高岩

《普通高中化学课程标准（2017年版）》倡导培养学生的学科核心素养，笔者发现，“变化观念与平衡思想”核心素养是学生素养培养中的一大难点。比如学生在学习人教版化学选修4中的《化学反应速率和化学平衡》这一章内容时，极易混淆前后所学知识，且思维逻辑混乱，无法构建完整的知识体系，也因此很难真正建构变化观念和平衡思想。笔者尝试引入“瞬时速率”概念，以微专题教学方式，在化学反应速率与化学平衡知识之间搭建起一座知识和思维的“彩虹桥”，便于学生透彻理解知识之间内在的逻辑关系，取得了较好的实践效果。

一、厘清学生的学习困惑点

面对学生的知识混淆、思维混乱，笔者仔细研读学情，发现学生在本章学习中的主要困惑点表现为以下三点。

首先，在学习“影响化学反应速率的因素”这一内容时，“浓度变化和压强变化对速率的影响”是学生理解上的难点：学生分不清不同的情况下，到底应该用浓度变化来分析速率，还是用压强变化来分析速率。这个问题得不到透彻理解和正确分析，将会影响学生对平衡移动的理解和分析。

其次，在开始学习“影响平衡移动的因素”这一内容时，学生很容易在“不同的外界条件对正、逆反应速率的影响”问题上产生思维混乱，经常出现类似升高温度则吸热方向速率加快、放热方向速率减慢这样的错误认知。究其根源，就是分不清速率变化和平衡移动的内在关联。

最后，学生对平衡常数这个概念的认知仅停留在“记住”层面，无法深入理解平衡常数的形成原因，这也在一定程度上影响了其构建速率与平衡这一章的完整知识体系。

二、寻求教学突破的关键

联想之前学生在学习必修2第二章第3节《化学反应的速率与限度》这一内容时，课本用反应速率和时间的图像直观说明了化学平衡状态的建立过程，这图像中变化的速率其实就是瞬时速率，但是教材没有点明，且绝大多数教师在教学过程中也不会给学生说明和解释，导致许多学生往往以平均速率的错误认知来理解该图像，这就为后续相关知识和理论的学习埋下了隐忧。到了选修4学习《化学反应速率和化学平衡》一课时，课本直接用平均速率为学生建立起反应快慢的概念和计算公式，仍然没有引入瞬时速率的概念和公式，于是更加深了学生的思维混乱。其实，在很多有关速率与平衡的图像题中，常常要求对两个点即两个时刻的速率进行大小比较，这显然已经隐含了瞬时速率的概念。同样，在近年的高考题中也出现过不少以瞬时速率公式为信息，并要求对信息加以分析利用的题目，如2018年高考理科综合全国Ⅰ卷第28（2）②题、全国Ⅱ卷第27（2）②题、全国Ⅲ卷第28（3）③题，2015年高考全国Ⅰ卷第28（4）②③题等。由此看来，在教学中引入瞬时速率的概念和公式，就显得很有必要了。

从速率与平衡的内在关联来看，瞬时速率起着重要的桥梁作用。由于平均速率着眼于描述某一时间段的变化，更多的是一种宏观表征;而平衡的建立与移动，则是微观变化的结果，其本质需要从某一时刻的速率变化即瞬时速率来理解和分析。因而引入瞬时速率，可以帮助学生扫除思维屏障、解除知识困惑，有助于学生更深刻地理解速率与平衡等相关概念和理论，进而建立起变化与平衡的逻辑关系。

此外，运用瞬时速率分析和解决问题，其实就是在不断地运用瞬时速率公式进行证据与数据推理，将学生从简单的定性分析引向深入的定量分析，使学生得以发现变化的本质，切实提高证据推理、数据处理等综合思维能力，进而培养证据推理与模型认知核心素养。

三、引入瞬时速率，突破教学难点，构建知识间的逻辑关系

笔者以化学反应[a]A（g）+[b]B（g）  [c]C（g）为例，引入瞬时速率概念和公式，帮助学生突破学习难点，教学实施过程如下。

（一）让学生充分理解瞬时速率的概念和公式中的相关物理量

首先，通过概念对比分析，帮助学生从定性角度建立认知模型。让学生明白：平均速率用来表征反应在某一时间段的变化快慢，瞬时速率则用来表征反应在某一时刻的变化快慢。

其次，通过公式对比分析，帮助学生从定量角度建立认知模型。让学生明白：在平均速率公式[v=Δc/Δt]中，無论是浓度变化还是对应的时间变化，都不能帮助人们理解当改变不同的条件时速率将会如何变化。而在瞬时速率公式[v正=k正·cm（A）·cn（B）]，[v逆=k逆·cp（C）]中：[k正]、[k逆]分别表示正向反应和逆向反应的速率常数，它只与反应本身（内因）、温度和反应的活化能（催化剂）有关。当升高温度，[k正]、[k逆]均增大，只是吸热方向的速率常数增大更多;当降低温度时，二者均减小，只是吸热方向的速率常数减小更多。使用（正）催化剂时，[k正]、[k逆]则同等程度增大。[c]（A）、[c]（B）、[c]（C）为物质在某一时刻的物质的量浓度。[m+n]称为反应级数。[m+n]=0时为零级反应，[m+n]=1时为一级反应……以此类推。一般情况下，[m]、[n]、[p]为对应物质的计量数，即[m]=[a]，[n]=[b]，[p]=[c]。于是可知，要改变速率，必须通过改变[k]（即改变温度或使用催化剂）或改变物质的浓度（即改变投料或容器容积）才能实现。

（二）利用瞬时速率公式，按知识递进，从反应速率到平衡移动再到平衡常数，由浅入深地逐个解决学生的疑难点

1.用瞬时速率公式，帮助学生理解温度、催化剂、浓度、压强等对反应速率的影响

通过上面的分析可知，改变温度或者使用催化剂，直接影响的只能是[k正]、[k逆]，由于二者均与两个速率常数正相关，从而可知温度变化和催化剂与正、逆速率变化都呈正相关。而其中使用催化剂，由于[k正]、[k逆]逆同等程度增大，则两个方向的速率同等程度增大。

至于让学生感到困扰的浓度变化和压强变化对速率的影响，也可以轻松解决。从公式可知，无论压强变化还是浓度变化，都无法改变[k正]、[k逆]，而只能改变气体的浓度，因此，抓住浓度变化，就能得出结论。我们可以分别对以下6种常见情况展开探讨：①恒容时投A或B或C，此时只有投料的物质浓度增大，所以投料方向速率加快，未投料方向瞬时速率不变;②恒容时投A和B和C，各组分浓度均增大，此时两个方向速率均加快;③恒容时投惰性气体，各组分浓度不变，因而两个方向速率均不变;④恒压等比充入A、B、C，由于三者浓度均不变，所以正、逆速率均不变;⑤恒压时充入惰性气体，容器扩大，三者浓度均减小，所以正、逆速率均减慢;⑥压缩容器或扩大容器（即通常的加压或减压），由于各气体浓度均增大或减小，则正、逆速率均增大或减小。归根结底，采用不同的投料方式或改变压强，从根本上讲都是改变浓度，因此抓住气体浓度变化这个实质来展开分析，就可以厘清思路，弄明白各种条件变化对反应速率的影响。这样的讲解，可以为学生进一步理解平衡移动打下思维基础。

2.用瞬时速率公式，帮助学生理解影响平衡移动的因素及平衡移动原理

学生已经知道，只要[v]正≠[v]逆，平衡就会向着速率快的方向移动。此时利用瞬时速率公式，可以帮助学生更深入地理解改变外界条件对平衡移动的影响。比如，理解温度对平衡移动的影响：前面已经分析过，升高温度，由于正、逆速率常数均增大，所以，正逆速率均增大;又因为吸热方向的速率常数增大更多，从而导致吸热方向速率加快更多，结果就是[v]吸热>[v]放热，所以，平衡向吸热方向移动。这样用公式进行证据推理，就能从根本上改变一些学生总认为升温时，只有吸热方向速率加快、而放热方向速率变慢的错误认知。针对学生最难理解的“压强对平衡移动方向的影响”，同样可以用瞬时速率公式进行证据推理。

仍以反应[a]A（g）+[b]B（g）  [c]C（g）为例。按一般情况分析，建立平衡状态时，[v]正0=[v]逆0，即[k]正·[ca]（A）0·[cb]（B）0=[v]逆·[cc]（C）0。若将压强加大一倍，即由[p]0→2[p]0，则容器容积由[V]0→1/2[V]0，各气体组分浓度瞬时增大至原来的两倍，可得[v]正=[k]正·[2[c]（A）0][a]·[2[c]（B）0][b]=[k]正·[[c]（A）0]a·[[c]（B）0][b]·2[a+b]，[v]逆=[k]逆·[2[c]（C）0][c]=[k]逆·[[c]（C）0][c]·2[c]，显然，两个方向速率均增大。若[a+b>c]，则正向速率增大更多，平衡将向着正向，也就是气体体积减小的方向移动;若[a+b

对于催化剂不影响平衡移动这一结论，从公式角度来量化理解就更容易了，此处不再赘述。

3.用瞬时速率公式，帮助学生理解化学平衡常数

在教材中，平衡常数的概念是通过一组实验数据得出的。但很多学生对于“为什么温度一定，一个可逆反应就存在平衡常数”这一问题仍然感到困惑。如果从瞬时速率角度来理解，便可以在一定程度上解开学生的疑惑。比如对于化学反应[a]A（g）+[b]B（g）  [c]C（g），由于在平衡态时[v]正=[v]逆，即[k]正·[c][a]（A）·[cb]（B）=[k]逆·[cc]（C），可得K=[cc]（C）/[[ca]（A）·[cb]（B）]=[k]正/[k]逆。当温度一定时，[k]正、[k]逆均为定值，因此可推导出二者的比值即K值也必定为定值。对于特定的可逆反应，由于[k]正、[k]逆只与温度和活化能（催化剂）有关，且升温，吸热方向的速率常数增大更多，使用（正）催化剂，正、逆速率常数同等程度增大，在这些结论的基础上，还可以进一步理解，为什么一个可逆反应平衡常数K的大小只与温度有关，以及为什么正向反应为放热反应时，升高温度、K减小，反之，正向反应为吸热反应时，升高温度、K增大。

由是观之，在教学中即时引入瞬时速率的概念和公式，用定量的方式，分析和证明温度、催化剂、浓度、压强等对正、逆反应速率的影响，对平衡移动的影响，以及平衡常数的形成原因和影响因素，可以起到一举多得的作用。不仅如此，学生还可以进一步利用瞬时速率公式推理解决有关速率与平衡的一系列衍生问题。引入瞬时速率概念，既有利于学生深度理解相关知识、概念和理论，从而辨析清楚一些易混淆的知识，又可以有效地帮助学生构建速率与平衡的内在逻辑关系，形成变化与平衡的知识体系;同时还可以逐步引导学生学会利用公式进行数据推理和定量分析，形成严谨的科学思维;最终，有益于学生形成变化观念与平衡思想，提高化学学科核心素养。

（责编 白聪敏）