平衡状态判断中的“变与不变”

斯卡杰

摘要：平衡状态判断是速率平衡知识块中一个重要的知识点，选考中的必考点，高三复习中的难点。在实际考题中以变化多而令考生难以防备，对传统结论的直接套用提出了极大的挑战。本文从逻辑思维的角度出发，利用特定范围内的假设法和排除法，对该考点进行突破，以期达到“以不变应万变”的效果，构建思维模型，强化证据推理，也能使学生更好的体会变化观念和平衡思想，有助于核心素养的培养。

关键词：平衡判断   逻辑思维   变化观念   模型构建

在速率平衡的知识模块中，平衡状态的建立和判断是核心的知识点之一，是认识化学变化和化学反应的两大基石之一，是平衡移动相关知识理解和应用的前提，是浙江选考中的热点，也是不少高三学生难以把握的失分点。有关平衡判断的试题在原理综考查中因各种原因难度系数一直不高，但新高考改革后，随着核心素养的培养成为教学目标的日益深化，在选考卷中尤其是在各地市及资料机构的模拟考卷中，相关考题井喷式发展，使高三学生感到眼花缭乱，也使高三教师在复习备考中手忙脚乱。

一、考题呈现和问题分析

1、选考真题呈现

【202001】29. 已知：N2O4（g） 2NO2（g） ΔH>0 将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。①下列可以作为反应达到平衡的判据是________。

A.气体的压强不变 B.v正（N2O4）=2v逆（NO2）  C.K不变

D.容器内气体的密度不变    E.容器内颜色不变

【201904】17.下列说法正确的是

B.C（s）+H2O（g） H2（g）+CO（g），碳的质量不再改变说明反应已达平衡

C.若压强不再随时间变化能说明反应2A（？）+B（g） 2C（？）已达平衡，则A、C不能同时是气体

【201804】14.反应N2（g）+3H2（g） 2NH3（g） ΔH<0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是

A.容器内的温度不再变化   B.容器内的压强不再变化

C.相同时间内，断开H-H键的数目和生成N-H键的数目相等

D.容器内气体的浓度c（N2）∶c（H2）∶c（NH3）=1∶3∶2

2、问题分析

这一知识点的考查最大的问题在于情景变换多样性而导致的结论复杂性，使很多记忆性学习的学生饱受痛苦。现实教学中部分教师过度“勤奋、负责”，对机械性应试的需求欲望甚至高于学生，总希望能寻找针对性的答题结论，最好是哪个题什么答案都有模板，学生只需记住，然后在应试过程中直接套用，这样就能快熟高效，很多学生初中就是这么过来的，有成功的经验。这样师生双方容易一拍即合，但现在的高考中容易撞墙，尤其是一部分优秀学生难出好成绩。

一些教辅资料中也是乐于给出练习题中常见背景条件下的结论。可能是限于表达方式，类似的资料只能以这种形式进行呈现。我们学校教学虽然不能无视应试的效率，但更重要的还是培养学生的素养，不能替代了学生思维成长的时间和空间，以结论代替过程、题量换取分数。

二、逻辑思维模型下的证据推理

平衡状态的判断可以从定性和定量两个角度出发，核心在于理解平衡的本质和特点。从定量的角度来看，可能计算过程略繁琐，但思维难度较低，速率计算抓住本质υ正=υ逆，常数计算抓住Qc=K即可，反而显得过程清晰，难度不大。当然，速率会有一些变式，如以共价键数目替代量和浓度的变化等，不过只要抓住化学计量数比例以及所代表的正逆方向问题就不大。学生的实际反馈情况主要是集中在定性的判定，题目呈现形式也常以定性为主，如何在情景变化复杂的背景下能逻辑严密、思路清晰的定性分析是突破的关键，即能做到“以不变应万变”是研究的方向。

1、变化因素——情景条件

综合分析这一问题的情景背景，其变化不外乎四个方面：一、体系设定的环境条件的变化，如同温同压、绝热恒容等等;二、方程式自身的特点，如气体系数是否相等、体系中有没有非气态物质参与等等;三、投料方式的变化，如是否为反应物投料、投料时各物质有没有满足对应的方程式系数之比等等;四、设定为恒定的物理量的变化，如体系总压、温度、气体密度、气体平均摩尔质量、气体摩尔体积等等。这四个方面随意变换组合，都有可能导致结论的变化，所以从结论记忆的角度进行套用非常繁琐，容易记忆混乱、结论不可靠。

2、逻辑思维模型构建

根据可逆反应的特点，某一时刻的状态有且只有三种，平衡状态、正向进行状态和逆向进行状态，由此基本的逻辑思维模型可以快速得到构建。在设定为不变的物理量基础上，假设反应为正向进行状态或逆向进行状态，讨论在假设状态下是否满足设定物理量不变的条件。如果讨论结果为假设成立，即可逆反应处于非平衡状态下满足设定物理量不变的条件，则该物理量不变不能判断反应已达平衡状态;反之，如果讨论结果为假设不成立，即可逆反应处于非平衡状态下不能满足设定物理量不变的条件，那么该物理量保持不变只能在平衡状态下，则该物一定能判断可逆反应已达平衡状态。

3、过程展示

设定恒定的物理量 气体的平均摩尔质量（ ）

系统环境条件 恒温恒压

具体反应方程 Ⅰ：

CO（g）+ H2O（g）  CO2（g）+H2（g）

Ⅱ：

BaSO4（s）+4CO（g） 4CO2（g）+BaS（s） Ⅲ：2NH3（g）+CO2（g） CO（NH2）2（s）+H2O（g） Ⅳ：

2NH3（g）+CO2（g） NH2CO2NH4（s）

假设 可逆反应为正向进行

公式

讨论 Ⅰ反应各物质均为气体，根据质量守恒定律定量可得，正向进行时m（气总）不变;又因气体系数相等，正向进行时n（气总）不变。所以正向进行时 不变

Ⅱ反应气体系数相等，可得正向进行时n（气总）不变;但反应中有固体参与，正向进行时固体质量减小m（气总）增加。所以正向进行时 增大

Ⅲ反应正向气体系数减小，可得正向进行时n（气总）减小;生成物中有固体，正向进行时m（气总）减小。分子、分母同时减小，定性无法判断。从定量角度很容易得出：当气体的物质的量减少2mol时，若质量的减少量数值上恰好等于CO（NH2）2的M时，正向进行过程中 不变。所以取决于投料方式。 Ⅳ反应只有反应物中有气体，正向进行时按照上述公式是无法判断的，但跟Ⅲ也不一样，不需要定量计算，只要从 的定义出发分析就行，即若NH3（g）和CO2（g）比例恒定则 恒定。所以取决于投料状态。

时，正向进行 不变

正向进行 不改变

NH3（g）和CO2（g）按系数比投料或生成物投料 投料时NH3（g）和CO2（g）不满足系数比

假设是否成立 假设成立 假设不成立 假设成立 假设不成立 假设成立 假设不成立

结论 恒定时不能判断该反应已达平衡 恒定时能判断该反應已达平衡 恒定时不能判断该反应已达平衡 恒定时能判断该反应已达平衡 恒定时不能判断该反应已达平衡 恒定时能判断该反应已达平衡

从以上几个实例可以看到，结论随条件变化而变化，过程分析要求根据条件信息进行严密推理，但基本逻辑思维的模型确是一致的。

三、小结

平衡判断常见的形式却实有一些结论，而且结论的直接套用确实能提升解题的速度、降低解题的难度，但这些结论均有其相应的情景条件，如果抛开过程的分析、结论的成因则无法在应试中获胜，而且这种教学方式更不是我们社会所需求的人才培养模式。这一内容虽然变化复杂，但我们再教学中能引导学生实现“以不变应万变”，就能很好实现证据推理和模型认知等化学学科核心素养的培养。