“三態分析模式”突破化學平衡移動的思維障礙

洪云龍

“化學平衡移動”是高中化學基本理論的重要組成部分，亦是學習電離平衡、鹽類水解以及沉淀溶解平衡的基礎.這部分內容理論性強，知識抽象，是高三化學復習的重點和學生頗感棘手的難點.

1.傳統分析模式的不足

化學平衡的移動，就是改變外界條件，破壞舊的平衡狀態，建立起新的平衡狀態的過程.教輔書一般用以下模式來表示其過程：

可見，此模式的平衡移動過程只有“二態”：舊平衡態、新平衡態.筆者發現，用此“二態”模式來分析平衡移動問題，對于較簡單的問題還倘且可以，但一旦遇到復雜、疑難的問題時就顯得有點不足，表現為：“舊平衡態”過渡到“新平衡態”的中間過程在分析時比較籠統、抽象，缺乏具體、形象的思維模型，學生較難把握，易被“改變條件”所迷惑，對“改變條件后隱藏著的各種變化”不能很好地挖掘，因而產生思維混亂，造成解題障礙.為了彌補傳統分析模式的不足，筆者在充分研究的基礎上，建立起一種新的有效的思維模式——“三態分析模式”，經多年嘗試、實踐，效果良好.

2.“三態分析模式”的建立

“三態分析模式”，就是在分析平衡移動過程時，在原有“二態”（“舊平衡態”、“新平衡態”）的基礎上再增加“一態”——“瞬間態”，形成“三態”分析的思維模式.所謂“瞬間態”，就是舊平衡在改變條件的瞬間，平衡還來不及移動時的狀態.

“三態分析模式”的思維流程是：

（1）建立“三態”模型，標注有關量.

“舊平衡態”到“瞬間態”由改變條件的瞬間造成，此時平衡還來不及發生移動.平衡發生移動實則始于“瞬間態”，終于“新平衡態”.

標注的有關量可以是：濃度、體積、壓強、溫度、物質的量、正反應速率、逆反應速率等.其中，“瞬間態”的量由“舊平衡態”的量與“改變條件”的量兩部分復合而成.

（2）比較分析，解決問題.

比較、分析某個或某幾個有關量分別在“三態”模型之中發生了怎樣的變化（增大、減小或不變），并據此解決平衡移動的有關問題.

“三態分析模式”能變籠統、抽象的平衡移動過程為具體、形象的“三態”思維模型，建立起來的簡明、清晰的思維流程能很好地突破學生在理解、分析、解題上的思維障礙.不管遇到多么復雜的平衡移動問題，只要按此思維流程逐一仔細分析，就能排除干擾，識破陷阱，成功解決平衡移動問題.

3.“三態分析模式”應用舉例

例1 （蘇教版選修4教材第57頁第6題）在一密閉容器中，反應aA（g）bB（g）達平衡后，保持溫度不變，將容器體積增加一倍，當達到新的平衡時，B的濃度是原來的60%，則（ ）.

A. 平衡向正反應方向移動了

B. 物質A的轉化率減小了

C. 物質B的質量分數增加了

D.a>b

解析 此題用勒夏特列原理從壓強角度無法判斷平衡移動的方向（因為化學計量數a、b相對大小不知），有些學生便改為比較濃度的大小來判斷.因為達到新平衡時B的濃度是舊平衡時的60%，即平衡移動后B的濃度減小了，從而推出“平衡逆向移動”的錯誤結論.這明顯是受表面現象所迷惑、干擾的結果.“三態分析模式”就像一雙“火眼金睛”，幫助我們識破陷阱，看清真相.

（1）建立“三態”模型，標注有關量.

（2）比較分析，解決問題.

氣體B在“舊平衡態”時濃度是cB，容器體積增大一倍后，在“瞬間態”時濃度變為50% cB，平衡移動后在“新平衡態”時濃度又變為60% cB.“舊平衡態”經平衡移動后變為“新平衡態”，氣體B的濃度確實變小了，但能否據此推出“平衡逆向移動”呢？顯然不能.因為此“二態”的容器體積已經不同（分別是V、2V），用公式n=cV進行計算，得知“舊平衡態”經平衡移動變為“新平衡態”后氣體B的物質的量反而增多了，故反而推出平衡正向移動.這是通過比較“新平衡態”與“舊平衡態”而得出的結論.

通過比較“新平衡態”與“瞬間態”亦可得出相同結論.“新平衡態”氣體B的濃度比“瞬間態”大，且此“二態”的容器體積均是2V，根據n=cV，得知平衡從“瞬間態”移動到“新平衡態”時氣體B的物質的量增多了，故亦可推知平衡正向移動.平衡正向移動會導致物質B的質量分數和物質A的轉化率增大.另外，增大容器體積實則是減小壓強，根據勒夏特列原理，平衡應向氣體化學計量數大的方向移動，故a

例2 在溫度為t℃，壓強為1.01×106pa的條件下，某密閉容器內，下列反應達到化學平衡：A（g）+B（g）3C，測得此時c（A）=0.022 mol/L；壓縮容器使壓強增大到2.02×106pa，第二次達到平衡時，測得c（A）=0.05 mol/L；若繼續壓縮容器，使壓強增大到4.04×106pa，第三次達到平衡時，測得c（A）=0.075 mol/L.則下列關于C物質狀態的推測正確的是（ ）.

A.C為非氣態B. C為氣態

C. 第二次達到平衡時C為氣態

D. 第三次達到平衡時C為非氣態

解析 此題看似復雜、抽象，但用“三態分析模式”能很好地突破思維障礙.

（1）建立“三態”模型，標注有關量.

（2）比較分析，解決問題.

壓縮容器使壓強由1.01×106pa增大到2.02×106pa，“瞬間態Ⅰ”的容器體積應是“舊平衡態”的12倍，故“瞬間態Ⅰ”的c（A）應是“舊平衡態”的2倍，為c（A）=0.022mol/L×2=0.044mol/L，又知“新平衡態Ⅰ”c（A）=0.05 mol/L，且“新平衡態Ⅰ”與“瞬間態Ⅰ”的容器體積相等，可知“瞬間態Ⅰ”變為“新平衡態Ⅰ”時氣體A的物質的量增多了，故推知平衡逆向移動.因為增大壓強平衡逆向移動，根據勒夏特列原理，逆向移動方向應是氣體體積減小的方向，即氣體生成物的化學計量數之和應大于氣體反應物的化學計量數之和，故物質C只能是氣態.繼續壓縮容器使壓強增大到4.04×106pa，得“瞬間態Ⅱ”，“瞬間態Ⅱ”的容器體積應是“新平衡態Ⅰ”的1/2倍，故“瞬間態Ⅱ”c（A）應是“新平衡態Ⅰ”的2倍，為c（A）=0.05 mol/L×2=0.1mol/L，比“新平衡態Ⅱ”的c（A）=0.075 mol/L大，且“瞬間態Ⅱ”與“新平衡態Ⅱ”的容器體積相等，可知“瞬間態Ⅱ”變為“新平衡態Ⅱ”時氣體A的物質的量減少了，故平衡正向移動，氣體反應物的化學計量數之和應大于氣體生成物的化學計量數之和，推知物質C應為非氣態.答案：CD