運用Excel建立化學平衡常數的教學實踐

于磊

摘要：運用Excel的函數圖像繪制功能和公式編輯計算功能，對可逆反應平衡濃度數據進行探究式的分析處理，使學生能夠通過猜想、驗證、歸納、演繹等理性思考方式來推導化學平衡常數的表達式，讓化學平衡常數概念自然地、順利地融入到學生原有的知識體系當中。

關鍵詞：化學平衡常數；探究式教學；Excel表格應用

文章編號：1005–6629（2016）6–0048–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學平衡常數在促進學生對化學平衡狀態、反應的限度及平衡移動規律的理解、提升學生應用平衡移動規律分析問題的能力方面具有重要價值[1]。可是化學平衡常數與自然常數不同，學生在此之前毫無認知基礎，因而化學平衡常數的建立要注重過程而非運用[2]，也就是說必須要對化學平衡常數的建立過程進行充分解構和深入剖析。因此，通過實驗、對數據歸納得出的結論進行解釋或論證，是實現化學平衡常數功能價值的有效途徑[3]。筆者在教學中運用Excel處理實驗數據，進而讓學生通過自己的努力探索出化學平衡常數，取得不錯效果。

1 設計思路

高中階段所學習的化學平衡常數是實驗平衡常數，所以化學平衡常數的建立過程就是對若干實驗數據的處理過程。以往，對實驗數據的處理主要存在著兩方面的問題：一是數據處理過程教師干預過多、引導過度，造成學生偽思考、假探究；二是數據處理過程受課堂時間所限，淺嘗輒止，不能讓學生算得明明白白，造成學生認識上有偏差。因此對實驗數據的分析過程和處理方法要符合科學探究思維習慣，要保證探究的真實性，要讓學生品嘗到原汁原味的探究過程。運用Excel可以實現和驗證學生的猜想、輔助學生方便快捷地處理繁瑣數據、改善教師的主導角色、節約課堂時間，進而開展真正的探究式學習。具體設想如下：

2HI（g）反應體系起始、平衡濃度數據和大學無機化學教材上合成氨反應實驗數據為探究對象，基于第四步得到的一般性的規律，運用Excel驗證規律的正確性和普適性，得到化學平衡常數的一般表達式，完成化學平衡常數的建立過程。

2 教學過程

引入：可逆反應達到平衡狀態時，如果溫度不變，反應的限度就不會改變。所以溫度恒定時，一個可逆反應由不同的路徑、不同的起始濃度達到同一限度必然存在著一種共性的東西或者一種不變的量。

提示：這組數據的特點是數值較小，數值間隔較大，直觀感受不強烈，也就是說我們通常所采用的觀察法在此行不通。那我們用什么辦法處理以下數據來增強直觀感受呢？

學生1：數學上經常采用數形結合的方法解決不明朗的問題，那么在此是否可以將數據轉化為圖像呢？

教師：這個想法非常好！可以用Excel辦公軟件來畫出這組數據的函數圖像。具體操作：框選出平衡濃度兩列數據，在功能區選擇“插入”選項卡，在“圖表”組中依次單擊“散點圖→帶平滑線的散點圖”（如圖2所示）。

提示：需要我們注意的是這個圖像是經過原點的，因為當這個可逆反應達到平衡狀態時，如果其中一個物質的平衡濃度為0，那么另一個物質的平衡濃度一定也為0。

學生1：這個圖像看著好像一個正比例函數圖像。

教師：如果是正比例函數，又能得到什么呢？

學生1：如果是正比例函數，那么[N2O4]/[NO2]就是一個常數。

教師：很好！那么[N2O4]/[NO2]到底是不是一個常數呢？可以用Excel來計算[N2O4]/[NO2]的值。具體操作：在E3單元格輸入“=D3/C3”，點擊回車鍵，就會產生計算結果（如圖3上所示）。選中E3單元格，把光標放在右下角出現“黑十字”，按住鼠標左鍵下拉，那么每一行的計算結果就都出現了（如圖3下所示）。

總結、提問：通過計算我們發現[N2O4]/[NO2]的值并不是一個常數，說明這不是正比例函數，請同學們繼續觀察，它還像什么函數圖像呢？

學生2：這段曲線也可以是一元二次函數圖像的一部分。按照前面的分析對應的這四個點應該在函數y=kx2上，也就是說y/（x2）=[N2O4]/[NO2]2是一個常數。

教師：是不是這樣呢？如上計算方式，將E3單元格中的公式“=D3/C3”改為“=D3/C3^2”，計算出結果（如圖4所示）。

學生2：所得結果近似一個常數！我猜測的是正確的！

教師：非常好！運用Excel來實現這位同學的想法（如圖7所示）。

學生4：果然是近似等于一個常數！

問題：我們歸納、總結一下這個“重大發現”，如何敘述呢？

學生：可以歸納為可逆反應達到平衡狀態時，“所有的生成物”平衡濃度的“化學計量數”次方的乘積與“所有的反應物”平衡濃度的“化學計量數”次方的乘積的比值是一個定值。

問題：那這個規律是不是這個反應的特例呢？具有普遍適用性嗎？

3 教學反思

化學平衡常數是抽象的概念，對于概念的理解和掌握要側重概念建立的過程，而化學平衡常數教學從現狀來看是不具備實驗探究條件的。本例運用Excel將“死”的數據變得“活”了起來，從而能夠吸引住學生的眼球，使學生對課程有思考、有期待，學生經過不斷的猜想與驗證，不斷地突破思維定勢，最終建立起化學平衡常數概念。從教學過程來看，由于Excel的使用，增強了課堂的趣味性，調動了學生的積極性、增強了學生的參與感，營造出了一種創新和高效的氛圍，達到了與實驗探究同樣的效果。

因此，在實際教學中，教師要注重教學技術和工具的靈活運用。信息化教學模式不只是播放PPT，還有很多其他軟件、數字化工具可供選擇使用。教師應該針對每一堂課的特點，結合教室里的多媒體平臺，合理選擇教學技術和工具，能起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1][3]支瑤，王磊，張緒姝.化學平衡常數對促進學生認識發展的功能價值分析及其教學實現[J].化學教育，2010，31（6）：29～34.

[2]顧曄.如何向高中生引入化學平衡常數[J].化學教育，2012，33（8）：20～22.

[4]馬夏君，張文華.對“化學平衡常數”教學的反思與探索[J].化學教學，2014，3（3）：37～41.