试验方案设计的教学策略浙江化学会.doc

分析速率平衡图像 提升化学思维素养 苏美华 （北仑中学 浙江宁波 315800） 摘要 选取浙江省各地区选考模拟卷中易错的速率平衡图像题目，分析其内涵规律，挖掘习题对提升学生思维素养的功能价值。 关键词 本质；独立；迂回；求异；创新 1 多因素作用于速率和平衡，促使思维广阔与深刻 化学反应速率的影响因素有浓度、温度、压强、催化剂、反应物间的接触面积等。影响速率的因素不一定是影响平衡的因素。例如，催化剂同等程度影响正逆反应速率，不影响平衡。对方程式两边气体计量数相同的反应，改变压强，速率改变，但正逆速率同等程度改变，平衡不受影响。在速率平衡图像中如果涉及多个因素，这类问题较复杂，学生不仅需要具备有关速率和平衡理论的基础知识，还需要全面考察、分析问题，透过纷繁的现象，发现问题的本质，才能获得问题的正确答案。 （台州市2017年2月选考科目教学质量评估试题30题节选）汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在尝试以二氧化钛（TiO2）催化分解汽车尾气的研究。已知 TiO2催化尾气降解原理为：2CO(g)+O2(g)2CO2(g)； 2H2O(g)+4NO(g)+O2(g)4HNO3(g)。图1-1为在不同颗粒间隙的沥青混凝土（α、β型）和不同温度下，实验进行相同一段时间（t秒）后测得的CO降解率变化，科研团队以β型沥青混凝土颗粒为载体，将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管，在10～60℃范围内进行实验，请在图1-1中用线段与阴影仿照“示例”描绘出CO降解率随温度变化的曲线可能出现的区域（示例： ）。 分析：题中将温度和催化剂俩因素共同作用于平衡，由于催化剂不影响平衡，因此使用不同催化剂在同一温度下的平衡转化率应该相同，即三线合一。题图表明，平衡后，降解率随温度升高而下降，所以若将TiO2改为催化效果更好的TiO2纳米管，反应速率加快，实验进行相同一段时间，平衡应该出现在较低温度，该平衡点降解率较高。综合上述两点，可以作答如图1-2。 通过分析温度、催化剂因素对速率的影响来分析同一段时间平衡点出现的温度范围，再通过温度对平衡的影响，分析该温度点的降解率大小，问题便迎刃而解。经历一系列的分析过程，学生对温度既影响速率又影响平衡有全面认识和深刻理解，对催化剂不影响平衡，但因影响速率从而影响达到平衡的时间有深入的认识。 2 单因素作用于速率或平衡，强化思维独立与批判 外界因素改变，速率和平衡都可能发生改变的情况，学生往往容易将速率和平衡混为一谈，不能辩证分析速率理论和平衡理论的本质区别，不能从实际出发将速率或平衡问题独立分析判断，造成解决问题困难，甚至无从下手。例如，反应的转化率或者产率随温度发生变化的图像，到底是用速率理论还是平衡理论去分析呢，学生常常犯难。笔者引导学生思考、辨别、领悟，形成基本的思维模式：速率理论适用于反应的整个过程，而平衡理论只适用于反应达到平衡以后。学生经过独立思考、反思，不难获得反应的转化率或者产率随温度发生变化的图像的分析思路：达到平衡以前，应用速率理论，温度越高，速率越快，转化率或产率越高；达到平衡以后，应用平衡理论，温度升高，平衡向吸热方向移动，若正反应吸热，转化率或产率增大，若正反应放热，转化率或产率下降。 （2016学年第一学期温州十校联合体高三期末考试化学学科试题30题节选）研究氮氧化物反应机理，对于控制汽车尾气、保护环境有重要意义。NH3催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应的热化学方程式为： 4NH3（g）+6NO（g）═5N2（g）+6H2O（g）△H=-1811.63KJ/mol；反应在恒容密闭容器中进行，在其它条件相同时，选用不同的催化剂，反应产生N2的物质的量随时间变化如图2-1所示。 ①在催化剂A的作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如图所示，据 图可知，在相同的时间内，300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小（催化剂均末失效），其可能的原因是 。 ②其他条件相同时，请在图2-2中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线。 图像表明，温度较低时，脱氮率随温度升高而升高；温度较高时，脱氮率随温度升高而下降。脱氮率随温度变化呈现相反的变化规律，显然不能全程应用平衡理论来解释。温度较低时，反应速率较慢，在相同的时间内反应尚未达到平衡，脱氮率由速率决定。温度较高时，反应速率较快，在相同的时间内反应已经达到平衡，脱氮率高低要考虑平衡移动的影响。即①参考答案：300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，随温度温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应