“三態(tài)”模型：化學(xué)平衡移動教學(xué)有效的教學(xué)思維模型

1、“三態(tài) ”模型：化學(xué)平衡移動教學(xué)有效的教學(xué)思維模型一、問題的提出 “化學(xué)平衡移動 ”是中學(xué)化學(xué)基本理論的重要組成部分，是化學(xué)教學(xué)的重點和難點。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多教師在教學(xué)中盡管對此內(nèi)容講授得很充分，耗費時間很長，但效果往往不盡如人意，學(xué)生仍然覺得 “理論性強，思維難度較大，理解透徹較為困難 ” ；教師盡管對學(xué)生進行了多次和較長時間的訓(xùn)練，但學(xué)生仍然在分析、解決平衡移動問題時感到困難、抽象，力不從心。如何改變這種教學(xué)現(xiàn)狀，如何把這些籠統(tǒng)、抽象、理論性強的知識內(nèi)容變得具體、形象、直觀，以便于理解、掌握和運用，如何更有效地分析和解決平衡移動問題，等等，是筆者近年一直研究的課題。筆者發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中幫助

2、學(xué)生建立有效的教學(xué)思維模型進行分析和講解，是其中一種效果良好的方法和策略。二、教學(xué)思維模型的研究（一）傳統(tǒng)教學(xué)思維模型的不足化學(xué)平衡的移動，就是改變外界條件，破壞舊的平衡狀態(tài)，建立起新的平衡狀態(tài)的過程。 1在教學(xué)中教師常常使用圖 12 的思維模型進行講解，以幫助 學(xué)生理解相關(guān)知識，分析和解決有關(guān)問題。此思維模型只有 “二態(tài) ” 舊平衡態(tài)、新平衡態(tài)，故暫且命名為 “二態(tài) ”模 型。筆者發(fā)現(xiàn)，此 “二態(tài) ”模型應(yīng)用在教學(xué)中明顯存在一些不足，具體為： “舊平 衡態(tài) ”過渡到 “新平衡態(tài)” 的中間過程比較籠統(tǒng)、抽象，學(xué)生較難把握，易被“改變條件 ”所迷惑，對 “改變條件后隱藏著的各種變化 ”不能很好地

3、挖掘，因而教學(xué)效 果不甚理想。顯然，很有必要建立一種具體、形象、直觀的思維模型，以便于更好地理解和掌握相關(guān)知識，更有效地分析和解決有關(guān)問題。（二）建立新的、有效的教學(xué)思維模型“ 三態(tài) ”模型 “三態(tài) ”模型，就是為彌補 “二態(tài) ”模型的不足而在其 “二態(tài) ” （ “舊平衡態(tài) ”與 “新平衡態(tài) ”）之間虛擬、假 設(shè)出一種特殊過渡狀態(tài)“ 瞬間態(tài)” ，從而形成“三態(tài) ”分析的一種有效的教學(xué)思維模型。所謂 “瞬間態(tài) ” ，就是舊平衡在改變條件的瞬間，平衡還來不及移動時 的狀態(tài)。 “三態(tài) ”模型如圖 2 所示。“舊平衡態(tài) ”到 “瞬間態(tài) ” 由改變條件的瞬間造成，此時平衡還來不及發(fā)生移動。平衡發(fā)生移動實

4、則始于 “瞬間態(tài) ” ，終于 “新平衡態(tài) ” 。“三態(tài) ”模型中標(biāo)注的有關(guān)量可以是：濃度、體積、壓強、溫度、物質(zhì)的量、正反應(yīng)速率、逆反應(yīng)速率等。其中， “瞬間態(tài) ” 的量由 “舊平衡態(tài)” 的量與“改變條件 ” 的量兩部分復(fù)合而成?！叭龖B(tài) ”模型能變 “二態(tài) ”模型的籠統(tǒng)、抽象為具體、形象。在教學(xué)中只需引導(dǎo)學(xué)生比較、分析某個或某幾個有關(guān)量分別在 “三態(tài) ”模型之中發(fā)生了怎樣的變化(增大、減小或不變)，就能深刻理解相關(guān)知識，成功解決有關(guān)問題。三、 “三態(tài) ”模型在教學(xué)中的應(yīng)用(一)便于深刻理解勒夏特列原理勒夏特列原理是 “化學(xué)平衡移動 ”教學(xué)的重點和難點，其內(nèi)容為：改變影響化學(xué)平衡的一個因素，平衡

5、將向著能夠減弱這種改變的方向移動。只有引導(dǎo)學(xué)生深刻理解勒夏特列原理，才能幫助他們熟練地運用它來解決問題。. 如何才算是“改變影響化學(xué)平衡的一個因素 ”？在教學(xué)中用 “二態(tài) ”模型來考察勒夏特列原理，學(xué)生往往對 “改變條件 ”與 “改 變影響化學(xué)平衡的一個因素”分辨不清，理解模糊，但用 “三態(tài) ”模型能很好地解決這個問題。在 “三態(tài) ”模型中，勒夏特列原理實際是針對 “舊平衡態(tài) ”與 “瞬間態(tài) ”而言的，是通過比較 “舊平衡態(tài) ”與 “瞬間態(tài) ”之間的某個量(濃度、溫度、壓強等)的變化情況來判斷平衡移動方向的。改變條件后，只有導(dǎo)致 “瞬間態(tài)” 的濃度、壓強、溫度中的某一量真正比 “舊平衡態(tài) ”增

6、大或減小了，才能算是 “改變影響化學(xué)平衡的一個因素” ，平衡才“向著能夠減弱這種改變的方向移動” 。如果表面上改變了某個條件，但實際上并不造成 “瞬間態(tài) ”與 “舊平衡態(tài) ”之間濃度、壓強、溫度的不同，則不算是 “改變影響化學(xué)平衡的一個因素” ，不會引起平衡的移動。例如，反應(yīng)2A (g) +B (g) ?2C (g)在一容積可變的容器中達到平衡時，A、 B、 C 的物質(zhì)的量分別為 4mol、 2mol 、 4mol 。現(xiàn)在恒溫恒壓的前提下 “改變條件”：將平衡混合物中A、C減少1mol, B減少0.5mol。這種 改變條件”算不算 是 “改變影響化學(xué)平衡的一個因素 ”呢？在教學(xué)中若以 二態(tài)”模

7、型來考察，很容易得出 既然是改變了條件（A C減 少1mol, B減少0.5mol）,那肯定是改變了影響化學(xué)平衡的一個因素 ”的錯誤結(jié) 論。但若改用 “三態(tài) ”模型來分析，便能排除干擾，看清真相（見圖3）。算不算是 “改變影響化學(xué)平衡的一個因素” ，要通過比較“瞬間態(tài) ”與 “舊平衡態(tài)”的濃度大小來回答。瞬間態(tài) A B、C的物質(zhì)的量分別為3mol、1.5mol、3mol ， “舊平衡態(tài) ”A 、 B、 C 的物質(zhì)的量分別為 4mol、 2mol 和 4mol。 “瞬間態(tài) ”A 、 B、 C 的物質(zhì)的量之和是 “舊平衡態(tài) ”A 、 B、 C 的物質(zhì)的量之和的倍，故恒溫恒壓下 “瞬間態(tài) ”的容器體

8、積亦應(yīng)是 “舊平衡態(tài) ”的倍，用 c=n/V 進行計算，得知“瞬間態(tài) ”A 、 B、 C 的濃度分別與“舊平衡態(tài) ”A 、 B、 C 的濃度對應(yīng)相等，即濃度不改變，且已知溫度和壓強亦不改變，故不算 “改變影響化學(xué)平衡的一個因素 ” ， 平衡不發(fā)生移動。.化學(xué)平衡移動有關(guān)量將如何變化？勒夏特列原理告訴我們：平衡移動的結(jié)果只是 “減弱這種改變” ，但不能“抵消這種改變” 。有些同學(xué)對此感到抽象，難以理解，且看教學(xué)中如何用 “三態(tài) ”模型來直觀地表示這個問題（圖 4 為增大某一因素后 “三態(tài) ”有關(guān)量的變化、圖 5 為減小某一因素后 “三態(tài) ”有關(guān)量的變化）。從圖4、圖5 可以看出，增大（或減?。┠?/p>

9、一因素后， “瞬間態(tài) ”的有關(guān)量（濃度、壓強、溫度等）比 “舊平衡態(tài) ”增大（或減?。┑煤芏?，平衡移動后，“新平衡態(tài) ”的有關(guān)量雖然比 “瞬間態(tài) ”減?。ɑ蛟龃螅┝?，但不會恢復(fù)回 “舊平衡態(tài) ” ，仍然比“舊平衡態(tài) ”大（或小），只是增大量（或減小量）變少了一些而已。所以說，平衡移動的結(jié)果只是 “減弱了這種改變” ，但不能“抵消這種改變” 。因此， “新平衡態(tài) ”的相應(yīng)量應(yīng)介于 “舊平衡態(tài) ”與 “瞬間態(tài) ”之間，即量的關(guān)系是：“舊平衡態(tài) ”“瞬間態(tài) ” 的逆反應(yīng)速率，平衡正向移動；若 “瞬間態(tài) ”的正反應(yīng)速率新平衡態(tài)”的K時，平衡逆向移動；當(dāng) 瞬間態(tài)”的Q =新平衡態(tài)”的K時，平衡 不移動。

10、例如，對于某一吸熱反應(yīng)，處于舊平衡態(tài)時，濃度商本來等于化學(xué)平衡常數(shù)，升高溫度后，雖然 “舊平衡態(tài) ”變?yōu)?“瞬間態(tài)” 時濃度商保持不變，但“舊平衡態(tài) ”轉(zhuǎn)為 “新平衡態(tài) ”時化學(xué)平衡常數(shù)卻變大了（變大了的平衡常數(shù)顯然應(yīng)是 “新平衡態(tài) ”的平衡常數(shù)，須用 “新平衡態(tài) ”而非 “舊平衡態(tài) ”的平衡常數(shù)來與 “瞬間態(tài)” 的濃度商進行比較判斷)，導(dǎo)致 Q壓縮容器使壓強由1.01 xi06Pa大到2.02 x 106Pa瞬間態(tài)I ”的容器體積應(yīng)是 舊平衡態(tài)”的倍，故 瞬間態(tài)I ”的c(A)應(yīng)是 舊平衡態(tài)”的2倍，為c (A) = 0.022mol/L X2 =0.044moJ/儀知 新平衡態(tài)I c(A)

11、 =0.05mol/L,且新平衡態(tài)I ”與瞬間態(tài)I ”的容器體積相等，可 知瞬間態(tài)I ”變?yōu)?新平衡態(tài)I ”時氣體A的物質(zhì)的量增多了，故推知平衡逆向移 動。因為增大壓強平衡逆向移動，根據(jù)勒夏特列原理，逆向移動方向應(yīng)是氣體體積減小的方向，即氣體生成物的化學(xué)計量數(shù)之和應(yīng)大于氣體反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之和，故物質(zhì)C只能是氣態(tài)。繼續(xù)壓縮容器使壓強增大到4.04 X107Pa得瞬間態(tài)n，瞬間態(tài)n”的容器體積應(yīng)是 新平衡態(tài)I ”的倍，故 瞬間態(tài)n” C (A)應(yīng)是 新平衡態(tài)I ”的20倍，為c (A) =0.05mol/L X20 =1 mol/L比 新平衡態(tài)H ”的c (A) =0.75mol/L大，且 瞬

12、間態(tài)H”與 新平衡態(tài)H ”的容器體積相等， 可知 瞬間態(tài)n”變?yōu)?新平衡態(tài)n”時氣體A的物質(zhì)的量減少了，故平衡正向移 動，氣體反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之和應(yīng)大于氣體生成物的化學(xué)計量數(shù)之和，推知物質(zhì)C應(yīng)為非氣態(tài)。答案：CQ四、教學(xué)反思為什么我們會普遍感到 “化學(xué)平衡移動 ”知識抽象？筆者認(rèn)為，這與傳統(tǒng)的“二態(tài) ”模型有相當(dāng)大的關(guān)系。具體地說， “二態(tài) ”模型的籠統(tǒng)、抽象在很大程度上導(dǎo)致了 “化學(xué)平衡移動”的知識抽象。倘若在教學(xué)中能用形象、直觀的 “三態(tài) ”模型來分析、講解，那么 “化學(xué)平衡移動” 的抽象將不復(fù)存在，學(xué)習(xí)知識將變得簡單易懂。從這個意義上看，在教學(xué)中運用 “三態(tài) ”模型，可以說是抓住了 “化學(xué)平衡移動 ”教學(xué)的關(guān)鍵，找到了提高教學(xué)效果的方法和策略。筆者曾在高二重