“三态”模型：化学平衡移动教学有效的教学思维模型

1、“三态 ”模型：化学平衡移动教学有效的教学思维模型一、问题的提出 “化学平衡移动 ”是中学化学基本理论的重要组成部分，是化学教学的重点和难点。笔者调查发现，许多教师在教学中尽管对此内容讲授得很充分，耗费时间很长，但效果往往不尽如人意，学生仍然觉得 “理论性强，思维难度较大，理解透彻较为困难 ” ；教师尽管对学生进行了多次和较长时间的训练，但学生仍然在分析、解决平衡移动问题时感到困难、抽象，力不从心。如何改变这种教学现状，如何把这些笼统、抽象、理论性强的知识内容变得具体、形象、直观，以便于理解、掌握和运用，如何更有效地分析和解决平衡移动问题，等等，是笔者近年一直研究的课题。笔者发现，在教学中帮助

2、学生建立有效的教学思维模型进行分析和讲解，是其中一种效果良好的方法和策略。二、教学思维模型的研究（一）传统教学思维模型的不足化学平衡的移动，就是改变外界条件，破坏旧的平衡状态，建立起新的平衡状态的过程。 1在教学中教师常常使用图 12 的思维模型进行讲解，以帮助 学生理解相关知识，分析和解决有关问题。此思维模型只有 “二态 ” 旧平衡态、新平衡态，故暂且命名为 “二态 ”模 型。笔者发现，此 “二态 ”模型应用在教学中明显存在一些不足，具体为： “旧平 衡态 ”过渡到 “新平衡态” 的中间过程比较笼统、抽象，学生较难把握，易被“改变条件 ”所迷惑，对 “改变条件后隐藏着的各种变化 ”不能很好地

3、挖掘，因而教学效 果不甚理想。显然，很有必要建立一种具体、形象、直观的思维模型，以便于更好地理解和掌握相关知识，更有效地分析和解决有关问题。（二）建立新的、有效的教学思维模型“ 三态 ”模型 “三态 ”模型，就是为弥补 “二态 ”模型的不足而在其 “二态 ” （ “旧平衡态 ”与 “新平衡态 ”）之间虚拟、假 设出一种特殊过渡状态“ 瞬间态” ，从而形成“三态 ”分析的一种有效的教学思维模型。所谓 “瞬间态 ” ，就是旧平衡在改变条件的瞬间，平衡还来不及移动时 的状态。 “三态 ”模型如图 2 所示。“旧平衡态 ”到 “瞬间态 ” 由改变条件的瞬间造成，此时平衡还来不及发生移动。平衡发生移动实

4、则始于 “瞬间态 ” ，终于 “新平衡态 ” 。“三态 ”模型中标注的有关量可以是：浓度、体积、压强、温度、物质的量、正反应速率、逆反应速率等。其中， “瞬间态 ” 的量由 “旧平衡态” 的量与“改变条件 ” 的量两部分复合而成。“三态 ”模型能变 “二态 ”模型的笼统、抽象为具体、形象。在教学中只需引导学生比较、分析某个或某几个有关量分别在 “三态 ”模型之中发生了怎样的变化(增大、减小或不变)，就能深刻理解相关知识，成功解决有关问题。三、 “三态 ”模型在教学中的应用(一)便于深刻理解勒夏特列原理勒夏特列原理是 “化学平衡移动 ”教学的重点和难点，其内容为：改变影响化学平衡的一个因素，平衡

5、将向着能够减弱这种改变的方向移动。只有引导学生深刻理解勒夏特列原理，才能帮助他们熟练地运用它来解决问题。. 如何才算是“改变影响化学平衡的一个因素 ”？在教学中用 “二态 ”模型来考察勒夏特列原理，学生往往对 “改变条件 ”与 “改 变影响化学平衡的一个因素”分辨不清，理解模糊，但用 “三态 ”模型能很好地解决这个问题。在 “三态 ”模型中，勒夏特列原理实际是针对 “旧平衡态 ”与 “瞬间态 ”而言的，是通过比较 “旧平衡态 ”与 “瞬间态 ”之间的某个量(浓度、温度、压强等)的变化情况来判断平衡移动方向的。改变条件后，只有导致 “瞬间态” 的浓度、压强、温度中的某一量真正比 “旧平衡态 ”增

6、大或减小了，才能算是 “改变影响化学平衡的一个因素” ，平衡才“向着能够减弱这种改变的方向移动” 。如果表面上改变了某个条件，但实际上并不造成 “瞬间态 ”与 “旧平衡态 ”之间浓度、压强、温度的不同，则不算是 “改变影响化学平衡的一个因素” ，不会引起平衡的移动。例如，反应2A (g) +B (g) ?2C (g)在一容积可变的容器中达到平衡时，A、 B、 C 的物质的量分别为 4mol、 2mol 、 4mol 。现在恒温恒压的前提下 “改变条件”：将平衡混合物中A、C减少1mol, B减少0.5mol。这种 改变条件”算不算 是 “改变影响化学平衡的一个因素 ”呢？在教学中若以 二态”模

7、型来考察，很容易得出 既然是改变了条件（A C减 少1mol, B减少0.5mol）,那肯定是改变了影响化学平衡的一个因素 ”的错误结 论。但若改用 “三态 ”模型来分析，便能排除干扰，看清真相（见图3）。算不算是 “改变影响化学平衡的一个因素” ，要通过比较“瞬间态 ”与 “旧平衡态”的浓度大小来回答。瞬间态 A B、C的物质的量分别为3mol、1.5mol、3mol ， “旧平衡态 ”A 、 B、 C 的物质的量分别为 4mol、 2mol 和 4mol。 “瞬间态 ”A 、 B、 C 的物质的量之和是 “旧平衡态 ”A 、 B、 C 的物质的量之和的倍，故恒温恒压下 “瞬间态 ”的容器体

8、积亦应是 “旧平衡态 ”的倍，用 c=n/V 进行计算，得知“瞬间态 ”A 、 B、 C 的浓度分别与“旧平衡态 ”A 、 B、 C 的浓度对应相等，即浓度不改变，且已知温度和压强亦不改变，故不算 “改变影响化学平衡的一个因素 ” ， 平衡不发生移动。.化学平衡移动有关量将如何变化？勒夏特列原理告诉我们：平衡移动的结果只是 “减弱这种改变” ，但不能“抵消这种改变” 。有些同学对此感到抽象，难以理解，且看教学中如何用 “三态 ”模型来直观地表示这个问题（图 4 为增大某一因素后 “三态 ”有关量的变化、图 5 为减小某一因素后 “三态 ”有关量的变化）。从图4、图5 可以看出，增大（或减小）某

9、一因素后， “瞬间态 ”的有关量（浓度、压强、温度等）比 “旧平衡态 ”增大（或减小）得很多，平衡移动后，“新平衡态 ”的有关量虽然比 “瞬间态 ”减小（或增大）了，但不会恢复回 “旧平衡态 ” ，仍然比“旧平衡态 ”大（或小），只是增大量（或减小量）变少了一些而已。所以说，平衡移动的结果只是 “减弱了这种改变” ，但不能“抵消这种改变” 。因此， “新平衡态 ”的相应量应介于 “旧平衡态 ”与 “瞬间态 ”之间，即量的关系是：“旧平衡态 ”“瞬间态 ” 的逆反应速率，平衡正向移动；若 “瞬间态 ”的正反应速率新平衡态”的K时，平衡逆向移动；当 瞬间态”的Q =新平衡态”的K时，平衡 不移动。

10、例如，对于某一吸热反应，处于旧平衡态时，浓度商本来等于化学平衡常数，升高温度后，虽然 “旧平衡态 ”变为 “瞬间态” 时浓度商保持不变，但“旧平衡态 ”转为 “新平衡态 ”时化学平衡常数却变大了（变大了的平衡常数显然应是 “新平衡态 ”的平衡常数，须用 “新平衡态 ”而非 “旧平衡态 ”的平衡常数来与 “瞬间态” 的浓度商进行比较判断)，导致 Q压缩容器使压强由1.01 xi06Pa大到2.02 x 106Pa瞬间态I ”的容器体积应是 旧平衡态”的倍，故 瞬间态I ”的c(A)应是 旧平衡态”的2倍，为c (A) = 0.022mol/L X2 =0.044moJ/仪知 新平衡态I c(A)

11、 =0.05mol/L,且新平衡态I ”与瞬间态I ”的容器体积相等，可 知瞬间态I ”变为 新平衡态I ”时气体A的物质的量增多了，故推知平衡逆向移 动。因为增大压强平衡逆向移动，根据勒夏特列原理，逆向移动方向应是气体体积减小的方向，即气体生成物的化学计量数之和应大于气体反应物的化学计量数之和，故物质C只能是气态。继续压缩容器使压强增大到4.04 X107Pa得瞬间态n，瞬间态n”的容器体积应是 新平衡态I ”的倍，故 瞬间态n” C (A)应是 新平衡态I ”的20倍，为c (A) =0.05mol/L X20 =1 mol/L比 新平衡态H ”的c (A) =0.75mol/L大，且 瞬

12、间态H”与 新平衡态H ”的容器体积相等， 可知 瞬间态n”变为 新平衡态n”时气体A的物质的量减少了，故平衡正向移 动，气体反应物的化学计量数之和应大于气体生成物的化学计量数之和，推知物质C应为非气态。答案：CQ四、教学反思为什么我们会普遍感到 “化学平衡移动 ”知识抽象？笔者认为，这与传统的“二态 ”模型有相当大的关系。具体地说， “二态 ”模型的笼统、抽象在很大程度上导致了 “化学平衡移动”的知识抽象。倘若在教学中能用形象、直观的 “三态 ”模型来分析、讲解，那么 “化学平衡移动” 的抽象将不复存在，学习知识将变得简单易懂。从这个意义上看，在教学中运用 “三态 ”模型，可以说是抓住了 “化学平衡移动 ”教学的关键，找到了提高教学效果的方法和策略。笔者曾在高二重