創(chuàng)設情景，在實際應用中構建思維模型
——以平衡常數(shù)的考查和復習為例

新疆 呂 艷

平衡常數(shù)，是選擇性必修課程中表征化學反應限度的物理量，是判斷平衡狀態(tài)、反應方向的重要依據。打通壁壘，構建平衡常數(shù)的思維模型，可以提高學生對化學反應規(guī)律認識的廣度和思考的深度。本文梳理了2022年全國高考甲卷、乙卷中平衡常數(shù)的考查立意，結合幾個真實的教學情景，嘗試構建平衡常數(shù)的思維模型并利用該思維模型來解決實際問題。

一、關注基礎，側重相互轉化和實際應用

2022年高考全國甲卷、乙卷中共有六處考查了平衡常數(shù)相關知識，分別是水解平衡常數(shù)大小判斷、溶度積的計算、平衡常數(shù)在蓋斯定律中的應用、平衡常數(shù)變式應用、平衡常數(shù)在弱電解質電離和沉淀轉化中的應用。六處考查，筆者簡單劃分為單一應用、相互轉化、綜合應用三個能力層級，具體如表1.1、1.2、1.3所示：

表1.1 平衡常數(shù)的單一應用

表1.2 平衡常數(shù)的變式應用

表1.3 平衡常數(shù)的綜合應用

整體看，2022年高考全國甲卷、乙卷對平衡常數(shù)的考查注重基礎，側重平衡常數(shù)之間的相互轉換，尤其關注在實際情景中應用平衡常數(shù)的知識解決問題。一輪復習需要幫助學生體會平衡常數(shù)在判斷平衡狀態(tài)、反應方向、分析預測平衡移動方向中的價值，即在鞏固已有知識的基礎上，結合學生困惑的問題創(chuàng)設真實的情景，在應用平衡常數(shù)解決問題中實現(xiàn)平衡常數(shù)思維模型的構建。

二、打通壁壘，多角度關注平衡常數(shù)在真實情景中的應用

(一)關注學生容易混淆的知識點，創(chuàng)設情景，一通百通

情景創(chuàng)設一：向少許碳酸鈉溶液持續(xù)通入二氧化硫，反應發(fā)生的歷程，用離子方程式該如何準確表達？

已知：兩種酸的電離平衡常數(shù)：

H2CO3Ka14.5×10-7、Ka24.7×10-11

H2SO3Ka11.4×10-2、Ka26.0×10-8

請用電離平衡常數(shù)的相關知識進行反應歷程的預判并完成對應離子方程式的書寫。

【情景創(chuàng)設的目的】復分解反應中，涉及量的化學方程式書寫，學生往往會比較糾結。這里給學生創(chuàng)設一個思考的情景，請學生利用電離平衡常數(shù)的視角來分析“酸與鹽生成另外一種酸和鹽”這一類型復分解反應發(fā)生的條件，并構建該類型復分解反應轉化的思維模型。

【思維模型構建】

第一步：先判斷反應的第一步是否發(fā)生，即

第二步：再判斷反應的第二步是否發(fā)生，即

第一步K=3.0×108>1.0×105反應很徹底；

第二步K=3.1×104，接近1.0×105，也可認為反應較為徹底。

【拓展應用】將上述推演過程轉化成為一種簡單的判斷方法：將電離平衡常數(shù)由大到小逐一排序，酸與一級電離的酸根上下對齊，用“N字型規(guī)則”進行判斷。

舉例：向碳酸鈉溶液中加入足量的次氯酸溶液反應發(fā)生的歷程。

注：電離平衡常數(shù)的數(shù)據來自2019人教版化學選擇性必修1教材附錄

情景創(chuàng)設二：甲同學在完成新制氯水的成分的學習后，預測：向新制氯水中加入固體CaCO3可以增加次氯酸的濃度。請用溶度積和電離平衡常數(shù)的相關知識判斷甲同學的預測是否正確？

已知1：兩種電離平衡常數(shù)：

H2CO3Ka14.5×10-7、Ka24.7×10-11

HClOKa4.0×10-8

已知2：碳酸鈣的溶度積常數(shù)：Ksp3.4×10-9

【情景創(chuàng)設的目的】碳酸鈉會和次氯酸發(fā)生反應。但是，碳酸鈣會不會與次氯酸反應？學生對此常常混淆。這里再創(chuàng)設一個情景，請學生利用電離平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)來解決自身的困惑，以此來增加學以致用的成就感，增強一輪復習的自信心。

【思維模型構建】關鍵點：驗證該反應發(fā)生的可能性。

推算該反應的平衡常數(shù)：

該反應的平衡常數(shù)K=2.6×10-7<1×10-5，該反應幾乎不發(fā)生。

【拓展應用】請學生從反應競爭的角度思考：在次氯酸的環(huán)境中，碳酸根與氫離子結合與碳酸根與鈣離子結合，哪一種趨勢占主導？推理驗證。

碳酸根與氫離子結合：

該過程的平衡常數(shù)：

該過程的平衡常數(shù)：

有K2>K1，故在次氯酸氛圍中，碳酸根與鈣離子結合的趨勢占主導。

【結論】“向新制氯水中加入固體CaCO3，以增加次氯酸的濃度”是可行的。

(二)關注學生困惑的知識，創(chuàng)設情景，答疑解惑

情景創(chuàng)設三：實驗室常用FeS與稀鹽酸反應制備硫化氫氣體。為什么CuS與稀鹽酸不反應而FeS可以與稀鹽酸反應？請利用溶度積和電離平衡常數(shù)的知識，梳理金屬硫化物與非氧化性酸反應的條件。

已知1：電離平衡常數(shù)：H2SKa11.1×10-7、Ka21.3×10-13

已知2：兩種硫化物的溶度積常數(shù)：FeSKsp6.3×10-18，CuSKsp6.3×10-36

【情景創(chuàng)設的目的】在人教版必修教材中，元素化合物的知識重在構建物質的不同類型的轉化和不同價態(tài)物質之間的轉化。教師可以在選擇性必修模塊學習完成后對個別必修課本中出現(xiàn)的問題進行復盤性驗證和解答，將元素化合物知識與化學反應原理糅合以提高元素化合物知識的系統(tǒng)性和完整性。本情景選擇硫化物與非氧化性酸反應作為一個突破點，梳理金屬硫化物與非氧化性酸反應的條件。

利用平衡常數(shù)的變形：

帶入硫化氫的電離平衡常數(shù)，可以推導出金屬硫化物與非氧化性酸反應較為徹底的條件：金屬硫化物的溶度積常數(shù)Ksp≥1.4×10-15。

表2.2 三種常見硫化物的溶度積

【結論】FeS與稀鹽酸反應時K=4.4×102，則FeS與MnS均可與稀鹽酸反應制備硫化氫氣體，同濃度的鹽酸中，MnS反應更為徹底。

(三)關注教材，創(chuàng)設情景，反思與拓展兼顧

情景創(chuàng)設四：2019人教版化學選擇性必修1第34頁“探究濃度對化學平衡的影響”，以實驗2-1為基礎進行實驗：向5 mL 0.005 mol/L 的FeCl3溶液中加入5 mL 0.015 mol/L 的KSCN溶液后，溶液呈紅色。若向該體系中再加入少許氫氧化鈉溶液。請你用化學平衡移動的知識預測反應的現(xiàn)象。

已知1：配位化合物的溶液中既存在配合反應，又存在離解反應，配合反應和離解反應最后達到平衡，這種平衡可稱為配合平衡。

已知2：25℃ Fe(OH)3Ksp2.8×10-39

【情景創(chuàng)設的目的】挖掘人教版課本中的實驗創(chuàng)設情景，將難溶電解質與配位化合物相互轉化作為一個拓展思考點，學生通過提取信息獲取新知識，結合已有知識在陌生情景中解決新問題，體現(xiàn)了“教、學、評一體化”的要求。

【思維模型構建】思維模型構建的歷程：①原平衡體系會不會被打破？②如果打破，這種反應的趨勢如何？

該反應的平衡常數(shù)為：

【深入思考】對比一下，同樣是難溶電解質轉化為配位化合物，兩個實驗中選取的氨水濃度不同。2019人教版化學選擇性必修2第96頁實驗3-3“向4 mL 0.1 mol/L的硫酸銅溶液中加入幾滴1 mol/L的氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水并振蕩試管，觀察現(xiàn)象”。2019人教版化學選擇性必修3第126頁實驗活動3中“用2%的硝酸銀溶液、2%的氨水配制銀氨溶液”。

已知1：K不穩(wěn)[Cu(NH3)4]2+4.56×10-14、K不穩(wěn)[Ag(NH3)2]+6.2×10-8

注：數(shù)據來自化學工業(yè)出版社《無機化學》附錄

已知2：25℃KspCu(OH)22.2×10-20、AgOH 2.0×10-3

注：AgOH的溶度積常數(shù)數(shù)據來自化學工業(yè)出版社《無機化學》附錄

問題拋出，引發(fā)學生的質疑和探尋究竟的求知心理。分析氫氧化銅轉化為四氨合銅的反應

該反應的平衡常數(shù)

該反應的平衡常數(shù)

該反應的進行較為徹底，所以選擇濃度較小的氨水就可以滿足反應的條件。

用好教材，用好教材中的實例，對課本的實例進行情景再創(chuàng)設，比如酸堿指示劑的變色原理、氟化物防治齲齒的化學原理、銅藍的形成，能幫助教師透過文字的表層含義，深入思考教材中每個實例承載的學科核心素養(yǎng)達成目標和育人功能。

高考試題在題干創(chuàng)設的情景下，需要滿足基礎性、綜合性、應用性、創(chuàng)新性的要求，要求學生主動、靈活地應用已有知識來分析和解決問題。一輪復習，不僅僅要梳理基礎知識、構建主干知識網絡，還需要教師用好課本、用好高考真題，用學生的困惑點，積極創(chuàng)設情景，引領學生深入思考問題，用已有知識來解決問題，并在知識的實際應用中構建同一類型問題解決的思維模型，以實現(xiàn)知識融通應用、知識體系構建。每一次情景創(chuàng)設，都是對教材內容的二次研發(fā)，都是給學生創(chuàng)設一個思考的平臺，讓學生在這個平臺上完成知識的重組和應用，在解決問題中完成學科能力的提升、學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。所以，情景創(chuàng)設不是目的，知識應用是前提、學科能力養(yǎng)成是導向、學科核心素養(yǎng)提升是關鍵。