變化觀念與平衡思想下的高中化學教學
——以化學反應速率與平衡為例

文 /楊美華

引 言

化學反應速率與平衡是高中化學的重難點知識。教師應認真研究變化觀念與平衡思想和相關教學內容之間的契合點，通過對教學內容的合理設計以及對學生學習過程的引導，使學生在牢固掌握該部分知識的同時，有效提升變化觀念與平衡思想，為順利完成核心素養培養目標打下堅實的基礎。

一、加深對化學變化規律的理解

認識到化學變化遵循一定的規律是變化觀念與平衡思想的具體體現[1]。在教學活動中，教師應注重從規律的內涵、規律的理解、規律的應用這幾方面展開教學。“化學反應速率與平衡”這一章內容最重要的規律為勒夏特列原理。該原理是分析化學平衡的主要依據。在課堂上，教師不僅要引導學生牢記并熟練闡述勒夏特列原理內容，還要結合具體的案例為學生詳細解讀勒夏特列原理，使學生更好地掌握這一原理的本質，能夠明確原理中“條件”包含的具體內容，理解“減弱”的含義。此外，教師還要展示相關例題，檢驗學生對該原理的理解程度，并及時糾正其在理解上的誤區，以下題為例。

下列實驗現象與反應能使用勒夏特列原理解釋的是（ ）。

A.將固體KSCN加入Fe（SCN）2溶液，溶液顏色 加深

B.工業合成氨在500℃條件下進行

C. H2、I2、HI平衡混合氣體加壓后，顏色加深

D.使用催化劑進行SO2制取SO3的反應

勒夏特列原理是可逆反應遵循的重要規律，解釋的是反應的移動方向。A項，加入固體KSCN使SCN-濃度增大，平衡正向移動，正確。B項，合成氨在500℃條件下進行主要是從催化劑活性以及提高化學反應速率方面考慮的，錯誤。C項的反應是前后氣體計量數不變的反應，加壓并不移動，其顏色加深只是加壓的緣故，錯誤。D項，催化劑不影響化學平衡移動，錯誤。綜上，只有A項可以用勒夏特列原理解釋。

二、準確把握化學變化的本質特征

化學變化的本質特征不僅有新物質的生成，還伴隨著能量的變化。教師使學生準確把握化學變化的本質特征，有助于促進學生變化觀念與平衡思想的提升[2]。 在課堂上，教師要注重運用多媒體技術宏觀、形象地展示化學變化的能量變化特點，使學生能夠根據物質的鍵能分析是放熱反應還是吸熱反應，掌握計算化學反應能量的相關思路與方法。另外，為了使學生更好地把握化學反應中能量變化的一些細節，教師應注重為學生講解相關的例題，進一步加深其認識，以下題為例。

乙烯和水加成制備乙醇的能量變化如圖1所示，則以下說法錯誤的是（ ）。

圖1

A.反應①中有碳碳雙鍵的斷裂

B.反應①和反應②均為放熱反應

C. C2H4（g）+H2O（l）= C2H5OH（l），ΔH=（E1- E2+ E3-E4）kJ/mol

D. H2SO4為反應中的催化劑，可提高反應物的平衡轉化率

解答該題需要學生讀懂與理解題意。通過分析反應①中的反應物和生成物可知，其屬于加成反應且伴隨著碳碳雙鍵的斷裂。反應①和反應②中反應物的總能量均高于生成物的總能量，多余的能量會散發出去，為放熱反應。將反應①和反應②的反應方程式相加，不難得出C項是正確的。將兩個反應進行綜合能夠發現H2SO4可以消去，表明其為催化劑，能提高反應速率，但不會促使平衡移動。綜上，D項的說法錯誤。

三、認識化學變化的可控性

為了更好地提升學生的變化觀念與平衡思想，教師應使學生認識到化學反應不僅有一定的限度、速率，還可進行調控。在實踐中，教師要根據教學目標開展教學活動，使學生掌握衡量化學反應限度的相關指標，尤其深刻地理解化學反應的速率，并能根據具體的化學反應運用某一物質衡量化學反應速率。同時，為使學生掌握化學反應調控的原則與方法，教師應注重為學生講解實際案例或經典例題，并與學生一起分析解題過程，以下題為例。

使用純凈的Cu和50mL過量濃HNO3反應制取NO2。如圖2所示，其中氣體體積為標準下測得，忽略體積變化，則（ ）。

圖2

A. OA段的反應速率快于AB段的反應速率

B. AB段反應速率加快，僅受到催化劑的作用

C. OC段使用濃硝酸表示的反應速率為0.2mol·L-1·min-1

D.反應體系中加入固體KNO3對反應速率無影響

解答該題需認識到可使用NO2在單位時間內的生成量表示反應速率。在1min內AB段生成的NO2的量更多，速率更快。影響化學反應速率的因素較多，反應速率加快可能是加入了催化劑，也可能是溫度升高。根據題干寫出對應的化學反應方程式，將圖象中生成NO2的量轉化為消耗濃硝酸的量，可知消耗濃硝酸 0.03 mol，反應速率可表示為0.03 mol/0.5L/3min= 0.2 mol·L-1·min-1。向反應體系中加入固體KNO3后，NO3-濃度變大，反應速率增大。綜上，該題選擇C項。

四、提升動態分析化學變化的能力

動態地分析化學變化不僅是一種能力，還是變化觀念與平衡思想強調的重要內容。為提升學生動態分析化學變化的能力，教師應有針對性地為學生講解相關的例題，并靈活運用多種手段，進一步加深學生印象，使學生掌握動態分析化學變化的規律。同時，教師還要認真落實專題訓練活動，給學生提供實踐機會，鍛煉其分析問題的靈活性，以下題為例。

如圖3，向A、B兩容器中分別加入1mol X+1mol Y、2mol X+2mol Y，剛開始兩容器的體積均為aL。在溫度及催化劑相同的條件下均發生反應：X（g）+ Y（g）

圖3

2Z（g）+ W（g）；ΔH＞0。平衡時A容器的體積為1.2aL，則以下說法錯誤的是（ ）。

A.反應開始時，B容器的反應速率快

B. A容器中X的轉化率大于B容器

C.打開K一段時間達到平衡時，A的體積為2.4aL（忽略連通管中的氣體）

D.打開K后到達新的平衡，將B容器的溫度升高，A容器的體積會增大

開始時，B容器反應物的濃度高于A容器，因此反應速率更快。假設B容器的體積也是可變的，則A、B兩容器中的平衡等效，X的轉化率相等。實際上，B容器中的反應相當于增大壓強，平衡左移，X的轉化率降低。打開開關K后，在溫度不變的條件下達到平衡，和開始加入3mol X+3mol Y的平衡等效，且和A容器起初的平衡等效，反應物轉化率不變。平衡時，氣體總質量為A容器中的3倍，即3.6aL，其中B容器為1aL，則A容器的體積為2.6aL。由題意可知，該反應為吸熱反應，打開K后，升高溫度平衡右移，體積增大。綜上，只有C項錯誤。

五、注重提升解決實際問題的意識

為了更好地提升學生的化學變化觀念與平衡思想素養，教師應注重創設實際問題情境，提升與鍛煉學生解決實際問題的意識，在深化其對化學知識本質理解的同時，使其更好地把握解決實際問題的細節及注意事項。在課堂上，教師應注重給學生預留獨立思考、相互討論的時間，以下題為例。

（1）反應達到平衡后，以下措施中能夠提高CH3OCH3產率的有_____；

A.升高溫度 B.增大壓強

C.加入CH3OH D.移出H2O

E.使用催化劑

（2）反應Ⅰ的正、逆反應速率方程分別為v正=k正c(CO)c2(H2)、v逆=k逆c(CH3OH)，其 中k正、k逆，分別表示正逆反應的速率常數，圖4中斜線①、②分別表示k正、k逆隨溫度變化情況，則ΔH1______0（填“＞”“＜”或“=”），圖4中A、B縱坐標分別為x + 0.5、x -0.5，則溫度T1時化學平衡常數K=_____；

圖4

該題以實際化工生產為背景進行設問，考查學生對所學知識的理解及應用情況。該題涉及一些新的概念，難度較大，需要學生在理解新概念的基礎上，尋找與所學知識的聯系，更好地找到突破口。問題（1）反應Ⅱ是氣體分子數不變且放熱反應，根據勒夏特列原理原理，要想平衡正向移動應選擇的措施為C、D；問題（2）根據給出的方程，由平衡時v正=v逆得到平衡常數K=，由圖4可推理出，隨著溫度升高增大，平衡正向移動，因此，反應Ⅰ正向放熱，ΔH1＜0，則溫度為T1時化學平衡常數K==10-2。

六、啟發學生養成善于總結的習慣

教師應認識到培養學生化學變化觀念以及平衡思想素養是一個緩慢的過程，要做好長期的思想準備，鼓勵學生養成善于總結的良好習慣。教師要根據學生的學習實際做好教學課時的設計，尤其要給其預留總結的機會，使其在回顧所學基礎知識的同時，掌握相關的解題細節。

將一定量純凈的氨基甲酸銨置于密閉真空體積恒定的容器中，不考慮固體試樣體積，發生以下反應：使 其達到平衡，測得不同溫度下平衡數據，如表1所示，則以下判斷錯誤的是（ ）。

表1

A.平衡后，若在恒溫下壓縮容器體積，則氨基甲酸銨的質量增加

B.若混合氣體平均相對分子質量為26，表明反應已達平衡

C.由表中數據可知，25℃時分解的濃度平衡常數約為1.6×10-8mol3/L3

D.若保持溫度及容器體積不變，平衡后再充入n(NH3) ：n(CO2) = 2:1，則再次達到平衡時，c(NH3)不變

在解答該題時，學生需要認真分析表中給出的數據，結合化學反應方程式在明確各物質狀態的情況下進行分析判斷。因為反應是氣體分子數增加的反應，所以壓縮容器體積平衡逆向移動，氨基甲酸銨的質量增加；生成物氣體物質的量之比為2∶1，經過分析不難得出混合氣體平均相對分子質量始終為定值26，因此，無法判斷其是否達到平衡；根據25℃條件下對應的化學平衡數據，可得出c(NH3) = 3.2×10-3mol/L， c(CO2)=1.6×10-3mol/L，代入化學平衡常數計算公式可得K≈1.6×10-8mol3/L3；溫度與體積均不發生改變，平衡加入的NH3和CO2物質的量之比為2∶1，整個體系中兩者物質量的比值并未發生改變，則化學平衡常數的表達式可表示為溫度不變，K值不變，NH3的平衡濃度也不會改變。綜上，錯誤的選項為B。

結 語

在當前教育背景下的高中化學教學活動中，教師應落實核心素養培養工作，認真學習與研究相關文件內容，在此基礎上積極轉變教學觀念，在理論知識講解、例題講解、習題訓練等方面滲透核心素養內容。在“化學反應速率與平衡”教學中，教師要緊緊圍繞變化觀念與平衡思想進行教學活動的安排以及教學內容的設計，并給予學生引導與啟發，從而獲得良好的教學效果。