作者：朱怀义
来源：《化学教学》2010年第11期
文章编号：1005－6629(2010)11－0042－04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1教材分析
化学反应中的物质变化及伴随发生的能量变化是化学反应的两大特征，但当一个具体的化学反应应用于实际时，我们最关心的问题是反应的速率和限度。在《化学1》“氯气的性质”中，学生已感知可逆反应，如何确定探究思想并通过实验揭示某些反应存在限度、把握反应达到最大限度时平衡状态的特点和平衡转化率等是本节的教学要点。
教师应该围绕核心问题的灵魂，设置富有逻辑性、递进性的问题，帮助学生打开从微观、动态的角度认识化学反应平衡的视角。
反应条件、改变反应限度及对化学平衡状态特征的理解与判断，是较深层次的要求。本着分层推进、螺旋攀升的原则，在此不必展开；有兴趣的同学将在选修模块《化学反应原理》中深入学习，这也符合学生接受知识的认知顺序。
2教学目标
(1)揭秘炼铁高炉悬念，认识化学反应的可逆性。
(2)通过实验，了解化学反应的限度，初步形成运用探究手段解决问题的能力。
(3)结合图表数据分析，从浓度变化角度建构可逆反应的平衡状态。
(4)通过交流讨论，培养学生严谨细致的科学态度、实事求是的质疑精神。
3教学过程
[史话激疑]钢铁生产是17世纪从英国开始的第一次产业的两大支柱之一。高炉炼铁的主要反应是：Fe2O3+3CO Fe+3CO2，其中CO产生的反应是： C（焦炭）+O2（空气）=CO2（放出热量）、 C（焦炭）+CO2=2CO（吸收热量）。但炼制1吨生铁所需要焦炭的实际用量，远高于按照化学反应方程式计算所需的量，且从高炉顶端出来的气体中总含有没被充分利用的CO气体。起初，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不够充分之故，于是设法增加高炉的高度。然而令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术的科学悬念，你能揭开炼铁工程师们的困惑吗？
[讨论揭秘]19世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入研究，终将谜底揭开：C + CO2
2CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方；后来的研究还发现，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2。增加高炉高度只是延长了反应时间，而反应已达到平衡，各物质的量不会再随时间而变化，所以，上述做法徒劳无益。
[小结①]可逆反应
许多反应具有可逆性，即正向反应（反应物→生成物）和逆向反应（生成物→反应物）在同样条件下能同时进行，这种反应称为可逆反应。
[讨论交流]水的生成和电解、CO2和H2O在植物体中通过光合作用合成糖与糖在人体内氧化生成CO2和H2O，它们是否属于可逆反应？谈谈你的见解。
[诱导思考]在硫酸的工业生产中，二氧化硫的催化氧化是制约硫酸产率的关键反应。请思考若将2 mol SO2与1 mol O2混合于2 L密闭容器，充分反应后，能否得到2 mol SO3？现为你提供某同学实验过程的数据记录(见表1)，愿对你有所帮助。
[小结②]反应限度
在一定条件下，可逆反应最终进行到所有反应物和生成物共存、且浓度均不再改变的状态，即化学反应进行到能完成的最大程度，我们称之为反应限度。反应限度决定反应物在该条件下的最大转化率(或平衡转化率)。
[能力培养]怎样通过实验来证实反应存在限度？应本着怎样的原则来设计实验？现为你提供下列试剂和仪器：0.1 mol·L-1 KI溶液、 0.1mol·L-1 FeCl3溶液、CCl4、KSCN溶液、小试管、胶头滴管。请判断FeCl3溶液与KI溶液之间的反应能否进行到底？
[实验设计]①取5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液放入试管，滴加5～6滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液，振荡、静置、观察。②继续加入2 mL CCl4溶液，再次充分振荡，静置、观察。③取上层溶液，向其中滴加KSCN溶液，观察。填写下表：
[分析探究]实验①无非常明显的特征现象，表明正向反应是否发生，需通过实验来证实；实验②用CCl4萃取分离出单质碘，表明正向反应的发生；实验③现象表明少量FeCl3溶液与过量KI溶液混合后，Fe3+仍然存在，说明正向反应没有完全进行到底，即反应有一定限度。
[小结③]设计上述探究实验的原则
①有意识地控制反应物用量。②选择合适的试剂证明正向反应的发生和进行程度（证明相对不足物质仍存在），实质是常见物质和离子的检验，③从离子反应的角度来看，如检验K+、Cl-等离子的存在，既不能证明正向反应的发生，也不能证明正向反应进行不够彻底，因为这些离子在反应中都没有被消耗。
[提问推进]在一定温度、压强下，可逆反应进行到最大限度时，反应体系处于一种表面静止的特殊状态，即化学平衡状态（简称化学平衡）。它有哪些特征？我们还可以从哪些参数判断反应是否处于平衡状态？我们可以从某同学根据上表数据绘制的如下图像上，进行探讨。
[归纳总结]3.化学平衡状态
（1）化学平衡状态：可逆反应在限定条件下所能达到的最大限度时所对应的状态，此时正反应和逆反应的反应速率相等，反应物和生成物浓度不再变化。
（2）化学平衡状态特征：动（动态平衡）、 等 （v正=v逆）、 定（各物质浓度不再变化）、变（维持平衡的条件发生改变，平衡状态也将随之改变）。
[拓展变化]反应达到平衡时，正、逆反应仍以相等速率进行，反应物和生成物浓度不再变化，这显示反应不完全的必然性。作为反应体系整体，某些性质参数也不再变化，它们能否作为反应达到平衡的标志？
[练习思考]在一定温度下,反应A(s)+3B(g)
C(g)+2D(g)在恒容的密闭容器中进行，下列说法能说明反应一定达到平衡状态的是（ ）
A. B、C、D的物质的量浓度比为3:1:2
B. 混合气体的密度不变
C. 混合气体的压强不变
D. 混合气体的平均相对分子质量不变
[分析]平衡时各物质的量浓度比不变，但未必强求与计量系数比相等；平衡浓度还受到起始浓度的影响。混合气体的密度在恒容时取决于容器内气体的质量之和，B、C、D的质量之和不变，就意味着A的质量也不变，即A的生成和消耗相等。恒容时容器压强取决于容器内所有气体的物质的量之和，而本反应前后气体体积没有变化，即无论平衡是否形成，容器内气体的压强一直不变。混合气体的平均相对分子质量即混合气体的质量与混合气体物质的量之和的比值相等，结合B、C分析可知，只有达到平衡状态，混合气体的平均相对分子质量才能不变。答案：B、D。
[总结]（3）化学平衡状态判断：
①等：v正=v逆（本质） ②定：平衡体系相关性质参数不再变化（现象）
[教师讲解]：化学平衡状态判断尺度由平衡状态的形成和特征而来：一是“等”，要能从文字表述中确定反应方向，“等”不是机械的，对不同物质而言，要在比例关系上寻求相等；二是“定”，其含义广泛，实际判定时要联系反应容器特点、化学反应特点和表述的具体性质参数慎重分析，不可盲目、随意。
[知识运用]在20世纪60～70年代英国进行的一项研究结果表明，“高烟囱可以有效降低地面二氧化硫的浓度”。于是，各发达工业国家硫酸生产厂的烟囱竞相攀升（如图2所示）。据统计，英国某发电厂在这10年间排放的二氧化硫增加了35 %，但由于建造了高烟囱，工厂附近地面二氧化硫的浓度降低了30 %之多。请你判断英国的研究结果是否科学？试从全球环境保护的角度，分析这种做法是否可取？
[释疑解惑]烟囱升高，并没有提高二氧化硫的转化率。排放的二氧化硫只是随着气流“移动”到远处“洒落”罢了，从全球环境保护的角度看，这种做法并不可取。当然，增加烟囱高度与增加炼铁高炉高度做法相似，反应限度、化学平衡并没有改变的道理，需要在以后的选修模块学习时才能了解。
[巩固练习]（2008江苏高考卷，有删减）将一定量SO2和含0.7 mol氧气的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2 2SO3。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量的NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。请回答下列问题：
(1）判断该反应达到平衡状态的标志是_____。
Ａ． SO2和SO3浓度相等
B． SO2百分含量保持不变
C． 容器中气体的压强不变
D. SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
E． 容器中混合气体的密度保持不变
(2)求该反应达到平衡时SO2的转化率（用百分数表示，结果保留一位小数）。
答案：（1）B、C； （2）94.7 %
4 教学反思
教师要善于同学生对话、采用富有意义和效果的教学策略。从破解炼铁高炉悬念切入营造教学情境；观察实验现象引起认知冲突，以促使学生提出假设；提供图表数据变化图像供学生分析，以形成对话与建构的契机和平台。认真倾听学生的见解与预设不一致的地方，那是学生学习的障碍点，也是教学设计中不够完美的地方。如前述探究实验①中，有学生认为Fe3+的存在是由于Fe2+被氧化的结果，学生的回答没有支持反应存在限度，该怎样说服学生（I-过量、且还原性比Fe2+强）显示教师的教学机智。关注课堂意外，就是尊重学生，体现主导为主体服务的课程理念。
我认为苏教版将氯水中多种微粒并存归因于“氯气与水发生可逆反应”的理由不够充分，因为无法排除溶解平衡的干扰；而建构化学反应限度的实验设计则较好——反应是溶液体系，便于取样和检验。教材分别围绕Cl2+H2O、FeCl3+KI、N2+H2反应引入可逆反应、反应限度、化学平衡等概念，显得比较凌乱。本篇教学设计围绕二氧化硫催化氧化渐次展开对核心问题—可逆反应的分析、讨论、理解和应用，突出了课堂教学的灵魂，是活用教材的具体体现。下载本文
