“三態(tài)分析模式”突破化學(xué)平衡移動的思維障礙

洪云龍

“化學(xué)平衡移動”是高中化學(xué)基本理論的重要組成部分，亦是學(xué)習(xí)電離平衡、鹽類水解以及沉淀溶解平衡的基礎(chǔ).這部分內(nèi)容理論性強，知識抽象，是高三化學(xué)復(fù)習(xí)的重點和學(xué)生頗感棘手的難點.

1.傳統(tǒng)分析模式的不足

化學(xué)平衡的移動，就是改變外界條件，破壞舊的平衡狀態(tài)，建立起新的平衡狀態(tài)的過程.教輔書一般用以下模式來表示其過程：

可見，此模式的平衡移動過程只有“二態(tài)”：舊平衡態(tài)、新平衡態(tài).筆者發(fā)現(xiàn)，用此“二態(tài)”模式來分析平衡移動問題，對于較簡單的問題還倘且可以，但一旦遇到復(fù)雜、疑難的問題時就顯得有點不足，表現(xiàn)為：“舊平衡態(tài)”過渡到“新平衡態(tài)”的中間過程在分析時比較籠統(tǒng)、抽象，缺乏具體、形象的思維模型，學(xué)生較難把握，易被“改變條件”所迷惑，對“改變條件后隱藏著的各種變化”不能很好地挖掘，因而產(chǎn)生思維混亂，造成解題障礙.為了彌補傳統(tǒng)分析模式的不足，筆者在充分研究的基礎(chǔ)上，建立起一種新的有效的思維模式——“三態(tài)分析模式”，經(jīng)多年嘗試、實踐，效果良好.

2.“三態(tài)分析模式”的建立

“三態(tài)分析模式”，就是在分析平衡移動過程時，在原有“二態(tài)”（“舊平衡態(tài)”、“新平衡態(tài)”）的基礎(chǔ)上再增加“一態(tài)”——“瞬間態(tài)”，形成“三態(tài)”分析的思維模式.所謂“瞬間態(tài)”，就是舊平衡在改變條件的瞬間，平衡還來不及移動時的狀態(tài).

“三態(tài)分析模式”的思維流程是：

（1）建立“三態(tài)”模型，標注有關(guān)量.

“舊平衡態(tài)”到“瞬間態(tài)”由改變條件的瞬間造成，此時平衡還來不及發(fā)生移動.平衡發(fā)生移動實則始于“瞬間態(tài)”，終于“新平衡態(tài)”.

標注的有關(guān)量可以是：濃度、體積、壓強、溫度、物質(zhì)的量、正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率等.其中，“瞬間態(tài)”的量由“舊平衡態(tài)”的量與“改變條件”的量兩部分復(fù)合而成.

（2）比較分析，解決問題.

比較、分析某個或某幾個有關(guān)量分別在“三態(tài)”模型之中發(fā)生了怎樣的變化（增大、減小或不變），并據(jù)此解決平衡移動的有關(guān)問題.

“三態(tài)分析模式”能變籠統(tǒng)、抽象的平衡移動過程為具體、形象的“三態(tài)”思維模型，建立起來的簡明、清晰的思維流程能很好地突破學(xué)生在理解、分析、解題上的思維障礙.不管遇到多么復(fù)雜的平衡移動問題，只要按此思維流程逐一仔細分析，就能排除干擾，識破陷阱，成功解決平衡移動問題.

3.“三態(tài)分析模式”應(yīng)用舉例

例1 （蘇教版選修4教材第57頁第6題）在一密閉容器中，反應(yīng)aA（g）bB（g）達平衡后，保持溫度不變，將容器體積增加一倍，當(dāng)達到新的平衡時，B的濃度是原來的60%，則（ ）.

A. 平衡向正反應(yīng)方向移動了

B. 物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率減小了

C. 物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)增加了

D.a>b

解析 此題用勒夏特列原理從壓強角度無法判斷平衡移動的方向（因為化學(xué)計量數(shù)a、b相對大小不知），有些學(xué)生便改為比較濃度的大小來判斷.因為達到新平衡時B的濃度是舊平衡時的60%，即平衡移動后B的濃度減小了，從而推出“平衡逆向移動”的錯誤結(jié)論.這明顯是受表面現(xiàn)象所迷惑、干擾的結(jié)果.“三態(tài)分析模式”就像一雙“火眼金睛”，幫助我們識破陷阱，看清真相.

（1）建立“三態(tài)”模型，標注有關(guān)量.

（2）比較分析，解決問題.

氣體B在“舊平衡態(tài)”時濃度是cB，容器體積增大一倍后，在“瞬間態(tài)”時濃度變?yōu)?0% cB，平衡移動后在“新平衡態(tài)”時濃度又變?yōu)?0% cB.“舊平衡態(tài)”經(jīng)平衡移動后變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”，氣體B的濃度確實變小了，但能否據(jù)此推出“平衡逆向移動”呢？顯然不能.因為此“二態(tài)”的容器體積已經(jīng)不同（分別是V、2V），用公式n=cV進行計算，得知“舊平衡態(tài)”經(jīng)平衡移動變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”后氣體B的物質(zhì)的量反而增多了，故反而推出平衡正向移動.這是通過比較“新平衡態(tài)”與“舊平衡態(tài)”而得出的結(jié)論.

通過比較“新平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”亦可得出相同結(jié)論.“新平衡態(tài)”氣體B的濃度比“瞬間態(tài)”大，且此“二態(tài)”的容器體積均是2V，根據(jù)n=cV，得知平衡從“瞬間態(tài)”移動到“新平衡態(tài)”時氣體B的物質(zhì)的量增多了，故亦可推知平衡正向移動.平衡正向移動會導(dǎo)致物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)和物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率增大.另外，增大容器體積實則是減小壓強，根據(jù)勒夏特列原理，平衡應(yīng)向氣體化學(xué)計量數(shù)大的方向移動，故a

例2 在溫度為t℃，壓強為1.01×106pa的條件下，某密閉容器內(nèi)，下列反應(yīng)達到化學(xué)平衡：A（g）+B（g）3C，測得此時c（A）=0.022 mol/L；壓縮容器使壓強增大到2.02×106pa，第二次達到平衡時，測得c（A）=0.05 mol/L；若繼續(xù)壓縮容器，使壓強增大到4.04×106pa，第三次達到平衡時，測得c（A）=0.075 mol/L.則下列關(guān)于C物質(zhì)狀態(tài)的推測正確的是（ ）.

A.C為非氣態(tài)B. C為氣態(tài)

C. 第二次達到平衡時C為氣態(tài)

D. 第三次達到平衡時C為非氣態(tài)

解析 此題看似復(fù)雜、抽象，但用“三態(tài)分析模式”能很好地突破思維障礙.

（1）建立“三態(tài)”模型，標注有關(guān)量.

（2）比較分析，解決問題.

壓縮容器使壓強由1.01×106pa增大到2.02×106pa，“瞬間態(tài)Ⅰ”的容器體積應(yīng)是“舊平衡態(tài)”的12倍，故“瞬間態(tài)Ⅰ”的c（A）應(yīng)是“舊平衡態(tài)”的2倍，為c（A）=0.022mol/L×2=0.044mol/L，又知“新平衡態(tài)Ⅰ”c（A）=0.05 mol/L，且“新平衡態(tài)Ⅰ”與“瞬間態(tài)Ⅰ”的容器體積相等，可知“瞬間態(tài)Ⅰ”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)Ⅰ”時氣體A的物質(zhì)的量增多了，故推知平衡逆向移動.因為增大壓強平衡逆向移動，根據(jù)勒夏特列原理，逆向移動方向應(yīng)是氣體體積減小的方向，即氣體生成物的化學(xué)計量數(shù)之和應(yīng)大于氣體反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之和，故物質(zhì)C只能是氣態(tài).繼續(xù)壓縮容器使壓強增大到4.04×106pa，得“瞬間態(tài)Ⅱ”，“瞬間態(tài)Ⅱ”的容器體積應(yīng)是“新平衡態(tài)Ⅰ”的1/2倍，故“瞬間態(tài)Ⅱ”c（A）應(yīng)是“新平衡態(tài)Ⅰ”的2倍，為c（A）=0.05 mol/L×2=0.1mol/L，比“新平衡態(tài)Ⅱ”的c（A）=0.075 mol/L大，且“瞬間態(tài)Ⅱ”與“新平衡態(tài)Ⅱ”的容器體積相等，可知“瞬間態(tài)Ⅱ”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)Ⅱ”時氣體A的物質(zhì)的量減少了，故平衡正向移動，氣體反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之和應(yīng)大于氣體生成物的化學(xué)計量數(shù)之和，推知物質(zhì)C應(yīng)為非氣態(tài).答案：CD