shù)相關(guān)知識解釋。

復(fù)習(xí)中引入學(xué)案的目的是為了更好地整合知識，學(xué)案可以更好地解剖和鞏固知識點、 構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。 學(xué)案的設(shè)計要充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)的目標(biāo)、重難點的突破、方法的總結(jié)和提煉、知識的螺旋式上升的過程。 根據(jù)本學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容目標(biāo)本學(xué)案設(shè)置了審視考點、梳理雙基、互動感悟、創(chuàng)新提升四個環(huán)節(jié)。

一、審視考點 明確核心知識

審視考點作為學(xué)案的第一部分，是對課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明解讀，同時結(jié)合學(xué)生實際情況細(xì)化為較為具體的可操作的目標(biāo)，并對其難度做出大致的判斷。 審視考點是對學(xué)習(xí)內(nèi)容的引領(lǐng)和規(guī)劃，是一個學(xué)習(xí)單元的出發(fā)點和歸宿。

化學(xué)平衡是可逆反應(yīng)在一定條件下達(dá)到的最大反應(yīng)限度時的狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)則是該狀態(tài)下的各物質(zhì)濃度的關(guān)系，通常用生成物濃度的化學(xué)計量系數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量系數(shù)次冪的乘積所得比值表示。

課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明對這部分內(nèi)容的要求是“理解化學(xué)平衡和化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能用化學(xué)平衡常數(shù)計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；了解弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)；了解難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡（能運用溶度積常數(shù)（Ksp）進(jìn)行簡單計算）。 ”

對照課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明、 結(jié)合學(xué)生的掌握情況，在本課例中把學(xué)習(xí)目標(biāo)定位為：本專題擬從平衡常數(shù)的表達(dá)出發(fā)，拓展到各類平衡常數(shù)，并引入水解平衡常數(shù)，并讓學(xué)生在運用過程中明了平衡常數(shù)的本質(zhì)。 具體把上述目標(biāo)細(xì)化為：熟悉各種可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）的表達(dá)和應(yīng)用；通過對“平衡常數(shù)”用于平衡狀態(tài)的判斷、平衡移動方向、平衡轉(zhuǎn)化率等問題的研討，增強(qiáng)分析問題、處理數(shù)據(jù)的能力，以及從數(shù)據(jù)中獲取信息、總結(jié)規(guī)律的能力；了解存在多重平衡的反應(yīng)平衡常數(shù)的處理和相互關(guān)系。

二、梳理三基 遵循學(xué)習(xí)規(guī)律

“三基”包括了基礎(chǔ)知識、基本技能和基本方法，是學(xué)案的核心，是對課程標(biāo)準(zhǔn)和考試說明涉及的知識和能力考查的細(xì)化， 在教學(xué)過程中往往以改編題形式出現(xiàn)，以習(xí)題帶動知識點的復(fù)習(xí)，并強(qiáng)化知識的運用能力。 通過學(xué)生的交流討論，在此基礎(chǔ)上總結(jié)形成方法和規(guī)律。

學(xué)生經(jīng)過相關(guān)平衡的學(xué)習(xí)后，對其中的定量表示方法平衡常數(shù)之間有些混淆，在學(xué)案的“梳理三基”中設(shè)置了“平衡常數(shù)的表達(dá)”，請學(xué)生寫出化學(xué)平衡的平衡常數(shù)的表達(dá)式。

學(xué)案片段一：寫出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式

以上平衡常數(shù)的表達(dá)式中涉及了學(xué)生容易混淆的水、固體和氣體的處理。 水是否列入平衡常數(shù)表達(dá)式主要有以下四種情況： 純水（①）、 水溶液中的水（④）、氣態(tài)水（②）和非水溶液中的水（⑥），有利于學(xué)生通過對比，更清楚對水不同狀態(tài)和是否為水溶液的不同處理方式。 ①和④中的液態(tài)水的濃度是常數(shù)，不列入平衡常數(shù)的表達(dá)式。 在非水溶液中的反應(yīng)如⑥有機(jī)反應(yīng)中水的處理還是比較少見，由于在非水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)中，水的濃度會發(fā)生變化，其濃度應(yīng)該要列入平衡常數(shù)的表達(dá)式，即

這部分設(shè)計通過學(xué)生嘗試書寫平衡常數(shù)的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上相互交流討論歸納書寫平衡常數(shù)的注意點， 有助于補(bǔ)充和提高和掌握平衡常數(shù)的表達(dá)方法，更可以從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。

對于存在多重平衡的多個可逆反應(yīng)，由于在同一反應(yīng)體系中，根據(jù)同種物質(zhì)的濃度相同，可以消去部分物質(zhì)的濃度，使得總反應(yīng)和各個分反應(yīng)平衡常數(shù)存在某種關(guān)系。 相應(yīng)的學(xué)案片斷如下：

學(xué)案片段二：

反應(yīng)1：2NO（g）＋O2（g）?2NO2的平衡常數(shù)為K1；

反應(yīng)2：2NO2（g）?N2O4（g） 的平衡常數(shù)為K2；

總反應(yīng)：2NO （g）＋O2（g）?N2O4（g）的平衡常數(shù)為K總。

寫出K總和K1、K2之間的關(guān)系__________________。

寫出以上三個反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式：

加以處理得到總反應(yīng)和反應(yīng)1、2 的平衡常數(shù)關(guān)系：

分析上述反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，可以由反應(yīng)1 和反應(yīng)2 相加得到（存在多重平衡）總反應(yīng)，由相關(guān)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式可以得出總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之乘積。 如果總反應(yīng)可以由多個反應(yīng)方程式相減得到，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分步平衡常數(shù)之商。

三、互動感悟 適當(dāng)拓展延伸

互動感悟環(huán)節(jié)，互動的問題源于基礎(chǔ)知識，著重運用基本技能和方法，嘗試解決實際問題，通過生生互動、師生互動得出更切合學(xué)情的規(guī)律性的東西。

平衡常數(shù)表示了可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時各種物質(zhì)的濃度之間的定量關(guān)系，對于可逆反應(yīng)，利用某時刻濃度商可以判斷是否處于平衡狀態(tài)。 比較相同條件下濃度商和平衡常數(shù)的大小經(jīng)常可以用于判斷化學(xué)平衡移動的方向，Qc＜K，平衡正向移動；Qc＞K，平衡逆向移動；Qc＝K，處于平衡狀態(tài)。

學(xué)案片段三：高爐煉鐵時發(fā)生如下反應(yīng)：

FeO（s）＋CO（g）?Fe（s）＋CO2（g）（正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)），已知1100℃時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0．263。若在1100℃時，測得高爐中c（CO2）＝0．025 mol·L－1，c（CO）＝0．1 mol·L－1，在這種情況下該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)______，此時化學(xué)反應(yīng)速率是v 正______v逆（填“大于”、“小于”或“等于”），其原因__________________。

根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)判斷在一定條件下某可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)以及非平衡狀態(tài)下化學(xué)平衡移動的方向，利用化學(xué)平衡常數(shù)求出平衡時某物質(zhì)的濃度，將化學(xué)平衡常數(shù)與化學(xué)平衡的移動結(jié)合起來考核是命題的主導(dǎo)方向。 對上述可逆反應(yīng)該時刻計算濃度商Qc＝0．25，Qc＜K，平衡正向移動，v正＞v逆。

在此基礎(chǔ)上，可逆反應(yīng)mA（g）＋nB（g）?pC（s）＋qD（g），平衡常數(shù)為K（某溫度時）。 若在某時刻，反應(yīng)物和生成物的濃度分別如下：c（A）、c（B）、c（C）、c（D），通過計算判斷平衡的移動方向。 本題從特殊到一般，利用平衡常數(shù)（K）和濃度商的大小關(guān)系比較得出平衡是否移動和移動的方向。

沉淀的生成以及沉淀的轉(zhuǎn)化是沉淀溶解平衡中的難點，學(xué)生比較容易理解的是溶解度較大的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解度較小的物質(zhì)，對于反應(yīng)轉(zhuǎn)化為溶度積大的物質(zhì)不易理解，在學(xué)案設(shè)計時有意識的增加了這一環(huán)節(jié)。 相應(yīng)的學(xué)案片斷如下：

學(xué)案片段四：雖然BaSO4比BaCO3難溶于水，但在CO32－濃度較大的情況下可以將BaSO4轉(zhuǎn)化為BaCO3，反應(yīng)可表示：BaSO4（s）＋CO32－（aq）?BaCO3（s）＋SO42－（aq），當(dāng)溶液中c（CO32－）是c（SO42－）的______倍時，即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。 （Ksp（BaSO4）＝1．0×10－10，Ksp（BaCO3）＝2．5×10－9）

在沉淀轉(zhuǎn)化的過程中，體系中同時存在BaSO4和BaCO3的溶解平衡，滿足：

對于BaSO4（s）＋CO32－（aq）?BaCO3（s）＋SO42－（aq），

通過本題可以讓學(xué)生加深對存在多重平衡的可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)的理解和運用。 以及工業(yè)上可以采用資源豐富的重晶石轉(zhuǎn)化為碳酸鋇進(jìn)一步制取鋇的化合物的工藝流程。

四、創(chuàng)新提升 謀求知識跨越

水解平衡，在中學(xué)中要求能夠定性理解，但是由于學(xué)生對中和反應(yīng)的深刻理解影響了對水解的認(rèn)識，對一般單離子的水解是微弱的更是難易理解，在學(xué)案設(shè)計的創(chuàng)新提升環(huán)節(jié)中引入了水解平衡常數(shù)，從定量的角度認(rèn)識水解反應(yīng)，讓學(xué)生通過現(xiàn)有知識的加工認(rèn)識微觀的水解。

學(xué)案片段五：常數(shù)常用Kh表示，試計算某溫度下0．1 mol·L－1， 的CH3COONa 溶液的水解平衡常數(shù)Kh（用Ka和Kw）。

點評：在CH3COONa 溶液中存在三個平衡：

三個平衡中涉及的同種離子濃度是相等的，根據(jù)三個平衡常數(shù)的表達(dá)式可以得出Kh與Ka、Kw的關(guān)系。

通過多重平衡的運用，把對應(yīng)的弱電解質(zhì)的電離常數(shù)和水解平衡常數(shù)結(jié)合起來，不僅加深學(xué)生對平衡常數(shù)的理解，而且從更直觀的角度理解了“越弱越水解”： 由于水解平衡常數(shù)等于離子積除以電離平衡常數(shù)，所以電離平衡常數(shù)越大，水解程度越小。

學(xué)案的設(shè)計不僅體現(xiàn)教師對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，更需要在建立在充分了解學(xué)生學(xué)情的前提下，通過對知識的梳理，體現(xiàn)知識和能力的螺旋式上升過程。 本學(xué)案的設(shè)計充分抓住平衡常數(shù)這一核心概念，體現(xiàn)了從一般（化學(xué)平衡）到特殊（電離平衡、水的離子積、溶度積等），把相關(guān)知識進(jìn)行了充分的整合，并提升到水解平衡常數(shù)，充分用活了平衡常數(shù)。