化学平衡移动概念的建立、理解与巩固
——英国高中教材《高级化学》中“勒夏特列原理”的编排特点
陈伟1，3沙靖2周青3
（1西安卫星测控中心教导大队教研室陕西渭南 714012；
2西安铁一中陕西西安 710054；
3陕西师范大学化学与材料科学学院陕西西安 710062）
勒夏特列原理，即化学平衡移动原理，是高中化学教学的重点和难点，也是高考的热点内容之一。在勒夏特列原理教学中，很多学生往往只凭记忆记住了这个规律，并没有从微观上深入理解、不能从本质上进行思考，无法解决遇到的实际问题。英国高中化学教材《高级化学》按照建立感性认识、微观解释和拓展巩固三个环节编排勒夏特列原理，帮助学生突破学习难点。
一、《高级化学》中勒夏特列原理编排
《高级化学》设计两节内容介绍浓度、温度和压强对化学平衡移动的影响。第一节给出勒夏特列原理，介绍浓度和压强对化学平衡移动的影响，设计了三个实验。第二节突破温度对化学平衡移动的影响，设计了两个实验，并简介了工业合成氨。总体布局按照化学平衡移动的感性认识建立、化学平衡移动的理论分析和勒夏特列原理的应用拓展三个步骤完成。
1、浓度对化学平衡移动的影响
（1）建立感性认识——演示实验
《高级化学》选择铬酸钠和重铬酸钠相互转化的实验来演示浓度对化学平衡移动的影响。在铬酸钠溶液中加入酸，会建立如下化学平衡：
2CrO42-(aq)+2H+(aq)?Cr2O72-(aq)+H2O(l)
黄色橙色
在烧杯内加入适量黄色的铬酸钠溶液，引导学生观察溶液颜色，指出CrO42-的颜色为黄色。向其中加入少量硫酸，搅拌，引导学生观察颜色变化，烧杯内黄色溶液颜色加深，说明有橙色的Cr2O72-生成。继续搅拌，颜色不再改变，说明CrO42-与Cr2O72-的浓度不再改变，化学反应达到平衡状态。再继续加硫酸，颜色又先变深，然后不再改变，化学反应又达到新的平衡状态。颜色变化说明化学平衡从一个平衡状态变化到了另一平衡状态——化学平衡发生了移动。然后向烧杯内加入少量氢氧化钠溶液，搅拌，烧杯内橙色溶液颜色变浅，继续搅拌，颜色不再改变，表明化学平衡又移动到了新的平衡状态。重复上述操作，颜色不断改变，表明反应物浓度变化可以使化学平衡发生移动。
通过溶液颜色变化让学生感知化学平衡移动，判断浓度对化学平衡移动的影响，帮助学生建立起浓度对化学平衡移动影响的感性认识。
（2）深入理解——理论解释
在学生观察实验现象，建立起感性认识的基础上，《高级化学》引导学生对上述颜色变化进行分析解释。溶液颜色不变，说明CrO42-与Cr2O72-的浓度不变，化学平衡时正逆反应速率相等。加酸使反应物H+的浓度增大，H+和CrO42-反应生成Cr2O72-和H2O的反应速率加快，大于Cr2O72-和H2O反应生成H+和CrO42-的反应速率（正反应速率大于逆反应速率），即生成Cr2O72-的量大于生成CrO42-的量，溶液颜色加深。当溶液颜色不再改变时，两者浓度保持不变，说明生成Cr2O72-和CrO42-的速率相等，正逆反应速率相等，化学反应达到新的平衡状态，这样就完成了“化学平衡移动”。继续加酸，则上述化学平衡移动继续发生。反之，加碱后，OH-与H+反应生成H2O而消耗H+，反应物H+的浓度减小，正反应速率减小，致使正反应速率小于逆反应速率，化学平衡向逆反应方向移动，即向生成CrO42-的方向移动，溶液颜色变浅。同理，当溶液颜色不再改变时就达到新的平衡状态，完成了“化学平衡移动”。
继续加碱则上述化学平衡移动也继续发生。
紧接着得到结论：增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动；减小反应物的浓度，平衡向逆反应方向移动。
（3）加强巩固——图片展示
教材又附了黄色铬酸钠溶液与向铬酸钠溶液中加入硫酸后所得橙色溶液的对比图片，从图片上可以明显看出颜色的差异，帮助学生加强巩固。
2、压强对化学平衡移动的影响
（1）建立感性认识——演示实验
《高级化学》选用二氧化氮二聚反应的实验来演示压强对化学平衡移动的影响，与我国教材相同，在此不再复述[1，2]。
（2）深入理解——理论解释
针对气体反应，在学生建立起感性认识的基础上，《高级化学》首先引导学生重温气体的性质。气体分子之间的距离很大，如果增大压强，就能够有效地减小体积。在这种情况下，气体分子之间的距离变小，能够相互反应的气体分子之间相互碰撞和相互反应的可能性就大。反之，如果减小压强增大体积，气体分子之间的距离变大，能够相互反应的气体分子之间相互碰撞和相互反应的可能性就小。教材又结合合成氨反应进行具体深入地分析，帮助学生从微观上理解压强对化学平衡移动的影响。
N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
在合成氨中，化学反应方程式的左边有1mol N2和3mol H2（共4 mol气体），右边只有2mol NH3。达到平衡状态后，如果增大压强，单位体积内反应物的分子个数多，相互碰撞和反应的几率就大，N2和H2相互碰撞和相互反应的可能性就大，生成更多的NH3，合成NH3的反应速率相对NH3分解成N2和H2的反应速率要大，化学平衡向生成NH3的方向移动，即化学平衡向右边移动。反之，如果减小压强，N2和H2相互碰撞和相互反应的可能性就小，合成NH3的反应速率相对NH3分解的速率要小，化学平衡向左边移动。即，增大压强平衡向右边移动，减小压强平衡向左边移动。平衡体系中的分子数较少则压强较小，所以上述正反应压强减小，逆反应压强增大。
最后得到结论：一般而言，增大压强平衡向压强减小的方向移动，减小压强平衡向压强增大的方向移动。
（3）加强巩固——拓展应用
《高级化学》对压强对化学平衡移动的影响进行理论解释后，选用以压强（单位：atm）为横坐标，氨产率百分数为纵坐标的坐标图来对其进行拓展。从图上能够很直观地看出氨产率百分数随压强的增大而增大，达到巩固的目的。
3、温度的影响
（1）建立感性认识——演示实验
《高级化学》从气态和液态两种体系的化学反应来描述温度对化学平衡移动的影响。
①温度对气态化学反应平衡移动的影响演示实验
《高级化学》选用二氧化氮和四氧化二氮平衡体系在热水、冷水和冰水混合物中移动的实验帮助学生建立温度对气态化学平衡影响的感性认识。将三份等量的NO2注入三只相同的透明密闭塑料管内，建立如下平衡（颜色不再变化）：
2NO2（g）?N2O4（g）+ Q
然后分别置于热水、冷水和冰水混合物中。经过一段时间后，置于热水中的透明密闭塑料管内颜色较深，说明主要组成成分是红棕色的NO2；置于冷水中的透明密闭塑料管内颜色很浅，说明NO2的量很小；置于冰水混合物中的透明密闭塑料管内几乎是无色的，说明组分为接近100%的N2O4。通过颜色的改变说明温度对化学平衡移动的方向和程度有影响。教
材附了三个平衡体系对比图片，帮助学生通过不同颜色来感知温度对化学平衡移动的影响，建立感性认识。
②温度对溶液中化学平衡移动的影响演示实验
《高级化学》选用CoCl42-和[Co(H2O)6]2+相互转化的实验来演示温度对溶液中化学平衡移动的影响。把氯化钴溶解在盐酸溶液中建立如下平衡：
CoCl42-(aq) +6H2O(l) ?[Co(H2O)6]2+(aq)+4Cl-(aq)+ Q
蓝色粉红色
CoCl42-是蓝色，而[Co(H2O)6]2+是粉红色。将相同的上述平衡体系分别放在加热器上加热和冰块上降温。再次达到平衡后，放在加热器上加热的烧杯内溶液为蓝色，主要组成成分是CoCl42-。放在冰块上的烧杯内溶液为粉红色，主要组成成分是[Co(H2O)6]2+。这就说明相同的化学平衡体系在不同温度下会向不同方向移动。学生通过颜色变化来感知温度对化学平衡移动的影响，建立感性认识。
（2）深入理解——理论解释
《高级化学》引导学生用吸热反应和放热反应，以及能量变化来解释上述现象。吸热反应是指发生化学反应时从环境吸收热量的化学反应，反应物的总能量小于生成物的总能量。放热反应是指发生化学反应时向环境放出热量的化学反应，反应物的总能量大于生成物的总能量。对于可逆反应，能量会和浓度、压强一样影响化学平衡移动。即增大能量（升高温度）化学平衡向总能量大（吸热）的方向移动；减小能量（降低温度）化学平衡向总能量小（放热）的方向移动。如果化学平衡向正反应方向移动放热，其向逆反应方向移动吸热。
例如，二氧化氮二聚反应
2NO2（g）?N2O4（g）
正反应是放热反应，因为两个氮原子之间形成一个新键而没有其它的键断裂：
2NO2（g）→N2O4（g）ΔH?(298K)=-24Kjmol-1
逆反应（四氧化二氮分解）是吸热反应，与正反应焓变大小相等，符号相反：
N2O4（g）→2NO2（g）ΔH?(298K)=+24Kjmol-1
升高温度平衡向吸热方向移动，结果是热被吸收而减小了温度升高，NO2的浓度升高。相反，降低温度平衡向放热方向移动，N2O4的浓度升高。
同理，在如下平衡体系：
CoCl42-(aq) +6H2O(l) ?[Co(H2O)6]2+(aq)+4Cl-(aq)+ Q
蓝色粉红色
如果升高温度，混合物颜色变蓝，说明CoCl42-的浓度增大，平衡向左边移动，是吸热反应；如果降低温度，平衡向右边移动，生成更多粉红色的[Co(H2O)6]2+，是放热反应。
然后得出结论：一般而言，升高温度平衡向吸热方向移动，降低温度平衡向放热方向移动。
（3）应用巩固——温度和合成氨
《高级化学》对温度对化学平衡移动的影响进行理论解释后，以工业合成氨为例用图表对其拓展应用，达到巩固的目的。
教材给出了以温度（单位：°C）为横坐标，氨产率百分数为纵坐标，压强分别为10atm、30atm、50atm、100atm、300atm、600atm和1000atm的坐标图。并进行分析，根据勒夏特列原理，合成氨应该在低温下进行以获得高产率。但是在合成氨工业中不但要考虑温度对化学平衡移动的影响，而且温度对反应速率的影响也很重要，因为温度低反应速率慢。这就需要综合考虑产率和速率。哈伯-博施合成氨温度控制在大约450°C。
《高级化学》最后简要介绍了催化剂同等程度地改变正逆反应速率，故对化学平衡移动没有影响。
二、小结
《高级化学》以实验、微观解释、拓展巩固为主线帮助学生理解和掌握勒夏特列原理。实验设计简便易行，现象明显，便于学生操作和观察。实验现象增强学生对化学平衡移动的感性认识，有利于培养学生观察、分析和推理能力，提高学生的科学探究能力。理论解释有利于学生理解化学平衡移动的本质和更好地掌握勒夏特列原理，达到“能用相关理论加以解释”的教学目标。拓展应用有利于培养学生将化学知识应用于生产、生活实践的意识，提高学生对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断和解释的能力。
参考文献
1 宋心琦.化学选修4化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2004.
2 张英波.二氧化氮与四氧化二氮平衡移动实验设计[J].教学仪器与实验. 2007 , 23(2)：
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3 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003. 4Michael Clugston, Rosalind Flemming. Advanced CHEMISTRY[M]. UK: Oxford University Press, 2000.
5 陈伟，周青，刘光琼.英国高中教材《高级化学》中化学平衡移动概念构建的四环节[J].
中学化学教学参考.2007,(11)：59-60.