浓度对化学平衡的影响主题式教学

梁丹蕾

摘 要：围绕浓度对化学平衡的影响开展层层深入的主题式教学。首先利用实验探究和分析，从现象到本质认识浓度对化学平衡的影响。然后运用浓度对化学平衡的影响知识，选择工业合成氨的合适浓度配比，解决高考题，提升知识综合运用能力。通过层层递进的方式完成浓度对化学平衡的影响主题式教学。

关键词：化学平衡;合成氨;浓度配比

浓度对化学平衡的影响这一主题主要位于人教版教材，选修4第二章第三节《化学平衡》。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中“主题2：化学反应的方向、限度和速率”对化学平衡移动的内容要求为：

（1）通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。

（2）必做实验探究影响化学平衡移动的因素。

具体的学业要求为：

能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件的选择和优化。

学习活动建议：

（1）实验及探究活动：浓度对氯化铁与硫氰化钾反应平衡的影响;

（2）讨论影响化学平衡因素的理论解释，讨论合成氨反应条件的选择。

根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》的要求，设计浓度对化学平衡的影响主题式教学，教师设计了三个环节，充分发挥学生主体作用，获得知识，运用知识，提高能力：知识的获取→知识在生产中运用→知识综合运用，能力提升。

环节一：实验探究与微观探析，获得浓度对化学平衡的影响结论。

教师备课过程中，通过分析山东版教材浓度对化学平衡的影响和江苏版教材浓度对化学平衡的影响的设计，发现山东版教材使用的是Fe3+与SCN-反应生成硫氰化铁的实验，江苏版教材使用的是Cr2O72-与2CrO42-互相转化的实验。而人教版是两个实验均有。针对这个问题引导学生分析课本设计实验的目的。（1）讨论为什么课本设计Cr2O72-+H2O-?2CrO42-+2H+，Fe3++SCN-?Fe（SCN）3两个颜色变化的实验作为研究浓度对化学平衡的影响的实验。（2）讨论实验2—5是如何实现改变生成物浓度的？实验2—6是如何实现改变反应物的浓度的？

学生通过阅读、思考、分析得出分别设置两个颜色变化的试管实验的目的：首先有颜色变化的实验，更有利于从实验现象观察到平衡的移动。再者实验2—5代表改变生成物浓度对化学平衡移动的影响;实验2—6代表改变反应物浓度对化学平衡移动的影响。从反应物、生成物浓度变化两个角度，动态地分析化学变化。

学生明确实验设计的目的后，进行实验操作验证。通过观察明显的实验现象，认识到可逆反应的化学变化限度是可以调控的。学生分析改变浓度是通过加入不同浓度的反应物或者生成物，或者消耗反应物、生成物来实现。体现变化观念和平衡思想的学科核心素养。

学生基于实验结果获得结论：改变反应物或者生成物的浓度，化学平衡会发生移动。学生分析该现象的本质是：增大反应物浓度，正反应速率明显加快，逆反应速率不变，平衡向正反应方向移动;增大生成物浓度，逆反应速率明显加快，正反应速率不变，平衡向逆反应方向移动。作出速率时间图，学生进一步掌握浓度对化学平衡的影响方式。

引导学生更深入探究，在Fe3++SCN-?Fe（SCN）3反应中，增大SCN-离子浓度，不单只是平衡向正反应方向移动，还会使Fe3+转化率提高。这在生产应用中可以通过增加一种反应物浓度，提高另一种原料的利用率。在Cr2O72-+H2O-?2CrO42-+2H+反应中，消耗氢离子从而降低生成物氢离子浓度，溶液颜色会变成黄色。因为橙色的Cr2O72-转化率提高，黄色的CrO42-生成物产率提高，平衡向正反应方向移动。这在生产中，可以通过及时转移生成物达成提高原料的转化率或者是产品的产率。

由实验现象，学生获得浓度对化学平衡影响到规律。同时认识到实验室设计现象明显的实验是为了更便于观察，获得结论。结论可以用于指导解决实际工业生产中的问题。

环节二：工业合成氨中，各物质浓度配比的选择，体现浓度对化学平衡影响结论的运用。

在化工生产中往往不是以明显的实验现象作为判断标准，因此要有对起始浓度或者说投料浓度配比的研究。开展实验室实验探究是为了使用有明显的宏观现象的实验进行研究获得理论知识，从而指导生产的。工业合成氨是中学最常运用的实际生产例子。以工业合成氨为例：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），引导学生分析工业合成氨的方程式，按方程式反应物的比例，找到理论上工业合成氨的氮气与氢气最佳投料浓度比为1：3。

进一步给出工业合成氨的速率方程，反应速率与参与反应的物质的浓度存在如下关系式：v=kc（N2）c1.5（H2）c-1（NH3）。

学生通过观察以上关系式，选择合适的氮气，氢气，氨气的浓度配比。由反应速率与参与反应的物质浓度关系可知，合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。在反应过程中，随着氨气浓度的增大，反应速率会逐渐降低，因此学生需要作出判断，从反应速率的角度来看，为了降低逆反应的反应速率，应在反应过程中将氨从混合气体中分离出去。从化学平衡的角度来看，将氨从混合气体分离出，即降低生成物浓度，也与降低生成物浓度平衡向正反应方向移动吻合。

通过工业合成氨，对生成产物氨的处理，在真实情境中运用了降低生成物浓度对化学平衡的影响。在生产中，速率和平衡的综合考虑，提高了学生知识的综合运用能力。

速率方程的引入，开拓了学生的视野，能让学生对化学平衡的探究在速率和平衡两个方面综合考虑。在《普通高中化学课程标准（2017年版）解读》，第129页中提道：在当前的教学中，往往会用反应速率来解释反应或者平衡的方向以及反应的限度，但这与事实并不完全吻合。例如CO+NO2=CO2+NO，该反应的速率方程为v=kc（NO2），反应速率只与NO2的浓度c（NO2）有关;当增大c（NO2）时的确可以增大正反应速率，但增大c（CO）时，正反应速率并没有增加。再如，SO2+1/2O2?S03，该反应的速率方程为v=kp（O2）p-1（SO2），若只增大SO2的分压，正反应速率反而减慢。由此《普通高中化学课程标准（2017年版）解读》建议分清热力学与动力学的范围，不要将热力学和动力学混淆使用。在2017版的课标中调换了反应速率和反应方向、反应限度的编排顺序，将反应方向和反应限度，置于反应速率之前，用于修正了教学中常见的偏差认识。

环节三：综合运用浓度对化学平衡的影响，解决高考题中的问题，提升能力。

下面以教学中引用的两道高考题为例，阐述指导学生用浓度对化学平衡的影响知识解决高考题中的问题。

例题一：（2019新课标Ⅲ节选）（1）Deacon发明的直接氧化法为：4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）。刚性容器中，进料浓度比c（HCl）：c（O2）分别等于1∶1，4∶1，7∶1。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c（HCl）：c（O2）过低、过高的不利影响分别是;;;; 。

解释：进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗较高;进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低。

该高考试题在生产中最优浓度配比的选择考察中，把浓度对化学平衡的影响转化成进料浓度配比作为考察方式。实际生产的操作与课本所学的理论知识相结合，如果学生在浓度对化学平衡的影响知识生成环节中，很好地理解反应物浓度与投料配比的关系，解决这类问题就很轻巧了。

例题二：（2014年全国乙卷28题节选）乙烯气相直接水合法反应C2H4（g）+H2O=C2H5OH（g）

（3）气相直接水合法常采用的工艺条件为：磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290℃、压强6.9MPa，nH2O：nC2H4=0.6：1。乙烯的转化率为5%，若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采用的措施有;;、;;。

解释：根据化学平衡以及外界因素对平衡移动的影响，可以采取的措施还有将产物乙醇通过液化移去、增加nH2O：nC2H4比等等，使化学平衡进一步向生成产物的方向移动。

该高考题旨在考查产物浓度对化学平衡的影响，在增加一种反应物浓度，提高另外一种反应物浓度的考察时，也转化成了进料浓度配比作为考察方式。可见引导学生把所学的知识与化工生产联系十分重要。

通过三个环节的层层递进，进行浓度对化学平衡的影响主题式教学，对学生掌握知识，运用知识，提高知识的综合运用能力是非常有意义的。

参考文献

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