用自制教具演示實(shí)驗(yàn)幫助理解化學(xué)平衡移動(dòng)原理

陳海濤

(江蘇省昆山陸家高級(jí)中學(xué) 215331)

一、問(wèn)題的提出

化學(xué)平衡是高中化學(xué)中的基礎(chǔ)理論之一，是培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“ 變化觀念與平衡思想”等學(xué)科核心素養(yǎng)的重要知識(shí)載體.化學(xué)平衡移動(dòng)原理(被人們稱為勒夏特列原理)：改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)因素，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng).由于該概念抽象，要求學(xué)生有一定的抽象思維能力和想象能力才能理解，對(duì)學(xué)生要求較高.針對(duì)這一難點(diǎn)，如果能將化學(xué)平衡移動(dòng)原理(即勒夏特列原理)形象化、具體化，在大腦中形成一個(gè)行之有效的模型，不但能理解原理所指的變化實(shí)質(zhì)，還能激發(fā)學(xué)生的想象能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

平衡移動(dòng)原理對(duì)所有的動(dòng)態(tài)平衡都適用, U型管中液面的變化正好能夠表現(xiàn)出平衡移動(dòng)原理.由此我用U型管、分液漏斗、導(dǎo)管、活塞、小燒杯等設(shè)計(jì)了一個(gè)的平衡移動(dòng)原理演示實(shí)驗(yàn)，能充分體現(xiàn)出平衡移動(dòng)原理中“減弱這種改變”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn).應(yīng)用到教學(xué)中收到了很好的效果.

二、教具的制作

取一個(gè)包裝箱內(nèi)拆出的較大的高密度EPS泡沫(電器等包裝箱內(nèi)都有)，用美工刀裁成“凸”形作為底座，側(cè)面粘貼一個(gè)方形薄木板或ABS塑料板.將U形管(左右兩端各有一個(gè)支管)、兩個(gè)單孔塞、兩個(gè)分液漏斗、導(dǎo)管、活塞、兩個(gè)小燒杯組裝成如圖1所示的裝置.在方形薄木板或ABS塑料板中間開(kāi)一個(gè)方形的孔作為觀察窗，從正面只能通過(guò)觀察窗看見(jiàn)U形管，看不到膠塞和支管等.在觀察窗兩側(cè)各有一把刻度尺，能上下移動(dòng)并固定，方便調(diào)節(jié)刻度板最長(zhǎng)線和液面對(duì)齊.刻度尺刻度為每小格對(duì)應(yīng)U形管內(nèi)1mL液體.實(shí)驗(yàn)時(shí)在背面操作.正面圖如圖2.

三、實(shí)驗(yàn)原理

開(kāi)始時(shí)U形管內(nèi)左右兩邊品紅溶液液面相平，將此時(shí)U形管內(nèi)兩液面相平看做化學(xué)平衡狀態(tài)，如圖1.,只打開(kāi)活塞b，關(guān)閉活塞a、c、d，向分液漏斗B中注入10mL的品紅溶液，U形管左右兩端液面都上升，但由于左端液面上方空氣是封閉的，液面上升后液面上方壓強(qiáng)變大，導(dǎo)致左端液面升高得比右端液面升高的少，左端減弱了液面的升高.能觀察到右端加入10mL紅色溶液，右端液面升高約9mL，左端液面升高約1 mL.能形象的理解成“右端加入10mL紅色溶液左端應(yīng)升高5mL，但只升高了1mL，減弱了液面的升高.”

開(kāi)始時(shí)U形管內(nèi)左右兩邊品紅溶液液面相平，將此時(shí)U形管內(nèi)兩液面相平看做化學(xué)平衡狀態(tài)，如圖1.從活塞a、b、c、d均關(guān)閉的狀態(tài)打開(kāi)活塞b和d，放出10mL的品紅溶液到小燒杯中，由于左端液面上方空氣是封閉的，液面下降后液面上方壓強(qiáng)小于右端液面大氣壓，導(dǎo)致左端液面下降得比右端液面少.可以觀察到左端液面下降約1 mL，右端下降約9mL.能形象的理解成“放出10mL紅色溶液左端應(yīng)下降5mL，但只下降了1mL，減弱了液面的下降.

四、演示過(guò)程

打開(kāi)活塞和b，關(guān)閉活塞c和d.從分液漏斗A注入品紅溶液.調(diào)節(jié)刻度板，使U形管兩端液面位于刻度板最長(zhǎng)線位置.將此時(shí)U形管內(nèi)兩液面相平看做化學(xué)平衡狀態(tài).下面分4步演示實(shí)驗(yàn).

1.僅僅打開(kāi)活塞b，其余活塞均關(guān)閉.向分液漏斗B中加入10mL品紅溶液，從正面(見(jiàn)圖2)可以觀察到左端液面升高約9mL，右端液面升高約1 mL.相當(dāng)于增大左端濃度，平衡向能使?jié)舛葴p小的右端移動(dòng)，但沒(méi)有完全移動(dòng)過(guò)去.即增大反應(yīng)物濃度，平衡向濃度減小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，但沒(méi)有完全移動(dòng)過(guò)去，只是減弱了增大的結(jié)果.

2.反之，僅僅打開(kāi)活塞a，其余活塞均關(guān)閉.向分液漏斗A中加入10mL品紅溶液，從正面(見(jiàn)圖2)可以觀察到右端液面升高約9mL，左端液面升高約1 mL.相當(dāng)于增大右端濃度，平衡向左端移動(dòng).即增大生成物的濃度，平衡向濃度減小的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，但沒(méi)有完全移動(dòng)過(guò)去，只是減弱了增大的結(jié)果.

3.打開(kāi)活塞a和b，關(guān)閉活塞c和d.調(diào)節(jié)刻度板，使U形管兩端液面位于刻度板最長(zhǎng)線位置.關(guān)閉活塞b,打開(kāi)活塞a，再打開(kāi)活塞c放出約10 mL品紅溶液后關(guān)閉，從正面(見(jiàn)圖2)可以觀察到U形管右端液面下降的比左邊多很多.相當(dāng)于減小右端濃度，平衡向能使右端濃度濃度增大的右方移動(dòng).即減小生成物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但沒(méi)有完全移動(dòng)過(guò)去，只是減弱了濃度減小的結(jié)果.

4.同理，打開(kāi)活塞a和b，關(guān)閉活塞c和d.調(diào)節(jié)刻度板，使U形管兩端液面位于刻度板最長(zhǎng)線位置.關(guān)閉活塞a,打開(kāi)活塞b，再打開(kāi)活塞d放出約10 mL溶液后關(guān)閉，可以觀察到U形管左端液面下降的比右端多很多.相當(dāng)于減小左端濃度，平衡向能使左端濃度增大的左方移動(dòng).即減小反應(yīng)物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，但沒(méi)有完全移動(dòng)過(guò)去，只是減弱了濃度減小的結(jié)果.

由于平衡移動(dòng)原理概念的復(fù)雜性和抽象性，幫助學(xué)生概念性地理解化學(xué)平衡的動(dòng)態(tài)本質(zhì)一直是化學(xué)平衡教學(xué)的重難點(diǎn).通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)觀察U形管內(nèi)品紅溶液液面的變化，在頭腦中形成一個(gè)行之有效的模型，能更好的理解平衡移動(dòng)原理，能培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“ 變化觀念與平衡思想”等學(xué)科核心素養(yǎng).能引導(dǎo)學(xué)生注意身邊的生活現(xiàn)象和化學(xué)的聯(lián)系，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.