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(duì)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律認(rèn)識(shí)的廣度和思考的深度。本文梳理了2022年全國(guó)高考甲卷、乙卷中平衡常數(shù)的考查立意，結(jié)合幾個(gè)真實(shí)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(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

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

2022年高考全國(guó)甲卷、乙卷中共有六處考查了平衡常數(shù)相關(guān)知識(shí)，分別是水解平衡常數(shù)大小判斷、溶度積的計(jì)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(jiǎn)單劃分為單一應(yīng)用、相互轉(zhuǎn)化、綜合應(yīng)用三個(gè)能力層級(jí)，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(guó)甲卷、乙卷對(duì)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(shí)際情景中應(yīng)用平衡常數(shù)的知識(shí)解決問(wèn)題。一輪復(fù)習(xí)需要幫助學(xué)生體會(huì)平衡常數(shù)在判斷平衡狀態(tài)、反應(yīng)方向、分析預(yù)測(cè)平衡移動(dòng)方向中的價(jià)值，即在鞏固已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生困惑的問(wèn)題創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情景，在應(yīng)用平衡常數(shù)解決問(wèn)題中實(shí)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(shí)情景中的應(yīng)用

(一)關(guān)注學(xué)生容易混淆的知識(shí)點(diǎn)，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(dá)？

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(qǐng)用電離平衡常數(shù)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行反應(yīng)歷程的預(yù)判并完成對(duì)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(huì)比較糾結(jié)。這里給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)思考的情景，請(qǐng)學(xué)生利用電離平衡常數(shù)的視角來(lái)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(guò)程轉(zhuǎn)化成為一種簡(jiǎn)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(jí)電離的酸根上下對(duì)齊，用“N字型規(guī)則”進(jìn)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(lái)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(cè)：向新制氯水中加入固體CaCO3可以增加次氯酸的濃度。請(qǐng)用溶度積和電離平衡常數(shù)的相關(guān)知識(shí)判斷甲同學(xué)的預(yù)測(cè)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(huì)和次氯酸發(fā)生反應(yīng)。但是，碳酸鈣會(huì)不會(huì)與次氯酸反應(yīng)？學(xué)生對(duì)此常?；煜?。這里再創(chuàng)設(shè)一個(gè)情景，請(qǐng)學(xué)生利用電離平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)來(lái)解決自身的困惑，以此來(lái)增加學(xué)以致用的成就感，增強(qiáng)一輪復(fù)習(xí)的自信心。

【思維模型構(gòu)建】關(guān)鍵點(diǎn)：驗(yàn)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(qǐng)學(xué)生從反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)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(shì)占主導(dǎo)？推理驗(yàn)證。

碳酸根與氫離子結(jié)合：

該過(guò)程的平衡常數(shù)：

該過(guò)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(shì)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(shí)，創(chuàng)設(shè)情景，答疑解惑

情景創(chuàng)設(shè)三：實(shí)驗(yàn)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(qǐng)利用溶度積和電離平衡常數(shù)的知識(shí)，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(shí)重在構(gòu)建物質(zhì)的不同類型的轉(zhuǎn)化和不同價(jià)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(duì)個(gè)別必修課本中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行復(fù)盤性驗(yàn)證和解答，將元素化合物知識(shí)與化學(xué)反應(yīng)原理糅合以提高元素化合物知識(shí)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(gè)突破點(diǎn)，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(shí)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(yè)“探究濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響”，以實(shí)驗(yàn)2-1為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：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(qǐng)你用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)預(yù)測(cè)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(gè)拓展思考點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)提取信息獲取新知識(shí)，結(jié)合已有知識(shí)在陌生情景中解決新問(wèn)題，體現(xiàn)了“教、學(xué)、評(píng)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(huì)不會(huì)被打破？②如果打破，這種反應(yīng)的趨勢(shì)如何？

該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：

【深入思考】對(duì)比一下，同樣是難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為配位化合物，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yè)實(shí)驗(yàn)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(yè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)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(lái)自化學(xué)工業(yè)出版社《無(wú)機(jī)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(lái)自化學(xué)工業(yè)出版社《無(wú)機(jī)化學(xué)》附錄

問(wèn)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(jìn)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(shí)例，對(duì)課本的實(shí)例進(jìn)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(lán)的形成，能幫助教師透過(guò)文字的表層含義，深入思考教材中每個(gè)實(shí)例承載的學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)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(dòng)、靈活地應(yīng)用已有知識(shí)來(lái)分析和解決問(wèn)題。一輪復(fù)習(xí)，不僅僅要梳理基礎(chǔ)知識(shí)、構(gòu)建主干知識(shí)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(diǎn)，積極創(chuàng)設(shè)情景，引領(lǐng)學(xué)生深入思考問(wèn)題，用已有知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，并在知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用中構(gòu)建同一類型問(wèn)題解決的思維模型，以實(shí)現(xiàn)知識(shí)融通應(yīng)用、知識(shí)體系構(gòu)建。每一次情景創(chuàng)設(shè)，都是對(duì)教材內(nèi)容的二次研發(fā)，都是給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)思考的平臺(tái)，讓學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上完成知識(shí)的重組和應(yīng)用，在解決問(wèn)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(shí)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。