“化学平衡”复习课的教学设计及反思

摘要：从知识内容看：化学平衡知识是灵活性强、思维难度高的内容，通过此内容的教学为学生搭建平台以培养学生分析问题、解决问题及发散性思考问题的能力。从学生认知层面看：学生对化学平衡概念已掌握，以学生在生活中最常见的问题为切入口，再层层深入多角度设计一系列递进问题让学生解决，最终使学生建立起解决问题的知识体系、能力体系和方法体系。

关键词：教学创新；平衡知识应用；问题设计

文章编号：1005–6629（2013）12–0039–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 教学背景及设计意图

这是一节高三复习课（苏教版选修4《化学反应原理》），从知识层面看，化学平衡是灵活性强、思维难度高的内容。需要通过设置问题，让学生在解决问题中掌握其思考方法，发展举一反三、触类旁通的思维能力。从学生认知层面看，由于已具备一定的知识基础，容易产生对化学平衡问题“炒冷饭”的疲倦感，失去复习兴趣。本文大胆尝试改变复习模式，改原有的先复习总结、再练习加深巩固概念的应试复习模式为采用以生活中最常见的事物作为切入口，师生共同挖掘问题，不断深入，层层递进。以问题带概念、以分析问题带方法指导、以解决问题为平台进而提高学生的思维能力。

2 考试说明和要求

关于“化学平衡”，浙江省高考考试大纲作出了如下说明[1]：

（1）了解化学反应的可逆性。

（2）了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

（3）理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。

（4）了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

3 教学过程

3.1 提出一个实际问题，厘清知识的基本概念

师引一：（展示碘钨灯系列图片及工作原理并提

问）请写出碘钨灯中发生反应的化学方程式。

图1：（幻灯）

工作原理：纯钨灯在灯丝工作发热时，钨不断挥发凝结在灯泡壁上，导致钨丝不断变小而断裂。若在灯泡中充入碘，由于灯泡壁温度保持在250～1200℃之间，从灯丝蒸发出来的钨在灯泡壁处与碘（I2）形成易挥发的碘化钨（WI2）分子。因灯泡内气体循环流动，WI2不断重新回到灯丝附近，而灯丝附近温度在1400℃以上，碘化钨在灯丝附近分解成碘和钨，钨原子回到灯丝上，游离碘在灯丝附近向外扩散至灯泡壁，这样通过碘循环把钨从灯壁带回到钨丝上……

生练：（板书平衡方程式）W（s）+I2（g） WI2（g）

师问：这是一个可逆反应，下列各项哪些是这个可逆反应达到平衡的标志？

（1）正逆反应的速率相等；

（2）混合物体系中各成分的含量不变；

（3）混合气体的平均相对分子质量不变；

（4）体系温度不变；

（5）气体密度不变；

（6）体系颜色不变；

（7）体系压强不变；

（8）一个碘分子生成同时生成一个碘化钨。

生答：1234568。

师问：请解释选择3、5的理由？

生答：M= ，当反应达到平衡时，W（气体总质量）不变，n（气体总物质的量）不变，M（平均摩尔质量）就不变。

ρ= ，当反应达平衡时，W（气体总质量）不变，V（气体总体积）不变，ρ（气体密度）也不变。

3.2 探讨一个实际问题，延伸原理的基本应用

师引二：（加深概念理解，灵活运用知识，并引导学生发现问题、提出问题和讨论解决问题）同学们不但要掌握基本概念，还要学会对概念进行灵活运用，解决相关问题。请大家思考，你能否用化学平衡知识对碘钨灯提出有关问题？让我们继续一起来探讨。

师问：还有问题吗？

生问：其平衡表达式如何写？

生答：钨在此段温度下是固体，所以平衡表达式为K= 。

生问：那么玻璃壁附近以碘与钨化合为主、钨丝附近以碘化钨分解为主吗？

师答：是的。利用温度升降可引起平衡反向移动，请问此原理有何用途？

生答：可否提纯单质钨？

生讨论：应该可以，通过控制不同区域温度高低，从而从一个区域物质通过化合再转移到另一区域分解，达到提纯的目的。

师总结：很好！这种提纯方法工业上叫气相转移

法。（让学生比较复习方法，让学生得出结论）我们比较一下复习方法：直接做选择题好还是大家通过一起讨论问题使复习获益更多？

例1：（幻灯）（08广东卷）碘钨灯比白炽灯使用寿命长。灯管内封存的少量碘与使用过程中沉积在管壁上的钨可以发生反应：W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0。下列说法正确的是（ ）

A.灯管工作时，扩散到灯丝附近高温区的WI2（g）会分解出W，W重新沉积到灯丝上

B.灯丝附近温度越高，WI2（g）的转化率越低

D.利用该反应原理可以提纯钨

学生比较后得出结论：用讨论的方法不仅解此题时能很快得到解答，还能使概念更加清晰，且能解决一类问题。

3.3 深化一个实际问题，拓展解题的基本技能

师引三：（把速率和平衡问题由定性引向定量，从而使学生的思考方法更加丰富）在碘钨灯管内，碘加多了有何不好？

生答：碘加多了，反把部分灯丝中的钨消耗掉：W（s）+I2（g） WI2（g）；碘加多了，当碘完全气化时管内压强增大，压力大灯泡安全性差；碘加多了，碘蒸气会使透光率变差……

师答：很好，在灯管内加入多少碘较合适？要解决这类问题关键是要进行模拟实验，得到一些数据，再去解决实际问题。

师问：（幻灯）有一模拟实验，向体积为0.2L的密闭容器中加入0.01 mol碘单质和足量的钨，当温度为943K时存在：W（s）+I2（g） WI2（g）反应，反应达到平衡时碘单质的转化率为20%，

（1）求943K时此反应的平衡常数？

（2）若加压正逆反应速率如何变化，碘的百分含量变化否？平衡常数呢？

（3）若在此密闭容器中再加入0.01 mol WI2达平衡后

①此时容器中各气体的体积比？

②此情况下的平衡常数？

③当同时加入I2（g）和WI2（g），如何判断平衡移动方向？

（4）理论上当碘钨灯工作1小时后灯管内气体平均摩尔质量增加0.919 g·mol-1后不再增加了，则含1 mol碘的碘钨灯中达平衡时有多少mol碘化钨生成？（已知钨的相对原子质量为183.8）

生分析（板书）： W（s）+I2（g） WI2（g）

起始（mol） 0.01 0

转变（mol） -0.01×20% 0.01×20%

平衡（mol） 0.008 0.002

（1）K= =（0.002÷0.2）÷（0.008÷0.2）=0.25

（2）正逆反应速率同时加快；平衡不移动；碘的百分含量不变；平衡常数只受温度影响，故K不变。

（3）①同温同压下，VI2：VWI2=4：1

②因温度不变，K不变，K=0.25

3.4 提升一个实际问题，丰富思维的基本方法

师引四：（把定量处理的方法进行形象化，一方面综合速率与平衡的关系，另一方面让学生体会影响平衡移动的诸因素都是正逆速率变化所致，学会抽象问题直观化，更好地理解和掌握其平衡移动的本质，同时让学生学会多因素的问题可通过图像曲线表达来处理的图像法）很好，这样就可解决灯泡内应加多少碘最合理的问题了。灯泡在实际工作时，灯丝附近的温度与周边的温度不一样，工作开始时灯泡内的压强变化也不一样，故解决实际问题时还需要考虑到温度、压强等诸多因素。如何先按单因素来处理，再把单因素综合成整体来考虑问题呢，一种方法是把定量的数字问题转化为图像处理，这是科学上常用的一种方法，通过研究变化趋势从而更加简洁直观地找到其变化规律，我们能否试着画出W（s）+I2（g） WI2（g），ΔH<0，速率ν与时间t的ν-t草图：一定温度下过量W与I2蒸气反应达平衡，到t1时升高温度，到t2时再加压，再到t3时加催化剂，到t4时加I2。

生讨论：（板书图像）如图2。

师问：评判同学画的图像的正误？

生答：t1处图像画错了，应正逆反应速率同时加快，ν逆 线在t1处不相连。

师问：除了ν-t图像外，试用“综合问题剖析-分解成单因素-综合找规律”的方法画出各类图形：画出不同温度（T1>T2）下WI2浓度与时间t之间的c（WI2）-t草图和WI2物质的量百分数与压强p之间的W（WI2）-p草图。

注：这是综合了反应速率和化学平衡图，学生若能画出相应图，说明对速率与平衡关系概念已基本理解。

生答：（板书图像）如图3和图4。

3.5 综合一个实际问题，强化迁移的基本途径

师引五：（把学到的思维方法和处理方法再进行拓展，让学生在巩固现有知识的基础上实现综合联想和创新，从而达到对速率和平衡的规律的全面掌握）刚才我们对气态碘化钨的化学平衡进行研究，建立化学平衡的条件是其体系必须是一个密闭体系，那么当把固体碘化钨加入水中时，能否建立起相应的化学平衡？请同学们根据已学过的平衡知识讨论可能会建立起哪些平衡？（同学之间先讨论3分钟后汇报）

生答：（开始学生没有头绪，提问WI2是否溶解等，教师提示学生在不知道其性质时，应全面分析各种可能情况，然后用假设方法进行处理，让学生真正学会思考问题的方法。学生分组讨论后，通过汇报集中意见，最后形成下列结论）

师问：对一个陌生的物质，要对其不同的状况进行分析，从而学会思维的有序性和完整性。从梳理水解平衡常数书写的推理过程中，总结出平衡常数表达式的规律？

生答：平衡常数表达式共同点：产物浓度系数幂次积与反应物浓度系数幂次积的比值（固体、纯液体浓度是常数，不写入表达式）[2]。

师释：水解平衡常数表达式在考纲中是不要求的[3]，但应学会类比的思考方法，参照前面几个平衡常数表达式写出钨离子的水解平衡表示式。

3.6 抽象一个实际问题，学会归纳的基本思想

师引六：（从化学反应速率与化学平衡的问题解决中，让学生归纳出所有平衡问题的相同规律，把复杂问题归一化，提升学生的思维能力，丰富学生的复习方法）请从平衡特征、外界条件对平衡的影响及平衡常数表达式三方面讨论各种平衡体系的共同点？

生讨论汇报：平衡特征共同点：ν正=ν逆；各组分浓度保持不变。

外界条件对平衡的影响共同点：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动（即勒夏特列原理）[4] 。

平衡常数表达式共同点：产物浓度系数幂次积与反应物浓度系数幂次积的比值（固体、纯液体浓度因是常数，不写入表达式），是一常数。

师总结：（思维提升）无论是气体物质间的化学平衡还是溶液中的各种平衡，其平衡特征、平衡移动以及平衡常数的表达式的思维方法都一样。掌握了气体物质间的化学平衡，其他平衡可依此类推！

这节课我们通过一个例子：W（s）+I2（g） WI2（g），总结梳理了一个系统的知识：速率与平衡，获得一系列的解题方法：定量方法和图像处理方法等。

当某一反应一定时，其速率和平衡会受到外因的作用而变化。

速率表达式：ν= （Δc为某一反应物或生成物变化浓度）。适合于所有反应，可求定温定压下某一时间段内的平均速率。

平衡常数表达式：K=（固体、纯液体浓度不写入）。适合于所有可逆反应，可求定温下达到平衡状态时的常数及各浓度之间的关系。

其实在碘钨灯的工作原理中也存在速率和平衡中的矛盾统一，隐含着问题解决的很多化学哲学思想，这些都留给同学自己下课后反思！谢谢大家的配合！

4 教学反思

（1）如何从速率与平衡的抽象概念转化为现实问题是这节课的尝试之一，通过碘钨灯的实例使学生在解决问题中获得了系统知识的复习巩固。

（2）教学创新是复习课要考虑的要素之一，若重复知识复习不仅使学生兴趣寡然，更主要是教学效率低下。通过改编例题成实际问题，从而使复习更富针对性，学生在问题的解决中获得了方法和思想。

（3）从定性到定量，从文字、数字到图像，从化学平衡到溶液中的溶解、电离平衡，最后到从未接触过但又可通过化学平衡可推理的水解平衡式的书写，让学生自悟出平衡的基本规律。（注：有老师提出水解平衡常数考纲没有要求。本文认为这可归入化学平衡知识范畴，也恰恰是对学生创新应用知识的一个检验，课后发现学生基本上都能写对表达式，其教学目的也就达到了。）

（4）碘化钨是一种新物质，通过对新物质的性质进行假设，一方面通过几种可能性的推理达到锻炼思维的有序性和完整性的目的，另一方面通过一种物质把化学平衡的几种类型串起来思考，给学生一种复习思考的范式，让学生学会举一反三的推理方法，达到以点覆面的目标。

（5）本节课用问题作为平台以丰富学生的有效复习方法和提高其思维能力。这样的设计只是一种尝试，其选择和创新问题还需周密考虑，学生讨论时间的掌握、学生发现问题能力和解决问题能力的提高还需要进一步探索。

参考文献：

[1] 2010年浙江高考考试说明（理综化学）.http：//www.zxjkw. com/article/gaokao/sort03639/info-2752_2.html，2011.3.23.

[2]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（第4版）[M].南京：江苏教育出版社，2009：49.

[3]浙江省教育厅办公室.学科教学指导意见[M].杭州：浙江教育出版社，2009：62.

[4]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室编.无机化学（上）（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2002：246.