基于“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)的教學(xué)實踐

張新勇

一、提出問題

在恒溫恒容下，2NO2 N2O4反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，再通入一定量的N2O4氣體，平衡如何移動？

（1）從濃度變化角度分析：N2O4濃度增大，平衡逆向移動。

（2）從壓強變化角度分析：體系壓強增大，平衡正向移動。

學(xué)生對化學(xué)平衡移動已有一定認(rèn)識，但又沒有完全掌握原理的內(nèi)涵，因而產(chǎn)生了認(rèn)知困惑。

二、解決問題

1.宏觀辨識得出結(jié)論

【實驗】用針筒往平衡體系中快速推入N2O4氣體，觀察到氣體顏色逐漸加深。請分析得出什么結(jié)論？

【分析】氣體顏色逐漸加深，說明NO2濃度逐漸增大，得出平衡逆向移動。即應(yīng)該從“濃度變化”角度分析。

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗是化學(xué)的靈魂，實驗也是學(xué)生比較直觀的觀察手段，通過宏觀辨識讓學(xué)生產(chǎn)生感性認(rèn)識并得出結(jié)論。

2.微觀探析分析本質(zhì)

【任務(wù)】在恒溫下，上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，可采用哪些方法增大壓強？瞬間分別導(dǎo)致NO2濃度和N2O4的濃度如何變化？

【分析】增大壓強的一種方法是外力壓縮容器體積，瞬間將導(dǎo)致NO2濃度和N2O4濃度同等程度增大。另一種方法是通入氣體，如通入N2O4氣體，瞬間將導(dǎo)致N2O4濃度增大而NO2濃度不變。

【結(jié)論】恒溫下，外力壓縮容器體積增大壓強瞬間引起所有組分氣體濃度同等程度改變。“壓強變化”與“濃度變化”有著本質(zhì)的不同。

通過微觀探析本質(zhì)讓學(xué)生從微觀層面認(rèn)識氣體壓強和氣體濃度對化學(xué)平衡影響的本質(zhì)原因，從而提升學(xué)生想象力，理解看不見、摸不著的微觀世界。從認(rèn)識論上來說，宏觀辨識到微觀探析是學(xué)習(xí)者對物質(zhì)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的一次飛躍。

3.曲線表征拓展內(nèi)涵

【任務(wù)】判斷平衡移動方向的一種方法是v正與v逆的相對大小關(guān)系，請畫出v-t圖像。

【分析】通入N2O4氣體的瞬間，N2O4濃度突然增大，v逆突然增大，而NO2濃度不變，v正不變，引起v逆>v正，平衡逆向移動。然后v逆逐漸減小，v正逐漸增大，一段時間后建立新的平衡狀態(tài)，作出v-t圖像。

符號表征是指符號在大腦中記載和呈現(xiàn)的方式，這些符號和圖像是化學(xué)獨特的符號體系，有其特有的語言和語法規(guī)則，是化學(xué)學(xué)科內(nèi)進行思維的基本工具。借助化學(xué)反應(yīng)速率理論，運用v-t圖像表示外因?qū)瘜W(xué)平衡移動的影響，更直觀地解決之前的一些學(xué)習(xí)困惑。

4.定性定量體現(xiàn)多樣

【任務(wù)】判斷平衡移動方向的另一種方法是初始濃度商Q與平衡常數(shù)K的相對大小關(guān)系（溫度相同時），請用Q與K的相對大小關(guān)系進行分析。

【分析】原平衡Q=K。在恒溫恒容下通入N2O4氣體，N2O4濃度增大而NO2濃度不變，Q變大，而K不變，引起Q>K，平衡逆向移動。

【小結(jié)】在恒溫恒容下通入氣體，壓強肯定增大了，但是只有某些組分氣體的濃度增大，不同于外力壓縮容器體積增大壓強。要從“濃度變化”的角度分析平衡移動的方向。

三、問題變換

【任務(wù)】在恒溫恒容下，2NO2N2O4反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，若再通入一定量稀有氣體使壓強增大，平衡移動方向會如何。

【分析】通入稀有氣體，N2O4濃度和NO2濃度均不變，平衡不移動。此時，不能用“壓強變化”角度分析，因為N2O4濃度和NO2濃度并沒有同等程度增大。

【過渡】 經(jīng)過前面討論，我們發(fā)現(xiàn)，平衡中說的“壓強變化”是指外力改變?nèi)萜黧w積引起的壓強變化。根據(jù)所學(xué)知識，我們知道體積變化、溫度變化、氣體的物質(zhì)的量變化都會引起壓強變化。所以，平衡中說的“壓強變化”不包括溫度變化和氣體的物質(zhì)的量變化所引起的壓強變化。

四、歸納總結(jié)

影響化學(xué)平衡移動因素的判斷方法：①“壓強變化”是指外力壓縮容器體積，其本質(zhì)是所有組分氣體的濃度同等程度改變。②“通入氣體”應(yīng)該從“濃度變化”角度分析，方法是：單一組分濃度變化用平衡移動原理分析；多種組分濃度變化用Q與K的相對大小關(guān)系分析。

五、知識應(yīng)用

【任務(wù)】在恒溫恒壓下，2SO2 + O22SO3反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，若再通入一定量O2，平衡移動方向會如何。

【分析】通入氣體采用“濃度變化”角度分析。恒溫恒壓下通入O2，容器體積增大，SO2濃度和SO3濃度相同程度減小，而O2濃度增大，引起Q

（作者單位： 福建省泉州市培元中學(xué)）