洪云龍

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(diǎn)和難點(diǎn)。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(fèi)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(qiáng)，思維難度較大，理解透徹較為困難”；教師盡管對學(xué)生進(jìn)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(qiáng)的知識內(nèi)容變得具體、形象、直觀，以便于理解、掌握和運(yùn)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)中幫助學(xué)生建立有效的教學(xué)思維模型進(jìn)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1[2]的思維模型進(jìn)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(bǔ)“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(shí)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(qiáng)、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。

“三態(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(diǎn)和難點(diǎn)，其內(nèi)容為：改變影響化學(xué)平衡的一個因素，平衡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(yùn)用它來解決問題。

1.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(shí)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(qiáng)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(qiáng)、溫度中的某一量真正比“舊平衡態(tài)”增大或減小了，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(shí)際上并不造成“瞬間態(tài)”與“舊平衡態(tài)”之間濃度、壓強(qiáng)、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(dá)到平衡時，A、B、C的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol、4mol?，F(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?！八查g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)”的容器體積亦應(yīng)是“舊平衡態(tài)”的倍，用c=n/V進(jìn)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(qiáng)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。

2.化學(xué)平衡移動有關(guān)量將如何變化？endprint

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（或減小）某一因素后，“瞬間態(tài)”的有關(guān)量（濃度、壓強(qiáng)、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)”<“新平衡態(tài)”<“瞬間態(tài)”；或“瞬間態(tài)”<“新平衡態(tài)”<“舊平衡態(tài)”。

（二）便于系統(tǒng)總結(jié)和深刻理解判斷平衡移動方向的各種方法

判斷平衡移動的方向，究竟有哪些方法？在教學(xué)中只須引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究“三態(tài)”模型，便會發(fā)現(xiàn)，平衡移動方向的判斷實(shí)際就是任意“二態(tài)”的比較，即只需比較任意“二態(tài)”之間的某個或某幾個有關(guān)量的大小，便能成功判斷平衡移動的方向。這為我們系統(tǒng)總結(jié)更多判斷方法，并從一定高度上理解和掌握這些方法提供了很好的思路。任意“二態(tài)”共有3種組合：“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”、“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”、“舊平衡態(tài)” 與“新平衡態(tài)”。據(jù)此可總結(jié)出5種判斷方法（見圖6）。

1.“舊平衡態(tài)”與“瞬間態(tài)”之間的判斷方法

方法1：勒夏特列原理

在“三態(tài)”模型中的實(shí)質(zhì)：

如前所述，是通過比較“瞬間態(tài)”與“舊平衡態(tài)”的濃度、壓強(qiáng)、溫度中的某一量的大小來判斷平衡移動方向的。

方法2：化學(xué)反應(yīng)速率角度

在“三態(tài)”模型中的實(shí)質(zhì)：

通過比較正、逆反應(yīng)速率由“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤八查g態(tài)”的變化程度的大小，進(jìn)而推知“瞬間態(tài)”的正、逆反應(yīng)速率的相對大小來判斷平衡移動的方向。

若“瞬間態(tài)”的正反應(yīng)速率>“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<“瞬間態(tài)”的逆反應(yīng)速率，平衡逆向移動；若“瞬間態(tài)”的正反應(yīng)速率=“瞬間態(tài)”的逆反應(yīng)速率，平衡不移動。

2.“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的判斷方法

方法3：化學(xué)平衡常數(shù)角度

在“三態(tài)”模型中的實(shí)質(zhì)：

通過比較“瞬間態(tài)”的濃度商Q與“新平衡態(tài)”的化學(xué)平衡常數(shù)K的相對大小來判斷平衡移動的方向。

當(dāng)“瞬間態(tài)”的Q <“新平衡態(tài)”的K時，平衡正向移動；當(dāng)“瞬間態(tài)”的Q >“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。

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)椤八查g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(jìn)行比較判斷），導(dǎo)致Q

方法4：同種物質(zhì)前后量的比較

平衡發(fā)生移動實(shí)則始于“瞬間態(tài)”，終于“新平衡態(tài)”。所以，可以通過比較同種物質(zhì)在“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的量的變化（變多、變少或不變）來判斷平衡移動的方向。

例如，反應(yīng)aA（g）?bB（g）在一密閉容器中達(dá)平衡后，保持溫度不變，將容器體積增加一倍，當(dāng)達(dá)到新的平衡時，B的濃度是原來的60%，此時平衡將如何移動呢？我們可以通過比較氣體B在“瞬間態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間量的變化來判斷（見圖7）。

“瞬間態(tài)”、“新平衡態(tài)”氣體B的濃度分別是50%cB、60%cB，而容器體積均是2V，用公式n=cV進(jìn)行計算，得知平衡從“瞬間態(tài)”移動到“新平衡態(tài)”時氣體B變多了，故平衡正向移動。

3.“舊平衡態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間的判斷方法

方法5：同種物質(zhì)前后量的比較

通過比較同種物質(zhì)在“舊平衡態(tài)”與“新平衡態(tài)”之間量的變化（變多、變少或不變）也能判斷平衡移動的方向。

例如在圖7中，我們亦可通過比較氣體B由“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”時量的變化來判斷平衡移動的方向。因為“舊平衡態(tài)”、“新平衡態(tài)”氣體B的濃度分別是cB、60%cB，而容器體積分別是V、2V，用公式n=cV進(jìn)行計算，得知“舊平衡態(tài)”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)”后氣體B變多了，故亦可推出平衡正向移動。

（三）便于突破解題上的思維障礙

在習(xí)題教學(xué)中，若能指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“三態(tài)”模型來分析平衡移動問題，那么一些抽象、復(fù)雜、疑難的問題將變得形象、簡單、直觀，從而有利于突破解題上的思維障礙。這是“三態(tài)”模型最能凸顯應(yīng)用價值的一個方面。

例 在溫度為t℃、壓強(qiáng)為1.01×106Pa的條件下，某密閉容器內(nèi)，下列反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡：A（g）+B（g）?3C，測得此時c（A）=0.022mol/L；壓縮容器使壓強(qiáng)增大到2.02×106Pa，第二次達(dá)到平衡時，測得c（A）=0.05mol/L；若繼續(xù)壓縮容器，使壓強(qiáng)增大到4.04×107Pa，第三次達(dá)到平衡時，測得c（A）=0.75mol/L。則下列關(guān)于C物質(zhì)狀態(tài)的推測正確的是（ ）

A. C為非氣態(tài)

B. C為氣態(tài)

C. 第二次達(dá)到平衡時C為氣態(tài)

D. 第三次達(dá)到平衡時C為非氣態(tài)

解析：此題看似復(fù)雜、抽象，但運(yùn)用“三態(tài)”模型能很好地突破思維障礙（見圖8）。

壓縮容器使壓強(qiáng)由1.01×106Pa增大到2.02×106Pa，“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×2 =0.044mol/L，又知“新平衡態(tài)Ⅰ”c（A）=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)椤靶缕胶鈶B(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(qiáng)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(qiáng)增大到4.04×107Pa，得“瞬間態(tài)Ⅱ”，“瞬間態(tài)Ⅱ”的容器體積應(yīng)是“新平衡態(tài)Ⅰ”的倍，故“瞬間態(tài)Ⅱ”c（A）應(yīng)是“新平衡態(tài)Ⅰ”的20倍，為c（A）=0.05mol/L×20 =1 mol/L，比“新平衡態(tài)Ⅱ”的c（A）=0.75mol/L大，且“瞬間態(tài)Ⅱ”與“新平衡態(tài)Ⅱ”的容器體積相等，可知“瞬間態(tài)Ⅱ”變?yōu)椤靶缕胶鈶B(tài)Ⅱ”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：CD。

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(yùn)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。筆者曾在高二重點(diǎn)班的“化學(xué)平衡移動”教學(xué)中僅運(yùn)用“二態(tài)”模型，而在普通班中運(yùn)用“三態(tài)”模型，兩班對比，效果迥異。重點(diǎn)班學(xué)生普遍反映知識抽象、思維難度較大；而普通班學(xué)生反而覺得直觀易懂、學(xué)好并不是很難。這證明“三態(tài)”模型的教學(xué)效果明顯優(yōu)于“二態(tài)”模型。

總之，在教學(xué)中運(yùn)用“三態(tài)”模型，利于形象、直觀地理解知識和解決問題，不失為“化學(xué)平衡移動”教學(xué)效果良好的一種方法和策略。

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