劉奕欣

（廣州市第九十七中學(xué)，廣東 廣州）

一、在化學(xué)平衡圖像教學(xué)中遇到的實(shí)際問(wèn)題及產(chǎn)生的原因

課程標(biāo)準(zhǔn)要求“能描述化學(xué)平衡建立的過(guò)程”，平衡圖像是最簡(jiǎn)潔凝練的描述手段，反映著學(xué)生的理解方式、理解深度和表述能力。高考非常重視學(xué)生的分析能力，“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像”更是其中一類常考點(diǎn)。例如近四年全國(guó)各地的高考題中，2018年全國(guó)III28（1）、2018年北京卷27（2）、2018年天津卷10（2）、2018 年江蘇 16（2）、2017 年全國(guó) I27（1）、2017 年全國(guó) II卷27（1）（2）（3）、2017 年全國(guó) III卷 28（4）、2017 年北京卷 26（1）（2）、2016 國(guó)甲 27 題（2）（3）、2016 國(guó)乙 27（2）、2016 國(guó)丙 27（3）、2015 國(guó)甲 27 題（2）、2015 國(guó)乙 28（4）③、2015 北京 26（3）、2015安徽 11、2015 重慶 09、2015 四川 07、2015 廣東 31（2）、2015 江蘇15、2015江蘇16（1）都是考查學(xué)生對(duì)“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像”的分析。這個(gè)考點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)恰恰是一個(gè)難點(diǎn)，每年高考這類題目的得分率都非常低。

認(rèn)知心理學(xué)研究表明，很多學(xué)生在分析化學(xué)平衡圖像時(shí)存在邏輯思維的障礙。所以研究學(xué)生如何在化學(xué)平衡圖像學(xué)習(xí)中突破思維障礙并且提高化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)非常重要。邏輯思維的形成需要學(xué)生在對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)之后，構(gòu)建自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于難度大、思考跨度大的知識(shí)點(diǎn)，需要從本質(zhì)出發(fā)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)深入學(xué)習(xí)，環(huán)環(huán)相扣，梯度性地進(jìn)行吸收消化，從而形成對(duì)該類知識(shí)點(diǎn)的邏輯思維。

化學(xué)函數(shù)圖象中，有關(guān)“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像”在人教版中只簡(jiǎn)單出現(xiàn)在必修2第51頁(yè)圖2-20，而綜合教輔資料、網(wǎng)絡(luò)資料和實(shí)際教學(xué)，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的主要教學(xué)大多針對(duì)“速率-時(shí)間”“濃度-時(shí)間”等類型。學(xué)生大多通過(guò)練習(xí)獲得對(duì)各類相關(guān)圖像的解題技能，而缺乏對(duì)圖像本質(zhì)、意義的深刻理解，沒(méi)有真正提高對(duì)該類圖像的分析能力，所以無(wú)法在分析過(guò)程構(gòu)建起自己的邏輯思維，從而產(chǎn)生分析圖像的思維障礙。一旦產(chǎn)生思維障礙，學(xué)生對(duì)于圖像分析就會(huì)有畏難情緒，影響學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)的化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)顯得尤為重要。

二、培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)邏輯素養(yǎng)的重要性

化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)是指人認(rèn)識(shí)和處理物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律及抽象與化學(xué)相關(guān)的事物本質(zhì)的悟性和潛能，是化學(xué)觀念、化學(xué)知識(shí)、化學(xué)技能、化學(xué)思維、化學(xué)思想、化學(xué)能力、化學(xué)品質(zhì)的和諧統(tǒng)一。它包括化學(xué)意識(shí)、創(chuàng)造能力、思維品質(zhì)、化學(xué)語(yǔ)言四個(gè)層面。培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)的化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)顯得尤為重要。以往傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)只是片面地強(qiáng)調(diào)知識(shí)和技能目標(biāo)，忽視了全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

本課題的切入點(diǎn)就是在化學(xué)平衡圖像教學(xué)中如何提高學(xué)生化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)。

三、在化學(xué)平衡圖像教學(xué)中如何提高學(xué)生化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)的措施策略

思維過(guò)程包括分析、綜合、比較、抽象、概括、判斷和推理等基本過(guò)程，通過(guò)聯(lián)想和邏輯過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。教學(xué)要讓學(xué)生構(gòu)建起自己的邏輯思維，由淺入深，環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)生深刻理解圖像本質(zhì)、意義。

1．要看圖先畫(huà)圖，在畫(huà)圖過(guò)程中認(rèn)識(shí)圖像的本質(zhì)。

例如：對(duì)于濃度-時(shí)間圖，通過(guò)學(xué)生畫(huà)圖，逐步由淺入深進(jìn)行了解。

學(xué)生活動(dòng)1：373K時(shí)，將0.10mol無(wú)色N2O4氣態(tài)放入100mL抽空的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：N2O4?2NO2，隔一定時(shí)間對(duì)體系進(jìn)行分析，得到以下數(shù)據(jù)：

時(shí)間/s 0 20 40 60 80 100 n（N2O4）/mol 1.0 0.7 0.5 0.4 0.4 0.4 n（NO2）/mol 0 0.6 1.0 1.2 1.2 1.2

請(qǐng)畫(huà)出坐標(biāo)圖：作出N2O4和NO2的濃度隨時(shí)間變化的曲線。

學(xué)生作品

3.學(xué)生已經(jīng)能掌握同一反應(yīng)在改變條件的情況下，濃度-時(shí)間的變化圖像，那么就要及時(shí)讓學(xué)生完成練習(xí)鞏固。

挑戰(zhàn)練習(xí)（2012國(guó)標(biāo)改編）

COCl2的分解反應(yīng)為COCl2（g）?Cl2（g）+CO（g） ΔH=+108 kJ·mol-1。

目的：學(xué)生在畫(huà)圖中就可以掌握起點(diǎn)、拐點(diǎn)的意義和平衡時(shí)的濃度狀態(tài)。

這樣比直接拿題目讓學(xué)生記住解題技巧“看清起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)，看清曲線的變化趨勢(shì)；先拐先平……”更能讓學(xué)生理解圖像的本質(zhì)、意義。

2．由淺入深，環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)梯度性地進(jìn)行吸收消化，從而形成對(duì)該類知識(shí)點(diǎn)的邏輯思維。

前面學(xué)生通過(guò)畫(huà)圖已經(jīng)掌握了從反應(yīng)開(kāi)始到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物的圖像特點(diǎn)，那假如同一反應(yīng)在平衡后，經(jīng)過(guò)改變條件使平衡移動(dòng)，再次平衡的圖像又有什么特點(diǎn)呢？

學(xué)生活動(dòng)2：

完成實(shí)驗(yàn)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在K2Cr2O7的溶液中存在著如下平衡

實(shí)驗(yàn)編號(hào) 現(xiàn)象 結(jié)論（離子濃度變化） 平衡移動(dòng)方向①滴加 3～10滴濃H2SO4溶液從黃色向橙色轉(zhuǎn)變C（H+）增大；C（Cr2O72-）增大；C（CrO42-）減小；C（H2O）不變 逆向② 滴 加 10～20滴6mol/LNaOH溶液從橙色向黃色轉(zhuǎn)變C（H+）減小；C（Cr2O72-）減??；C（CrO42-）增大；C（H2O）不變 正向

請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)①②的 C（Cr2O72-）、C（CrO42-）、C（H+）隨時(shí)間變化的C-t圖像（多種答案）。

學(xué)生作品

目的：遵循學(xué)生的邏輯思維，不難理解這里的關(guān)鍵是①增加C（H+），所以畫(huà)圖的時(shí)候C（H+）縱坐標(biāo)要顯示出明顯的增加（改變條件后的原點(diǎn)和原狀態(tài)的平衡點(diǎn)有距離），而引起平衡逆向移動(dòng)，所以增大減小，它們的縱坐標(biāo)直接在原點(diǎn)畫(huà)趨勢(shì)就行，同理②滴加NaOH，C（H+）減少。

所以分析圖像的時(shí)候，學(xué)生就懂得了要觀察每個(gè)階段的起點(diǎn)和拐點(diǎn)變化，從而判斷是改變了什么條件使平衡產(chǎn)生移動(dòng)；同時(shí)通過(guò)濃度的趨勢(shì)變化可以判斷平衡的移動(dòng)方向。

反應(yīng)體系平衡后，各物質(zhì)的濃度在不同條件下的變化狀況如下圖所示。（第10min到14min的COCl2濃度變化曲線未示出）

（1）第10min時(shí)改變的條件是_____________。

（2）第14min時(shí)改變的條件是_____________。

這道題學(xué)生解答得非常順利，馬上會(huì)第一時(shí)間觀察10min各物質(zhì)的濃度變化，COCl2濃度變化曲線未表示出，但是CO的濃度突然減少，而Cl2的濃度趨勢(shì)說(shuō)明平衡右移。所以（1）答案：移動(dòng)了CO。

同樣道理，觀察到14min時(shí)CO的濃度和Cl2的濃度都突然減少，趨勢(shì)變化說(shuō)明平衡右移。所以答案（2）擴(kuò)大了容器體積。

大量研究結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)于平衡圖像的學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的思維障礙屬于非知識(shí)和技能被遺忘所形成，如果只是簡(jiǎn)單地通過(guò)知覺(jué)和回憶去解題，學(xué)生會(huì)對(duì)這類題產(chǎn)生恐懼。而通過(guò)前面尊重學(xué)生的認(rèn)知策略，讓學(xué)生畫(huà)圖分析、綜合、概括，能形成對(duì)該類題的邏輯思維。

4.邏輯思維還要通過(guò)比較來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們要引導(dǎo)學(xué)生將不同的圖像對(duì)應(yīng)整合與融合，了解圖像之間的聯(lián)系，理解各種類型圖像的特征。

當(dāng)學(xué)生掌握了同一反應(yīng)在改變條件的變化圖像，教師再問(wèn)：假如只選用用同一物質(zhì)（反應(yīng)物或者生成物），而表達(dá)不同條件（溫度、壓強(qiáng)、催化劑）下的平衡移動(dòng)呢？

學(xué)生活動(dòng)3：固定和利用CO2能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上有一種用CO2來(lái)生產(chǎn)甲醇燃料的方法：

CO2（g）＋3H2（g）?CH32OH（g）＋H2O（g）ΔH＝－49.0 kJ·mol－1

某科學(xué)實(shí)驗(yàn)將6molCO2和8molH2充入2L的密閉容器中，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示（實(shí)線）。

（1）a點(diǎn)正反應(yīng)速率____（填大于、等于或小于）逆反應(yīng)速率。

（2）下列時(shí)間段平均反應(yīng)速率最大的是____，最小的是____。

A.0～1min B.1～3min C.3～8min D.8～11min

（3）求平衡時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率和該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K。（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）

（4）僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示，曲線I對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是_____________，曲線II對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是_____________。

（5）請(qǐng)?jiān)谏蠄D畫(huà)出如加入催化劑時(shí)H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線。

學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)I、II兩條曲線和實(shí)線一樣，都是H2在不同條件（溫度、壓強(qiáng)、催化劑）下的平衡移動(dòng)下的變化情況。通過(guò)對(duì)比，更加理解一樣是“濃度-時(shí)間”圖及不同圖像之間的聯(lián)系和區(qū)別。

5.教師要讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，形成對(duì)該類知識(shí)點(diǎn)的邏輯思維。學(xué)生從一幅圖得到一組圖，既領(lǐng)悟了平衡的內(nèi)涵，又收獲了學(xué)習(xí)的方法。

學(xué)生活動(dòng)4：請(qǐng)從下面兩個(gè)圖像中分析兩圖的異同？

學(xué)生可以很快看出原來(lái)經(jīng)常見(jiàn)到的右邊的圖是左邊的簡(jiǎn)化圖，都是當(dāng)只表達(dá)其中一種物質(zhì)，且在不同條件（溫度、壓強(qiáng)、催化劑）下的平衡移動(dòng)，再歸納這些圖的相同之處：都有明顯的拐點(diǎn)表示平衡。這樣學(xué)生在做題的時(shí)候思路就非常清晰，不會(huì)再對(duì)這類圖產(chǎn)生恐懼。

練習(xí)：

已知某可逆反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行：

A（g）+2B（g）?3C（g）+D（g）（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），圖中曲線b代表一定條件下該反應(yīng)的過(guò)程，若使曲線b變?yōu)榍€a，可采取的措施是（ ）

A.增大A的濃度

B.縮小容器的容積

C.加入催化劑

D.升高溫度

所以其實(shí)濃度-時(shí)間圖、物質(zhì)的百分含量-時(shí)間-溫度（壓強(qiáng)）圖，有的資料分成了四、五種不同的類型進(jìn)行解題技巧分析。但是按照這些教學(xué)策略，一幅圖得到一組圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些其實(shí)是同一類圖，而且看圖難點(diǎn)也迎刃而解。

四、小結(jié)

平衡圖像的產(chǎn)生是展示理解過(guò)程和理解深度的最佳手段，借助這種最簡(jiǎn)潔最突出地揭示變量間關(guān)系的方式，集中彰顯了不同物理量的變化趨勢(shì)、數(shù)量及相互關(guān)系。在教學(xué)中需要運(yùn)用對(duì)應(yīng)的教學(xué)策略培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，讓學(xué)生能真正理解和運(yùn)用平衡圖像，提高化學(xué)邏輯思維素養(yǎng)。