變化觀念與平衡思想下的高中化學(xué)教學(xué)
——以化學(xué)反應(yīng)速率與平衡為例

文 /楊美華

引 言

化學(xué)反應(yīng)速率與平衡是高中化學(xué)的重難點知識。教師應(yīng)認(rèn)真研究變化觀念與平衡思想和相關(guān)教學(xué)內(nèi)容之間的契合點，通過對教學(xué)內(nèi)容的合理設(shè)計以及對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的引導(dǎo)，使學(xué)生在牢固掌握該部分知識的同時，有效提升變化觀念與平衡思想，為順利完成核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)打下堅實的基礎(chǔ)。

一、加深對化學(xué)變化規(guī)律的理解

認(rèn)識到化學(xué)變化遵循一定的規(guī)律是變化觀念與平衡思想的具體體現(xiàn)[1]。在教學(xué)活動中，教師應(yīng)注重從規(guī)律的內(nèi)涵、規(guī)律的理解、規(guī)律的應(yīng)用這幾方面展開教學(xué)。“化學(xué)反應(yīng)速率與平衡”這一章內(nèi)容最重要的規(guī)律為勒夏特列原理。該原理是分析化學(xué)平衡的主要依據(jù)。在課堂上，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生牢記并熟練闡述勒夏特列原理內(nèi)容，還要結(jié)合具體的案例為學(xué)生詳細(xì)解讀勒夏特列原理，使學(xué)生更好地掌握這一原理的本質(zhì)，能夠明確原理中“條件”包含的具體內(nèi)容，理解“減弱”的含義。此外，教師還要展示相關(guān)例題，檢驗學(xué)生對該原理的理解程度，并及時糾正其在理解上的誤區(qū)，以下題為例。

下列實驗現(xiàn)象與反應(yīng)能使用勒夏特列原理解釋的是（ ）。

A.將固體KSCN加入Fe（SCN）2溶液，溶液顏色 加深

B.工業(yè)合成氨在500℃條件下進(jìn)行

C. H2、I2、HI平衡混合氣體加壓后，顏色加深

D.使用催化劑進(jìn)行SO2制取SO3的反應(yīng)

勒夏特列原理是可逆反應(yīng)遵循的重要規(guī)律，解釋的是反應(yīng)的移動方向。A項，加入固體KSCN使SCN-濃度增大，平衡正向移動，正確。B項，合成氨在500℃條件下進(jìn)行主要是從催化劑活性以及提高化學(xué)反應(yīng)速率方面考慮的，錯誤。C項的反應(yīng)是前后氣體計量數(shù)不變的反應(yīng)，加壓并不移動，其顏色加深只是加壓的緣故，錯誤。D項，催化劑不影響化學(xué)平衡移動，錯誤。綜上，只有A項可以用勒夏特列原理解釋。

二、準(zhǔn)確把握化學(xué)變化的本質(zhì)特征

化學(xué)變化的本質(zhì)特征不僅有新物質(zhì)的生成，還伴隨著能量的變化。教師使學(xué)生準(zhǔn)確把握化學(xué)變化的本質(zhì)特征，有助于促進(jìn)學(xué)生變化觀念與平衡思想的提升[2]。 在課堂上，教師要注重運用多媒體技術(shù)宏觀、形象地展示化學(xué)變化的能量變化特點，使學(xué)生能夠根據(jù)物質(zhì)的鍵能分析是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，掌握計算化學(xué)反應(yīng)能量的相關(guān)思路與方法。另外，為了使學(xué)生更好地把握化學(xué)反應(yīng)中能量變化的一些細(xì)節(jié)，教師應(yīng)注重為學(xué)生講解相關(guān)的例題，進(jìn)一步加深其認(rèn)識，以下題為例。

乙烯和水加成制備乙醇的能量變化如圖1所示，則以下說法錯誤的是（ ）。

圖1

A.反應(yīng)①中有碳碳雙鍵的斷裂

B.反應(yīng)①和反應(yīng)②均為放熱反應(yīng)

C. C2H4（g）+H2O（l）= C2H5OH（l），ΔH=（E1- E2+ E3-E4）kJ/mol

D. H2SO4為反應(yīng)中的催化劑，可提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率

解答該題需要學(xué)生讀懂與理解題意。通過分析反應(yīng)①中的反應(yīng)物和生成物可知，其屬于加成反應(yīng)且伴隨著碳碳雙鍵的斷裂。反應(yīng)①和反應(yīng)②中反應(yīng)物的總能量均高于生成物的總能量，多余的能量會散發(fā)出去，為放熱反應(yīng)。將反應(yīng)①和反應(yīng)②的反應(yīng)方程式相加，不難得出C項是正確的。將兩個反應(yīng)進(jìn)行綜合能夠發(fā)現(xiàn)H2SO4可以消去，表明其為催化劑，能提高反應(yīng)速率，但不會促使平衡移動。綜上，D項的說法錯誤。

三、認(rèn)識化學(xué)變化的可控性

為了更好地提升學(xué)生的變化觀念與平衡思想，教師應(yīng)使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)不僅有一定的限度、速率，還可進(jìn)行調(diào)控。在實踐中，教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)開展教學(xué)活動，使學(xué)生掌握衡量化學(xué)反應(yīng)限度的相關(guān)指標(biāo)，尤其深刻地理解化學(xué)反應(yīng)的速率，并能根據(jù)具體的化學(xué)反應(yīng)運用某一物質(zhì)衡量化學(xué)反應(yīng)速率。同時，為使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)調(diào)控的原則與方法，教師應(yīng)注重為學(xué)生講解實際案例或經(jīng)典例題，并與學(xué)生一起分析解題過程，以下題為例。

使用純凈的Cu和50mL過量濃HNO3反應(yīng)制取NO2。如圖2所示，其中氣體體積為標(biāo)準(zhǔn)下測得，忽略體積變化，則（ ）。

圖2

A. OA段的反應(yīng)速率快于AB段的反應(yīng)速率

B. AB段反應(yīng)速率加快，僅受到催化劑的作用

C. OC段使用濃硝酸表示的反應(yīng)速率為0.2mol·L-1·min-1

D.反應(yīng)體系中加入固體KNO3對反應(yīng)速率無影響

解答該題需認(rèn)識到可使用NO2在單位時間內(nèi)的生成量表示反應(yīng)速率。在1min內(nèi)AB段生成的NO2的量更多，速率更快。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素較多，反應(yīng)速率加快可能是加入了催化劑，也可能是溫度升高。根據(jù)題干寫出對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，將圖象中生成NO2的量轉(zhuǎn)化為消耗濃硝酸的量，可知消耗濃硝酸 0.03 mol，反應(yīng)速率可表示為0.03 mol/0.5L/3min= 0.2 mol·L-1·min-1。向反應(yīng)體系中加入固體KNO3后，NO3-濃度變大，反應(yīng)速率增大。綜上，該題選擇C項。

四、提升動態(tài)分析化學(xué)變化的能力

動態(tài)地分析化學(xué)變化不僅是一種能力，還是變化觀念與平衡思想強(qiáng)調(diào)的重要內(nèi)容。為提升學(xué)生動態(tài)分析化學(xué)變化的能力，教師應(yīng)有針對性地為學(xué)生講解相關(guān)的例題，并靈活運用多種手段，進(jìn)一步加深學(xué)生印象，使學(xué)生掌握動態(tài)分析化學(xué)變化的規(guī)律。同時，教師還要認(rèn)真落實專題訓(xùn)練活動，給學(xué)生提供實踐機(jī)會，鍛煉其分析問題的靈活性，以下題為例。

如圖3，向A、B兩容器中分別加入1mol X+1mol Y、2mol X+2mol Y，剛開始兩容器的體積均為aL。在溫度及催化劑相同的條件下均發(fā)生反應(yīng)：X（g）+ Y（g）

圖3

2Z（g）+ W（g）；ΔH＞0。平衡時A容器的體積為1.2aL，則以下說法錯誤的是（ ）。

A.反應(yīng)開始時，B容器的反應(yīng)速率快

B. A容器中X的轉(zhuǎn)化率大于B容器

C.打開K一段時間達(dá)到平衡時，A的體積為2.4aL（忽略連通管中的氣體）

D.打開K后到達(dá)新的平衡，將B容器的溫度升高，A容器的體積會增大

開始時，B容器反應(yīng)物的濃度高于A容器，因此反應(yīng)速率更快。假設(shè)B容器的體積也是可變的，則A、B兩容器中的平衡等效，X的轉(zhuǎn)化率相等。實際上，B容器中的反應(yīng)相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡左移，X的轉(zhuǎn)化率降低。打開開關(guān)K后，在溫度不變的條件下達(dá)到平衡，和開始加入3mol X+3mol Y的平衡等效，且和A容器起初的平衡等效，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變。平衡時，氣體總質(zhì)量為A容器中的3倍，即3.6aL，其中B容器為1aL，則A容器的體積為2.6aL。由題意可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，打開K后，升高溫度平衡右移，體積增大。綜上，只有C項錯誤。

五、注重提升解決實際問題的意識

為了更好地提升學(xué)生的化學(xué)變化觀念與平衡思想素養(yǎng)，教師應(yīng)注重創(chuàng)設(shè)實際問題情境，提升與鍛煉學(xué)生解決實際問題的意識，在深化其對化學(xué)知識本質(zhì)理解的同時，使其更好地把握解決實際問題的細(xì)節(jié)及注意事項。在課堂上，教師應(yīng)注重給學(xué)生預(yù)留獨立思考、相互討論的時間，以下題為例。

（1）反應(yīng)達(dá)到平衡后，以下措施中能夠提高CH3OCH3產(chǎn)率的有_____；

A.升高溫度 B.增大壓強(qiáng)

C.加入CH3OH D.移出H2O

E.使用催化劑

（2）反應(yīng)Ⅰ的正、逆反應(yīng)速率方程分別為v正=k正c(CO)c2(H2)、v逆=k逆c(CH3OH)，其 中k正、k逆，分別表示正逆反應(yīng)的速率常數(shù)，圖4中斜線①、②分別表示k正、k逆隨溫度變化情況，則ΔH1______0（填“＞”“＜”或“=”），圖4中A、B縱坐標(biāo)分別為x + 0.5、x -0.5，則溫度T1時化學(xué)平衡常數(shù)K=_____；

圖4

該題以實際化工生產(chǎn)為背景進(jìn)行設(shè)問，考查學(xué)生對所學(xué)知識的理解及應(yīng)用情況。該題涉及一些新的概念，難度較大，需要學(xué)生在理解新概念的基礎(chǔ)上，尋找與所學(xué)知識的聯(lián)系，更好地找到突破口。問題（1）反應(yīng)Ⅱ是氣體分子數(shù)不變且放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理原理，要想平衡正向移動應(yīng)選擇的措施為C、D；問題（2）根據(jù)給出的方程，由平衡時v正=v逆得到平衡常數(shù)K=，由圖4可推理出，隨著溫度升高增大，平衡正向移動，因此，反應(yīng)Ⅰ正向放熱，ΔH1＜0，則溫度為T1時化學(xué)平衡常數(shù)K==10-2。

六、啟發(fā)學(xué)生養(yǎng)成善于總結(jié)的習(xí)慣

教師應(yīng)認(rèn)識到培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)變化觀念以及平衡思想素養(yǎng)是一個緩慢的過程，要做好長期的思想準(zhǔn)備，鼓勵學(xué)生養(yǎng)成善于總結(jié)的良好習(xí)慣。教師要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)實際做好教學(xué)課時的設(shè)計，尤其要給其預(yù)留總結(jié)的機(jī)會，使其在回顧所學(xué)基礎(chǔ)知識的同時，掌握相關(guān)的解題細(xì)節(jié)。

將一定量純凈的氨基甲酸銨置于密閉真空體積恒定的容器中，不考慮固體試樣體積，發(fā)生以下反應(yīng)：使 其達(dá)到平衡，測得不同溫度下平衡數(shù)據(jù)，如表1所示，則以下判斷錯誤的是（ ）。

表1

A.平衡后，若在恒溫下壓縮容器體積，則氨基甲酸銨的質(zhì)量增加

B.若混合氣體平均相對分子質(zhì)量為26，表明反應(yīng)已達(dá)平衡

C.由表中數(shù)據(jù)可知，25℃時分解的濃度平衡常數(shù)約為1.6×10-8mol3/L3

D.若保持溫度及容器體積不變，平衡后再充入n(NH3) ：n(CO2) = 2:1，則再次達(dá)到平衡時，c(NH3)不變

在解答該題時，學(xué)生需要認(rèn)真分析表中給出的數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)方程式在明確各物質(zhì)狀態(tài)的情況下進(jìn)行分析判斷。因為反應(yīng)是氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)，所以壓縮容器體積平衡逆向移動，氨基甲酸銨的質(zhì)量增加；生成物氣體物質(zhì)的量之比為2∶1，經(jīng)過分析不難得出混合氣體平均相對分子質(zhì)量始終為定值26，因此，無法判斷其是否達(dá)到平衡；根據(jù)25℃條件下對應(yīng)的化學(xué)平衡數(shù)據(jù)，可得出c(NH3) = 3.2×10-3mol/L， c(CO2)=1.6×10-3mol/L，代入化學(xué)平衡常數(shù)計算公式可得K≈1.6×10-8mol3/L3；溫度與體積均不發(fā)生改變，平衡加入的NH3和CO2物質(zhì)的量之比為2∶1，整個體系中兩者物質(zhì)量的比值并未發(fā)生改變，則化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式可表示為溫度不變，K值不變，NH3的平衡濃度也不會改變。綜上，錯誤的選項為B。

結(jié) 語

在當(dāng)前教育背景下的高中化學(xué)教學(xué)活動中，教師應(yīng)落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)工作，認(rèn)真學(xué)習(xí)與研究相關(guān)文件內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上積極轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，在理論知識講解、例題講解、習(xí)題訓(xùn)練等方面滲透核心素養(yǎng)內(nèi)容。在“化學(xué)反應(yīng)速率與平衡”教學(xué)中，教師要緊緊圍繞變化觀念與平衡思想進(jìn)行教學(xué)活動的安排以及教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，并給予學(xué)生引導(dǎo)與啟發(fā)，從而獲得良好的教學(xué)效果。