平衡狀態(tài)判斷中的“變與不變”

斯卡杰

摘要：平衡狀態(tài)判斷是速率平衡知識(shí)塊中一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，選考中的必考點(diǎn)，高三復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)。在實(shí)際考題中以變化多而令考生難以防備，對(duì)傳統(tǒng)結(jié)論的直接套用提出了極大的挑戰(zhàn)。本文從邏輯思維的角度出發(fā)，利用特定范圍內(nèi)的假設(shè)法和排除法，對(duì)該考點(diǎn)進(jìn)行突破，以期達(dá)到“以不變應(yīng)萬(wàn)變”的效果，構(gòu)建思維模型，強(qiáng)化證據(jù)推理，也能使學(xué)生更好的體會(huì)變化觀念和平衡思想，有助于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：平衡判斷 ? 邏輯思維 ? 變化觀念 ? 模型構(gòu)建

在速率平衡的知識(shí)模塊中，平衡狀態(tài)的建立和判斷是核心的知識(shí)點(diǎn)之一，是認(rèn)識(shí)化學(xué)變化和化學(xué)反應(yīng)的兩大基石之一，是平衡移動(dòng)相關(guān)知識(shí)理解和應(yīng)用的前提，是浙江選考中的熱點(diǎn)，也是不少高三學(xué)生難以把握的失分點(diǎn)。有關(guān)平衡判斷的試題在原理綜考查中因各種原因難度系數(shù)一直不高，但新高考改革后，隨著核心素養(yǎng)的培養(yǎng)成為教學(xué)目標(biāo)的日益深化，在選考卷中尤其是在各地市及資料機(jī)構(gòu)的模擬考卷中，相關(guān)考題井噴式發(fā)展，使高三學(xué)生感到眼花繚亂，也使高三教師在復(fù)習(xí)備考中手忙腳亂。

一、考題呈現(xiàn)和問(wèn)題分析

1、選考真題呈現(xiàn)

【202001】29. 已知：N2O4（g） 2NO2（g） ΔH>0 將一定量N2O4氣體充入恒容的密閉容器中，控制反應(yīng)溫度為T1。①下列可以作為反應(yīng)達(dá)到平衡的判據(jù)是________。

A.氣體的壓強(qiáng)不變 B.v正（N2O4）=2v逆（NO2） ?C.K不變

D.容器內(nèi)氣體的密度不變 ? ?E.容器內(nèi)顏色不變

【201904】17.下列說(shuō)法正確的是

B.C（s）+H2O（g） H2（g）+CO（g），碳的質(zhì)量不再改變說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡

C.若壓強(qiáng)不再隨時(shí)間變化能說(shuō)明反應(yīng)2A（？）+B（g） 2C（？）已達(dá)平衡，則A、C不能同時(shí)是氣體

【201804】14.反應(yīng)N2（g）+3H2（g） 2NH3（g） ΔH<0，若在恒壓絕熱容器中發(fā)生，下列選項(xiàng)表明反應(yīng)一定已達(dá)平衡狀態(tài)的是

A.容器內(nèi)的溫度不再變化 ? B.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化

C.相同時(shí)間內(nèi)，斷開(kāi)H-H鍵的數(shù)目和生成N-H鍵的數(shù)目相等

D.容器內(nèi)氣體的濃度c（N2）∶c（H2）∶c（NH3）=1∶3∶2

2、問(wèn)題分析

這一知識(shí)點(diǎn)的考查最大的問(wèn)題在于情景變換多樣性而導(dǎo)致的結(jié)論復(fù)雜性，使很多記憶性學(xué)習(xí)的學(xué)生飽受痛苦?，F(xiàn)實(shí)教學(xué)中部分教師過(guò)度“勤奮、負(fù)責(zé)”，對(duì)機(jī)械性應(yīng)試的需求欲望甚至高于學(xué)生，總希望能尋找針對(duì)性的答題結(jié)論，最好是哪個(gè)題什么答案都有模板，學(xué)生只需記住，然后在應(yīng)試過(guò)程中直接套用，這樣就能快熟高效，很多學(xué)生初中就是這么過(guò)來(lái)的，有成功的經(jīng)驗(yàn)。這樣師生雙方容易一拍即合，但現(xiàn)在的高考中容易撞墻，尤其是一部分優(yōu)秀學(xué)生難出好成績(jī)。

一些教輔資料中也是樂(lè)于給出練習(xí)題中常見(jiàn)背景條件下的結(jié)論?？赡苁窍抻诒磉_(dá)方式，類似的資料只能以這種形式進(jìn)行呈現(xiàn)。我們學(xué)校教學(xué)雖然不能無(wú)視應(yīng)試的效率，但更重要的還是培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)，不能替代了學(xué)生思維成長(zhǎng)的時(shí)間和空間，以結(jié)論代替過(guò)程、題量換取分?jǐn)?shù)。

二、邏輯思維模型下的證據(jù)推理

平衡狀態(tài)的判斷可以從定性和定量?jī)蓚€(gè)角度出發(fā)，核心在于理解平衡的本質(zhì)和特點(diǎn)。從定量的角度來(lái)看，可能計(jì)算過(guò)程略繁瑣，但思維難度較低，速率計(jì)算抓住本質(zhì)υ正=υ逆，常數(shù)計(jì)算抓住Qc=K即可，反而顯得過(guò)程清晰，難度不大。當(dāng)然，速率會(huì)有一些變式，如以共價(jià)鍵數(shù)目替代量和濃度的變化等，不過(guò)只要抓住化學(xué)計(jì)量數(shù)比例以及所代表的正逆方向問(wèn)題就不大。學(xué)生的實(shí)際反饋情況主要是集中在定性的判定，題目呈現(xiàn)形式也常以定性為主，如何在情景變化復(fù)雜的背景下能邏輯嚴(yán)密、思路清晰的定性分析是突破的關(guān)鍵，即能做到“以不變應(yīng)萬(wàn)變”是研究的方向。

1、變化因素——情景條件

綜合分析這一問(wèn)題的情景背景，其變化不外乎四個(gè)方面：一、體系設(shè)定的環(huán)境條件的變化，如同溫同壓、絕熱恒容等等;二、方程式自身的特點(diǎn)，如氣體系數(shù)是否相等、體系中有沒(méi)有非氣態(tài)物質(zhì)參與等等;三、投料方式的變化，如是否為反應(yīng)物投料、投料時(shí)各物質(zhì)有沒(méi)有滿足對(duì)應(yīng)的方程式系數(shù)之比等等;四、設(shè)定為恒定的物理量的變化，如體系總壓、溫度、氣體密度、氣體平均摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積等等。這四個(gè)方面隨意變換組合，都有可能導(dǎo)致結(jié)論的變化，所以從結(jié)論記憶的角度進(jìn)行套用非常繁瑣，容易記憶混亂、結(jié)論不可靠。

2、邏輯思維模型構(gòu)建

根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)，某一時(shí)刻的狀態(tài)有且只有三種，平衡狀態(tài)、正向進(jìn)行狀態(tài)和逆向進(jìn)行狀態(tài)，由此基本的邏輯思維模型可以快速得到構(gòu)建。在設(shè)定為不變的物理量基礎(chǔ)上，假設(shè)反應(yīng)為正向進(jìn)行狀態(tài)或逆向進(jìn)行狀態(tài)，討論在假設(shè)狀態(tài)下是否滿足設(shè)定物理量不變的條件。如果討論結(jié)果為假設(shè)成立，即可逆反應(yīng)處于非平衡狀態(tài)下滿足設(shè)定物理量不變的條件，則該物理量不變不能判斷反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài);反之，如果討論結(jié)果為假設(shè)不成立，即可逆反應(yīng)處于非平衡狀態(tài)下不能滿足設(shè)定物理量不變的條件，那么該物理量保持不變只能在平衡狀態(tài)下，則該物一定能判斷可逆反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。

3、過(guò)程展示

設(shè)定恒定的物理量 氣體的平均摩爾質(zhì)量（ ）

系統(tǒng)環(huán)境條件 恒溫恒壓

具體反應(yīng)方程 Ⅰ：

CO（g）+ H2O（g） ?CO2（g）+H2（g）

Ⅱ：

BaSO4（s）+4CO（g） 4CO2（g）+BaS（s） Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（s）+H2O（g） Ⅳ：

2NH3（g）+CO2（g） NH2CO2NH4（s）

假設(shè) 可逆反應(yīng)為正向進(jìn)行

公式

討論 Ⅰ反應(yīng)各物質(zhì)均為氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒定律定量可得，正向進(jìn)行時(shí)m（氣總）不變;又因氣體系數(shù)相等，正向進(jìn)行時(shí)n（氣總）不變。所以正向進(jìn)行時(shí) 不變

Ⅱ反應(yīng)氣體系數(shù)相等，可得正向進(jìn)行時(shí)n（氣總）不變;但反應(yīng)中有固體參與，正向進(jìn)行時(shí)固體質(zhì)量減小m（氣總）增加。所以正向進(jìn)行時(shí) 增大

Ⅲ反應(yīng)正向氣體系數(shù)減小，可得正向進(jìn)行時(shí)n（氣總）減小;生成物中有固體，正向進(jìn)行時(shí)m（氣總）減小。分子、分母同時(shí)減小，定性無(wú)法判斷。從定量角度很容易得出：當(dāng)氣體的物質(zhì)的量減少2mol時(shí)，若質(zhì)量的減少量數(shù)值上恰好等于CO（NH2）2的M時(shí)，正向進(jìn)行過(guò)程中 不變。所以取決于投料方式。 Ⅳ反應(yīng)只有反應(yīng)物中有氣體，正向進(jìn)行時(shí)按照上述公式是無(wú)法判斷的，但跟Ⅲ也不一樣，不需要定量計(jì)算，只要從 的定義出發(fā)分析就行，即若NH3（g）和CO2（g）比例恒定則 恒定。所以取決于投料狀態(tài)。

時(shí)，正向進(jìn)行 不變

正向進(jìn)行 不改變

NH3（g）和CO2（g）按系數(shù)比投料或生成物投料 投料時(shí)NH3（g）和CO2（g）不滿足系數(shù)比

假設(shè)是否成立 假設(shè)成立 假設(shè)不成立 假設(shè)成立 假設(shè)不成立 假設(shè)成立 假設(shè)不成立

結(jié)論 恒定時(shí)不能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡 恒定時(shí)能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡 恒定時(shí)不能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡 恒定時(shí)能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡 恒定時(shí)不能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡 恒定時(shí)能判斷該反應(yīng)已達(dá)平衡

從以上幾個(gè)實(shí)例可以看到，結(jié)論隨條件變化而變化，過(guò)程分析要求根據(jù)條件信息進(jìn)行嚴(yán)密推理，但基本邏輯思維的模型確是一致的。

三、小結(jié)

平衡判斷常見(jiàn)的形式卻實(shí)有一些結(jié)論，而且結(jié)論的直接套用確實(shí)能提升解題的速度、降低解題的難度，但這些結(jié)論均有其相應(yīng)的情景條件，如果拋開(kāi)過(guò)程的分析、結(jié)論的成因則無(wú)法在應(yīng)試中獲勝，而且這種教學(xué)方式更不是我們社會(huì)所需求的人才培養(yǎng)模式。這一內(nèi)容雖然變化復(fù)雜，但我們?cè)俳虒W(xué)中能引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)“以不變應(yīng)萬(wàn)變”，就能很好實(shí)現(xiàn)證據(jù)推理和模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。