葛珊珊 趙華

摘要：化學(xué)平衡思想在高中化學(xué)知識(shí)體系中占有重要地位，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要思維工具。針對(duì)學(xué)生理解上的常見(jiàn)誤區(qū)，筆者遵循先設(shè)計(jì)作業(yè)目標(biāo)、建立作業(yè)框架，再選編試題、匯總形成作業(yè)，最后批閱反饋的作業(yè)設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行了“化學(xué)平衡思想理解與應(yīng)用”高三復(fù)習(xí)課的作業(yè)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：四環(huán)節(jié)法高三化學(xué)復(fù)習(xí)課作業(yè)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2016）05-0000-00 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.000

一、問(wèn)題的提出

突破作業(yè)設(shè)計(jì)的隨意行為，理性分析學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)情有助于提升作業(yè)設(shè)計(jì)的有效性。

在高三復(fù)習(xí)過(guò)程中，針對(duì)化學(xué)平衡問(wèn)題進(jìn)行專門(mén)的作業(yè)設(shè)計(jì)源于化學(xué)平衡思想在知識(shí)體系中的特殊地位。根據(jù)SOLO分類結(jié)構(gòu)理論，有研究者將中學(xué)化學(xué)的內(nèi)容比作一個(gè)金字塔2（見(jiàn)圖1），劃分為四層結(jié)構(gòu)：（1）化學(xué)基本概念，主要包括基礎(chǔ)知識(shí)概念和基本技能概念。所有化學(xué)內(nèi)容均以此為基礎(chǔ)，其構(gòu)成金字塔的第一層；（2）元素及其化合物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)，兩者對(duì)應(yīng)構(gòu)成了金字塔的二級(jí)結(jié)構(gòu)；（3）物質(zhì)的能量變化和物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，兩者體現(xiàn)了化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律化；（4）化學(xué)平衡、電化學(xué)原理和溶液化學(xué)是金字塔的最高級(jí)別，屬于化學(xué)原理部分的知識(shí)，進(jìn)入了宏觀化學(xué)與微觀微粒之間的深度結(jié)合。

在學(xué)生的思維當(dāng)中，開(kāi)始的知識(shí)學(xué)習(xí)都是分離的、相互不連貫的內(nèi)容，但是隨著學(xué)習(xí)的深入，所學(xué)的知識(shí)不斷聯(lián)系起來(lái)，在化學(xué)平衡這一最高層次上，學(xué)生終于建立了一個(gè)抽象體系，可以解決以前從未遇過(guò)的問(wèn)題，甚至有所創(chuàng)新。所以，幫助學(xué)生理解和運(yùn)用化學(xué)平衡思想有著重要的教學(xué)意義。

二、作業(yè)設(shè)計(jì)

作業(yè)設(shè)計(jì)一般可分為四個(gè)步驟，又稱四環(huán)節(jié)：明確目標(biāo)、建構(gòu)框架、精編試題、對(duì)照評(píng)估。

1. 明確作業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

蘇教版課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于《化學(xué)反應(yīng)原理》中化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)要求和學(xué)習(xí)建議，見(jiàn)表1。

在教學(xué)要求和活動(dòng)建議中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)平衡的教學(xué)內(nèi)容有著很強(qiáng)的應(yīng)用性，與實(shí)驗(yàn)和工業(yè)聯(lián)系十分緊密?；瘜W(xué)平衡既是一個(gè)抽象的知識(shí)體系，又是一個(gè)實(shí)用的思考工具。我們?cè)O(shè)計(jì)相關(guān)作業(yè)，要讓學(xué)生既能充分理解知識(shí)本身，又能融會(huì)貫通化學(xué)平衡在工業(yè)實(shí)際中的運(yùn)用。

在近三年的高考化學(xué)試題當(dāng)中，化學(xué)平衡的相關(guān)問(wèn)題越來(lái)越成為命題的熱點(diǎn)。

2. 建立作業(yè)設(shè)計(jì)的框架

作業(yè)設(shè)計(jì)框架是基于作業(yè)目標(biāo)開(kāi)展作業(yè)設(shè)計(jì)的第一步。作業(yè)框架主要包含作業(yè)目標(biāo)、題型、題量、難度等內(nèi)容，為后續(xù)作業(yè)題目的選擇和分析以及作業(yè)的最終形成奠定了基礎(chǔ)。

觀察目標(biāo)1和目標(biāo)2的完成情況，只需要看結(jié)果即可知，所以安排了選擇題和填空題，而目標(biāo)3和目標(biāo)4則需要文字表述才能檢測(cè)學(xué)生是否達(dá)成目標(biāo)要求，所以安排了填空題和簡(jiǎn)答題。安排2～3題是希望學(xué)生經(jīng)歷不同的問(wèn)題情境，從多角度理解知識(shí)的運(yùn)用方式。

3. 選編合適的試題

高三復(fù)習(xí)階段各個(gè)省市的模擬試卷交流頻繁，試題資源豐富，可以選取符合作業(yè)目標(biāo)的試題進(jìn)行節(jié)選和改編，將與作業(yè)目標(biāo)不一致的其他問(wèn)題排除在外，將學(xué)生精力集中到關(guān)鍵問(wèn)題上來(lái)，在有限的作業(yè)時(shí)間內(nèi)達(dá)到更好的作業(yè)效果。

試題1 一定條件下存在反應(yīng)：2SO2（g）+O2（g）■2SO3（g），△H<0?，F(xiàn)有三個(gè)體積相同的密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，按如下圖所示投料，并在400℃條件下開(kāi)始反應(yīng)。達(dá)到平衡時(shí)，下列說(shuō)法正確的是？（ ）

A. 容器Ⅰ、Ⅲ中平衡常數(shù)相同

B. 容器Ⅱ、Ⅲ中正反應(yīng)速率相同

C. SO3的體積分?jǐn)?shù)：Ⅱ>Ⅲ

D. 容器Ⅰ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)化率之和小于1

[分析]這條試題在模型問(wèn)題上非常典型，涉及到絕熱容器、恒溫容器、恒容容器和恒壓容器。學(xué)生在思考時(shí)可以鞏固化學(xué)平衡的相對(duì)移動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)化平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素分析，選項(xiàng)D應(yīng)構(gòu)建過(guò)渡的等效平衡，假設(shè)一個(gè)體積相同的恒溫恒容容器Ⅳ，充入2mol SO2和1molO2，容器Ⅳ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)化率之和為1，再考慮容器Ⅰ因?yàn)榻^熱溫度升高，化學(xué)平衡相對(duì)容器Ⅳ中逆向移動(dòng)，故容器Ⅱ中SO2的轉(zhuǎn)化率與容器Ⅱ中SO3的轉(zhuǎn)化率之和小于1。答案CD。

試題2臭氧是理想的煙氣脫硝劑，其脫硝反應(yīng)為2NO2（g）+O3（g）■N2O5（g）+O2（g），在T℃下，向2.0L恒容密閉容器中充入2.0mol NO2和1.0mol O3，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后達(dá)到平衡。反應(yīng)過(guò)程中測(cè)定的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)下表：

下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ）

A.反應(yīng)在0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v （NO2）=0.24mol/（L·s）

B.24s后，若保持其他條件不變，降低溫度，達(dá)到新平衡時(shí)測(cè)得c（O2）=0.44mol/L，則正反應(yīng)放熱

C.在T℃下，起始時(shí)向容器中充入1.0mol NO2、0.5mol O3、0.5mol N2O5和0.5mol O2，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，壓強(qiáng)為起始時(shí)的0.88倍

D.在T℃下，起始時(shí)向容器中充入2.0mol N2O5和2.0mol O2，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N2O5的轉(zhuǎn)化率大于20%

[分析]選項(xiàng)CD都要運(yùn)用到等效平衡進(jìn)行過(guò)渡。C中的投料情況與題干中等效，所以反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各種組分的物質(zhì)的量就和題干中情況一致，所以■=■=0.88。D中如果充入1.0mol N2O5和1.0mol O2，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)N2O5的轉(zhuǎn)化率等于20%，此時(shí)的充入量相當(dāng)于加壓情況，平衡正向移動(dòng)，N2O5的轉(zhuǎn)化率小于20%。答案BC。

試題3CO2和H2充入容積相同且固定的兩個(gè)密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)：

CO2（g）+3H2（g）■CH3OH（g）+H2O（g）

按如下方式加入反應(yīng)物，一段時(shí)間后達(dá)到平衡。

若甲中平衡后氣體的壓強(qiáng)為開(kāi)始的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，且起始時(shí)維持化學(xué)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則c的取值范圍為

。

[分析]首先需要根據(jù)平衡后壓強(qiáng)的變化情況算出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，平衡時(shí)有0.4mol CH3OH，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c>0.4，為了使平衡后乙與甲中相同組分的體積分?jǐn)?shù)相等，甲乙容器中必須能夠達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，可以理解為反應(yīng)物充分反應(yīng)生成產(chǎn)物得到1.0molCH3OH，這是c的最大值。答案（0.4，1]。

試題4 某溫度下在一恒壓容器中充入1.2 mol CO和1 mol H2，發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H2（g）■CH3OH（g）。達(dá)到平衡時(shí)容器體積為2 L，且含有0.4 mol CH3OH（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)值為 ；此時(shí)向容器中再通入0.35 mol CO氣體，則此平衡將 （填“向正反應(yīng)方向”“不”或“向逆反應(yīng)方向”）移動(dòng)。

[分析]這是一條有利于打破思維定勢(shì)的題目。審題時(shí)注意是“恒壓容器”，當(dāng)再通入0.35 mol CO氣體時(shí)，容器的體積將發(fā)生改變，此時(shí)各種物質(zhì)的濃度全發(fā)生變化，平衡的移動(dòng)方向只有通過(guò)Q和K的相對(duì)大小進(jìn)行判斷，而不能武斷地認(rèn)為加入反應(yīng)物向正反應(yīng)方向移動(dòng)。答案：50，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

試題5 高溫?zé)岱纸夥ɡ肏2S廢氣制取氫氣：

H2S（g）■H2（g）+■S2（g）

在恒容密閉容器中，控制不同溫度進(jìn)行H2S分解實(shí)驗(yàn)。以H2S起始濃度均為c mol·L-1測(cè)定H2S的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果如左圖。圖中a為H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，b曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線。說(shuō)明隨溫度的升高，曲線b向曲線a逼近的原因： 。

[分析]審題注意b曲線表示不同溫度下反應(yīng)經(jīng)過(guò)相同時(shí)間時(shí)H2S的轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系曲線，與達(dá)到平衡時(shí)的值存在差異主要是因?yàn)檫€沒(méi)有達(dá)到平衡。答案：溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需的時(shí)間縮短，故曲線b向曲線a逼近。評(píng)講時(shí)，建議教師聯(lián)系另一個(gè)圖像問(wèn)題共同分析。

變式（NH4）2CO3捕獲CO2的反應(yīng)為：

（NH4）2CO3（aq）+H2O（l）+CO2（g）=2NH4HCO3（aq）△H，為研究溫度對(duì)（NH4）2CO3捕獲CO2效率的影響，在某溫度T1下，在t時(shí)刻，測(cè)得容器中CO2氣體的濃度.然后分別在溫度為T(mén)2、T3、T4、T5下，保持其他初始實(shí)驗(yàn)條件不變，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間測(cè)得CO2氣體濃度，其關(guān)系圖所示，則△H （填“>”“<”或“=”）0

T1～T3的曲線含義和試題5中的b曲線相同，T3～T5的曲線由于溫度比較高已經(jīng)達(dá)到平衡，曲線的變化是由于溫度升高平衡發(fā)生移動(dòng)導(dǎo)致的。

試題6 新型O3氧化技術(shù)對(duì)尾氣中的氮氧化物脫除效果顯著，尾氣中的NOx多數(shù)以NO形式存在可發(fā)生反應(yīng)：NO（g）+O3（g）■NO2（g）+ O2（g），在一定條件下，將NO和O3通入絕熱恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，正反應(yīng)速率隨時(shí)間變化如右圖所示。以下說(shuō)法正確的是（ ）

a.反應(yīng)在c點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)

b.b點(diǎn)的反應(yīng)物濃度小于c點(diǎn)

c.該反應(yīng)反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量

d.△t1=△t2時(shí)，a～b段NO的轉(zhuǎn)化量小于b～c段

[分析]學(xué)生分析速率時(shí)間圖經(jīng)常容易與平衡問(wèn)題混淆，本題就容易與試題5的變式混淆，有同學(xué)認(rèn)為c點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。實(shí)際上c只是一個(gè)影響速率的主要因素在交替的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，還在變化之中，尚未平衡。c點(diǎn)之前反應(yīng)放熱升溫使速率增大，c點(diǎn)之后反應(yīng)物濃度下降占主導(dǎo)，速率下降。答案：d。

試題7工業(yè)上可通過(guò)甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

CH3OH（g）+CO（g）■HCOOCH3（g）

△H= -29.1kJ/mol

科研人員對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了研究，部分研究結(jié)果如下：

（1）工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是 （填“3.5× 106Pa” “4.0×106Pa”或“5.0×106Pa”），選擇的理由是 。

（2）實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是 。

[分析]采用簡(jiǎn)答的方式，鼓勵(lì)學(xué)生更全面地思考問(wèn)題。

答案：（1）4.0×106Pa，低于此壓強(qiáng)甲醇轉(zhuǎn)化率較低，高于此壓強(qiáng)，壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響不明顯，對(duì)設(shè)備提出了更高要求，能耗過(guò)度增加；

（2）低于80℃反應(yīng)速率較低，高于80℃溫度對(duì)反應(yīng)速率影響不明顯，且升溫導(dǎo)致化學(xué)平衡逆向移動(dòng)。

試題8 用O2將HCl轉(zhuǎn)化為Cl2，可提高效益，減少污染。該轉(zhuǎn)化通過(guò)如右圖所示的催化循環(huán)實(shí)現(xiàn)。

（1）總反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為。

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得在一定壓強(qiáng)下，總反應(yīng)的HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的αHCl～T曲線如右圖，則總反應(yīng)的ΔH0（填“>”“=”或“<”）；A、B兩點(diǎn)的平衡常數(shù)K（A）與K（B）中較大的是。

（3）在上述實(shí)驗(yàn)中若壓縮體積使壓強(qiáng)增大，畫(huà)出相應(yīng)αHCl～T曲線的示意圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由：。

（4）下列措施中，有利于提高αHCl的有（ ）

A.增大n（HCl） B.增大n（O2）

C.使用更好的催化劑 D.移去H2O

[分析]這樣的試題將化學(xué)平衡的問(wèn)題運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中去，在陌生的圖像和反應(yīng)背景下，要求學(xué)生靈活運(yùn)用化學(xué)平衡原理解決問(wèn)題。

答案：（1）2HCl（g）+ ■O2（g）■H2O（g）+Cl2（g）

（2）ΔH<0。當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以K（A）>K（B）；

（3）根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)，氯化氫的轉(zhuǎn)化率升高，故此時(shí)的αHCl～T曲線應(yīng)該在題中所給曲線的上方，如右圖所示；

（4）B、D

4. 對(duì)照預(yù)設(shè)，實(shí)測(cè)評(píng)估

在作業(yè)試題的選編基礎(chǔ)上，將試題匯總為本課時(shí)的作業(yè)，試題雖然只有8題，但具有一定的思考性，學(xué)生完成起來(lái)相對(duì)耗時(shí)，大約需要30～40分鐘時(shí)間。學(xué)生完成作業(yè)之后教師進(jìn)行了批閱，得到實(shí)際的正確率情況，匯總下表。

總體上看，大部分題目與預(yù)測(cè)基本一致，本次作業(yè)基本達(dá)到了預(yù)先設(shè)計(jì)的目的。在作業(yè)中只有第4題較明顯低于預(yù)測(cè)值，說(shuō)明學(xué)生通過(guò)計(jì)算判斷化學(xué)反應(yīng)方向還存在思維定勢(shì)，普遍在審題時(shí)沒(méi)有注意到“恒壓容器”，在錯(cuò)題矯正時(shí)要重視。

三、本次作業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)

本次作業(yè)設(shè)計(jì)緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)、高考考查要求和化學(xué)知識(shí)體系特點(diǎn)，聚焦學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱之處，確立作業(yè)目標(biāo)并以此為框架，精選改編作業(yè)試題、匯總分析逐步形成作業(yè)，使作業(yè)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的操作性，突破了先前僅憑經(jīng)驗(yàn)粗略選題形成作業(yè)的套路，較好地提升了作業(yè)的針對(duì)性和有效性。并且對(duì)作業(yè)的正確率進(jìn)行了預(yù)估和實(shí)際對(duì)比，有利于細(xì)化管理下一階段的課堂教學(xué)和作業(yè)設(shè)計(jì)。在實(shí)踐中，對(duì)于作業(yè)設(shè)計(jì)中的正確率流于經(jīng)驗(yàn)，缺少科學(xué)的分析手段，希望在后續(xù)的研究中能有所進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹琦明，李佳，劉金燕.SOLO分類理論在中學(xué)化學(xué)學(xué)科能力模型中的應(yīng)用[J].中學(xué)化學(xué)教與學(xué)，2016（3）：18-22