洪云龍

一、問題的提出

“化學平衡移動”是中學化學基本理論的重要組成部分，是化學教學的重點和難點。筆者調查發(fā)現(xiàn)，許多教師在教學中盡管對此內容講授得很充分，耗費時間很長，但效果往往不盡如人意，學生仍然覺得“理論性強，思維難度較大，理解透徹較為困難”；教師盡管對學生進行了多次和較長時間的訓練，但學生仍然在分析、解決平衡移動問題時感到困難、抽象，力不從心。如何改變這種教學現(xiàn)狀，如何把這些籠統(tǒng)、抽象、理論性強的知識內容變得具體、形象、直觀，以便于理解、掌握和運用，如何更有效地分析和解決平衡移動問題，等等，是筆者近年一直研究的課題。筆者發(fā)現(xiàn)，在教學中幫助學生建立有效的教學思維模型進行分析和講解，是其中一種效果良好的方法和策略。

二、教學思維模型的研究

（一）傳統(tǒng)教學思維模型的不足

化學平衡的移動，就是改變外界條件，破壞舊的平衡狀態(tài)，建立起新的平衡狀態(tài)的過程。[1]在教學中教師常常使用圖1[2]的思維模型進行講解，以幫助學生理解相關知識，分析和解決有關問題。

此思維模型只有“二態(tài)”——舊平衡態(tài)、新平衡態(tài)，故暫且命名為“二態(tài)”模型。筆者發(fā)現(xiàn)，此“二態(tài)”模型應用在教學中明顯存在一些不足，具體為：“舊平衡態(tài)”過渡到“新平衡態(tài)”的中間過程比較籠統(tǒng)、抽象，學生較難把握，易被“改變條件”所迷惑，對“改變條件后隱藏著的各種變化”不能很好地挖掘，因而教學效果不甚理想。顯然，很有必要建立一種具體、形象、直觀的思維模型，以便于更好地理解和掌握相關知識，更有效地分析和解決有關問題。

（二）建立新的、有效的教學思維模型——“三態(tài)”模型

“三態(tài)”模型，就是為彌補“二態(tài)”模型的不足而在其“二態(tài)”（“舊平衡態(tài)”與“新平衡態(tài)”）之間虛擬、假設出一種特殊過渡狀態(tài)——“瞬間態(tài)”，從而形成“三態(tài)”分析的一種有效的教學思維模型。所謂“瞬間態(tài)”，就是舊平衡在改變條件的瞬間，平衡還來不及移動時的狀態(tài)?！叭龖B(tài)”模型如圖2所示。

“舊平衡態(tài)”到“瞬間態(tài)”由改變條件的瞬間造成，此時平衡還來不及發(fā)生移動。平衡發(fā)生移動實則始于“瞬間態(tài)”，終于“新平衡態(tài)”。

“三態(tài)”模型中標注的有關量可以是：濃度、體積、壓強、溫度、物質的量、正反應速率、逆反應速率等。其中，“瞬間態(tài)”的量由“舊平衡態(tài)”的量與“改變條件”的量兩部分復合而成。

“三態(tài)”模型能變“二態(tài)”模型的籠統(tǒng)、抽象為具體、形象。在教學中只需引導學生比較、分析某個或某幾個有關量分別在“三態(tài)”模型之中發(fā)生了怎樣的變化（增大、減小或不變），就能深刻理解相關知識，成功解決有關問題。

三、“三態(tài)”模型在教學中的應用

（一）便于深刻理解勒夏特列原理

勒夏特列原理是“化學平衡移動”教學的重點和難點，其內容為：改變影響化學平衡的一個因素，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。只有引導學生深刻理解勒夏特列原理，才能幫助他們熟練地運用它來解決問題。

1.如何才算是“改變影響化學平衡的一個因素”？

在教學中用“二態(tài)”模型來考察勒夏特列原理，學生往往對“改變條件”與“改變影響化學平衡的一個因素”分辨不清，理解模糊，但用“三態(tài)”模型能很好地解決這個問題。

在“三態(tài)”模型中，勒夏特列原理實際是針對“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”而言的，是通過比較“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”之間的某個量（濃度、溫度、壓強等）的變化情況來判斷平衡移動方向的。改變條件后，只有導致“瞬間態(tài)”的濃度、壓強、溫度中的某一量真正比“舊平衡態(tài)”增大或減小了，才能算是“改變影響化學平衡的一個因素”，平衡才“向著能夠減弱這種改變的方向移動”。如果表面上改變了某個條件，但實際上并不造成“瞬間態(tài)”與“舊平衡態(tài)”之間濃度、壓強、溫度的不同，則不算是“改變影響化學平衡的一個因素”，不會引起平衡的移動。

例如，反應2A（g）+B（g）?2C（g）在一容積可變的容器中達到平衡時，A、B、C的物質的量分別為4mol、2mol、4mol?，F(xiàn)在恒溫恒壓的前提下“改變條件”：將平衡混合物中A、C減少1mol ，B減少0.5mol。這種“改變條件”算不算是“改變影響化學平衡的一個因素”呢？

在教學中若以“二態(tài)”模型來考察，很容易得出“既然是改變了條件（A、C減少1mol，B減少0.5mol），那肯定是改變了影響化學平衡的一個因素”的錯誤結論。但若改用“三態(tài)”模型來分析，便能排除干擾，看清真相（見圖3）。

算不算是“改變影響化學平衡的一個因素”，要通過比較“瞬間態(tài)”與“舊平衡態(tài)”的濃度大小來回答?！八查g態(tài)”A、B、C的物質的量分別為3mol、1.5mol、3mol，“舊平衡態(tài)”A、B、C的物質的量分別為4mol、2mol和4mol?！八查g態(tài)”A、B、C的物質的量之和是“舊平衡態(tài)”A、B、C的物質的量之和的倍，故恒溫恒壓下“瞬間態(tài)”的容器體積亦應是“舊平衡態(tài)”的倍，用c=n/V進行計算，得知“瞬間態(tài)”A、B、C的濃度分別與“舊平衡態(tài)”A、B、C的濃度對應相等，即濃度不改變，且已知溫度和壓強亦不改變，故不算“改變影響化學平衡的一個因素”，平衡不發(fā)生移動。

2.化學平衡移動有關量將如何變化？endprint

勒夏特列原理告訴我們：平衡移動的結果只是“減弱這種改變”，但不能“抵消這種改變”。有些同學對此感到抽象，難以理解，且看教學中如何用“三態(tài)”模型來直觀地表示這個問題（圖4為增大某一因素后“三態(tài)”有關量的變化、圖5為減小某一因素后“三態(tài)”有關量的變化）。

從圖4、圖5可以看出，增大（或減小）某一因素后，“瞬間態(tài)”的有關量（濃度、壓強、溫度等）比“舊平衡態(tài)”增大（或減?。┑煤芏?，平衡移動后，“新平衡態(tài)”的有關量雖然比“瞬間態(tài)”減?。ɑ蛟龃螅┝?，但不會恢復回“舊平衡態(tài)”，仍然比“舊平衡態(tài)”大（或?。?，只是增大量（或減小量）變少了一些而已。所以說，平衡移動的結果只是“減弱了這種改變”，但不能“抵消這種改變”。因此，“新平衡態(tài)”的相應量應介于“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”之間，即量的關系是：“舊平衡態(tài)”<“新平衡態(tài)”<“瞬間態(tài)”；或“瞬間態(tài)”<“新平衡態(tài)”<“舊平衡態(tài)”。

（二）便于系統(tǒng)總結和深刻理解判斷平衡移動方向的各種方法

判斷平衡移動的方向，究竟有哪些方法？在教學中只須引導學生認真研究“三態(tài)”模型，便會發(fā)現(xiàn)，平衡移動方向的判斷實際就是任意“二態(tài)”的比較，即只需比較任意“二態(tài)”之間的某個或某幾個有關量的大小，便能成功判斷平衡移動的方向。這為我們系統(tǒng)總結更多判斷方法，并從一定高度上理解和掌握這些方法提供了很好的思路。任意“二態(tài)”共有3種組合：“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”、“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”、“舊平衡態(tài)” 與“新平衡態(tài)”。據此可總結出5種判斷方法（見圖6）。

1.“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”之間的判斷方法

方法1：勒夏特列原理

在“三態(tài)”模型中的實質：

如前所述，是通過比較“瞬間態(tài)”與“舊平衡態(tài)”的濃度、壓強、溫度中的某一量的大小來判斷平衡移動方向的。

方法2：化學反應速率角度

在“三態(tài)”模型中的實質：

通過比較正、逆反應速率由“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤八查g態(tài)”的變化程度的大小，進而推知“瞬間態(tài)”的正、逆反應速率的相對大小來判斷平衡移動的方向。

若“瞬間態(tài)”的正反應速率>“瞬間態(tài)”的逆反應速率，平衡正向移動；若“瞬間態(tài)”的正反應速率<“瞬間態(tài)”的逆反應速率，平衡逆向移動；若“瞬間態(tài)”的正反應速率=“瞬間態(tài)”的逆反應速率，平衡不移動。

2.“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的判斷方法

方法3：化學平衡常數角度

在“三態(tài)”模型中的實質：

通過比較“瞬間態(tài)”的濃度商Q與“新平衡態(tài)”的化學平衡常數K的相對大小來判斷平衡移動的方向。

當“瞬間態(tài)”的Q <“新平衡態(tài)”的K時，平衡正向移動；當“瞬間態(tài)”的Q >“新平衡態(tài)”的 K時，平衡逆向移動；當“瞬間態(tài)”的Q =“新平衡態(tài)”的K時，平衡不移動。

例如，對于某一吸熱反應，處于舊平衡態(tài)時，濃度商本來等于化學平衡常數，升高溫度后，雖然“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤八查g態(tài)”時濃度商保持不變，但“舊平衡態(tài)”轉為“新平衡態(tài)”時化學平衡常數卻變大了（變大了的平衡常數顯然應是“新平衡態(tài)”的平衡常數，須用“新平衡態(tài)”而非“舊平衡態(tài)”的平衡常數來與“瞬間態(tài)”的濃度商進行比較判斷），導致Q

方法4：同種物質前后量的比較

平衡發(fā)生移動實則始于“瞬間態(tài)”，終于“新平衡態(tài)”。所以，可以通過比較同種物質在“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的量的變化（變多、變少或不變）來判斷平衡移動的方向。

例如，反應aA（g）?bB（g）在一密閉容器中達平衡后，保持溫度不變，將容器體積增加一倍，當達到新的平衡時，B的濃度是原來的60%，此時平衡將如何移動呢？我們可以通過比較氣體B在“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間量的變化來判斷（見圖7）。

“瞬間態(tài)”、“新平衡態(tài)”氣體B的濃度分別是50%cB、60%cB，而容器體積均是2V，用公式n=cV進行計算，得知平衡從“瞬間態(tài)”移動到“新平衡態(tài)”時氣體B變多了，故平衡正向移動。

3.“舊平衡態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的判斷方法

方法5：同種物質前后量的比較

通過比較同種物質在“舊平衡態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間量的變化（變多、變少或不變）也能判斷平衡移動的方向。

例如在圖7中，我們亦可通過比較氣體B由“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”時量的變化來判斷平衡移動的方向。因為“舊平衡態(tài)”、“新平衡態(tài)”氣體B的濃度分別是cB、60%cB，而容器體積分別是V、2V，用公式n=cV進行計算，得知“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”后氣體B變多了，故亦可推出平衡正向移動。

（三）便于突破解題上的思維障礙

在習題教學中，若能指導學生運用“三態(tài)”模型來分析平衡移動問題，那么一些抽象、復雜、疑難的問題將變得形象、簡單、直觀，從而有利于突破解題上的思維障礙。這是“三態(tài)”模型最能凸顯應用價值的一個方面。

例 在溫度為t℃、壓強為1.01×106Pa的條件下，某密閉容器內，下列反應達到化學平衡：A（g）+B（g）?3C，測得此時c（A）=0.022mol/L；壓縮容器使壓強增大到2.02×106Pa，第二次達到平衡時，測得c（A）=0.05mol/L；若繼續(xù)壓縮容器，使壓強增大到4.04×107Pa，第三次達到平衡時，測得c（A）=0.75mol/L。則下列關于C物質狀態(tài)的推測正確的是（ ）

A. C為非氣態(tài)

B. C為氣態(tài)

C. 第二次達到平衡時C為氣態(tài)

D. 第三次達到平衡時C為非氣態(tài)

解析：此題看似復雜、抽象，但運用“三態(tài)”模型能很好地突破思維障礙（見圖8）。

壓縮容器使壓強由1.01×106Pa增大到2.02×106Pa，“瞬間態(tài)Ⅰ”的容器體積應是“舊平衡態(tài)”的倍，故“瞬間態(tài)Ⅰ”的c（A）應是“舊平衡態(tài)”的2倍，為c（A）= 0.022mol/L×2 =0.044mol/L，又知“新平衡態(tài)Ⅰ”c（A）=0.05mol/L，且“新平衡態(tài)Ⅰ”與“瞬間態(tài)Ⅰ”的容器體積相等，可知“瞬間態(tài)Ⅰ”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)Ⅰ”時氣體A的物質的量增多了，故推知平衡逆向移動。因為增大壓強平衡逆向移動，根據勒夏特列原理，逆向移動方向應是氣體體積減小的方向，即氣體生成物的化學計量數之和應大于氣體反應物的化學計量數之和，故物質C只能是氣態(tài)。繼續(xù)壓縮容器使壓強增大到4.04×107Pa，得“瞬間態(tài)Ⅱ”，“瞬間態(tài)Ⅱ”的容器體積應是“新平衡態(tài)Ⅰ”的倍，故“瞬間態(tài)Ⅱ”c（A）應是“新平衡態(tài)Ⅰ”的20倍，為c（A）=0.05mol/L×20 =1 mol/L，比“新平衡態(tài)Ⅱ”的c（A）=0.75mol/L大，且“瞬間態(tài)Ⅱ”與“新平衡態(tài)Ⅱ”的容器體積相等，可知“瞬間態(tài)Ⅱ”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)Ⅱ”時氣體A的物質的量減少了，故平衡正向移動，氣體反應物的化學計量數之和應大于氣體生成物的化學計量數之和，推知物質C應為非氣態(tài)。答案：CD。

四、教學反思

為什么我們會普遍感到“化學平衡移動”知識抽象？筆者認為，這與傳統(tǒng)的“二態(tài)”模型有相當大的關系。具體地說，“二態(tài)”模型的籠統(tǒng)、抽象在很大程度上導致了“化學平衡移動”的知識抽象。倘若在教學中能用形象、直觀的“三態(tài)”模型來分析、講解，那么“化學平衡移動”的抽象將不復存在，學習知識將變得簡單易懂。從這個意義上看，在教學中運用“三態(tài)”模型，可以說是抓住了“化學平衡移動”教學的關鍵，找到了提高教學效果的方法和策略。筆者曾在高二重點班的“化學平衡移動”教學中僅運用“二態(tài)”模型，而在普通班中運用“三態(tài)”模型，兩班對比，效果迥異。重點班學生普遍反映知識抽象、思維難度較大；而普通班學生反而覺得直觀易懂、學好并不是很難。這證明“三態(tài)”模型的教學效果明顯優(yōu)于“二態(tài)”模型。

總之，在教學中運用“三態(tài)”模型，利于形象、直觀地理解知識和解決問題，不失為“化學平衡移動”教學效果良好的一種方法和策略。

參考文獻：

[1] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理（選修）[M].南京：江蘇教育出版社，2014：52.

[2] 王朝銀.步步高·高考總復習·新課標·化學[M].哈爾濱：黑龍江教育出版社，2011：159.endprint