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运用Excel建立化学平衡常数

时间:2016-8-16 10:44:57

 化学平衡常数在促进学生对化学平衡状态、反应的限度及平衡移动规律的理解、提升学生应用平衡移动规律分析问题的能力方面具有重要价值[1]。可是化学平衡常数与自然常数不同,学生在此之前毫无认知基础,因而化学平衡常数的建立要注重过程而非运用[2],也就是说必须要对化学平衡常数的建立过程进行充分解构和深入剖析。因此,通过实验、对数据归纳得出的结论进行解释或论证,是实现化学平衡常数功能价值的有效途径[3]。笔者在教学中运用Excel处理实验数据,进而让学生通过自己的努力探索出化学平衡常数,取得不错效果。
  1 设计思路 
  高中阶段所学习的化学平衡常数是实验平衡常数,所以化学平衡常数的建立过程就是对若干实验数据的处理过程。以往,对实验数据的处理主要存在着两方面的问题:一是数据处理过程教师干预过多、引导过度,造成学生伪思考、假探究;二是数据处理过程受课堂时间所限,浅尝辄止,不能让学生算得明明白白,造成学生认识上有偏差。因此对实验数据的分析过程和处理方法要符合科学探究思维习惯,要保证探究的真实性,要让学生品尝到原汁原味的探究过程。运用Excel可以实现和验证学生的猜想、辅助学生方便快捷地处理繁琐数据、改善教师的主导角色、节约课堂时间,进而开展真正的探究式学习。具体设想如下: 

 
  2HI(g)反应体系起始、平衡浓度数据和大学无机化学教材上合成氨反应实验数据为探究对象,基于第四步得到的一般性的规律,运用Excel验证规律的正确性和普适性,得到化学平衡常数的一般表达式,完成化学平衡常数的建立过程。 
  2 教学过程 
  引入:可逆反应达到平衡状态时,如果温度不变,反应的限度就不会改变。所以温度恒定时,一个可逆反应由不同的路径、不同的起始浓度达到同一限度必然存在着一种共性的东西或者一种不变的量。 

 
  提示:这组数据的特点是数值较小,数值间隔较大,直观感受不强烈,也就是说我们通常所采用的观察法在此行不通。那我们用什么办法处理以下数据来增强直观感受呢? 
  学生1:数学上经常采用数形结合的方法解决不明朗的问题,那么在此是否可以将数据转化为图像呢? 
  教师:这个想法非常好!可以用Excel办公软件来画出这组数据的函数图像。具体操作:框选出平衡浓度两列数据,在功能区选择“插入”选项卡,在“图表”组中依次单击“散点图→带平滑线的散点图”(如图2所示)。 

 
  提示:需要我们注意的是这个图像是经过原点的,因为当这个可逆反应达到平衡状态时,如果其中一个物质的平衡浓度为0,那么另一个物质的平衡浓度一定也为0。 
  学生1:这个图像看着好像一个正比例函数图像。 
  教师:如果是正比例函数,又能得到什么呢? 
  学生1:如果是正比例函数,那么[N2O4]/[NO2]就是一个常数。 
  教师:很好!那么[N2O4]/[NO2]到底是不是一个常数呢?可以用Excel来计算[N2O4]/[NO2]的值。具体操作:在E3单元格输入“=D3/C3”,点击回车键,就会产生计算结果(如图3上所示)。选中E3单元格,把光标放在右下角出现“黑十字”,按住鼠标左键下拉,那么每一行的计算结果就都出现了(如图3下所示)。 

 
  总结、提问:通过计算我们发现[N2O4]/[NO2]的值并不是一个常数,说明这不是正比例函数,请同学们继续观察,它还像什么函数图像呢? 
  学生2:这段曲线也可以是一元二次函数图像的一部分。按照前面的分析对应的这四个点应该在函数y=kx2上,也就是说y/(x2)=[N2O4]/[NO2]2是一个常数。 
  教师:是不是这样呢?如上计算方式,将E3单元格中的公式“=D3/C3”改为“=D3/C3^2”,计算出结果(如图4所示)。 

 
  学生2:所得结果近似一个常数!我猜测的是正确的! 

 
  教师:非常好!运用Excel来实现这位同学的想法(如图7所示)。 
  学生4:果然是近似等于一个常数! 
  问题:我们归纳、总结一下这个“重大发现”,如何叙述呢? 

 
  学生:可以归纳为可逆反应达到平衡状态时,“所有的生成物”平衡浓度的“化学计量数”次方的乘积与“所有的反应物”平衡浓度的“化学计量数”次方的乘积的比值是一个定值。 
  问题:那这个规律是不是这个反应的特例呢?具有普遍适用性吗? 

 

 
  3 教学反思 
  化学平衡常数是抽象的概念,对于概念的理解和掌握要侧重概念建立的过程,而化学平衡常数教学从现状来看是不具备实验探究条件的。本例运用Excel将“死”的数据变得“活”了起来,从而能够吸引住学生的眼球,使学生对课程有思考、有期待,学生经过不断的猜想与验证,不断地突破思维定势,最终建立起化学平衡常数概念。从教学过程来看,由于Excel的使用,增强了课堂的趣味性,调动了学生的积极性、增强了学生的参与感,营造出了一种创新和高效的氛围,达到了与实验探究同样的效果。 
  因此,在实际教学中,教师要注重教学技术和工具的灵活运用。信息化教学模式不只是播放PPT,还有很多其他软件、数字化工具可供选择使用。教师应该针对每一堂课的特点,结合教室里的多媒体平台,合理选择教学技术和工具,能起到事半功倍的效果。 

作者:不详 来源:网友发布
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