以實驗之美 啟化學(xué)之光

張運飛 李紅英

[摘? ?要]化學(xué)之美，美在實驗、美在真實、美在和諧。通過化學(xué)實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識，落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生感受化學(xué)之美、生活之美。

[關(guān)鍵詞]實驗之美;化學(xué)平衡;影響條件;勒夏特列原理

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）29-0069-03

《化學(xué)平衡》是人教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章第三節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，是高中二年級選學(xué)理科學(xué)生需要學(xué)習(xí)的重點知識。根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合教學(xué)參考用書的建議，該部分內(nèi)容的教學(xué)安排5課時。本節(jié)課是第2課時，教學(xué)重點為：影響化學(xué)平衡移動的條件探究及勒夏特列原理的歸納總結(jié)。

一、教學(xué)背景

1.課程標(biāo)準(zhǔn)

對影響化學(xué)平衡移動因素的學(xué)習(xí)要求，新課程標(biāo)準(zhǔn)中使用的行為動詞為“了解”，具體為：通過實驗探究，了解濃度、壓強(qiáng)、溫度對化學(xué)平衡狀態(tài)的影響。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求“探究影響化學(xué)平衡移動的因素”為學(xué)生必做實驗。在開展“外界條件對化學(xué)平衡的影響”實驗探究活動中，發(fā)展學(xué)生的演繹推理、系統(tǒng)假設(shè)等思維能力。

2.學(xué)情分析

在必修2《化學(xué)反應(yīng)的速率和限度》一節(jié)中，學(xué)生對“化學(xué)平衡的建立”有了一定的了解，知道可逆反應(yīng)具有一定的反應(yīng)限度，了解了化學(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下的最大轉(zhuǎn)化率。學(xué)生初步學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡理論知識，本節(jié)課將從實驗的角度讓學(xué)生體驗外界條件對化學(xué)平衡狀態(tài)的影響。

二、教學(xué)節(jié)選

教學(xué)環(huán)節(jié)1 演示實驗，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

【演示實驗】向大試管中加入約8 mL蒸餾水，滴加4滴FeCl3溶液（顏色很淡），滴加2滴0.01 mol/L KSCN溶液，靜置。

【學(xué)生活動】學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象：KSCN溶液滴入后，立刻變?yōu)榧t色，且紅色逐漸擴(kuò)散開來?，F(xiàn)象很美，學(xué)生驚嘆。

【教師提問】FeCl3溶液中滴加KSCN溶液后溶液顏色為何變紅？能否用化學(xué)方程式表示該變化過程？請嘗試在速率關(guān)系圖上分析該變化過程。

【學(xué)生活動】利用所學(xué)知識解釋觀察到的現(xiàn)象：溶液變紅色是由于Fe3+與SCN-反應(yīng)生成了Fe（SCN）3（紅色），反應(yīng)的離子方程式為Fe3++3SCN-[?]Fe（SCN）3;畫出速率時間關(guān)系圖，最終溶液紅色不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。

【演示實驗】用長滴管吸取大試管中的紅色液體于兩支小試管中（各2滴管），分別向其中滴加1滴1 mol/L KSCN溶液和3滴飽和FeCl3溶液，與大試管中的液體顏色對比。

【教師提問】溶液紅色加深，說明哪種微粒的濃度發(fā)生了變化？如何變化？加入的是什么微粒？濃度又有何變化？所用溶液的濃度和數(shù)量的意義何在？

【學(xué)生活動】思考，交流，匯報：兩支小試管中溶液紅色都加深了，說明Fe （SCN）3溶液濃度都發(fā)生了改變，且都是增大。第一支小試管加入的是1滴1 mol/L KSCN溶液，與未加入前相比，KSCN溶液剛加入的瞬間，SCN-濃度增大，溶液紅色加深，說明Fe3+和SCN-發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)生成Fe （SCN）3，SCN-濃度在剛加入的瞬間增大后又因反應(yīng)消耗而降低。第二支試管中加入的是3滴飽和FeCl3溶液，與未加入前相比，F(xiàn)eCl3溶液剛加入的瞬間，F(xiàn)e3+濃度增大，溶液紅色加深，說明Fe3+和SCN-發(fā)生反應(yīng)繼續(xù)生成Fe （SCN）3，F(xiàn)e3+濃度在剛加入的瞬間增大后又因反應(yīng)消耗而降低。畫速率時間關(guān)系圖，分析速率圖。

【演示實驗】分別向上述兩支小試管中各滴加2滴0.01 mol∕L NaOH溶液。

【學(xué)生活動】觀察現(xiàn)象，思考，匯報：滴加2滴0.01 mol∕L NaOH溶液后，溶液紅色變淺。

【教師提問】溶液紅色為何變淺？說明什么問題？

【學(xué)生活動】加入2滴0.01 mol∕L NaOH溶液后，OH-會消耗溶液中的Fe3+，F(xiàn)e3+濃度降低后，化學(xué)平衡隨之被破壞，并向著生成Fe3+的方向移動。畫速率時間關(guān)系圖，分析速率圖。

【歸納總結(jié)】舊的化學(xué)平衡被破壞，建立新的化學(xué)平衡，此過程被稱為化學(xué)平衡狀態(tài)的移動，簡稱平衡移動。

其他條件不變，增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動;減小反應(yīng)物濃度，平衡逆向移動。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)從學(xué)生非常熟悉的氯化鐵溶液與硫氰化鉀溶液反應(yīng)變紅色的實驗入手，降低學(xué)習(xí)門檻，激發(fā)學(xué)生興趣。學(xué)生認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，從理論的角度分析宏觀現(xiàn)象背后蘊含的微觀本質(zhì)，并畫出速率時間關(guān)系圖，歸納出本節(jié)課的第一個規(guī)律：在其他條件不變時，改變反應(yīng)物濃度，化學(xué)平衡隨之發(fā)生改變。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“宏觀辨識與微觀探析”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

教學(xué)環(huán)節(jié)2 擴(kuò)大范圍，驗證規(guī)律

【教師提問】其他條件不變，減小生成物濃度，或增大生成物濃度，平衡是否移動？如果移動，方向如何？

【提示信息】Cr2O72-? + H2O[?]2CrO42-? + 2H+。

（橙色）? ? ? ? ? ? ? （黃色）

【學(xué)生活動】小組交流討論，根據(jù)所給信息設(shè)計實驗。

【學(xué)生實驗】取1支試管，向其中加入5 mL 0.1 mol∕L K2Cr2O7溶液，再滴加5～15滴濃H2SO4，溶液由橙黃色變?yōu)槌壬?取1支試管，向其中加入5 mL 0.1 mol∕L K2Cr2O7溶液，再滴加5～15滴6 mol∕L NaOH溶液，溶液由橙黃色變?yōu)辄S色。

【教師提問】加入濃H2SO4和NaOH溶液后，K2Cr2O7溶液顏色發(fā)生改變，原因是什么？

【學(xué)生活動】思考，交流，匯報：加入濃H2SO4后，溶液中的H+濃度增大，而化學(xué)平衡向著H+濃度減小的方向移動，Cr2O72-濃度增大，溶液由橙黃色變?yōu)槌壬?加入NaOH溶液后，溶液中的H+與OH-反應(yīng)，H+濃度減小，平衡正向移動，CrO42-濃度增大，溶液由橙黃色變?yōu)辄S色。畫速率時間關(guān)系圖，分析速率圖。

【教師提問】當(dāng)濃度發(fā)生變化時，可逆反應(yīng)是如何面對濃度變化的呢？

【學(xué)生活動】思考，交流：通過平衡移動減弱濃度變化帶來的影響。

【歸納總結(jié)】其他條件不變，增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，平衡正向移動;減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度，平衡逆向移動。

設(shè)計意圖：上一環(huán)節(jié)從反應(yīng)物濃度的變化角度進(jìn)行實驗探究，本環(huán)節(jié)則從生成物濃度的變化角度進(jìn)行實驗探究。學(xué)生根據(jù)所給信息、設(shè)計實驗、交流討論、優(yōu)化實驗方案、預(yù)測實驗現(xiàn)象、完成實驗驗證。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

教學(xué)環(huán)節(jié)3 學(xué)以致用，推廣規(guī)律

【教師提問】化學(xué)反應(yīng)要么是吸熱反應(yīng)，要么是放熱反應(yīng)，改變溫度，化學(xué)平衡狀態(tài)會改變嗎？如果會，做何改變？

【提示信息】2NO2（g）[?]N2O4（g）? ΔH=-56.9 kJ/mol

（紅棕色）? （無色）

【教師活動】展示“二氧化氮—四氧化氮”球。

【學(xué)生活動】小組交流討論，結(jié)合所給信息，設(shè)計實驗。

【學(xué)生實驗】取3個“二氧化氮—四氧化氮”球。將其中1個放入冰水中，氣體紅棕色變淺;將其中1個放入熱水中，氣體紅棕色加深;第3個常溫放置，氣體顏色不變。

【師生活動】師生歸結(jié)：溫度不同，氣體顏色不同。請學(xué)生分析溫度對平衡的影響，畫出速率時間關(guān)系圖，分析速率圖。

【教師提問】當(dāng)溫度發(fā)生變化時，該可逆反應(yīng)是如何變化的呢？

【學(xué)生活動】通過平衡移動減弱溫度變化帶來的影響。

【歸納總結(jié)】其他條件不變，升高溫度，平衡向吸熱方向移動;降低溫度，平衡向放熱方向移動。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)對溫度這一影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行實驗探究，驗證溫度對平衡狀態(tài)的影響。學(xué)生根據(jù)所給信息設(shè)計實驗，從理論角度分析現(xiàn)象背后蘊含的微觀本質(zhì)，并畫出速率時間關(guān)系圖，歸納出本節(jié)課的第二個規(guī)律：在其他條件不變時，改變溫度，化學(xué)平衡隨之發(fā)生改變，并向著能夠減弱這種改變的方向移動。本教學(xué)環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的類比及推理意識。

教學(xué)環(huán)節(jié)4 歸納總結(jié)，提煉原理

【教師提問】同學(xué)們，剛才我們通過實驗探究了解到當(dāng)其他條件不變時，改變溫度或改變濃度會對化學(xué)平衡狀態(tài)帶來影響，也知道了具體有何影響。那么對于有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，平衡會移動嗎？如果會，如何移動呢？

【學(xué)生活動】交流，討論，匯報：根據(jù)剛才濃度及溫度對平衡移動的影響，類比出對有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，平衡將向著減弱這種改變的方向移動。

【師生活動】結(jié)合濃度與溫度的改變對平衡狀態(tài)的影響，將歸納總結(jié)進(jìn)一步完善擴(kuò)大，得到勒夏特列原理。交流、分享對勒夏特列原理的理解及其適應(yīng)范圍。

【師生感悟】多么神奇的可逆反應(yīng)！外在，有非常美麗的實驗現(xiàn)象;內(nèi)在，當(dāng)外界條件發(fā)生改變時，通過平衡移動來減弱外界的影響。同學(xué)們，我們的生活何嘗不是如此呢？平衡之美，改變之美，讓改變發(fā)生，讓夢想成真！

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)依據(jù)前面濃度及溫度對化學(xué)平衡的影響，類比推理出有氣體參與的已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)，改變壓強(qiáng)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。結(jié)合溫度、濃度及壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響，提煉出經(jīng)驗規(guī)律，也就是勒夏特列原理。本環(huán)節(jié)重在培養(yǎng)學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的類比及推理意識。

三、教學(xué)反思

筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施，中學(xué)化學(xué)越來越突出實驗教學(xué)，但現(xiàn)階段的實驗教學(xué)似乎進(jìn)入了一個誤區(qū)，不少教師一味地追求數(shù)字化實驗、創(chuàng)新型實驗等“高大上”的實驗，而忽略了傳統(tǒng)的“試管實驗”?！案叽笊稀钡膶嶒灲虒W(xué)看似更適應(yīng)時代潮流，但有的時候不可避免地會將實驗教學(xué)復(fù)雜化。本節(jié)課，涉及的實驗均來自于教材中的演示實驗，儀器簡單、藥品用量少、實驗現(xiàn)象明顯。學(xué)生動手實驗，觀察現(xiàn)象，由衷地感嘆實驗之美、化學(xué)之美及生活之美。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己歸納的化學(xué)平衡狀態(tài)影響規(guī)律竟然和著名的勒夏特列原理相同，本節(jié)課的情感釋放瞬間達(dá)到高潮，學(xué)生自發(fā)地鼓起掌，為自己鼓掌，也為化學(xué)鼓掌，當(dāng)下課鈴聲響起的時候，學(xué)生依然舍不得結(jié)束課程，意猶未盡。小實驗，大智慧;小故事，大情懷。在以后的化學(xué)教學(xué)中，我們要堅守實驗教學(xué)，讓學(xué)生感受化學(xué)之美。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

（責(zé)任編輯 羅? ?艷）