对化学平衡移动原理教学的几点探究

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  摘 要:化学平衡移动原理是高中化学教学中的重点和难点内容,课本内容简单但习题复杂。本文通过对勒夏特列原理的适用范围、含义的阐述,及等效平衡概念、建立途径的补充,力求以清晰的思路解决相关的化学平衡移动问题。
  关键词:勒夏特列原理;等效平衡;转化率
  早在1884年,法国化学家勒夏特列在总结了前人论说的基础上,提出了“每一个处于稳定化学平衡的体系,在它的整体或局部受到引起它的温度或减缩(注:是指压力、浓度、单位体积内的分子数的减缩)改变时,会经历内部的变动,向产生因外力而造成变动的相反的温度和减缩的方向变化”。后人把这一论说称为勒夏特列原理,即我们平常所说的化学平衡移动原理。
  化学平衡移动原理是考试命题的重点内容,也是教学中的难点。学生在学习中感觉这部分内容比较抽象且难以理解,遇到具体问题死套结论不会分析,以致无法得出正确结论。笔者觉得最主要的原因是学生对勒夏特列原理理解得不够全面,于是无法灵活应用。因此,在教学过程中,笔者认为在传授好教材基础知识的同时,应做好以下几个方面相关知识的补充和解析,才能让学生更全面、更灵活地应用勒夏特列原理解决相应的习题。
  一、对勒夏特列原理适用范围和含义的理解
  勒夏特列原理简单地说就是:如果改变影响化学平衡的一个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。该原理只能适用于已达平衡的体系,对未达平衡的体系则不适用。在这里开始教学时一定要提醒学生特别注意:平衡移动只能减弱这种改变的趋势而不能阻止改变。
  例如,升高平衡体系的温度,平衡就向吸热反应方向移动,一般来说吸热会使体系温度降低,有些同学就认为达到新平衡后体系温度会降低,且比原平衡体系温度低,这种理解是错误的。正确的理解应该是平衡向吸热反应方向移动只是减弱温度升高,但不能阻止温度升高,只是温度升高得慢了,最终达到新平衡时体系的温度要比原平衡体系温度高。再如,增大某一反应物的浓度,平衡会向正反应方向移动,从而消耗反应物,使反应物浓度增加慢一些,但不能阻止该反应物浓度的增加,最终达到新平衡时该反应物的浓度要比原平衡体系大。其他因素的改变也有类似的变化特点。
  二、改变某一因素,化学平衡是否一定移动
  要理解和回答这个问题,其实是要学生对等效平衡进行理解和应用。对某一可逆反应,不论从正反应开始还是从逆反应开始建立新平衡,或是改变了某一因素,只要新平衡体系和原平衡体系比较,各组分的百分含量没变,新平衡与原平衡即为等效平衡,其特点是某些因素变了,但平衡没移动,具体表现为新平衡体系中各组分的百分含量没变(其他量不一定不变,要针对具体反应和措施具体分析)。
  在什么情况下可以建立起等效平衡呢·在高中阶段,要求学生能够理解的有两种途径:①恒温恒压下,对所有可逆反应,相同反应物(或一边倒之后的相同反应物)的投料比(反应物有两种或两种以上)相等,即可建立等效平衡(若反应物只有一种,不论加多少都会建立等效平衡)。②恒温恒容下,对反应前后气态物质化学计量数之和相等的可逆反应,相同反应物(或一边倒之后的相同反应物)的投料比(反应物有两种或两种以上)相等,即可建立等效平衡(若反应物只有一种,不论加多少都会建立等效平衡)。除了这两种情况,其他情况下一般不能建立等效平衡。
  三、针对不同的可逆反应,要具体问题具体分析,不能以偏概全
  例如,对反应物的转化率问题,一般的结论是增大某一反应物的浓度,平衡会正向移动,该反应物的转化率减小,而别的反应物的转化率会增大(这是因为该反应物的转化浓度增加量小于该反应物的浓度增加量,别的反应物起始浓度没变而转化浓度增加)。这个结论适用于反应物有多种的可逆反应。对反应物只有一种的可逆反应,例如,在恒温恒容下,对已达平衡的可逆反应2NO2(g)·圹N2O4(g),再加入一定量NO2,再次达到平衡时,NO2的转化率如何变化·套用一般的规律,结论就是转化率减小。
  其实,正确结论应该是增大。原因是该可逆反应反应物只有一种,利用放缩法,假如在恒温恒压下,不论再加入多少NO2,虽然反应物体积会增大,但建立的都是等效平衡。此时转化率不变,实际上恒容需压缩体积,才能达到恒容,即要增大压强,平衡必然会正向移动,因此NO2的转化率会增大,在平衡移动过程中NO2在减少N2O4在增多,因此最终平衡混合物中NO2的体积分数减小。
  总之,對化学平衡移动原理知识的教学,关键是要让学生能够全面理解和掌握知识的共性与特性,学生才能以清晰的分析思路,灵活解决相关的化学平衡移动问题。
  参考文献:
  [1]吴俊明,杨承印.化学教学论[M].西安:陕西师范大学出版社,2003.
  [2]马宏佳.化学教学论[M].南京:南京师范大学出版社,2007.
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