变化观念与平衡思想下的高中化学教学——以化学反应速率与平衡为例

文 /杨美华

引 言

化学反应速率与平衡是高中化学的重难点知识。教师应认真研究变化观念与平衡思想和相关教学内容之间的契合点，通过对教学内容的合理设计以及对学生学习过程的引导，使学生在牢固掌握该部分知识的同时，有效提升变化观念与平衡思想，为顺利完成核心素养培养目标打下坚实的基础。

一、加深对化学变化规律的理解

认识到化学变化遵循一定的规律是变化观念与平衡思想的具体体现[1]。在教学活动中，教师应注重从规律的内涵、规律的理解、规律的应用这几方面展开教学。“化学反应速率与平衡”这一章内容最重要的规律为勒夏特列原理。该原理是分析化学平衡的主要依据。在课堂上，教师不仅要引导学生牢记并熟练阐述勒夏特列原理内容，还要结合具体的案例为学生详细解读勒夏特列原理，使学生更好地掌握这一原理的本质，能够明确原理中“条件”包含的具体内容，理解“减弱”的含义。此外，教师还要展示相关例题，检验学生对该原理的理解程度，并及时纠正其在理解上的误区，以下题为例。

下列实验现象与反应能使用勒夏特列原理解释的是（ ）。

A.将固体KSCN加入Fe（SCN）2溶液，溶液颜色 加深

B.工业合成氨在500℃条件下进行

C. H2、I2、HI平衡混合气体加压后，颜色加深

D.使用催化剂进行SO2制取SO3的反应

勒夏特列原理是可逆反应遵循的重要规律，解释的是反应的移动方向。A项，加入固体KSCN使SCN-浓度增大，平衡正向移动，正确。B项，合成氨在500℃条件下进行主要是从催化剂活性以及提高化学反应速率方面考虑的，错误。C项的反应是前后气体计量数不变的反应，加压并不移动，其颜色加深只是加压的缘故，错误。D项，催化剂不影响化学平衡移动，错误。综上，只有A项可以用勒夏特列原理解释。

二、准确把握化学变化的本质特征

化学变化的本质特征不仅有新物质的生成，还伴随着能量的变化。教师使学生准确把握化学变化的本质特征，有助于促进学生变化观念与平衡思想的提升[2]。 在课堂上，教师要注重运用多媒体技术宏观、形象地展示化学变化的能量变化特点，使学生能够根据物质的键能分析是放热反应还是吸热反应，掌握计算化学反应能量的相关思路与方法。另外，为了使学生更好地把握化学反应中能量变化的一些细节，教师应注重为学生讲解相关的例题，进一步加深其认识，以下题为例。

乙烯和水加成制备乙醇的能量变化如图1所示，则以下说法错误的是（ ）。

图1

A.反应①中有碳碳双键的断裂

B.反应①和反应②均为放热反应

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

D. H2SO4为反应中的催化剂，可提高反应物的平衡转化率

解答该题需要学生读懂与理解题意。通过分析反应①中的反应物和生成物可知，其属于加成反应且伴随着碳碳双键的断裂。反应①和反应②中反应物的总能量均高于生成物的总能量，多余的能量会散发出去，为放热反应。将反应①和反应②的反应方程式相加，不难得出C项是正确的。将两个反应进行综合能够发现H2SO4可以消去，表明其为催化剂，能提高反应速率，但不会促使平衡移动。综上，D项的说法错误。

三、认识化学变化的可控性

为了更好地提升学生的变化观念与平衡思想，教师应使学生认识到化学反应不仅有一定的限度、速率，还可进行调控。在实践中，教师要根据教学目标开展教学活动，使学生掌握衡量化学反应限度的相关指标，尤其深刻地理解化学反应的速率，并能根据具体的化学反应运用某一物质衡量化学反应速率。同时，为使学生掌握化学反应调控的原则与方法，教师应注重为学生讲解实际案例或经典例题，并与学生一起分析解题过程，以下题为例。

使用纯净的Cu和50mL过量浓HNO3反应制取NO2。如图2所示，其中气体体积为标准下测得，忽略体积变化，则（ ）。

图2

A. OA段的反应速率快于AB段的反应速率

B. AB段反应速率加快，仅受到催化剂的作用

C. OC段使用浓硝酸表示的反应速率为0.2mol·L-1·min-1

D.反应体系中加入固体KNO3对反应速率无影响

解答该题需认识到可使用NO2在单位时间内的生成量表示反应速率。在1min内AB段生成的NO2的量更多，速率更快。影响化学反应速率的因素较多，反应速率加快可能是加入了催化剂，也可能是温度升高。根据题干写出对应的化学反应方程式，将图象中生成NO2的量转化为消耗浓硝酸的量，可知消耗浓硝酸 0.03 mol，反应速率可表示为0.03 mol/0.5L/3min= 0.2 mol·L-1·min-1。向反应体系中加入固体KNO3后，NO3-浓度变大，反应速率增大。综上，该题选择C项。

四、提升动态分析化学变化的能力

动态地分析化学变化不仅是一种能力，还是变化观念与平衡思想强调的重要内容。为提升学生动态分析化学变化的能力，教师应有针对性地为学生讲解相关的例题，并灵活运用多种手段，进一步加深学生印象，使学生掌握动态分析化学变化的规律。同时，教师还要认真落实专题训练活动，给学生提供实践机会，锻炼其分析问题的灵活性，以下题为例。

如图3，向A、B两容器中分别加入1mol X+1mol Y、2mol X+2mol Y，刚开始两容器的体积均为aL。在温度及催化剂相同的条件下均发生反应：X（g）+ Y（g）

图3

2Z（g）+ W（g）；ΔH＞0。平衡时A容器的体积为1.2aL，则以下说法错误的是（ ）。

A.反应开始时，B容器的反应速率快

B. A容器中X的转化率大于B容器

C.打开K一段时间达到平衡时，A的体积为2.4aL（忽略连通管中的气体）

D.打开K后到达新的平衡，将B容器的温度升高，A容器的体积会增大

开始时，B容器反应物的浓度高于A容器，因此反应速率更快。假设B容器的体积也是可变的，则A、B两容器中的平衡等效，X的转化率相等。实际上，B容器中的反应相当于增大压强，平衡左移，X的转化率降低。打开开关K后，在温度不变的条件下达到平衡，和开始加入3mol X+3mol Y的平衡等效，且和A容器起初的平衡等效，反应物转化率不变。平衡时，气体总质量为A容器中的3倍，即3.6aL，其中B容器为1aL，则A容器的体积为2.6aL。由题意可知，该反应为吸热反应，打开K后，升高温度平衡右移，体积增大。综上，只有C项错误。

五、注重提升解决实际问题的意识

为了更好地提升学生的化学变化观念与平衡思想素养，教师应注重创设实际问题情境，提升与锻炼学生解决实际问题的意识，在深化其对化学知识本质理解的同时，使其更好地把握解决实际问题的细节及注意事项。在课堂上，教师应注重给学生预留独立思考、相互讨论的时间，以下题为例。

（1）反应达到平衡后，以下措施中能够提高CH3OCH3产率的有_____；

A.升高温度 B.增大压强

C.加入CH3OH D.移出H2O

E.使用催化剂

（2）反应Ⅰ的正、逆反应速率方程分别为v正=k正c(CO)c2(H2)、v逆=k逆c(CH3OH)，其 中k正、k逆，分别表示正逆反应的速率常数，图4中斜线①、②分别表示k正、k逆随温度变化情况，则ΔH1______0（填“＞”“＜”或“=”），图4中A、B纵坐标分别为x + 0.5、x -0.5，则温度T1时化学平衡常数K=_____；

图4

该题以实际化工生产为背景进行设问，考查学生对所学知识的理解及应用情况。该题涉及一些新的概念，难度较大，需要学生在理解新概念的基础上，寻找与所学知识的联系，更好地找到突破口。问题（1）反应Ⅱ是气体分子数不变且放热反应，根据勒夏特列原理原理，要想平衡正向移动应选择的措施为C、D；问题（2）根据给出的方程，由平衡时v正=v逆得到平衡常数K=，由图4可推理出，随着温度升高增大，平衡正向移动，因此，反应Ⅰ正向放热，ΔH1＜0，则温度为T1时化学平衡常数K==10-2。

六、启发学生养成善于总结的习惯

教师应认识到培养学生化学变化观念以及平衡思想素养是一个缓慢的过程，要做好长期的思想准备，鼓励学生养成善于总结的良好习惯。教师要根据学生的学习实际做好教学课时的设计，尤其要给其预留总结的机会，使其在回顾所学基础知识的同时，掌握相关的解题细节。

将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空体积恒定的容器中，不考虑固体试样体积，发生以下反应：使 其达到平衡，测得不同温度下平衡数据，如表1所示，则以下判断错误的是（ ）。

表1

A.平衡后，若在恒温下压缩容器体积，则氨基甲酸铵的质量增加

B.若混合气体平均相对分子质量为26，表明反应已达平衡

C.由表中数据可知，25℃时分解的浓度平衡常数约为1.6×10-8mol3/L3

D.若保持温度及容器体积不变，平衡后再充入n(NH3) ：n(CO2) = 2:1，则再次达到平衡时，c(NH3)不变

在解答该题时，学生需要认真分析表中给出的数据，结合化学反应方程式在明确各物质状态的情况下进行分析判断。因为反应是气体分子数增加的反应，所以压缩容器体积平衡逆向移动，氨基甲酸铵的质量增加；生成物气体物质的量之比为2∶1，经过分析不难得出混合气体平均相对分子质量始终为定值26，因此，无法判断其是否达到平衡；根据25℃条件下对应的化学平衡数据，可得出c(NH3) = 3.2×10-3mol/L， c(CO2)=1.6×10-3mol/L，代入化学平衡常数计算公式可得K≈1.6×10-8mol3/L3；温度与体积均不发生改变，平衡加入的NH3和CO2物质的量之比为2∶1，整个体系中两者物质量的比值并未发生改变，则化学平衡常数的表达式可表示为温度不变，K值不变，NH3的平衡浓度也不会改变。综上，错误的选项为B。

结 语

在当前教育背景下的高中化学教学活动中，教师应落实核心素养培养工作，认真学习与研究相关文件内容，在此基础上积极转变教学观念，在理论知识讲解、例题讲解、习题训练等方面渗透核心素养内容。在“化学反应速率与平衡”教学中，教师要紧紧围绕变化观念与平衡思想进行教学活动的安排以及教学内容的设计，并给予学生引导与启发，从而获得良好的教学效果。