“化學(xué)平衡”復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)及反思

摘要：從知識(shí)內(nèi)容看：化學(xué)平衡知識(shí)是靈活性強(qiáng)、思維難度高的內(nèi)容，通過此內(nèi)容的教學(xué)為學(xué)生搭建平臺(tái)以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題及發(fā)散性思考問題的能力。從學(xué)生認(rèn)知層面看：學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡概念已掌握，以學(xué)生在生活中最常見的問題為切入口，再層層深入多角度設(shè)計(jì)一系列遞進(jìn)問題讓學(xué)生解決，最終使學(xué)生建立起解決問題的知識(shí)體系、能力體系和方法體系。

關(guān)鍵詞：教學(xué)創(chuàng)新；平衡知識(shí)應(yīng)用；問題設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）12–0039–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教學(xué)背景及設(shè)計(jì)意圖

這是一節(jié)高三復(fù)習(xí)課（蘇教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》），從知識(shí)層面看，化學(xué)平衡是靈活性強(qiáng)、思維難度高的內(nèi)容。需要通過設(shè)置問題，讓學(xué)生在解決問題中掌握其思考方法，發(fā)展舉一反三、觸類旁通的思維能力。從學(xué)生認(rèn)知層面看，由于已具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)，容易產(chǎn)生對(duì)化學(xué)平衡問題“炒冷飯”的疲倦感，失去復(fù)習(xí)興趣。本文大膽嘗試改變復(fù)習(xí)模式，改原有的先復(fù)習(xí)總結(jié)、再練習(xí)加深鞏固概念的應(yīng)試復(fù)習(xí)模式為采用以生活中最常見的事物作為切入口，師生共同挖掘問題，不斷深入，層層遞進(jìn)。以問題帶概念、以分析問題帶方法指導(dǎo)、以解決問題為平臺(tái)進(jìn)而提高學(xué)生的思維能力。

2 考試說明和要求

關(guān)于“化學(xué)平衡”，浙江省高考考試大綱作出了如下說明[1]：

（1）了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性。

（2）了解化學(xué)平衡建立的過程。理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。

（3）理解外界條件（濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等）對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，認(rèn)識(shí)其一般規(guī)律。

（4）了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。

3 教學(xué)過程

3.1 提出一個(gè)實(shí)際問題，厘清知識(shí)的基本概念

師引一：（展示碘鎢燈系列圖片及工作原理并提

問）請(qǐng)寫出碘鎢燈中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

圖1：（幻燈）

工作原理：純鎢燈在燈絲工作發(fā)熱時(shí)，鎢不斷揮發(fā)凝結(jié)在燈泡壁上，導(dǎo)致鎢絲不斷變小而斷裂。若在燈泡中充入碘，由于燈泡壁溫度保持在250～1200℃之間，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在燈泡壁處與碘（I2）形成易揮發(fā)的碘化鎢（WI2）分子。因燈泡內(nèi)氣體循環(huán)流動(dòng)，WI2不斷重新回到燈絲附近，而燈絲附近溫度在1400℃以上，碘化鎢在燈絲附近分解成碘和鎢，鎢原子回到燈絲上，游離碘在燈絲附近向外擴(kuò)散至燈泡壁，這樣通過碘循環(huán)把鎢從燈壁帶回到鎢絲上……

生練：（板書平衡方程式）W（s）+I2（g） WI2（g）

師問：這是一個(gè)可逆反應(yīng)，下列各項(xiàng)哪些是這個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志？

（1）正逆反應(yīng)的速率相等；

（2）混合物體系中各成分的含量不變；

（3）混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變；

（4）體系溫度不變；

（5）氣體密度不變；

（6）體系顏色不變；

（7）體系壓強(qiáng)不變；

（8）一個(gè)碘分子生成同時(shí)生成一個(gè)碘化鎢。

生答：1234568。

師問：請(qǐng)解釋選擇3、5的理由？

生答：M= ，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，W（氣體總質(zhì)量）不變，n（氣體總物質(zhì)的量）不變，M（平均摩爾質(zhì)量）就不變。

ρ= ，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，W（氣體總質(zhì)量）不變，V（氣體總體積）不變，ρ（氣體密度）也不變。

3.2 探討一個(gè)實(shí)際問題，延伸原理的基本應(yīng)用

師引二：（加深概念理解，靈活運(yùn)用知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和討論解決問題）同學(xué)們不但要掌握基本概念，還要學(xué)會(huì)對(duì)概念進(jìn)行靈活運(yùn)用，解決相關(guān)問題。請(qǐng)大家思考，你能否用化學(xué)平衡知識(shí)對(duì)碘鎢燈提出有關(guān)問題？讓我們繼續(xù)一起來探討。

師問：還有問題嗎？

生問：其平衡表達(dá)式如何寫？

生答：鎢在此段溫度下是固體，所以平衡表達(dá)式為K= 。

生問：那么玻璃壁附近以碘與鎢化合為主、鎢絲附近以碘化鎢分解為主嗎？

師答：是的。利用溫度升降可引起平衡反向移動(dòng)，請(qǐng)問此原理有何用途？

生答：可否提純單質(zhì)鎢？

生討論：應(yīng)該可以，通過控制不同區(qū)域溫度高低，從而從一個(gè)區(qū)域物質(zhì)通過化合再轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域分解，達(dá)到提純的目的。

師總結(jié)：很好！這種提純方法工業(yè)上叫氣相轉(zhuǎn)移

法。（讓學(xué)生比較復(fù)習(xí)方法，讓學(xué)生得出結(jié)論）我們比較一下復(fù)習(xí)方法：直接做選擇題好還是大家通過一起討論問題使復(fù)習(xí)獲益更多？

例1：（幻燈）（08廣東卷）碘鎢燈比白熾燈使用壽命長。燈管內(nèi)封存的少量碘與使用過程中沉積在管壁上的鎢可以發(fā)生反應(yīng)：W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0。下列說法正確的是（ ）

A.燈管工作時(shí)，擴(kuò)散到燈絲附近高溫區(qū)的WI2（g）會(huì)分解出W，W重新沉積到燈絲上

B.燈絲附近溫度越高，WI2（g）的轉(zhuǎn)化率越低

D.利用該反應(yīng)原理可以提純鎢

學(xué)生比較后得出結(jié)論：用討論的方法不僅解此題時(shí)能很快得到解答，還能使概念更加清晰，且能解決一類問題。

3.3 深化一個(gè)實(shí)際問題，拓展解題的基本技能

師引三：（把速率和平衡問題由定性引向定量，從而使學(xué)生的思考方法更加豐富）在碘鎢燈管內(nèi)，碘加多了有何不好？

生答：碘加多了，反把部分燈絲中的鎢消耗掉：W（s）+I2（g） WI2（g）；碘加多了，當(dāng)?shù)馔耆珰饣瘯r(shí)管內(nèi)壓強(qiáng)增大，壓力大燈泡安全性差；碘加多了，碘蒸氣會(huì)使透光率變差……

師答：很好，在燈管內(nèi)加入多少碘較合適？要解決這類問題關(guān)鍵是要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，得到一些數(shù)據(jù)，再去解決實(shí)際問題。

師問：（幻燈）有一模擬實(shí)驗(yàn)，向體積為0.2L的密閉容器中加入0.01 mol碘單質(zhì)和足量的鎢，當(dāng)溫度為943K時(shí)存在：W（s）+I2（g） WI2（g）反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)碘單質(zhì)的轉(zhuǎn)化率為20%，

（1）求943K時(shí)此反應(yīng)的平衡常數(shù)？

（2）若加壓正逆反應(yīng)速率如何變化，碘的百分含量變化否？平衡常數(shù)呢？

（3）若在此密閉容器中再加入0.01 mol WI2達(dá)平衡后

①此時(shí)容器中各氣體的體積比？

②此情況下的平衡常數(shù)？

③當(dāng)同時(shí)加入I2（g）和WI2（g），如何判斷平衡移動(dòng)方向？

（4）理論上當(dāng)?shù)怄u燈工作1小時(shí)后燈管內(nèi)氣體平均摩爾質(zhì)量增加0.919 g·mol-1后不再增加了，則含1 mol碘的碘鎢燈中達(dá)平衡時(shí)有多少mol碘化鎢生成？（已知鎢的相對(duì)原子質(zhì)量為183.8）

生分析（板書）： W（s）+I2（g） WI2（g）

起始（mol） 0.01 0

轉(zhuǎn)變（mol） -0.01×20% 0.01×20%

平衡（mol） 0.008 0.002

（1）K= =（0.002÷0.2）÷（0.008÷0.2）=0.25

（2）正逆反應(yīng)速率同時(shí)加快；平衡不移動(dòng)；碘的百分含量不變；平衡常數(shù)只受溫度影響，故K不變。

（3）①同溫同壓下，VI2：VWI2=4：1

②因溫度不變，K不變，K=0.25

3.4 提升一個(gè)實(shí)際問題，豐富思維的基本方法

師引四：（把定量處理的方法進(jìn)行形象化，一方面綜合速率與平衡的關(guān)系，另一方面讓學(xué)生體會(huì)影響平衡移動(dòng)的諸因素都是正逆速率變化所致，學(xué)會(huì)抽象問題直觀化，更好地理解和掌握其平衡移動(dòng)的本質(zhì)，同時(shí)讓學(xué)生學(xué)會(huì)多因素的問題可通過圖像曲線表達(dá)來處理的圖像法）很好，這樣就可解決燈泡內(nèi)應(yīng)加多少碘最合理的問題了。燈泡在實(shí)際工作時(shí)，燈絲附近的溫度與周邊的溫度不一樣，工作開始時(shí)燈泡內(nèi)的壓強(qiáng)變化也不一樣，故解決實(shí)際問題時(shí)還需要考慮到溫度、壓強(qiáng)等諸多因素。如何先按單因素來處理，再把單因素綜合成整體來考慮問題呢，一種方法是把定量的數(shù)字問題轉(zhuǎn)化為圖像處理，這是科學(xué)上常用的一種方法，通過研究變化趨勢(shì)從而更加簡(jiǎn)潔直觀地找到其變化規(guī)律，我們能否試著畫出W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0，速率ν與時(shí)間t的ν-t草圖：一定溫度下過量W與I2蒸氣反應(yīng)達(dá)平衡，到t1時(shí)升高溫度，到t2時(shí)再加壓，再到t3時(shí)加催化劑，到t4時(shí)加I2。

生討論：（板書圖像）如圖2。

師問：評(píng)判同學(xué)畫的圖像的正誤？

生答：t1處圖像畫錯(cuò)了，應(yīng)正逆反應(yīng)速率同時(shí)加快，ν逆 線在t1處不相連。

師問：除了ν-t圖像外，試用“綜合問題剖析-分解成單因素-綜合找規(guī)律”的方法畫出各類圖形：畫出不同溫度（T1>T2）下WI2濃度與時(shí)間t之間的c（WI2）-t草圖和WI2物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)p之間的W（WI2）-p草圖。

注：這是綜合了反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖，學(xué)生若能畫出相應(yīng)圖，說明對(duì)速率與平衡關(guān)系概念已基本理解。

生答：（板書圖像）如圖3和圖4。

3.5 綜合一個(gè)實(shí)際問題，強(qiáng)化遷移的基本途徑

師引五：（把學(xué)到的思維方法和處理方法再進(jìn)行拓展，讓學(xué)生在鞏固現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)綜合聯(lián)想和創(chuàng)新，從而達(dá)到對(duì)速率和平衡的規(guī)律的全面掌握）剛才我們對(duì)氣態(tài)碘化鎢的化學(xué)平衡進(jìn)行研究，建立化學(xué)平衡的條件是其體系必須是一個(gè)密閉體系，那么當(dāng)把固體碘化鎢加入水中時(shí)，能否建立起相應(yīng)的化學(xué)平衡？請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)已學(xué)過的平衡知識(shí)討論可能會(huì)建立起哪些平衡？（同學(xué)之間先討論3分鐘后匯報(bào)）

生答：（開始學(xué)生沒有頭緒，提問WI2是否溶解等，教師提示學(xué)生在不知道其性質(zhì)時(shí)，應(yīng)全面分析各種可能情況，然后用假設(shè)方法進(jìn)行處理，讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)思考問題的方法。學(xué)生分組討論后，通過匯報(bào)集中意見，最后形成下列結(jié)論）

師問：對(duì)一個(gè)陌生的物質(zhì)，要對(duì)其不同的狀況進(jìn)行分析，從而學(xué)會(huì)思維的有序性和完整性。從梳理水解平衡常數(shù)書寫的推理過程中，總結(jié)出平衡常數(shù)表達(dá)式的規(guī)律？

生答：平衡常數(shù)表達(dá)式共同點(diǎn)：產(chǎn)物濃度系數(shù)冪次積與反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次積的比值（固體、純液體濃度是常數(shù)，不寫入表達(dá)式）[2]。

師釋：水解平衡常數(shù)表達(dá)式在考綱中是不要求的[3]，但應(yīng)學(xué)會(huì)類比的思考方法，參照前面幾個(gè)平衡常數(shù)表達(dá)式寫出鎢離子的水解平衡表示式。

3.6 抽象一個(gè)實(shí)際問題，學(xué)會(huì)歸納的基本思想

師引六：（從化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的問題解決中，讓學(xué)生歸納出所有平衡問題的相同規(guī)律，把復(fù)雜問題歸一化，提升學(xué)生的思維能力，豐富學(xué)生的復(fù)習(xí)方法）請(qǐng)從平衡特征、外界條件對(duì)平衡的影響及平衡常數(shù)表達(dá)式三方面討論各種平衡體系的共同點(diǎn)？

生討論匯報(bào)：平衡特征共同點(diǎn)：ν正=ν逆；各組分濃度保持不變。

外界條件對(duì)平衡的影響共同點(diǎn)：如果改變影響平衡的一個(gè)條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)（即勒夏特列原理）[4] 。

平衡常數(shù)表達(dá)式共同點(diǎn)：產(chǎn)物濃度系數(shù)冪次積與反應(yīng)物濃度系數(shù)冪次積的比值（固體、純液體濃度因是常數(shù)，不寫入表達(dá)式），是一常數(shù)。

師總結(jié)：（思維提升）無論是氣體物質(zhì)間的化學(xué)平衡還是溶液中的各種平衡，其平衡特征、平衡移動(dòng)以及平衡常數(shù)的表達(dá)式的思維方法都一樣。掌握了氣體物質(zhì)間的化學(xué)平衡，其他平衡可依此類推！

這節(jié)課我們通過一個(gè)例子：W（s）+I2（g） WI2（g），總結(jié)梳理了一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)：速率與平衡，獲得一系列的解題方法：定量方法和圖像處理方法等。

當(dāng)某一反應(yīng)一定時(shí)，其速率和平衡會(huì)受到外因的作用而變化。

速率表達(dá)式：ν= （Δc為某一反應(yīng)物或生成物變化濃度）。適合于所有反應(yīng)，可求定溫定壓下某一時(shí)間段內(nèi)的平均速率。

平衡常數(shù)表達(dá)式：K=（固體、純液體濃度不寫入）。適合于所有可逆反應(yīng)，可求定溫下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的常數(shù)及各濃度之間的關(guān)系。

其實(shí)在碘鎢燈的工作原理中也存在速率和平衡中的矛盾統(tǒng)一，隱含著問題解決的很多化學(xué)哲學(xué)思想，這些都留給同學(xué)自己下課后反思！謝謝大家的配合！

4 教學(xué)反思

（1）如何從速率與平衡的抽象概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)問題是這節(jié)課的嘗試之一，通過碘鎢燈的實(shí)例使學(xué)生在解決問題中獲得了系統(tǒng)知識(shí)的復(fù)習(xí)鞏固。

（2）教學(xué)創(chuàng)新是復(fù)習(xí)課要考慮的要素之一，若重復(fù)知識(shí)復(fù)習(xí)不僅使學(xué)生興趣寡然，更主要是教學(xué)效率低下。通過改編例題成實(shí)際問題，從而使復(fù)習(xí)更富針對(duì)性，學(xué)生在問題的解決中獲得了方法和思想。

（3）從定性到定量，從文字、數(shù)字到圖像，從化學(xué)平衡到溶液中的溶解、電離平衡，最后到從未接觸過但又可通過化學(xué)平衡可推理的水解平衡式的書寫，讓學(xué)生自悟出平衡的基本規(guī)律。（注：有老師提出水解平衡常數(shù)考綱沒有要求。本文認(rèn)為這可歸入化學(xué)平衡知識(shí)范疇，也恰恰是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用知識(shí)的一個(gè)檢驗(yàn)，課后發(fā)現(xiàn)學(xué)生基本上都能寫對(duì)表達(dá)式，其教學(xué)目的也就達(dá)到了。）

（4）碘化鎢是一種新物質(zhì)，通過對(duì)新物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行假設(shè)，一方面通過幾種可能性的推理達(dá)到鍛煉思維的有序性和完整性的目的，另一方面通過一種物質(zhì)把化學(xué)平衡的幾種類型串起來思考，給學(xué)生一種復(fù)習(xí)思考的范式，讓學(xué)生學(xué)會(huì)舉一反三的推理方法，達(dá)到以點(diǎn)覆面的目標(biāo)。

（5）本節(jié)課用問題作為平臺(tái)以豐富學(xué)生的有效復(fù)習(xí)方法和提高其思維能力。這樣的設(shè)計(jì)只是一種嘗試，其選擇和創(chuàng)新問題還需周密考慮，學(xué)生討論時(shí)間的掌握、學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題能力和解決問題能力的提高還需要進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 2010年浙江高考考試說明（理綜化學(xué)）.http：//www.zxjkw. com/article/gaokao/sort03639/info-2752_2.html，2011.3.23.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)反應(yīng)原理（第4版）[M].南京：江蘇教育出版社，2009：49.

[3]浙江省教育廳辦公室.學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見[M].杭州：浙江教育出版社，2009：62.

[4]北京師范大學(xué)，華中師范大學(xué)，南京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室編.無機(jī)化學(xué)（上）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2002：246.