建立動(dòng)態(tài)平衡思想　提升化學(xué)核心素養(yǎng)

梁健平

【摘 要】本文從“等效轉(zhuǎn)化”思想、“放大縮小”思想、定量分析以及抽象概括四個(gè)方面對(duì)高中化學(xué)中常見的動(dòng)態(tài)平衡問題進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生建立動(dòng)態(tài)平衡思想，更好地學(xué)習(xí)化學(xué)。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡 等效轉(zhuǎn)化 變量 定量 抽象概括

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）05B-0154-02

動(dòng)態(tài)平衡思想是高中生學(xué)習(xí)化學(xué)的必備素養(yǎng)之一。教師要注重改善教學(xué)方法，注重講課內(nèi)容的整體性、綜合性和開放性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)態(tài)平衡思想;鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，參與教學(xué)活動(dòng)。只有學(xué)生具備了一定的動(dòng)態(tài)平衡思維，才能更好地理解相對(duì)復(fù)雜的可逆反應(yīng)，才能完善地建立化學(xué)知識(shí)框架。

一、對(duì)比判斷，等效轉(zhuǎn)化

化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生可以正向進(jìn)行也可以逆向發(fā)生。等效平衡實(shí)際上是可逆反應(yīng)的飽和點(diǎn)，指的是在同一個(gè)可逆反應(yīng)體系中，在保持某些外界條件（恒溫、恒容或恒溫、恒壓）相同的條件下，無論是正反應(yīng)還是逆反應(yīng)，任何相同組分的含量均不變。由此學(xué)生可以根據(jù)可逆反應(yīng)中等效平衡的特點(diǎn)來思考和解決問題。

對(duì)可逆反應(yīng)進(jìn)行分析時(shí)，需要從正反兩個(gè)方面入手。學(xué)生在思考可逆反應(yīng)平衡問題的時(shí)候，一定要把握“含量不變”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，即以初始物質(zhì)作為參照物，對(duì)比得出物質(zhì)的濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)等都保持不變。只有學(xué)生建立等效平衡的思維途徑，才能更好地解決實(shí)際問題。

二、分析變量，放大縮小

“放大縮小”思想實(shí)質(zhì)上是根據(jù)化學(xué)方程式的比例，對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后，尤其是對(duì)可逆反應(yīng)的反應(yīng)物或生成物進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化分析時(shí)，要注意的是反應(yīng)的基礎(chǔ)條件是起始投入的物質(zhì)的量存在一定的倍數(shù)關(guān)系，即在一定條件下使反應(yīng)物濃度相等，建立一個(gè)平衡狀態(tài)，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行升壓或降壓使其還原為原來的濃度，并對(duì)平衡的移動(dòng)方向進(jìn)行分析。

例如，學(xué)習(xí)“影像化學(xué)反應(yīng)速率的因素”時(shí)，學(xué)生需要考慮的仍然是平衡問題，但是與等效平衡相比更為抽象。因此，筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)這兩個(gè)板塊的內(nèi)容進(jìn)行專題探究。如下題：

作為參考案例，在題目中我們發(fā)現(xiàn)容積不變，也就是說容器內(nèi)壓力在升高。因此筆者引導(dǎo)學(xué)生假設(shè)原來在容積為 1 L 的容器中通入 1 mol NO2，達(dá)到平衡后 NO2%=a%，然后在容積還是 1 L 的情況下又向容器中通入了 1 mol NO2，等效于體積壓縮，原來 2 L 的容積被壓縮成了 1 L。此時(shí)的平衡右移，生成物產(chǎn)量增加，NO2 的量減少，即 NO2%

放大縮小問題中平衡的移動(dòng)因素是解決問題的關(guān)鍵。與等效平衡不同，“放大縮小”的實(shí)際問題更為抽象，需要學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行變構(gòu)重組，從變化趨勢(shì)的角度入手，判斷反應(yīng)物與生成物的相互關(guān)系。同時(shí)，化合價(jià)的變化也是學(xué)生需要注意的一點(diǎn)。無論是放大縮小問題還是等效平衡問題都可能存在化合價(jià)配平的問題。

三、考慮定量，固定條件

化學(xué)方程式是化學(xué)的基本語言。書寫化學(xué)方程式需要學(xué)生掌握元素的基本化合價(jià)變化，并根據(jù)化合價(jià)變化進(jìn)行推算?；瘜W(xué)反應(yīng)物在一定條件下可以達(dá)到平衡狀態(tài)，但是這些條件的改變反過來又會(huì)影響到平衡。

例如，在“電解池”這一內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要掌握陽(yáng)極、陰極的判斷方法，以及電路中電子的轉(zhuǎn)移情況。筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)陰極和陽(yáng)極的判斷很準(zhǔn)確，但是在根據(jù)電子轉(zhuǎn)移推算、書寫化學(xué)方程式和判斷反應(yīng)平衡的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上出現(xiàn)了問題。因此，筆者要求學(xué)生把相似的問題歸納，然后進(jìn)行集中探究。以下面題目為例：

利用“固定條件”的辦法可以幫助學(xué)生簡(jiǎn)化題目，挖掘題目的隱藏含義。在電解池這一類問題中，學(xué)生首先要突破的是如何判斷正負(fù)極并正確書寫正負(fù)極的反應(yīng)方程式，并配平方程式，然后根據(jù)具體的反應(yīng)方程式判斷電子轉(zhuǎn)移的數(shù)量問題。因此，掌握化學(xué)方程式的來龍去脈，是解決變量問題、固定條件的基礎(chǔ)。

四、借助圖形，抽象認(rèn)知

化學(xué)問題也包含一定的圖像解析，這是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。學(xué)生要學(xué)會(huì)“看圖”。在圖表中，橫坐標(biāo)代表化學(xué)反應(yīng)的量，縱坐標(biāo)代表化學(xué)反應(yīng)的部分條件，圖表中的曲線和走向則代表化學(xué)可逆反應(yīng)過程中物質(zhì)的變化。另外，一些特殊的點(diǎn)還可能代表了化學(xué)反應(yīng)過程中具體的量化分析突破點(diǎn)。

例如，在進(jìn)行“水溶液中的離子平衡”這一板塊的學(xué)習(xí)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)這一知識(shí)點(diǎn)的考查方式大多與圖表進(jìn)行結(jié)合。學(xué)生需要在掌握離子平衡概念和原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，在圖表中具體分析具體觀察。以“水的電離平衡曲線”為例，筆者與學(xué)生共同進(jìn)行了分析?？v坐標(biāo)表示[OH-]，橫坐標(biāo)表示[H+]（單位為 mol/l），圖像中有兩條曲線，第一條是在 100℃ 下水的電離平衡曲線，第二條曲線是在 25℃ 下水的電離平衡曲線。同時(shí)，A、B 兩點(diǎn)位于圖像第二條曲線上，C 點(diǎn)位于第一條曲線上。問 A、B、C 三點(diǎn) Kw 的大小關(guān)系。由圖像可以得知，25℃時(shí)水的電離常數(shù)為 10-14，而 100℃ 時(shí)水的電離常數(shù)為 10-12，所以 Kc>Kb。在分析圖表的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)的電離平衡曲線是一條反比例函數(shù)曲線，也就是說，這個(gè)反應(yīng)的電離平衡曲線符合反比例函數(shù)的特點(diǎn)，，即同一條曲線上的點(diǎn)代表的電離常數(shù)相等，因此我們可以得到 Ka=Kb。這道題目的結(jié)果為 Kc>Kb=Ka。這個(gè)題目就是一個(gè)數(shù)形結(jié)合的案例，把數(shù)學(xué)知識(shí)與化學(xué)知識(shí)相互融合進(jìn)行考查。

在圖形問題中，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際情況取舍信息，簡(jiǎn)化題目。在觀察圖像的同時(shí)，圖像中的特征會(huì)給學(xué)生提供一些解題信息。學(xué)生需要把握與圖像有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，懂得變通，掌握數(shù)字與圖形的轉(zhuǎn)換。只有通過基礎(chǔ)知識(shí)的不斷積累以及大量習(xí)題的訓(xùn)練，學(xué)生才能逐漸熟悉掌握和應(yīng)用知識(shí)。

五、巧用中和，具體分析

酸堿中和反應(yīng)是高中化學(xué)中占有很大比重的一部分內(nèi)容。中和反應(yīng)的反應(yīng)物不只是強(qiáng)酸強(qiáng)堿的反應(yīng)，而是強(qiáng)酸弱堿以及弱酸強(qiáng)堿的混合反應(yīng)。中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是 H+ 和 OH- 結(jié)合生成水 HO2 和鹽，也就是“酸+堿→鹽+水”的反應(yīng)。但是，有鹽和水生成的反應(yīng)，不一定是中和反應(yīng)，如：

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

而判斷是否完全中和是以酸堿是否恰好完全反應(yīng)作為標(biāo)準(zhǔn)的。

例如，在進(jìn)行“中和滴定”這類問題的學(xué)習(xí)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于學(xué)生來說，中和滴定中的平衡問題是一個(gè)難點(diǎn)。因?yàn)樗釅A滴定中的理論值和實(shí)際值總有相差，所以無法直接觀察到中和點(diǎn)。滴定時(shí)酸堿的強(qiáng)弱不同，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)溶液的酸堿性就不同。需選擇適當(dāng)指示劑使終點(diǎn)等于當(dāng)量點(diǎn)，并以此作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，指示劑的選擇是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和滴定當(dāng)量點(diǎn)溶液 pH=7。酸堿滴定中三個(gè)重要的點(diǎn)：

當(dāng)量點(diǎn)：酸的當(dāng)量數(shù)=堿的當(dāng)量數(shù)（二者正好完全反應(yīng)）;終點(diǎn)：指示劑變色的點(diǎn);中和點(diǎn)：酸堿滴定過程中，容易恰成中性的點(diǎn)，即 pH=7 的點(diǎn)。注意，當(dāng)量點(diǎn)不一定等于終點(diǎn)，當(dāng)量點(diǎn)不一定等于中性。當(dāng)量點(diǎn)才是恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)。這時(shí)既可選酚酞做指示劑，也可選甲基橙做指示劑。一般不用紫色石蕊試液做指示劑，因其顏色突變不明顯。對(duì)于強(qiáng)酸與弱堿的中和滴定，當(dāng)量點(diǎn)時(shí)溶液顯酸性，溶液 pH<7，此時(shí)最好選甲基橙、甲基紅做指示劑，一般不選酚酞試液做指示劑，因?yàn)榉犹芤河鏊岵蛔兩?。遇堿變色時(shí)很可能已經(jīng)過了當(dāng)量點(diǎn)。對(duì)于弱酸與強(qiáng)堿的中和滴定，當(dāng)量點(diǎn)時(shí)溶液顯堿性，pH>7，這時(shí)最好選酚酞做指示劑，一般不選甲基紅和甲基橙做指示劑。酸堿反應(yīng)產(chǎn)生熱量：強(qiáng)酸強(qiáng)堿反應(yīng)，1 mol 氫離子與 1 mol 氫氧根離子反應(yīng)，△H=-57.3 KJ。

對(duì)于酸堿滴定的問題來說，當(dāng)量點(diǎn)是一個(gè)很重要的概念，要把握好。由于有弱酸弱堿問題的摻雜，因此中和反應(yīng)表現(xiàn)出了一定的不確定性。這要求學(xué)生熟悉把握各種指示劑的指示特點(diǎn)和應(yīng)用原則。在圖像問題中，當(dāng)量點(diǎn)和中和點(diǎn)反映在圖形曲線上，需要學(xué)生從定量和定性的角度分析。

化學(xué)是學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的重要基石。對(duì)化學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡開展專題探討，有利于學(xué)生對(duì)化學(xué)原理中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)歸納，教師需要起到良好的輔助和推進(jìn)作用，幫助學(xué)生消化抽象的化學(xué)原理和概念，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)態(tài)平衡思想，更好地幫助學(xué)生提升化學(xué)學(xué)科的基本素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

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（責(zé)編 盧建龍）