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化学核心素养下化学平衡状态的判断研究

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杨晋芳杨蓓

摘要：化学平衡状态的判断是是化学平衡知识体系的重要组成部分之一，也是高考命题点之一。笔者在一线教学实践中，发现很多学生对于理解“气体密度”和“混合气体平均相对分子质量”在什么情况下可以作为判断化学平衡的依据有一定障碍。因此，笔者针对这两个方面总结归纳了解题思路及方法，并建立了分析此类平衡问题的解题模型，旨在发展学生的化学思维能力，提高化学学科核心素养。

关键词：化学平衡状态气体密度平均相对分子质量解題模型

一、问题的提出

化学平衡内容历来是高中化学的核心内容之一，具有抽象性、符号性和复杂性的特点，是公认的化学学习难点之一。化学平衡相关内容也是中学化学中所涉及的溶解平衡、电离平衡和水解平衡等知识的核心，对学生深入学习、应用平衡思想发挥了关键性作用。化学平衡状态的判断是是化学平衡知识体系的重要组成部分之一，同时是高考命题点之一。学生对此内容的学习往往存在心理障碍，已有研究确认了高中生在化学平衡内容学习上存在显著困难[1]。笔者在一线教学实践中，发现在化学平衡这部分内容的学习时，常常会出“化学平衡状态的判断”这类题目，解此题型时，大部分学生对于“气体密度”和“混合气体平均相对分子质量”这两个衍生出的判断方法感到无从下手，导致失分率较高。因此，笔者针对这两个方面总结归纳了解题思路及方法，并建立了分析此类平衡问题的解题模型，旨在发展学生的化学思维能力，提高化学学科核心素养。

二、学生学习障碍分析

1.基于内容特点分析学习障碍

《普通高中化学课程标准（2017版）》[2]针对化学平衡状态的有关内容提出了具体内容标准和学业要求，在必修课程中主要分布在主题2“物质结构基础及化学反应规律”中;在选择性必修课程中主要分布在模块3“化学反应原理”中，具体内容如表1所示。从表1可以看出，化学平衡状态内容与之前所学知识相比横向、纵向联系和综合程度显著提高，深度、广度的发展呈螺旋上升状态。化学平衡是近年高考的热点，化学平衡状态的判断是高考化学的命题点之一，而化学平衡移动对气体密度和混合气体相对分子质量影响的分析更是一大难点，对学生图表数据解读能力、逻辑推理能力、综合解决问题的能力要求较高。因此，笔者针对化学平衡状态的判断内容中“气体密度”和“混合气体平均相对分子质量”这两个衍生出的判断方法，提出解题思路及方法，并建立分析此类平衡问题的解题模型，以加深学生对化学平衡知识的理解，提高学生解决化学实际问题的能力。

2.基于学生认识发展分析学习障碍

学生在化学平衡问题解决中形成的学习障碍不同，形成原因也不同。刘瑞东[3]通过调查发现学生在学习化学平衡之后，仍然对化学平衡中的中心概念问题，如动态平衡的判断;浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡的影响;浓度、温度、压强（体积）等对化学平衡反应速率的影响等存在大量的迷思概念。支瑶，王磊[4]等人通过长期的课堂观察、课后跟踪观察和访谈发现，学生在平衡移动规律学习中认识发展障碍点在于缺少对相关问题进行理性分析的“支架”。笔者在教学中发现，在学习化学平衡状态的判断之后，大部分学生仍然不清楚气“气体密度”和“混合气体平均相对分子质量”在什么情况下可以成为判断化学平衡的标志。笔者根据常年教学经验，总结了具体解题思路及方法，并建立了分析此类平衡问题的解题模型，旨在发展学生的化学思维能力，提高化学学科核心素养。

三、建立化学平衡状态判断的解题模型

一般在化学平衡中常见的反应只有两种类型：一种全为气体型，一种不全为气体型。每种类型根据化学计量数关系又可划分为两类，即反应前后气体系数和为零，简称△V=0型;反应前后气体系数和不为零，简称△V≠0型。本文以下面四个反应为例寻找解题思路：

例：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

2HI（g）?H2（g）+I2（g）

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

A（s）+3B（g）2C（g）+D（g）

分别分析恒温恒压和恒温恒容状态时其“气体密度”和“混合气体平均相对分子质量”保持不变能否作为判断化学平衡状态的标志。根据密度等于总质量除以总体积（ρ=m/V），平均相对分子质量等于总质量除以总物质的量（M=m/n），因此只需判断m总、n总和V总是否变化即可。

1.全为气体型

（1）恒温恒容状态

恒温恒容状态时，对于全为气体的反应，根据质量守恒定律，气体的总质量始终不变，又因为条件维持恒容，总体积也始终不变，所以，无论△V=0型还是△V≠0型，密度均不可作为判断标志。而气体总物质的量与反应前后气体系数有关，△V=0时，总物质的量不变，平均相对分子质量不能作为判断依据;△V≠0时，总物质的量发生变化，平均相对分子质量能作为判断依据。所以，从全为气体型总结出，只有△V≠0时，平均相对分子质量可以判断平衡