基于高中化學學科核心素養(yǎng)下的化學平衡常數(shù)的教學研究

1、    基于高中化學學科核心素養(yǎng)下的化學平衡常數(shù)的教學研究    簡敏華摘 要：通過對人教版選修4第三章第三節(jié)的一道例題的改編，利用三態(tài)分析法分析可逆反應在等溫、起始濃度不同的條件下的平衡移動情況，預測達到平衡后兩個平衡狀態(tài)的不同;由淺入深地將“變化觀念與平衡思想”思維方式滲透到教學當中，加深學生對化學平衡常數(shù)的理解。關鍵詞：化學學科核心素養(yǎng);化學變化觀念;教材研究;平衡思想一、基本情況分析化學選修4化學反應原理的學習內(nèi)容與高中化學核心素養(yǎng)中的素養(yǎng)2“變化觀念與平衡思想”的培養(yǎng)密切相關，教師在教學過程中應充分利用機會滲透和培養(yǎng)學生的變化觀念和平衡思想。而

2、化學平衡的問題更是整冊書的重點和難點。平衡問題題型多，解題方法多，其中化學平衡間的比較是最具代表性的一類，解決好這一類問題無疑對化學平衡的理解和運用有極大的幫助。在教學過程中，筆者在講授人教版選修4化學反應原理第三章第三節(jié)化學平衡最后一部分內(nèi)容化學平衡常數(shù)的計算例題時，筆者嘗試將課本29頁的例題1進行了改編，通過一變四的例題，巧妙地創(chuàng)設了四個相關的又條件不同的情景，通過比較分析，增強學生多角度、動態(tài)地分析化學反應，運用化學反應原理解決實際問題的能力。整個教學過程，既完成了學會計算平衡常數(shù)的學習任務，又加深了學生對可逆反應變化觀念和平衡思想的理解。二、教學基本環(huán)節(jié)節(jié)選1.環(huán)節(jié)一【教師】上一節(jié)課，

3、我們學習了平衡常數(shù)的表達方法，知道了平衡常數(shù)的意義以及其在判斷化學平衡狀態(tài)上的應用。本節(jié)我們要通過實際的例子，學會應用平衡常數(shù)解決問題。下面請同學完成導學案上的例題?！緦W生】在導學案上完成例題：在某溫度下，將h2和i2各0.10mol的氣態(tài)混合物充入10l的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（h2）=0.008 0 mol/l。求該反應的平衡常數(shù)及i2的轉(zhuǎn)化率?！窘處煛吭跈z查學生完成情況后，對計算過程進行糾正勘誤。通過列三段式計算得到各種參與反應物質(zhì)的平衡濃度，可得平衡常數(shù)，本題的k=c2（hi）/c（h2）c（i2）=（0.0040）2/（0.0080）2=0.25，（i2）=20%2

4、.環(huán)節(jié)二【教師】通過上述計算，我們已計算出此溫度下上述反應的平衡常數(shù)。根據(jù)平衡常數(shù)只受溫度的影響，與反應物或生物的濃度無關這一性質(zhì)，請大家計算例題變式1的答案?！緦W生】在導學案上完成例題變式1：在相同溫度下，將0.20mol的hi氣體充入10l的密閉容器中，充分反應，試求達到化學平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的濃度?！窘處煛吭跈z查學生完成情況后，對計算過程進行糾正勘誤。過程分析： 設i2的轉(zhuǎn)化濃度為xmol/l，則平衡時，三種物質(zhì)i2（g）、h2（g）、hi（g）的濃度（mol/l）分別為：x、x、0.020-2x，則 k= c2（hi）/c（h2）c（i2）=（0.020-2x）2/（x）2=0.25化簡

5、后計算得x=0.0080【教師】同學們請觀察兩個例題的演算結果的三態(tài)分析，請討論相同溫度下，起始狀態(tài)不一樣的這個反應，平衡狀態(tài)各物質(zhì)的濃度有什么特點？你認為原因是什么？【展示】兩個例題的三種狀對比態(tài)：【學生回答】（1）在相同溫度下，這個反應從正方向開始和從逆方向開始，達到平衡的狀態(tài)是一樣的。（引導提問：有沒有發(fā)現(xiàn)這兩個方向開始時使用的反應物的量有什么關系？）（2）如果把例題1的反應物全部轉(zhuǎn)化成生成物，剛好就是0.020 mol/l的hi。（引導問題：在這個條件下，你覺得這種現(xiàn)象是偶然的還是必然？）（3）應該是因為h2和i2各0.10 mol和0.20 mol的hi其實是可以等量相互轉(zhuǎn)化的，相當

6、于所含的反應物是一樣的，所以兩個平衡狀態(tài)各物質(zhì)的濃度都一樣。【教師】小結：我們已經(jīng)知道可逆反應既可以從正反應方向開始，也可以從逆反應方向開始。那么，如果反應開始時溫度相同，反應物或生成物使用的量相當（按方程式的比例轉(zhuǎn)化成同一邊的反應物后物質(zhì)的量相等），其達到平衡后各物質(zhì)的濃度相等。利用好這個規(guī)律，可以幫助我們解決一些問題。3.環(huán)節(jié)三【教師】通過例題1和變式1的計算，我們知道了對于可逆反應，如果反應開始時溫度相同，反應物或生成物使用的量相當（按方程式的比例轉(zhuǎn)化成同一邊的反應物后物質(zhì)的量相等），其達到平衡后各物質(zhì)的濃度相等。那么，現(xiàn)在我們對例題1再變一變，看看將反應物的用量增加一倍，平衡時的各物質(zhì)

7、的濃度又將會有什么變化規(guī)律？請同學們完成變式2?！緦W生】在導學案上完成例題變式2：在相同溫度下，將h2和i2蒸氣各0.20 mol的混合氣體充入10l的密閉容器中，充分反應，試求達到化學平衡狀態(tài)時各物質(zhì)的濃度及i2的轉(zhuǎn)化率。通過計算，學生能列出第三種情況下的三態(tài)分析，并與例題1的進行對比：【教師】問題引導：（1）請問你能從這兩組數(shù)據(jù)中得出什么規(guī)律？【學生】相同條件下，當反應物用量增加一倍，平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍?！窘處煛繂栴}引導：（2）平衡濃度增加一倍，那么這時反應物的轉(zhuǎn)化率是否變化了？【學生】通過計算后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化率是沒有變化的，也就是說反應進行的程度是相同的?！窘處煛繂栴}引導：（3）

8、當溫度相同時，當反應物用量增加一倍，平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍，轉(zhuǎn)化率不變。這個規(guī)律你認為有普遍性嗎？能不能用平衡移動的原理來解釋一下？（提示：試試看從濃度、壓強改變的情況來分析）【學生】思考后回答，這種情況類似于容積不變，給平衡體系進行壓縮一半的體積，各物質(zhì)的濃度都增加一倍，但是這個反應由于前后氣體系數(shù)相同，所以平衡不移動，反應進行的程度不變?！窘處煛啃〗Y：當溫度相同時，當反應物用量增加一倍，例題中的計算結果出現(xiàn)平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍，轉(zhuǎn)化率不變的情況?？梢杂闷胶庖苿拥脑斫忉專哼@種情況類似于容積不變情況下，給平衡體系進行壓縮一半的體積，各物質(zhì)的濃度都增加一倍，但是這個反應由于前

9、后氣體的體積相同，所以平衡不移動，反應進行的程度不變，所以平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍，轉(zhuǎn)化率不變。4.環(huán)節(jié)四【教師】也就是說，當溫度相同時，當反應物用量增加一倍，例題中的計算結果出現(xiàn)平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍，轉(zhuǎn)化率不變的情況是出現(xiàn)在反應前后氣體的體積相同的情況下。那么如果可逆反應是反應前后氣體的體積不同的反應，你可不可以去用相類似的方法分析得出結論？請討論下面的變式3?！緦W生】討論導學案上例題變式3：在一定溫度下，將1 mol n2和3 mol h2放入1l恒容密閉容器中，達到平衡時，測得nh3為0.8 mol。請預測如果此時再加入1 mol n2和3 mol h2，達到新平衡時，n

10、h3的物質(zhì)的量的數(shù)值范圍?！窘處煛恳龑W生列出兩個平衡的起始態(tài)和平衡態(tài)進行比較當溫度相同時，當反應物用量增加一倍，這種情況類似于容積不變情況下，給平衡體系進行壓縮一半的體積，各物質(zhì)的濃度都增加一倍。若平衡發(fā)生移動，則平衡時各物質(zhì)的量濃度都增加一倍（則nh3濃度變?yōu)?.6 mol/l），轉(zhuǎn)化率不變。但是，此反應密閉容器中的氣體增加，相當于加壓，平衡向正方向移動，所以生成物濃度會是原平衡濃度的兩倍多（即nh3濃度變?yōu)榇笥?.6 mol/l）。那么，反應物的轉(zhuǎn)化率也會相應的增大。小結：通過上述幾個例題的對比分析，我們可以體會到在溫度不變的條件下，利用平衡常數(shù)求不同起始濃度下各物質(zhì)的平衡濃度及轉(zhuǎn)化率，

11、且此條件下的平衡時的濃度變化規(guī)律，還可以結合壓強對平衡的影響規(guī)律進行預測與分析。用相同的分析方法，同學們課后還可以把上述例題中的情景換成恒壓容器進行分析，看看得到的規(guī)律有什么不同。我們在學習的過程中要學會舉一反三，題型各有不同，但是我們分析問題的思路是可以進行類推和歸納的。三、課后的總結與反思本教學環(huán)節(jié)主要是加深學生對平衡常數(shù)的理解和熟練應用技巧。平常教學流程一般是教師講評完課本的例題，然后讓學生就堂上繼續(xù)做一些其他相關的題目作為鞏固訓練。本環(huán)節(jié)的設計意圖是，脫離常規(guī)的教學設計流程，對課本的一道例題作了三個變式，同一個反應，不同的起始條件，由于平衡的移動或不移動，引起了反應出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律。學生在訓練過程中可以充分地體會到可逆反應變化觀念和平衡思想。其中各個環(huán)節(jié)的設計意圖和