化學(xué)平衡移動概念的建立、理解與鞏固

1、化學(xué)平衡移動概念的建立、理解與鞏固英國高中教材高級化學(xué)中“勒夏特列原理”的編排特點陳偉1，3 沙靖2 周青3（1西安衛(wèi)星測控中心教導(dǎo)大隊教研室 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)平衡移動原理，是高中化學(xué)教學(xué)的重點和難點，也是高考的熱點內(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規(guī)律，并沒有從微觀上深入理解、不能從本質(zhì)上進(jìn)行思考，無法解決遇到的實際問題。英國高中化學(xué)教材高級化學(xué)按照建立感性認(rèn)識、微觀解釋和拓展鞏固三個環(huán)節(jié)編排勒夏特列原理，幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點。一、高級

2、化學(xué)中勒夏特列原理編排高級化學(xué)設(shè)計兩節(jié)內(nèi)容介紹濃度、溫度和壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響。第一節(jié)給出勒夏特列原理，介紹濃度和壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響，設(shè)計了三個實驗。第二節(jié)突破溫度對化學(xué)平衡移動的影響，設(shè)計了兩個實驗，并簡介了工業(yè)合成氨?？傮w布局按照化學(xué)平衡移動的感性認(rèn)識建立、化學(xué)平衡移動的理論分析和勒夏特列原理的應(yīng)用拓展三個步驟完成。1、濃度對化學(xué)平衡移動的影響（1）建立感性認(rèn)識演示實驗高級化學(xué)選擇鉻酸鈉和重鉻酸鈉相互轉(zhuǎn)化的實驗來演示濃度對化學(xué)平衡移動的影響。在鉻酸鈉溶液中加入酸，會建立如下化學(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，說明有橙色的Cr2O72-生成。繼續(xù)攪拌，顏色不再改變，說明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)。顏色變化說明化學(xué)平衡從一個平衡狀態(tài)變化到了另一平衡狀態(tài)化學(xué)平衡發(fā)生了移動。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。通過溶液顏色變化讓學(xué)生感知化學(xué)平衡移動，判斷濃度對化學(xué)平衡移動的影響，幫助學(xué)生建立起濃度對化學(xué)平衡移動影響的感性認(rèn)識。（2）深入理解理論解釋在學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，建立起感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，高級化學(xué)引導(dǎo)學(xué)生對上述顏色變化進(jìn)行分析解釋。溶液顏色不變，說明CrO42-與Cr2O72-的濃度不變，化學(xué)平衡時正逆反應(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，兩者濃

5、度保持不變，說明生成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”。繼續(xù)加酸，則上述化學(xué)平衡移動繼續(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，即向生成CrO42-的方向移動，溶液顏色變淺。同理，當(dāng)溶液顏色不再改變時就達(dá)到新的平衡狀態(tài)，完成了“化學(xué)平衡移動”。繼續(xù)加堿則上述化學(xué)平衡移動也繼續(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；減小反應(yīng)物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動。（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)對化學(xué)平衡移動的影響（1）建立感性認(rèn)識演示實驗高級化學(xué)選用二氧化氮二聚反應(yīng)的實驗來演示壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響，與我國教材相同，在此不再復(fù)述1，2。（2）深入理解理論解釋針對氣體反應(yīng)，在學(xué)生建立起感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，高級化學(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)對化學(xué)平衡移動的影響。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，即化學(xué)平衡向右邊移動。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NH3分解的速率要小，化學(xué)平衡向左邊移動。即，增大壓強(qiáng)平衡向右邊移動，減小壓強(qiáng)平衡向左邊移動。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，減小壓強(qiáng)平衡向壓強(qiáng)增大的方向移動。（3）加強(qiáng)鞏固拓展應(yīng)用高級化學(xué)對壓強(qiáng)對化學(xué)平衡移動的影響進(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)圖來對其進(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)識演示實驗高級化學(xué)從氣態(tài)和液態(tài)兩種體系的化學(xué)反應(yīng)來描述溫度對化學(xué)平

9、衡移動的影響。溫度對氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)平衡移動的影響演示實驗高級化學(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的實驗幫助學(xué)生建立溫度對氣態(tài)化學(xué)平衡影響的感性認(rèn)識。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)過一段時間后，置于熱水中的透明密閉塑料管內(nèi)顏色較深，說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，說明NO2的量很小；置于冰水混合物中的透明密閉塑料管內(nèi)幾乎是無色的，說明組分為接近100%的N2O4。通過顏色的改變說明溫度對化學(xué)平衡移動的方向和

10、程度有影響。教材附了三個平衡體系對比圖片，幫助學(xué)生通過不同顏色來感知溫度對化學(xué)平衡移動的影響，建立感性認(rèn)識。溫度對溶液中化學(xué)平衡移動的影響演示實驗高級化學(xué)選用CoCl42-和Co(H2O)62+相互轉(zhuǎn)化的實驗來演示溫度對溶液中化學(xué)平衡移動的影響。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+。這就說明相同的化學(xué)平衡體系在不同溫度下會向不同方向移動。學(xué)生通過顏色變化來感知溫度對化學(xué)平衡移動的影響，建立感性認(rèn)識。（2）深入理解理論解釋高級化學(xué)引導(dǎo)學(xué)生用吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)，以及能量變化來解釋上述現(xiàn)象。吸熱反應(yīng)是指發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時從環(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。對于可逆反應(yīng)，能量會和濃度、壓強(qiáng)一樣影響化學(xué)平衡移動。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；減小能量（降低溫度）化學(xué)平衡向總能量?。ǚ艧幔┑姆较蛞苿印?/p>

12、如果化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動放熱，其向逆反應(yīng)方向移動吸熱。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)，因為兩個氮原子之間形成一個新鍵而沒有其它的鍵斷裂：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，符號相反：N2O4（g）2NO2（g） H(298K)=+24Kjmol-1升高溫度平衡向吸熱方向移動，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，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)，說明CoCl42-的濃度增大，平衡向左邊移動，是吸熱反應(yīng)；如果降低溫度，平衡向右邊移動，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，降低溫度平衡向放熱方向移動。（3）應(yīng)用鞏固溫度和合成氨高級化學(xué)對溫度對化學(xué)平衡移動的影響進(jìn)行理論解釋后，以工業(yè)合成氨為例用圖表對其拓展應(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化學(xué)平衡移動的影響，而且溫度對反應(yīng)速率的影響也很重要，因為溫度低反應(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。高級化學(xué)最后簡要介紹了催化劑同等程度地改變正逆反應(yīng)速率，故對化學(xué)平衡移動沒有影響。二、小結(jié)高級化學(xué)以實驗、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。實驗設(shè)計簡便易行，現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生操作和觀察。實驗現(xiàn)象增強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)平衡移動的感性認(rèn)識，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)知識應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實踐的意識，提高學(xué)生對與化學(xué)有關(guān)的社會和生活問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實驗設(shè)計J.教學(xué)儀器