第二单元 化学反应的方向和限度优质课一等奖

基于建构“化学平衡常数”核心概念的心智模型教学

江苏省仪征中学

蒋闯闯

“化学平衡”理论体系是中学化学中三大理论基础之一，更是中学化学中的核心概念。它包括了勒夏特列原理、化学平衡常数、影响化学平衡的因素、电离平衡、水解平衡、难溶电解质沉淀溶解平衡、转化率等等，这些低层级的概念共同构筑了一个完整的知识体系。而平衡常数的学习与领悟，能够从根本上解决以上难题。化学平衡常数这一知识点是整个化学平衡体系的基础点，化学平衡移动方向、化学平衡影响因素、反应物的转化率、电离平衡常数、水解平衡常数、沉淀溶解平衡常数等一系列相关知识都能应用化学平衡常数定量判断和深度学***衡常数为核心构建起的知识体系，更有利于让学生透过表层信息直解问题本质，避免迷思概念的干扰。本节课的环节设计也旨在突破学生认知发展障碍点、寻找理性分析的思维“支架”、建构起解决问题的心智模型。

环节1 新知探趣

引入：平衡球展示（2NO2（红棕色） N2O4（无色）

△H < 0）

思考：1.该平衡球中的物质可能是什么？你的判断依据？

2.

该平衡球装置是否已经达到平衡状态？平衡状态有哪些标志？

3.

到达平衡状态时，各组分浓度间是否存在一定的规律？

思维导图

设计意图：

兴趣是人们对于客观事物所持的一种积极的心理倾向，它表现为人对某一事物所产生的好奇心和吸引力，这种好奇心和吸引力往往能促进人的思维发展，成为学生学习的一种强大的内驱力。化学平衡常数这节的学习相对比较抽象，学生通过对反应限度的学习已经初步有了平衡的思想，但还不不能够从定量层面去认识，而本节课的学习正是在已经知识之上对化学反应限度进行定量描述并深度探讨，因此能否将学生的兴趣激发出来显得尤为重要，将生硬的抽象知识转化为学生能够肉眼观察并且触碰得到的实体是建立起学生兴趣的关键。

化学学科的特点是大部分宏观现象必须借助于微观表征或模型，而学生对于微观世界的认识或模型的建构又来源于宏观现象，故让学生从能够轻松接受的的宏观现象走近微观世界，是本节课开始的最佳选择；“化学平衡”理论体系是中学化学三大基础理论之一，更是中学化学中的核心概念，能否将学生引进门对于其后期完整知识体系的建构至关重要。宏微结合是指将微观与宏观相联系的思维方法，是从分子、原子层次对物质结构、性质、能量变化等及其相互关系的基本认识，既是化学学科的重要观念，也是化学问题解决的独特视角，宏微结合的思维方式有助于学生知识网络体系的建构和核心素养的发展。

环节2 寻找规律

数据展示---配套苏教版教材2-6、2-7、2-8表格

表2-6 NO2(g)－N2O4(g)平衡体系中各物质的物质的量浓度（25℃）

表2-7下表为25℃，卤化氢生成反应的平衡常数

表2-8 N2(g)＋3H2 (g)

2NH3 (g)的平衡常数与温度的关系（25℃）

思考

1.从表2-6、2-7、2-8数据的处理过程与结果中有什么规律可循？

2.

如何用语言将规律表达清楚？

3.

其中发现的规律能否普适化？还缺乏哪些证据来支撑？

4.

平衡常数的特殊性？浓度商在反应开始直至到达平衡时的变化？

思维导图

宏观辨识、微观探析

各组分浓度不变

定性表征平衡状态

宏微结合、走进平衡

数据处理、规律探寻

定量角度寻找规律

初识平衡常数

发现规律

证据推理、模型认知

史实呈现、感悟艰难

汲取方法，形成素养

建立认知模型

科学精神、社会责任

设计意图：

十年的教学生涯中，有两类问题我一直思考着，一是学生的计算能力，二是教材的艺术处理。中学生数据处理能力是相对较弱的，这与他们年龄的增长并未呈正相关，深究其原因主要在于缺乏实际动手经验，加上信息化社会电子产品的引入，进一步加剧了学生的惰性，如果说数学是科学研究领域的国王，那么计算则是数学王国的皇后，且数与计算也是学生们认识客观世界最基本的工具，是每位学子应当掌握的基础知识和基本技能。计算能力的弱化，必然会引起“多骨诺效应”，影响到学生后期课堂学习的有效性。化学教学中的计算要不要刻意创造情境，又该如何使用情境，值得我们理性思考。

在日常教学中，脱离教本进行教学的现象早已很普遍，究其原因主要在于教师不善于沉心静气研究教材，浅层次的阅读教材便会误以为教材简单不足以应付各种大考小考，偶有教

师认为必须讲些课本没有的方能体现自己水平，实则满足虚荣心。所以教学中如何正确处理教材与课程的关系，便是理论研究与实践探讨的重要话题。教材作为课程物化的构成部分，体现着课程设计的目标和内容，指导着教学，同时教材的知识结构和顺序都在一定程度上体现着课程的教学方法。教材也是课程创新的动态过程的物化构成。现代课程论认为，教师不仅是既定课程计划的实施者，而且还是课程开发者与教学设计者。在课堂情境教学中，教师的主体性充分发挥的过程即是教师在“创作”课程事件或“创生”课程的过程，而当学生的主体性充分发挥并积极参与到课程创新过程的时候，实际上也在创作课程本身。

两个问题剖析透彻后，我决定以课程为载体，利用学生对三张表格深度处理，让学生自行发现他们计算的弱项，以及计算给他们带来的对于数据规律探寻的影响，同时让他们意识到他们已然是站在了前人的肩膀上来探寻规律了，而前人对于规律的发现完全是从无到有，历经艰辛，他们在获取知识的同时应该对前人报以敬畏的心态，同时也让自己的知识体系与课本紧密相连。

环节3 深度走近

平衡常数发现史简介：1835年，毕奥认为若要测定化学反应进度可以根据旋光法；1850年，路德维希.威廉米第一次对某一化学反应的反应速率进行了研究；1862年，贝特罗和圣吉尔在探究酯化反应后提出，酯的生成量与反应物的质量之积成正比，与引起反应发生的溶液体积成反比；1862-1864年间，挪威数学家卡托.马克西米林.古德贝格和化学家彼得.瓦格受动态平衡观念的影响，进一步确立了质量作用定律的数学形式和物理化学意义；1867年，古德贝格和瓦格发表《化学亲和力研究》一书，至此导出了化学平衡常数

学生通过阅读书本，归纳整理平衡常数的定义，表达式的书写，单位的确定，注意事项

思考：1.平衡常数表达式在书写过程中是否包含化学反应里所有的物质？

2.平衡常数与计量数的关系？

3.单位问题？阿伏伽德罗常数有单位吗？

4.查阅书本49页-50页例1、例2解题步骤，尝试解决课以下精选例题

例1.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g) K1 2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g) K2 则4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝？

例2.在一定体积的密闭容器中CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示：

回答下列问题：

(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝

？ (2)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度。

思维导图

设计意图

化学平衡常数的教学属于化学反应原理模块较为抽象且理论性较强的部分，很多时候，在学生了解了平衡常数的表达后，我们都习惯用习题来强化公式，从应试层面上看这似乎是最有效的手段，但从培养学生核心素养的角度看却是大忌。培养学生的核心素养，主要是指培养学生应具备的，能够适应其终身发展需要的必备品格和关键能力。研究学生发展核心素养是落实立德树人根本任务的一项重要举措，也是适应世界教育改革发展趋势、提升我国教育国际竞争力的迫切需要。作为奋战在一线的教师，更应将此融入到每一节课中，使得核心素养真正的落地生根。

在本环节，我一改以往的以题带知识点，而是将书本上已有的信息抛给学生，让学生从书本信息、联系中自己去挖掘相关点，并初步建立起自己的知识体系，再通过提问的方式让学生去发现认知漏洞，从而再次建构出更加全面、牢固的知识体系；在学生即将开始自满时，再抛出一条挑战性例题和逆向思维例题，在潜移默化中激发学生的解题兴趣和学习能力。维果斯基的“最近发展区理论”，认为学生发展有两种水平：一是学生的现有水平，指独立活动时所能达到的解决问题的水平，另一种是学生可能的发展水平，也就是通过教学所获得的潜力，两者之间的差异就是最近发展区。所以我们的日常教学要能够足眼于学生的最近发展区，为学生提供有难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其最近发展区而达到下一阶段的水平，然后在此基础上为下一个发展区打基，从而让学生获得真正的成就感。

环节4 认识价值

展示表格，抓取传递的信息

思考：观察下面这张表格，你能获取什么信息？

思维导图

设计意图：

化学是在原子、分子水平上，研究物质的组成、结构、性质、变化、制备以及应用的重要的自然科学。我们学习化学走近化学也是希望将它发展成为我们改造世界的手段。前人们花了大量的时间和经历来研究化学平衡，其目的也在于将它更好的应用于我们的生产与生活，如在合成氨工业，接触法制备硫酸中，我们都希望能够最大程度的提高产率。

从知识层面上，让学生从定性和定量层面上认识到平衡常数的价值也是极有必要的；K值越大，说明反应平衡体系生成物所占比例越大，反应进行的越彻底；当K>105，可以认为反应完全，反应为不可逆反应；K值越小，说明反应平衡体系生成物所占比例越小，反应进

行的程度越小（越不完全）

；当K＜10-5时，可以认为未发生反应，反应不能进行。将化学平衡常数K作为方法性工具，借助化学实验，将宏观实验现象与微观本质分析相结合，有利于学生理解化学变化及化学平衡的本质，也为后期学生学***衡的移动、水溶液中的电离平衡、水解平衡、难溶电解质溶解平衡做铺垫。

环节5 寻求改变

再次展示平衡球

思考

1.现欲测定二氧化氮的相对分子质量，需要采取何种措施提高实验结果的精确度？

2.如何打破平衡球中现有的平衡？

3.可以从哪些角度来打破平衡？

4.如何改变Q？如何改变K？

5.将平衡球一端浸入热水，一端浸入冷水，会出现什么现象？如何解释现象？

设计意图

我们学习知识，最终是希望在旧知上生长出新知，建构出越发完整的知识体系，从而提升解决问题的能力，培养学生的创造性、寻求更好的改变。对于学生创造性的培养，一要求创设宽松的心理环境和留给学生充分发展的余地；二注重创造性个性的塑造，保护学生的好奇心、解除学生对答错问题的恐惧心理、鼓励独立、创新精神、重视非逻辑性思维能力、给学生树立创造性榜样；三是开设培养创造性课程、传授创造性思维策略。

本节课我选择了以将“平衡球一端至于热水浴中、一端至于冷水浴中”让学生推测实验现象，再根据学生动手实验后的真实现象，产生认知碰撞，已有知识告诉他们气体热胀冷缩，所以对于受热一端平衡球的颜色应该变浅，事实颜色并没有变浅反而加剧，对于真实情境中产生的问题学生们显然更有解决问题的欲望，这种渴求恰恰是建立在内驱力之上，能否衍生出能力就变的水到渠成了。

化学平衡是一个非常抽象的概念，包括：勒夏特列原理、水解平衡、电离平衡、转化率等等，而平衡常数的学习，是整个化学平衡体系的基础点。以“化学平衡常数”为中心建构科学的知识体系，更有利于学生透彻地理解实际应用中遇到的问题，透过表层信息直达问题本质。