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勒夏特列原理中“弹簧现象”的探究教学

2013-05-20 01:04  勒夏特列原理中“弹簧现象”的探究教学

 1．巧设问题引入，创设探究情景
 在课堂教学中进行探究要强调创设“探究环境”和可实际体会的“探究情景”，即如何让学生感兴趣。因此，在问题的引入要有艺术性和独到之处，才能激发学生的探究欲望。
 在《影响化学平衡的条件》一节教学中，先在实验桌上放置：一根弹簧、两个内充二氧化氮的密封注射器，两瓶浓度不同的氯化铁溶液和硫氢化钾溶液等。然后设疑引入：弹簧放桌上对我们这堂课有什么用？大家不觉得奇怪吗？学生议论纷纷：又不是上物理课，如果说内充二氧化氮的密封注射器与化学课有关，我们还能接受。但是不管学生不理解老师拿弹簧的用意，都拿起弹簧玩了起来，有的用力压弹簧，有的用力拉弹簧等等。等学生玩了一会，继续设问：请学生拿起注射器进行推或拉，学生们发现推注射器的活塞时，注射器内颜色先加深后变浅，但比原来深，拉注射器的活塞时，注射器内的颜色先变浅后变深，但比原来浅。再设问：这与弹簧的压拉到底有什么关系？
 通过一系列的教师设疑，学生欲析疑，并提出猜想，激发起学生探究的欲望；接下来学生马上进行分组讨论，对问题进行探究，教师及时地进行分析：用力压一个弹簧，则弹簧会产生一个弹力以抵抗外力的压缩而使自己尽量恢复原状，但不能达到原状；如用力拉弹簧，则弹簧会产生一个拉力以抵抗外力的拉伸，使自己尽量恢复原状，但不能达到原状，我们可以称之为"弹簧现象"。学生拿起注射器进行推时，颜色即时变深是由于体积突然变小，尔后颜色变浅，也就是说，当我们用外力将体系颜色变深时，则体系产生一种抵抗使颜色变浅，但不能回复到原来颜色；同理，拉注射器活塞时，颜色即时变浅是由于体积突然变大，尔后颜色变深，也就是说，当我们用外力将体系颜色变浅时，则体系产生一种抵抗使颜色变深，但不能回复到原来颜色，通过这样的分析，学生很自然地将弹簧问题与我们这节课要解决的问题联系起来。从而促使学生总结、反思，在产生疑惑的探究氛围中学习勒夏特列原理中压强对化学平衡移动的影响。可见，探究情景的创设，成功地抓住学生的注意力，使学生达到情绪高涨、智力振奋的积极状态。 （科教范文网 lw.nSeAc.com编辑发布）
 这样，通过教师创设的探究问题、探究情景，激发学生进行主动积极地探寻、思考、讨论，同时加强了学生构建解决问题的思路。
 2．解决问题，进行实验探究，形成完整理论
 是不是温度和浓度对化学平衡移动的影响也可用“弹簧现象”来解释？
 （1）引导学生继续进行探究实验
 引导实验一：将注射器分别浸入热水和冰水中，请学生仔细观察两次实验中的注射内气体颜色的变化，并通过与原注射器内颜色相比，说明二氧化氮双聚成四氧化氮是放热反应还是吸热反应？
 引导实验二：利用两瓶浓度不同的氯化铁溶液和硫氢化钾溶液来验证反应物浓度的改变对化学平衡的影响。
 根据学生探究实验，并分组讨论，由各组代表发言，得出完整的实验结论：
 “实验一”中，气体颜色升温、原温度、降温逐渐变浅，得出该反应为放热反应。升温后颜色加深是由于二氧化氮物质的量增多，而导致二氧化氮物质的量增多的原因是平衡往生成二氧化氮的方向移动（逆反应方向移动），根据“弹簧现象”，给体系升温，体系产生抵抗而降温，降温则通过吸热来完成，所以该反应正反应为放热反应。
 “实验二”中，先用稀氯化铁溶液与稀硫氢化钾溶液反应，将所得溶液一分为三，一份中滴加浓氯化铁溶液，溶液颜色加深；另一份中滴加浓硫氢化钾溶液，溶液颜色也加深；剩余一份作参照。学生用“弹簧现象”解释为：增加氯化铁或硫氢化钾的量，使氯化铁或硫氢化钾的即时浓度增大，则平衡从可使氯化铁或硫氢化钾的浓度减小方向移动，也即正反应方向移动，所以溶液颜色加深。
 在这个探究过程中，教师把课堂的主动权交与学生，自始至终，都是学生自己动手实验，自己设计实验，不断思考、探索，得出结论，教师只是启发、引导和调控；或组织学生讨论，选择解决问题的最佳方案，或教师不断发问，层层推进，得出结论。
 （2）查阅课本资料，形成完整理论阶段：
 勒夏特列原理是指：如果改变影响平衡的一个条件（如压强，温度或浓度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。“减弱”两字可以理解为改变条件下平衡将往能够抵抗这个改变的方向移动，从而达到新平衡。形象地可用“弹簧现象”来解释。“弹簧现象”是指用力压一个弹簧，则弹簧会产生一个弹力以抵抗外力的压缩而使自己尽量恢复原状，但无法回到原状态；如用力拉弹簧，则弹簧会产生一个拉力以抵抗外力的拉伸，使自己尽量恢复原状，但无法回到原状态。如果使一个体系的温度上升，那么这个体系一定会竭力使本身的温度下降，往吸热反应方向移动（通过吸热达到降低降温目的），达到一个新的平衡。
 （3）进一步提出问题，进行开放型实验探究
 问题1：对于一个前后气体体积相等（也即等体反应），改变体系压强平衡是否移动？能否用“弹簧现象”解释？
 问题2：如果在一个有固体或纯液体参加反应的体系中，改变固体或纯液的物质的量平衡是否移动？能否用“弹簧现象”解释？
 问题3：在一个反应体系中加入催化剂，平衡是否会移动？能否用“弹簧现象”解释？
 学生分组讨论和进行必要的实验论证，得出的：对于等体反应在其他条件不改变的情况下，改变压强，平稳不移动，不能用“弹簧现象”解释，恰如弹簧的弹性遭受破坏；因固体或纯液体无浓度概念，所以在一个有固体或纯液体参加反应的体系中，改变固体或纯液的物质的量平衡不移动，不能用“弹簧现象”解释。加催化剂同等倍数地改变正逆反应速率，故平衡不移动。
 3．理论上升为实践，将理论与实践紧密结合
 学生讨论分析或实践验证：夏天从冰箱里拿出一罐冰啤酒并打开，可发现有气泡冒出。能不能用该原理解释，如能，请解释之。又如：请学生思考；为什么可用饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体？ （转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
 4．将理论适用范围扩大化，对知识进行衍拓，培养学生对充分认识到学有所用
 教学不仅仅是为了学生的高考，也不是迫切希望把学生培养成为一个化学家，而是为了提高学生的科学素养。教学过程中能不拘泥于本学科的教学探究,而是要将该知识进行学科的延伸,实施学科联系，将知识社会生活化。故在课后布置学生对学科和社会生活中的动态平衡进行探究课题。以下是学生在课后反馈回来的作业：
 （1）生物学科中动态平衡的体现和应用
 蒸腾作用对于植物的作用很突出，可大家是否知道,正在生长的带叶植物，叶面上的蒸腾作用与植物通过叶面吸收的水分在一定条件下是可发生移动和可逆性变化，形成动态平衡，通过观察实验，若空气高温，干燥。蒸腾作用加快，若空气低温，湿润，蒸腾作用减慢，这是为什么呢？不妨用"弹簧现象"来解释一下：蒸腾作用的意义在于通过这个作用，把植物体内的大部分水（大约95%-99%）排出体外，达到降低体温的作用。所以可看作吸热反应，当外界温度高，水分低的时候，根据"弹簧现象"体系就向能使体系温度下降，使外界水分含量上升的方向移动，即正向移动；反之，当外界温度低，水分充足使，平衡就向逆反应移动。
（2）物理学科中动态平衡的体现和应用
 ①在热学中的运用
如右图所示，玻璃管内水银上方有少量空气，若将玻璃管再向上提高一些，管内水银高度和封闭气体的压强将会如何变化呢？我们来分析一下：题中变化是在瞬间完成的。玻璃管向上提高距离h,即管内气柱长度增加h。因为改变原来体系平衡条件，根据"弹簧现象"，平衡向着减小这种改变的方向移动，因此水银柱高度上升。设上升了h1,很明显h>h1,达到平衡后，空气柱长度增加了h-h1，即空气体积增大，故压强减小。 （科教作文网http://zw.NSEaC.com编辑发布）
 ②勒夏特列原理在电磁学中的运用
 如右图：当磁铁向右运动时线圈的磁通量增加（磁通量￠=B×S，当磁铁靠近线圈时，使线圈所处的磁场B增加，使磁通量增加），破坏了原来的平衡，根据"弹簧现象"，线圈就向减小磁通量的方向移动，即向右移动以减小B。
 （3）人体中的动态平衡体现和应用
 正因为我们人体中存在很多的动态平衡，才使我们的生命有着一般的活力。人体血液之所以能保持在pH值7.35---7.45，就是因为有CO32-与HCO3-的平衡存在。当我们被蚊子等昆虫叮时会觉得痒而一段时间后我们能自动调节，蚊子等昆虫往我们体内注入甲酸等酸性物质时就破坏了我们人体内固有的动态平衡，有了CO32-与HCO3-的缓冲对就能起调节作用。
 通过对勒夏特列原理中“弹簧现象”的探究教学，可以使这个原本抽象难记的概念牢记在心头，运用自如。此外，还可以让学生懂得，知识本身是没有化学、物理、生物之分的，同一知识，可以在不同的领域被应用，虽然有微小的差别。这就要求我们在平时的学习中注意各学科的联系，做到融会贯通，举一反三。