基于高中化学学科核心素养下的化学平衡常数的教学研究
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摘 要：通过对人教版选修4第三章第三节的一道例题的改编，利用三态分析法分析可逆反应在等温、起始浓度不同的条件下的平衡移动情况，预测达到平衡后两个平衡状态的不同;由浅入深地将“变化观念与平衡思想”思维方式渗透到教学当中，加深学生对化学平衡常数的理解。
关键词：化学学科核心素养;化学变化观念;教材研究;平衡思想
一、基本情况分析
化学选修4《化学反应原理》的学习内容与高中化学核心素养中的素养2“变化观念与平衡思想”的培养密切相关，教师在教学过程中应充分利用机会渗透和培养学生的变化观念和平衡思想。而化学平衡的问题更是整册书的重点和难点。平衡问题题型多，解题方法多，其中化学平衡间的比较是最具代表性的一类，解决好这一类问题无疑对化学平衡的理解和运用有极大的帮助。
在教学过程中，笔者在讲授人教版选修4《化学反应原理》第三章第三节化学平衡最后一部分内容化学平衡常数的计算例题时，笔者尝试将课本29页的例题1进行了改编，通过一变四的例题，巧妙地创设了四个相关的又条件不同的情景，通过比较分析，增强学生多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题的能力。整个教学过程，既完成了学会计算平衡常数的学习任务，又加深了学生对可逆反应变化观念和平衡思想的理解。
二、教学基本环节节选
1.环节一
【教师】上一节课，我们学习了平衡常数的表达方法，知道了平衡常数的意义以及其在判断化学平衡状态上的应用。本节我们要通过实际的例子，学会应用平衡常数解决问题。下面请同学完成导学案上的例题。
【学生】在导学案上完成例题：在某温度下，将H2和I2各0.10mol的氣态混合物充入10L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（H2）=0.008 0 mol/L。求该反应的平衡常数及I2的转化率。
【教师】在检查学生完成情况后，对计算过程进行纠正勘误。通过列三段式计算得到各种参与反应物质的平衡浓度，可得平衡常数，本题的K=c2（HI）/c（H2）c（I2）=（0.0040）2/（0.0080）2=0.25，α（I2）=20%
2.环节二
【教师】通过上述计算，我们已计算出此温度下上述反应的平衡常数。根据平衡常数只受温度的影响，与反应物或生物的浓度无关这一性质，请大家计算例题变式1的答案。
【学生】在导学案上完成例题变式1：在相同温度下，将0.20mol的HI气体充入10L的密闭容器中，充分反应，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。
【教师】在检查学生完成情况后，对计算过程进行纠正勘误。过程分析： 设I2的转化浓度为Xmol/L，则平衡时，三种物质I2（g）、H2（g）、HI（g）的浓度（mol/L）分别为：X、X、0.020-2X，则 K= c2（HI）/c（H2）c（I2）=（0.020-2X）2/（X）2=0.25化简后计算得X=0.0080
【教师】同学们请观察两个例题的演算结果的三态分析，请讨论相同温度下，起始状态不一样的这个反应，平衡状态各物质的浓度有什么特点？你认为原因是什么？
【展示】两个例题的三种状对比态：
【学生回答】（1）在相同温度下，这个反应从正方向开始和从逆方向开始，达到平衡的状态是一样的。（引导提问：有没有发现这两个方向开始时使用的反应物的量有什么关系？）
（2）如果把例题1的反应物全部转化成生成物，刚好就是0.020 mol/L的HI。
（引导问题：在这个条件下，你觉得这种现象是偶然的还是必然？）
（3）应该是因为H2和I2各0.10 mol和0.20 mol的HI其实是可以等量相互转化的，相当于所含的反应物是一样的，所以两个平衡状态各物质的浓度都一样。
【教师】小结：我们已经知道可逆反应既可以从正反应方向开始，也可以从逆反应方向开始。那么，如果反应开始时温度相同，反应物或生成物使用的量相当（按方程式的比例转化成同一边的反应物后物质的量相等），其达到平衡后各物质的浓度相等。利用好这个规律，可以帮助我们解决一些问题。
3.环节三
【教师】通过例题1和变式1的计算，我们知道了对于可逆反应，如果反应开始时温度相同，反应物或生成物使用的量相当（按方程式的比例转化成同一边的反应物后物质的量相等），其达到平衡后各物质的浓度相等。那么，现在我们对例题1再变一变，看看将反应物的用量增加一倍，平衡时的各物质的浓度又将会有什么变化规律？请同学们完成变式2。
【学生】在导学案上完成例题变式2：在相同温度下，将H2和I2蒸气各0.20 mol的混合气体充入10L的密闭容器中，充分反应，试求达到化学平衡状态时各物质的浓度及I2的转化率。
通过计算，学生能列出第三种情况下的三态分析，并与例题1的进行对比：
【教师】问题引导：（1）请问你能从这两组数据中得出什么规律？
【学生】相同条件下，当反应物用量增加一倍，平衡时各物质的量浓度都增加一倍。
【教师】问题引导：（2）平衡浓度增加一倍，那么这时反应物的转化率是否变化了？
【学生】通过计算后发现，转化率是没有变化的，也就是说反应进行的程度是相同的。
【教师】问题引导：（3）当温度相同时，当反应物用量增加一倍，平衡时各物质的量浓度都增加一倍，转化率不变。这个规律你认为有普遍性吗？能不能用平衡移动的原理来解释一下？（提示：试试看从浓度、压强改变的情况来分析）
【学生】思考后回答，这种情况类似于容积不变，给平衡体系进行压缩一半的体积，各物质的浓度都增加一倍，但是这个反应由于前后气体系数相同，所以平衡不移动，反应进行的程度不变。 【教师】小结：当温度相同时，当反应物用量增加一倍，例题中的计算结果出现平衡时各物质的量浓度都增加一倍，转化率不变的情况。可以用平衡移动的原理解释：这种情况类似于容积不变情况下，给平衡体系进行压缩一半的体积，各物质的浓度都增加一倍，但是这个反应由于前后气体的体积相同，所以平衡不移动，反应进行的程度不变，所以平衡时各物质的量浓度都增加一倍，转化率不變。
4.环节四
【教师】也就是说，当温度相同时，当反应物用量增加一倍，例题中的计算结果出现平衡时各物质的量浓度都增加一倍，转化率不变的情况是出现在反应前后气体的体积相同的情况下。那么如果可逆反应是反应前后气体的体积不同的反应，你可不可以去用相类似的方法分析得出结论？请讨论下面的变式3。
【学生】讨论导学案上例题变式3：在一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2放入1L恒容密闭容器中，达到平衡时，测得NH3为0.8 mol。请预测如果此时再加入1 mol N2和3 mol H2，达到新平衡时，NH3的物质的量的数值范围。
【教师】引导学生列出两个平衡的起始态和平衡态进行比较
当温度相同时，当反应物用量增加一倍，这种情况类似于容积不变情况下，给平衡体系进行压缩一半的体积，各物质的浓度都增加一倍。若平衡发生移动，则平衡时各物质的量浓度都增加一倍（则NH3浓度变为1.6 mol/L），转化率不变。但是，此反应密闭容器中的气体增加，相当于加压，平衡向正方向移动，所以生成物浓度会是原平衡浓度的两倍多（即NH3浓度变为大于1.6 mol/L）。那么，反应物的转化率也会相应的增大。
小结：通过上述几个例题的对比分析，我们可以体会到在温度不变的条件下，利用平衡常数求不同起始浓度下各物质的平衡浓度及转化率，且此条件下的平衡时的浓度变化规律，还可以结合压强对平衡的影响规律进行预测与分析。用相同的分析方法，同学们课后还可以把上述例题中的情景换成恒压容器进行分析，看看得到的规律有什么不同。我们在学习的过程中要学会举一反三，题型各有不同，但是我们分析问题的思路是可以进行类推和归纳的。
三、课后的总结与反思
本教学环节主要是加深学生对平衡常数的理解和熟练应用技巧。平常教学流程一般是教师讲评完课本的例题，然后让学生就堂上继续做一些其他相关的题目作为巩固训练。本环节的设计意图是，脱离常规的教学设计流程，对课本的一道例题作了三个变式，同一个反应，不同的起始条件，由于平衡的移动或不移动，引起了反应出现了不同的变化规律。学生在训练过程中可以充分地体会到可逆反应变化观念和平衡思想。其中各个环节的设计意图和教学目的如下表：
参考文献：
[1]吴明好.基于高考对学科核心素养的考查谈高中化学教学[J].中国考试，2017（3）.
[2]周业虹.浅谈学科核心素养视角下的高中化学教学策略[J].中国考试，2017（2）.
[3]俞双.化学等效平衡问题的解题策略[J].广西教育，2016（4）.
[4]付秀梅.化学平衡比较题解析[J].数理化学习，2015（14）.
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