化學(xué)平衡移動(dòng)概念的建立、理解與鞏固

1、化學(xué)平衡移動(dòng)概念的建立、理解與鞏固英國(guó)高中教材高級(jí)化學(xué)中“勒夏特列原理”的編排特點(diǎn)陳偉1，3 沙靖2 周青3（1西安衛(wèi)星測(cè)控中心教導(dǎo)大隊(duì)教研室 陜西 渭南 714012；2西安鐵一中 陜西 西安 710054；3陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 陜西 西安 710062）勒夏特列原理，即化學(xué)平衡移動(dòng)原理，是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。在勒夏特列原理教學(xué)中，很多學(xué)生往往只憑記憶記住了這個(gè)規(guī)律，并沒(méi)有從微觀上深入理解、不能從本質(zhì)上進(jìn)行思考，無(wú)法解決遇到的實(shí)際問(wèn)題。英國(guó)高中化學(xué)教材高級(jí)化學(xué)按照建立感性認(rèn)識(shí)、微觀解釋和拓展鞏固三個(gè)環(huán)節(jié)編排勒夏特列原理，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)。一、高級(jí)

2、化學(xué)中勒夏特列原理編排高級(jí)化學(xué)設(shè)計(jì)兩節(jié)內(nèi)容介紹濃度、溫度和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。第一節(jié)給出勒夏特列原理，介紹濃度和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)。第二節(jié)突破溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，并簡(jiǎn)介了工業(yè)合成氨。總體布局按照化學(xué)平衡移動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)建立、化學(xué)平衡移動(dòng)的理論分析和勒夏特列原理的應(yīng)用拓展三個(gè)步驟完成。1、濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響（1）建立感性認(rèn)識(shí)演示實(shí)驗(yàn)高級(jí)化學(xué)選擇鉻酸鈉和重鉻酸鈉相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)來(lái)演示濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。在鉻酸鈉溶液中加入酸，會(huì)建立如下化學(xué)平衡：2CrO42-(aq)+2H+(aq)Cr2O72-(aq)+H2O(l) 黃色 橙色在燒杯內(nèi)加入

3、適量黃色的鉻酸鈉溶液，引導(dǎo)學(xué)生觀察溶液顏色，指出CrO42-的顏色為黃色。向其中加入少量硫酸，攪拌，引導(dǎo)學(xué)生觀察顏色變化，燒杯內(nèi)黃色溶液顏色加深，說(shuō)明有橙色的Cr2O72-生成。繼續(xù)攪拌，顏色不再改變，說(shuō)明CrO42-與Cr2O72-的濃度不再改變，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。再繼續(xù)加硫酸，顏色又先變深，然后不再改變，化學(xué)反應(yīng)又達(dá)到新的平衡狀態(tài)。顏色變化說(shuō)明化學(xué)平衡從一個(gè)平衡狀態(tài)變化到了另一平衡狀態(tài)化學(xué)平衡發(fā)生了移動(dòng)。然后向燒杯內(nèi)加入少量氫氧化鈉溶液，攪拌，燒杯內(nèi)橙色溶液顏色變淺，繼續(xù)攪拌，顏色不再改變，表明化學(xué)平衡又移動(dòng)到了新的平衡狀態(tài)。重復(fù)上述操作，顏色不斷改變，表明反應(yīng)物濃度變化可以使化學(xué)平衡

4、發(fā)生移動(dòng)。通過(guò)溶液顏色變化讓學(xué)生感知化學(xué)平衡移動(dòng)，判斷濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，幫助學(xué)生建立起濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響的感性認(rèn)識(shí)。（2）深入理解理論解釋在學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建立起感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，高級(jí)化學(xué)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)上述顏色變化進(jìn)行分析解釋。溶液顏色不變，說(shuō)明CrO42-與Cr2O72-的濃度不變，化學(xué)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等。加酸使反應(yīng)物H+的濃度增大，H+和CrO42-反應(yīng)生成Cr2O72-和H2O的反應(yīng)速率加快，大于Cr2O72-和H2O反應(yīng)生成H+和CrO42-的反應(yīng)速率（正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率），即生成Cr2O72-的量大于生成CrO42-的量，溶液顏色加深。當(dāng)溶液顏色不再改變時(shí)，兩者濃

5、度保持不變，說(shuō)明生成Cr2O72-和CrO42-的速率相等，正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)，這樣就完成了“化學(xué)平衡移動(dòng)”。繼續(xù)加酸，則上述化學(xué)平衡移動(dòng)繼續(xù)發(fā)生。反之，加堿后，OH-與H+反應(yīng)生成H2O而消耗H+，反應(yīng)物H+的濃度減小，正反應(yīng)速率減小，致使正反應(yīng)速率小于逆反應(yīng)速率，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即向生成CrO42-的方向移動(dòng)，溶液顏色變淺。同理，當(dāng)溶液顏色不再改變時(shí)就達(dá)到新的平衡狀態(tài)，完成了“化學(xué)平衡移動(dòng)”。繼續(xù)加堿則上述化學(xué)平衡移動(dòng)也繼續(xù)發(fā)生。緊接著得到結(jié)論：增大反應(yīng)物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；減小反應(yīng)物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。（3）加強(qiáng)鞏固圖片展示教材又附了

6、黃色鉻酸鈉溶液與向鉻酸鈉溶液中加入硫酸后所得橙色溶液的對(duì)比圖片，從圖片上可以明顯看出顏色的差異，幫助學(xué)生加強(qiáng)鞏固。2、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響（1）建立感性認(rèn)識(shí)演示實(shí)驗(yàn)高級(jí)化學(xué)選用二氧化氮二聚反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)演示壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，與我國(guó)教材相同，在此不再?gòu)?fù)述1，2。（2）深入理解理論解釋針對(duì)氣體反應(yīng)，在學(xué)生建立起感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，高級(jí)化學(xué)首先引導(dǎo)學(xué)生重溫氣體的性質(zhì)。氣體分子之間的距離很大，如果增大壓強(qiáng)，就能夠有效地減小體積。在這種情況下，氣體分子之間的距離變小，能夠相互反應(yīng)的氣體分子之間相互碰撞和相互反應(yīng)的可能性就大。反之，如果減小壓強(qiáng)增大體積，氣體分子之間的距離變大，能夠相互反應(yīng)的氣體分

7、子之間相互碰撞和相互反應(yīng)的可能性就小。教材又結(jié)合合成氨反應(yīng)進(jìn)行具體深入地分析，幫助學(xué)生從微觀上理解壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。N2（g）+3H2（g）2NH3（g）在合成氨中，化學(xué)反應(yīng)方程式的左邊有1mol N2和3mol H2（共4 mol氣體），右邊只有2mol NH3。達(dá)到平衡狀態(tài)后，如果增大壓強(qiáng)，單位體積內(nèi)反應(yīng)物的分子個(gè)數(shù)多，相互碰撞和反應(yīng)的幾率就大，N2和H2相互碰撞和相互反應(yīng)的可能性就大，生成更多的NH3，合成NH3的反應(yīng)速率相對(duì)NH3分解成N2和H2的反應(yīng)速率要大，化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)，即化學(xué)平衡向右邊移動(dòng)。反之，如果減小壓強(qiáng)，N2和H2相互碰撞和相互反應(yīng)的可能性就小，合

8、成NH3的反應(yīng)速率相對(duì)NH3分解的速率要小，化學(xué)平衡向左邊移動(dòng)。即，增大壓強(qiáng)平衡向右邊移動(dòng)，減小壓強(qiáng)平衡向左邊移動(dòng)。平衡體系中的分子數(shù)較少則壓強(qiáng)較小，所以上述正反應(yīng)壓強(qiáng)減小，逆反應(yīng)壓強(qiáng)增大。最后得到結(jié)論：一般而言，增大壓強(qiáng)平衡向壓強(qiáng)減小的方向移動(dòng)，減小壓強(qiáng)平衡向壓強(qiáng)增大的方向移動(dòng)。（3）加強(qiáng)鞏固拓展應(yīng)用高級(jí)化學(xué)對(duì)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響進(jìn)行理論解釋后，選用以壓強(qiáng)（單位：atm）為橫坐標(biāo)，氨產(chǎn)率百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖來(lái)對(duì)其進(jìn)行拓展。從圖上能夠很直觀地看出氨產(chǎn)率百分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的增大而增大，達(dá)到鞏固的目的。3、溫度的影響（1）建立感性認(rèn)識(shí)演示實(shí)驗(yàn)高級(jí)化學(xué)從氣態(tài)和液態(tài)兩種體系的化學(xué)反應(yīng)來(lái)描述溫度對(duì)化學(xué)平

9、衡移動(dòng)的影響。溫度對(duì)氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)平衡移動(dòng)的影響演示實(shí)驗(yàn)高級(jí)化學(xué)選用二氧化氮和四氧化二氮平衡體系在熱水、冷水和冰水混合物中移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立溫度對(duì)氣態(tài)化學(xué)平衡影響的感性認(rèn)識(shí)。將三份等量的NO2注入三只相同的透明密閉塑料管內(nèi)，建立如下平衡（顏色不再變化）：2NO2（g）N2O4（g）+ Q然后分別置于熱水、冷水和冰水混合物中。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，置于熱水中的透明密閉塑料管內(nèi)顏色較深，說(shuō)明主要組成成分是紅棕色的NO2；置于冷水中的透明密閉塑料管內(nèi)顏色很淺，說(shuō)明NO2的量很?。恢糜诒旌衔镏械耐该髅荛]塑料管內(nèi)幾乎是無(wú)色的，說(shuō)明組分為接近100%的N2O4。通過(guò)顏色的改變說(shuō)明溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的方向和

10、程度有影響。教材附了三個(gè)平衡體系對(duì)比圖片，幫助學(xué)生通過(guò)不同顏色來(lái)感知溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，建立感性認(rèn)識(shí)。溫度對(duì)溶液中化學(xué)平衡移動(dòng)的影響演示實(shí)驗(yàn)高級(jí)化學(xué)選用CoCl42-和Co(H2O)62+相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)來(lái)演示溫度對(duì)溶液中化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。把氯化鈷溶解在鹽酸溶液中建立如下平衡：CoCl42-(aq) +6H2O(l) Co(H2O)62+(aq)+4Cl-(aq)+ Q 藍(lán)色 粉紅色CoCl42-是藍(lán)色，而Co(H2O)62+是粉紅色。將相同的上述平衡體系分別放在加熱器上加熱和冰塊上降溫。再次達(dá)到平衡后，放在加熱器上加熱的燒杯內(nèi)溶液為藍(lán)色，主要組成成分是CoCl42-。放在冰塊上的燒杯內(nèi)

11、溶液為粉紅色，主要組成成分是Co(H2O)62+。這就說(shuō)明相同的化學(xué)平衡體系在不同溫度下會(huì)向不同方向移動(dòng)。學(xué)生通過(guò)顏色變化來(lái)感知溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，建立感性認(rèn)識(shí)。（2）深入理解理論解釋高級(jí)化學(xué)引導(dǎo)學(xué)生用吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，以及能量變化來(lái)解釋上述現(xiàn)象。吸熱反應(yīng)是指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)從環(huán)境吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量。放熱反應(yīng)是指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)向環(huán)境放出熱量的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量。對(duì)于可逆反應(yīng)，能量會(huì)和濃度、壓強(qiáng)一樣影響化學(xué)平衡移動(dòng)。即增大能量（升高溫度）化學(xué)平衡向總能量大（吸熱）的方向移動(dòng)；減小能量（降低溫度）化學(xué)平衡向總能量?。ǚ艧幔┑姆较蛞苿?dòng)。

12、如果化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)放熱，其向逆反應(yīng)方向移動(dòng)吸熱。例如，二氧化氮二聚反應(yīng)2NO2（g）N2O4（g）正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因?yàn)閮蓚€(gè)氮原子之間形成一個(gè)新鍵而沒(méi)有其它的鍵斷裂：2NO2（g）N2O4（g） H(298K)=-24Kjmol-1逆反應(yīng)（四氧化二氮分解）是吸熱反應(yīng)，與正反應(yīng)焓變大小相等，符號(hào)相反：N2O4（g）2NO2（g） H(298K)=+24Kjmol-1升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，結(jié)果是熱被吸收而減小了溫度升高，NO2的濃度升高。相反，降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng)，N2O4的濃度升高。同理，在如下平衡體系：CoCl42-(aq) +6H2O(l) Co(H2O)62+(aq)

13、+4Cl-(aq)+ Q 藍(lán)色 粉紅色如果升高溫度，混合物顏色變藍(lán)，說(shuō)明CoCl42-的濃度增大，平衡向左邊移動(dòng)，是吸熱反應(yīng)；如果降低溫度，平衡向右邊移動(dòng)，生成更多粉紅色的Co(H2O)62+，是放熱反應(yīng)。然后得出結(jié)論：一般而言，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng)。（3）應(yīng)用鞏固溫度和合成氨高級(jí)化學(xué)對(duì)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響進(jìn)行理論解釋后，以工業(yè)合成氨為例用圖表對(duì)其拓展應(yīng)用，達(dá)到鞏固的目的。教材給出了以溫度（單位：°C）為橫坐標(biāo)，氨產(chǎn)率百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，壓強(qiáng)分別為10atm、30atm、50atm、100atm、300atm、600atm和1000atm的坐標(biāo)圖。并

14、進(jìn)行分析，根據(jù)勒夏特列原理，合成氨應(yīng)該在低溫下進(jìn)行以獲得高產(chǎn)率。但是在合成氨工業(yè)中不但要考慮溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，而且溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響也很重要，因?yàn)闇囟鹊头磻?yīng)速率慢。這就需要綜合考慮產(chǎn)率和速率。哈伯-博施合成氨溫度控制在大約450°C。高級(jí)化學(xué)最后簡(jiǎn)要介紹了催化劑同等程度地改變正逆反應(yīng)速率，故對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)沒(méi)有影響。二、小結(jié)高級(jí)化學(xué)以實(shí)驗(yàn)、微觀解釋、拓展鞏固為主線幫助學(xué)生理解和掌握勒夏特列原理。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便易行，現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生操作和觀察。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和推理能力，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。理論解釋有利于學(xué)生理解化學(xué)平衡移動(dòng)的本質(zhì)和更好地掌握勒夏特列原理，達(dá)到“能用相關(guān)理論加以解釋”的教學(xué)目標(biāo)。拓展應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)踐的意識(shí)，提高學(xué)生對(duì)與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)和生活問(wèn)題做出合理的判斷和解釋的能力。參考文獻(xiàn)1 宋心琦.化學(xué)選修4化學(xué)反應(yīng)原理M.北京：人民教育出版社，2004.2 張英波.二氧化氮與四氧化二氮平衡移動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)J.教學(xué)儀器