蘇美華

摘要：選取浙江省各地區(qū)選考模擬卷中易錯的速率平衡圖像題目，從多種外界因素共同作用于速率和平衡、同一外界因素先作用于速率后作用于平衡、同一外界因素同時作用于速率和平衡、速率與平衡的關系等方面分類總結，挖掘題目中蘊含的思維素養(yǎng)，通過分析和解決問題來提升學生的思維素養(yǎng)。

關鍵詞：化學學科核心素養(yǎng)；化學平衡；化學反應速率；圖像；思維素養(yǎng)

文章編號：1005–6629（2017）10–0077–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學學科核心素養(yǎng)具體指宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學精神和社會責任五個方面。其中證據推理與模型認知蘊含著思維素養(yǎng)。思維素養(yǎng)決定著知識技能的掌握程度，也決定著問題解決的水平深度。如何在教學中主動地提升學生的思維素養(yǎng)？筆者以浙江省化學選考第30題考查的部分內容為例，選取各地區(qū)選考模擬卷第30題中有關速率和平衡的圖像題目進行分類研究，有針對性地培養(yǎng)學生的各項思維品質，在解決各類問題過程中提升學生的思維素養(yǎng)。

1 分析多因素作用于速率和平衡

化學反應速率是衡量化學反應進行快慢的物理量?；瘜W反應速率的大小主要取決于反應物的性質，也受外界因素的影響。化學平衡狀態(tài)是指可逆反應在一定條件下進行到一定程度時，正反應和逆反應速率相等，反應物和生成物的濃度不再發(fā)生變化的狀態(tài)[1]?；瘜W平衡狀態(tài)只有在一定的條件下才能保持。當平衡體系條件改變時，正、逆反應速率發(fā)生改變，正、逆反應速率不相等時，原有的平衡狀態(tài)被破壞，一段時間后會達到新的平衡狀態(tài)[2]。

外界因素如濃度、溫度、壓強、催化劑、反應物接觸面積、固體顆粒大小等改變，會引起化學反應速率的變化。但各個外界因素對可逆反應正、逆方向速率的影響程度不盡相同。一些條件改變引起正、逆速率改變程度不同，原平衡被破壞，該影響速率的因素也是影響平衡的因素。一些條件改變雖然引起正、逆速率改變，但改變的程度相同，該因素是影響速率的因素卻不是影響平衡的因素。因此，影響速率的因素不一定是影響平衡的因素。例如，催化劑同等程度影響正逆反應速率，不影響平衡。對方程式兩邊氣體計量數相同的反應，改變壓強，速率改變，但正、逆方向速率同時、同等程度改變，平衡不受影響。在速率平衡圖像中，如果涉及多個因素，這類問題較復雜，學生不僅需要具備有關速率和平衡理論的基礎知識，還需要全面考察、分析問題，透過紛繁的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題的本質，才能獲得問題的正確答案。

例1 （臺州市2017年2月選考科目教學質量評估試題30題節(jié)選）汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦（TiO2）催化分解汽車尾氣的研究。已知TiO2催化尾氣降解原理為：

分析：題中將溫度和催化劑兩因素共同作用于平衡，由于催化劑不影響平衡，因此使用不同催化劑在同一溫度下的平衡轉化率應該相同，即三線合一。題圖表明，平衡后，降解率隨溫度升高而下降，所以若將TiO2改為催化效果更好的TiO2納米管，反應速率加快，實驗進行相同一段時間，平衡應該出現(xiàn)在較低溫度，該平衡點降解率較高。綜合上述兩點，可以作答如圖1-2。

通過分析溫度、催化劑因素對速率的影響來分析同一段時間平衡點出現(xiàn)的溫度范圍，再通過溫度對平衡的影響來分析該溫度點的降解率大小，問題便迎刃而解。經歷一系列的分析過程，學生對溫度既影響速率又影響平衡有了較全面的認識和理解，對催化劑不影響平衡，但因影響速率從而影響達到平衡的時間也有了較深入的認識。

2 剖析單因素作用于速率或平衡

外界因素改變，速率和平衡都可能發(fā)生改變，學生往往容易將速率和平衡混為一談，不能辯證分析速率理論和平衡理論的本質區(qū)別，不能從實際出發(fā)將速率或平衡問題獨立分析判斷，造成解決問題困難，甚至無從下手。例如，反應的轉化率或者產率隨溫度發(fā)生變化的圖像，到底是用速率理論還是平衡理論去分析，學生常常犯難。筆者引導學生思考、辨別、領悟，形成基本的思維模式：速率理論適用于反應的整個過程，而平衡理論只適用于反應達到平衡以后。學生經過獨立思考、反思，不難獲得反應的轉化率或者產率隨溫度發(fā)生變化的圖像的分析思路：達到平衡以前，應用速率理論，溫度越高，速率越快，轉化率或產率越高；達到平衡以后，應用平衡理論，溫度升高，平衡向吸熱方向移動，若正反應吸熱，轉化率或產率增大，若正反應放熱，轉化率或產率下降。

例2 （2016學年第一學期溫州十校聯(lián)合體高三期末考試化學學科試題30題節(jié)選）研究氮氧化物反應機理，對于控制汽車尾氣、保護環(huán)境有重要意義。NH3還原氮氧化物（SCR）技術是目前應用最廣泛的煙氣氮氧化物脫除技術。反應的熱化學方程式為：4NH3（g）+6NO（g）=5N2（g）+6H2O（g），ΔH=-1811.63kJ/mol；反應在恒容密閉容器中進行，在其他條件相同時，選用不同的催化劑，反應產生N2的物質的量隨時間變化如圖2-1所示。

（1）在催化劑A的作用下，經過相同時間，測得脫氮率隨反應溫度的變化情況如圖2-2所示，據圖可知，在相同的時間內，300℃之前，溫度升高脫氮率逐漸增大，300℃之后溫度升高脫氮率逐漸減小（催化劑均失效），其可能的原因是 。

（2）其他條件相同時，請在圖2-2中補充在催化劑B作用下脫氮率隨溫度變化的曲線。

分析：圖像表明，溫度較低時，脫氮率隨溫度升高而升高；溫度較高時，脫氮率隨溫度升高而下降。脫氮率隨溫度變化呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律，顯然不能全程應用平衡理論來解釋。溫度較低時，反應速率較慢，在相同的時間內反應尚未達到平衡，脫氮率由速率決定。溫度較高時，反應速率較快，在相同的時間內反應已經達到平衡，脫氮率高低要考慮平衡移動的影響。即（1）參考答案：300℃前反應未平衡，脫氮率決定于速率，溫度越高速率越快，所以脫氮率增大；300℃之后反應達平衡，脫氮率決定于平衡的移動，該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，脫氮率減小。（2）中，催化劑改變只影響速率，不影響平衡，所以平衡時脫氮率不變，催化劑B比催化劑A的催化效率低，同一溫度下，反應速率慢，經過相同時間要達到平衡，必然溫度更高，使用催化劑B比催化劑A達到平衡時脫氮率更低，但最終的脫氮率在相同溫度下相同，如圖2-3。endprint