“主題鏈接、模型建構(gòu)”，K即是Key
——以“化學(xué)平衡常數(shù)的計算與應(yīng)用”為例

屠利秧

（浙江寧波北侖明港高級中學(xué) 浙江·寧波 315800）

1 教學(xué)背景

化學(xué)平衡常數(shù)在高考中的題型難度大，綜合應(yīng)用能力要求高，許多學(xué)生盡管經(jīng)過系統(tǒng)的復(fù)習(xí)和大量習(xí)題的訓(xùn)練，但考試時遇到稍復(fù)雜問題還是束手無策。在此背景下，高三復(fù)習(xí)時需要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，幫助學(xué)生形成認(rèn)知模型，發(fā)展思維，提升解題能力。

學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，采用建模思想，將化學(xué)問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)知識變得清晰，更易納入學(xué)習(xí)者已有的知識框架中，解決化學(xué)問題時更容易實現(xiàn)遷移。

2 教學(xué)思路

證據(jù)推理與模型認(rèn)知作為核心素養(yǎng)之一，要求“能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架”。基于化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，從“整理歸納，求值識K—分點應(yīng)用，解題用K—鏈接高考，真題品K”三個環(huán)節(jié)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，闡述教學(xué)思路。（見圖1）

圖1

3 教學(xué)過程

3.1 整理歸納，求值識K

【導(dǎo)入】化學(xué)平衡常數(shù)的知識在高考中的考查形式比較綜合，它往往數(shù)形結(jié)合、變化莫測、撲朔迷離。同學(xué)們看到這類題目時會比較畏懼。今天就以認(rèn)識一種工具的角度來復(fù)習(xí)化學(xué)平衡常數(shù)。首先我們要熟悉這個工具的特點。請在學(xué)案上快速完成有關(guān)化學(xué)平衡常數(shù)的基礎(chǔ)知識整理。并完成以下練習(xí)：

例1：.反應(yīng) 2SO2(g)+NO2(g)2SO3(g)+NO(g)在一密閉容器中進(jìn)行。已知起始濃度c(SO2)=2mol·L-1，c(NO2)=2mol·L-1，達(dá)到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率為60%，求此反應(yīng)的平衡常數(shù)。

【師】解決此題的思路是什么？

【生】首先利用平衡常數(shù)的表達(dá)式寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，再根據(jù)題干的信息進(jìn)行計算。

【師】非常好，這個問題相對簡單，關(guān)鍵要熟練化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書寫。下面我們來解決變式訓(xùn)練1和訓(xùn)練2。

變式訓(xùn)練：

醋酸與氨水的Ka=Kb=1.8×10-5，當(dāng)兩者恰好完全反應(yīng)生成 CH3COONH4時，求 c（CH3COO-）/c(NH3· H2O)的值。

【生1】變式訓(xùn)練中，可以根據(jù)歸納整理中水解平衡常數(shù)Kh與電離平衡常數(shù)Ka/Kb和水的離子積常數(shù)Kw的關(guān)系，得出CH3COONH4溶液是呈中性的，再根據(jù)電荷守恒得出c(NH4+)=c(CH3COO-)，最后根據(jù) Kb的平衡常數(shù)表達(dá)式計算出 c(CH3COO-)/c(NH3· H2O)的值。

【師】總結(jié)一般題型中與K的計算相關(guān)的解題方法模型。

寫表達(dá)式→尋找等量關(guān)系→應(yīng)用守恒關(guān)系→簡化求解

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)通過幾個不同的題型求K的值，有利于引發(fā)學(xué)生的思考，不管題型如何變化，通過列出表達(dá)式，尋找相關(guān)等量點簡化計算，難題迎刃而解，幫助學(xué)生建構(gòu)求算K的方法模型。變式訓(xùn)練的難度略有提高，讓學(xué)生體會到頓悟的快樂，為下一環(huán)節(jié)K的運用做好了鋪墊。

3.2 分點應(yīng)用，解題用K

【過渡】通過上述應(yīng)用我們體會到K是一種工具，像是一把“key”，可以幫助我們解開很多繁“鎖”。請看應(yīng)用①，利用平衡常數(shù)判斷平衡移動的方向，進(jìn)一步明確正逆反應(yīng)速率的大小。

①判斷平衡移動方向。

例2：高爐煉鐵中發(fā)生的基本反應(yīng)：FeO(s)＋CO（g）Fe（s）＋CO（2g）；已知1100℃時K＝0.263。

（l）該反應(yīng)中平衡常數(shù)的表達(dá)式K= 。

（2）1100℃時測得高爐中 c（CO2）＝ 0.025mol/L，c（CO）==0.lmol／L，在這種情況下該反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)（填是或否），此時化學(xué)反應(yīng)速率是v（正）v（逆）。

【生】可根據(jù)K值的數(shù)值，計算得出Qc=0.25<0.263，反應(yīng)向正方向進(jìn)行。

【師】利用K還可以來判斷一些復(fù)分解反應(yīng)能否發(fā)生。請看應(yīng)用②，已知弱酸的電離常數(shù)越大，酸性越強(qiáng)。根據(jù)下題中給出的電離平衡常數(shù)，書寫相關(guān)反應(yīng)方程式。

②強(qiáng)酸制弱酸的思想判斷反應(yīng)能否發(fā)生。

例 3：已知：Ka（H2CO3）>Ka(HClO)>Ka(C6H5OH)>Ka（HCO3）>Ka(Al(OH)3)

(1)C6H5ONa溶液與二氧化碳反應(yīng)

(2)NaAlO2溶液與少量的二氧化碳反應(yīng)

實驗材料是采購于武漢大學(xué)典藏中心的人前列腺癌PC3 細(xì)胞株。雷公藤內(nèi)脂醇采購于美國Sigma公司，用無菌雙蒸水配制為1.0 mg/ml的儲備液，保存在-20°的冰柜內(nèi)備用。新生牛血清、DMEM培養(yǎng)液、胰蛋白酶購于美國BRL Gibco公司。

(3)NaAlO2溶液與過量的二氧化碳反應(yīng)

(4)HCO3—與 AlO2—反應(yīng)

【生】可以根據(jù)K值的大小判斷產(chǎn)物。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)設(shè)計了一些學(xué)生在做題時經(jīng)常容易寫錯的方程式，通過整合K的應(yīng)用，有利于提高學(xué)生書寫相應(yīng)離子方程式時的準(zhǔn)確率。根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知，能把陳述性的知識變?yōu)楦挥兴季S價值和思維模式的動態(tài)模式。

【師】通過以上幾個問題，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)平衡常數(shù)有很多用處，可以用來解釋我們原先感到迷惑，混淆不清的反應(yīng)。除此之外，平衡常數(shù)在處理復(fù)雜的圖像題時，也有妙用，請看應(yīng)用③，此題雖然表面上看上去和平衡常數(shù)關(guān)系不大，但用平衡常數(shù)來解決問題，不僅可以簡化步驟，還能提高正確率，大大降低難度。

③某些比值的判斷

【師】離子的濃度變化，看似復(fù)雜難懂，撲朔迷離。但事實上只要我們用心去總結(jié)歸納，尋找一些定量值之間的關(guān)系，難題迎刃而解，請看應(yīng)用④，這是2017年全國卷的改編題，試?yán)闷胶獬?shù)解決該問題。

例4：常溫下將NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH與離子濃度變化的關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是()

A．Kh(Na2X)的數(shù)量級為10-8

B．曲線M表示pH與lgc(HX-)/c(H2X)的變化關(guān)系

C．NaHX溶液中c(H＋)>c(OH－)

D．當(dāng)混合溶液呈中性時，

c(Na＋)>c(HX－)>c(X2－)>c(OH－)＝ c(H＋)

見圖2。

圖2

【生】各選項都可以通過平衡常數(shù)來求解，A選項。Kh=Kw/Ka，數(shù)量級為10-9，B選項，曲線N表示pH與lgc(HX-)/c(H2X)的變化關(guān)系，C選項通過計算電離平衡常數(shù)與水解平衡常數(shù)的大小判斷溶液的酸堿性。D選項，通過Ka2=1×10-7×c(X2－)/c(HX－)=1×10-5.3，比較 c(HX－)和 c(X2－)。

設(shè)計意圖：圍繞離子平衡圖像問題，從平衡常數(shù)的計算到運用平衡常數(shù)比較離子濃度大小、判斷溶液酸堿性、確定反應(yīng)進(jìn)行的方向等綜合性問題，進(jìn)一步挖掘?qū)W生的深度思維，有利于提高學(xué)生把K作為解題工具的意識。學(xué)生討論后，在教師的點撥下，關(guān)于K應(yīng)用的思維模型浮出水面。（圖3）

圖3

3.3 鏈接高考，真題品K

【過渡】通過今天的學(xué)習(xí)，相信同學(xué)們對K的應(yīng)用有了新的認(rèn)識。請大家解決一下2017年的11月的高考題。

【師】今天我們復(fù)習(xí)了化學(xué)平衡常數(shù)K的計算及應(yīng)用。我們首先總結(jié)考點，分析考向，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)；經(jīng)過“整理歸納，求值識K—分點應(yīng)用，解題用K—鏈接高考，真題品K”三個環(huán)節(jié)了解了K就是Key，是一把解題的金鑰匙，可以利用K這個工具解決一些難題。

設(shè)計意圖：通過鏈接高考，既可以反饋前一部分所學(xué)的知識，又可以增強(qiáng)學(xué)生對K的重要性的認(rèn)識，使學(xué)生建立起用K來解題的思維模型。

4 教學(xué)反思

本節(jié)課采用“主題鏈接，模型建構(gòu)”復(fù)習(xí)模式，有較好的復(fù)習(xí)效果。在研究高考試題命題規(guī)律的基礎(chǔ)上，以K為主題，鏈接相關(guān)考點，整合高頻考點和學(xué)生易錯點，精心設(shè)計問題，讓整節(jié)課實現(xiàn)知識的整合、思維能力的提升，同時能讓整節(jié)課鮮活靈動、充滿樂趣與挑戰(zhàn)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的目的。

“結(jié)構(gòu)化”是實現(xiàn)知識向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的有效途徑。平衡常數(shù)是高考中的一個難點，對學(xué)生的綜合素養(yǎng)和問題遷移解決能力要求較高，體現(xiàn)了對題干信息提取處理與整合的能力，利用數(shù)學(xué)思想和化學(xué)知識，通過計算演繹推理，解決復(fù)雜化學(xué)問題的能力。學(xué)生通過識K、用K、品K三個環(huán)節(jié)，在無形中建立和完善了思維模型，使得零散、抽象的知識結(jié)構(gòu)化。