新疆 呂 艷

平衡常數(shù)，是選擇性必修課程中表征化學(xué)反應(yīng)限度的物理量，是判斷平衡狀態(tài)、反應(yīng)方向的重要依據(jù)。打通壁壘，構(gòu)建平衡常數(shù)的思維模型，可以提高學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)規(guī)律認(rèn)識的廣度和思考的深度。本文梳理了2022年全國高考甲卷、乙卷中平衡常數(shù)的考查立意，結(jié)合幾個真實的教學(xué)情景，嘗試構(gòu)建平衡常數(shù)的思維模型并利用該思維模型來解決實際問題。

一、關(guān)注基礎(chǔ)，側(cè)重相互轉(zhuǎn)化和實際應(yīng)用

2022年高考全國甲卷、乙卷中共有六處考查了平衡常數(shù)相關(guān)知識，分別是水解平衡常數(shù)大小判斷、溶度積的計算、平衡常數(shù)在蓋斯定律中的應(yīng)用、平衡常數(shù)變式應(yīng)用、平衡常數(shù)在弱電解質(zhì)電離和沉淀轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。六處考查，筆者簡單劃分為單一應(yīng)用、相互轉(zhuǎn)化、綜合應(yīng)用三個能力層級，具體如表1.1、1.2、1.3所示：

表1.1 平衡常數(shù)的單一應(yīng)用

表1.2 平衡常數(shù)的變式應(yīng)用

表1.3 平衡常數(shù)的綜合應(yīng)用

整體看，2022年高考全國甲卷、乙卷對平衡常數(shù)的考查注重基礎(chǔ)，側(cè)重平衡常數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換，尤其關(guān)注在實際情景中應(yīng)用平衡常數(shù)的知識解決問題。一輪復(fù)習(xí)需要幫助學(xué)生體會平衡常數(shù)在判斷平衡狀態(tài)、反應(yīng)方向、分析預(yù)測平衡移動方向中的價值，即在鞏固已有知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生困惑的問題創(chuàng)設(shè)真實的情景，在應(yīng)用平衡常數(shù)解決問題中實現(xiàn)平衡常數(shù)思維模型的構(gòu)建。

二、打通壁壘，多角度關(guān)注平衡常數(shù)在真實情景中的應(yīng)用

(一)關(guān)注學(xué)生容易混淆的知識點，創(chuàng)設(shè)情景，一通百通

情景創(chuàng)設(shè)一：向少許碳酸鈉溶液持續(xù)通入二氧化硫，反應(yīng)發(fā)生的歷程，用離子方程式該如何準(zhǔn)確表達？

已知：兩種酸的電離平衡常數(shù)：

H2CO3Ka14.5×10-7、Ka24.7×10-11

H2SO3Ka11.4×10-2、Ka26.0×10-8

請用電離平衡常數(shù)的相關(guān)知識進行反應(yīng)歷程的預(yù)判并完成對應(yīng)離子方程式的書寫。

【情景創(chuàng)設(shè)的目的】復(fù)分解反應(yīng)中，涉及量的化學(xué)方程式書寫，學(xué)生往往會比較糾結(jié)。這里給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個思考的情景，請學(xué)生利用電離平衡常數(shù)的視角來分析“酸與鹽生成另外一種酸和鹽”這一類型復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件，并構(gòu)建該類型復(fù)分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化的思維模型。

【思維模型構(gòu)建】

第一步：先判斷反應(yīng)的第一步是否發(fā)生，即

第二步：再判斷反應(yīng)的第二步是否發(fā)生，即

第一步K=3.0×108>1.0×105反應(yīng)很徹底；

第二步K=3.1×104，接近1.0×105，也可認(rèn)為反應(yīng)較為徹底。

【拓展應(yīng)用】將上述推演過程轉(zhuǎn)化成為一種簡單的判斷方法：將電離平衡常數(shù)由大到小逐一排序，酸與一級電離的酸根上下對齊，用“N字型規(guī)則”進行判斷。

舉例：向碳酸鈉溶液中加入足量的次氯酸溶液反應(yīng)發(fā)生的歷程。

注：電離平衡常數(shù)的數(shù)據(jù)來自2019人教版化學(xué)選擇性必修1教材附錄

情景創(chuàng)設(shè)二：甲同學(xué)在完成新制氯水的成分的學(xué)習(xí)后，預(yù)測：向新制氯水中加入固體CaCO3可以增加次氯酸的濃度。請用溶度積和電離平衡常數(shù)的相關(guān)知識判斷甲同學(xué)的預(yù)測是否正確？

已知1：兩種電離平衡常數(shù)：

H2CO3Ka14.5×10-7、Ka24.7×10-11

HClOKa4.0×10-8

已知2：碳酸鈣的溶度積常數(shù)：Ksp3.4×10-9

【情景創(chuàng)設(shè)的目的】碳酸鈉會和次氯酸發(fā)生反應(yīng)。但是，碳酸鈣會不會與次氯酸反應(yīng)？學(xué)生對此常常混淆。這里再創(chuàng)設(shè)一個情景，請學(xué)生利用電離平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)來解決自身的困惑，以此來增加學(xué)以致用的成就感，增強一輪復(fù)習(xí)的自信心。

【思維模型構(gòu)建】關(guān)鍵點：驗證該反應(yīng)發(fā)生的可能性。

推算該反應(yīng)的平衡常數(shù)：

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.6×10-7<1×10-5，該反應(yīng)幾乎不發(fā)生。

【拓展應(yīng)用】請學(xué)生從反應(yīng)競爭的角度思考：在次氯酸的環(huán)境中，碳酸根與氫離子結(jié)合與碳酸根與鈣離子結(jié)合，哪一種趨勢占主導(dǎo)？推理驗證。

碳酸根與氫離子結(jié)合：

該過程的平衡常數(shù)：

該過程的平衡常數(shù)：

有K2>K1，故在次氯酸氛圍中，碳酸根與鈣離子結(jié)合的趨勢占主導(dǎo)。

【結(jié)論】“向新制氯水中加入固體CaCO3，以增加次氯酸的濃度”是可行的。

(二)關(guān)注學(xué)生困惑的知識，創(chuàng)設(shè)情景，答疑解惑

情景創(chuàng)設(shè)三：實驗室常用FeS與稀鹽酸反應(yīng)制備硫化氫氣體。為什么CuS與稀鹽酸不反應(yīng)而FeS可以與稀鹽酸反應(yīng)？請利用溶度積和電離平衡常數(shù)的知識，梳理金屬硫化物與非氧化性酸反應(yīng)的條件。

已知1：電離平衡常數(shù)：H2SKa11.1×10-7、Ka21.3×10-13

已知2：兩種硫化物的溶度積常數(shù)：FeSKsp6.3×10-18，CuSKsp6.3×10-36

【情景創(chuàng)設(shè)的目的】在人教版必修教材中，元素化合物的知識重在構(gòu)建物質(zhì)的不同類型的轉(zhuǎn)化和不同價態(tài)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。教師可以在選擇性必修模塊學(xué)習(xí)完成后對個別必修課本中出現(xiàn)的問題進行復(fù)盤性驗證和解答，將元素化合物知識與化學(xué)反應(yīng)原理糅合以提高元素化合物知識的系統(tǒng)性和完整性。本情景選擇硫化物與非氧化性酸反應(yīng)作為一個突破點，梳理金屬硫化物與非氧化性酸反應(yīng)的條件。

利用平衡常數(shù)的變形：

帶入硫化氫的電離平衡常數(shù)，可以推導(dǎo)出金屬硫化物與非氧化性酸反應(yīng)較為徹底的條件：金屬硫化物的溶度積常數(shù)Ksp≥1.4×10-15。

表2.2 三種常見硫化物的溶度積

【結(jié)論】FeS與稀鹽酸反應(yīng)時K=4.4×102，則FeS與MnS均可與稀鹽酸反應(yīng)制備硫化氫氣體，同濃度的鹽酸中，MnS反應(yīng)更為徹底。

(三)關(guān)注教材，創(chuàng)設(shè)情景，反思與拓展兼顧

情景創(chuàng)設(shè)四：2019人教版化學(xué)選擇性必修1第34頁“探究濃度對化學(xué)平衡的影響”，以實驗2-1為基礎(chǔ)進行實驗：向5 mL 0.005 mol/L 的FeCl3溶液中加入5 mL 0.015 mol/L 的KSCN溶液后，溶液呈紅色。若向該體系中再加入少許氫氧化鈉溶液。請你用化學(xué)平衡移動的知識預(yù)測反應(yīng)的現(xiàn)象。

已知1：配位化合物的溶液中既存在配合反應(yīng)，又存在離解反應(yīng)，配合反應(yīng)和離解反應(yīng)最后達到平衡，這種平衡可稱為配合平衡。

已知2：25℃ Fe(OH)3Ksp2.8×10-39

【情景創(chuàng)設(shè)的目的】挖掘人教版課本中的實驗創(chuàng)設(shè)情景，將難溶電解質(zhì)與配位化合物相互轉(zhuǎn)化作為一個拓展思考點，學(xué)生通過提取信息獲取新知識，結(jié)合已有知識在陌生情景中解決新問題，體現(xiàn)了“教、學(xué)、評一體化”的要求。

【思維模型構(gòu)建】思維模型構(gòu)建的歷程：①原平衡體系會不會被打破？②如果打破，這種反應(yīng)的趨勢如何？

該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：

【深入思考】對比一下，同樣是難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為配位化合物，兩個實驗中選取的氨水濃度不同。2019人教版化學(xué)選擇性必修2第96頁實驗3-3“向4 mL 0.1 mol/L的硫酸銅溶液中加入幾滴1 mol/L的氨水，首先形成難溶物，繼續(xù)添加氨水并振蕩試管，觀察現(xiàn)象”。2019人教版化學(xué)選擇性必修3第126頁實驗活動3中“用2%的硝酸銀溶液、2%的氨水配制銀氨溶液”。

已知1：K不穩(wěn)[Cu(NH3)4]2+4.56×10-14、K不穩(wěn)[Ag(NH3)2]+6.2×10-8

注：數(shù)據(jù)來自化學(xué)工業(yè)出版社《無機化學(xué)》附錄

已知2：25℃KspCu(OH)22.2×10-20、AgOH 2.0×10-3

注：AgOH的溶度積常數(shù)數(shù)據(jù)來自化學(xué)工業(yè)出版社《無機化學(xué)》附錄

問題拋出，引發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑和探尋究竟的求知心理。分析氫氧化銅轉(zhuǎn)化為四氨合銅的反應(yīng)

該反應(yīng)的平衡常數(shù)

該反應(yīng)的平衡常數(shù)

該反應(yīng)的進行較為徹底，所以選擇濃度較小的氨水就可以滿足反應(yīng)的條件。

用好教材，用好教材中的實例，對課本的實例進行情景再創(chuàng)設(shè)，比如酸堿指示劑的變色原理、氟化物防治齲齒的化學(xué)原理、銅藍的形成，能幫助教師透過文字的表層含義，深入思考教材中每個實例承載的學(xué)科核心素養(yǎng)達成目標(biāo)和育人功能。

高考試題在題干創(chuàng)設(shè)的情景下，需要滿足基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性的要求，要求學(xué)生主動、靈活地應(yīng)用已有知識來分析和解決問題。一輪復(fù)習(xí)，不僅僅要梳理基礎(chǔ)知識、構(gòu)建主干知識網(wǎng)絡(luò)，還需要教師用好課本、用好高考真題，用學(xué)生的困惑點，積極創(chuàng)設(shè)情景，引領(lǐng)學(xué)生深入思考問題，用已有知識來解決問題，并在知識的實際應(yīng)用中構(gòu)建同一類型問題解決的思維模型，以實現(xiàn)知識融通應(yīng)用、知識體系構(gòu)建。每一次情景創(chuàng)設(shè)，都是對教材內(nèi)容的二次研發(fā)，都是給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個思考的平臺，讓學(xué)生在這個平臺上完成知識的重組和應(yīng)用，在解決問題中完成學(xué)科能力的提升、學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。所以，情景創(chuàng)設(shè)不是目的，知識應(yīng)用是前提、學(xué)科能力養(yǎng)成是導(dǎo)向、學(xué)科核心素養(yǎng)提升是關(guān)鍵。