基于“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

張新勇

一、提出問題

在恒溫恒容下，2NO2 N2O4反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，再通入一定量的N2O4氣體，平衡如何移動(dòng)？

（1）從濃度變化角度分析：N2O4濃度增大，平衡逆向移動(dòng)。

（2）從壓強(qiáng)變化角度分析：體系壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)。

學(xué)生對化學(xué)平衡移動(dòng)已有一定認(rèn)識，但又沒有完全掌握原理的內(nèi)涵，因而產(chǎn)生了認(rèn)知困惑。

二、解決問題

1.宏觀辨識得出結(jié)論

【實(shí)驗(yàn)】用針筒往平衡體系中快速推入N2O4氣體，觀察到氣體顏色逐漸加深。請分析得出什么結(jié)論？

【分析】氣體顏色逐漸加深，說明NO2濃度逐漸增大，得出平衡逆向移動(dòng)。即應(yīng)該從“濃度變化”角度分析。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生比較直觀的觀察手段，通過宏觀辨識讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識并得出結(jié)論。

2.微觀探析分析本質(zhì)

【任務(wù)】在恒溫下，上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，可采用哪些方法增大壓強(qiáng)？瞬間分別導(dǎo)致NO2濃度和N2O4的濃度如何變化？

【分析】增大壓強(qiáng)的一種方法是外力壓縮容器體積，瞬間將導(dǎo)致NO2濃度和N2O4濃度同等程度增大。另一種方法是通入氣體，如通入N2O4氣體，瞬間將導(dǎo)致N2O4濃度增大而NO2濃度不變。

【結(jié)論】恒溫下，外力壓縮容器體積增大壓強(qiáng)瞬間引起所有組分氣體濃度同等程度改變?！皦簭?qiáng)變化”與“濃度變化”有著本質(zhì)的不同。

通過微觀探析本質(zhì)讓學(xué)生從微觀層面認(rèn)識氣體壓強(qiáng)和氣體濃度對化學(xué)平衡影響的本質(zhì)原因，從而提升學(xué)生想象力，理解看不見、摸不著的微觀世界。從認(rèn)識論上來說，宏觀辨識到微觀探析是學(xué)習(xí)者對物質(zhì)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的一次飛躍。

3.曲線表征拓展內(nèi)涵

【任務(wù)】判斷平衡移動(dòng)方向的一種方法是v正與v逆的相對大小關(guān)系，請畫出v-t圖像。

【分析】通入N2O4氣體的瞬間，N2O4濃度突然增大，v逆突然增大，而NO2濃度不變，v正不變，引起v逆>v正，平衡逆向移動(dòng)。然后v逆逐漸減小，v正逐漸增大，一段時(shí)間后建立新的平衡狀態(tài)，作出v-t圖像。

符號表征是指符號在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，這些符號和圖像是化學(xué)獨(dú)特的符號體系，有其特有的語言和語法規(guī)則，是化學(xué)學(xué)科內(nèi)進(jìn)行思維的基本工具。借助化學(xué)反應(yīng)速率理論，運(yùn)用v-t圖像表示外因?qū)瘜W(xué)平衡移動(dòng)的影響，更直觀地解決之前的一些學(xué)習(xí)困惑。

4.定性定量體現(xiàn)多樣

【任務(wù)】判斷平衡移動(dòng)方向的另一種方法是初始濃度商Q與平衡常數(shù)K的相對大小關(guān)系（溫度相同時(shí)），請用Q與K的相對大小關(guān)系進(jìn)行分析。

【分析】原平衡Q=K。在恒溫恒容下通入N2O4氣體，N2O4濃度增大而NO2濃度不變，Q變大，而K不變，引起Q>K，平衡逆向移動(dòng)。

【小結(jié)】在恒溫恒容下通入氣體，壓強(qiáng)肯定增大了，但是只有某些組分氣體的濃度增大，不同于外力壓縮容器體積增大壓強(qiáng)。要從“濃度變化”的角度分析平衡移動(dòng)的方向。

三、問題變換

【任務(wù)】在恒溫恒容下，2NO2N2O4反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若再通入一定量稀有氣體使壓強(qiáng)增大，平衡移動(dòng)方向會(huì)如何。

【分析】通入稀有氣體，N2O4濃度和NO2濃度均不變，平衡不移動(dòng)。此時(shí)，不能用“壓強(qiáng)變化”角度分析，因?yàn)镹2O4濃度和NO2濃度并沒有同等程度增大。

【過渡】 經(jīng)過前面討論，我們發(fā)現(xiàn)，平衡中說的“壓強(qiáng)變化”是指外力改變?nèi)萜黧w積引起的壓強(qiáng)變化。根據(jù)所學(xué)知識，我們知道體積變化、溫度變化、氣體的物質(zhì)的量變化都會(huì)引起壓強(qiáng)變化。所以，平衡中說的“壓強(qiáng)變化”不包括溫度變化和氣體的物質(zhì)的量變化所引起的壓強(qiáng)變化。

四、歸納總結(jié)

影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素的判斷方法：①“壓強(qiáng)變化”是指外力壓縮容器體積，其本質(zhì)是所有組分氣體的濃度同等程度改變。②“通入氣體”應(yīng)該從“濃度變化”角度分析，方法是：單一組分濃度變化用平衡移動(dòng)原理分析；多種組分濃度變化用Q與K的相對大小關(guān)系分析。

五、知識應(yīng)用

【任務(wù)】在恒溫恒壓下，2SO2 + O22SO3反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若再通入一定量O2，平衡移動(dòng)方向會(huì)如何。

【分析】通入氣體采用“濃度變化”角度分析。恒溫恒壓下通入O2，容器體積增大，SO2濃度和SO3濃度相同程度減小，而O2濃度增大，引起Q

（作者單位： 福建省泉州市培元中學(xué)）