湖南省高中化学教学论文 对化学平衡移动的两种观点的探讨（通用）

对化学平衡移动的两种观点的探讨对中学化学平衡移动的方向问题，基本上有两种观点，对大多数化学反应来说，这两种观点对平衡移动的方向的讨论是一致的，但对某些类型的化学反应，如在醋酸溶液中加入冰醋酸，对反应CH3COOHCH3COO-+H+的平衡移动方向的问题，他们有不同的看法，一种观点认为，由于加入冰醋酸后，醋酸的转化率（或者产物的百分含量）降低，故平衡应该向左移动；另一种观点认为，由于加入冰醋酸后，反应物CH3COOH的浓度增加，根据勒夏特列原理，平衡应该向右移动。我把第一种观点称为状态论，第二种观点称为过程论，下面我总结概括了这两种观点的基本思想、判据、中学应用中学生的困惑、两种观点的成因等几个方面的问题，最后谈谈自己的看法。首先谈谈两种观点的基本思想和内容：B A C 状态论：状态论认为，化学平衡移动的方向只和化学反应的始终态有关，而与反应的过程无关，一旦确定了化学反应的始态和终态，化学反应的方向就确定了。比如，一旦确定了A、B、C三种平衡状态，如图所示，从A平衡状态到B平衡状态就只有一种方向，平衡向左移动，从A平衡状态到C平衡状态也只有一种方向，平衡向右移动，平衡移动的方向与途径没有关系。状态论还认为，化学平衡移动的方向与化学反应的方向不一定一致，如，有可能出现化学反应向右进行，但化学平衡却向左移动的时候。A B C D 过程论：过程论认为，化学平衡移动的方向与反应的过程有关，如图所示，从平衡状态A改变条件到平衡状态B，有多种途径，如可以ACB，也可以ADB，考虑平衡移动的方向应该从改变条件使平衡状态A变为非平衡状态C或D时开始考察平衡移动问题，若改变条件的瞬间，非平衡状态C在平衡状态B的左边，则平衡向右移动达到平衡，若改变条件的瞬间，非平衡状态D在平衡状态B的右边，则平衡向左移动达到平衡。过程论认为，平衡移动的方向与反应的方向一致。两种观点又是根据什么来判断平衡移动的方向的呢？状态论：对平衡移动方向的绝对判据，持状态论者又有两种观点。一种认为，要根据产物的百分含量或比率判断（也可以根据反应物的百分含量判断），若产物的百分含量或比率增大，平衡向右移动，若产物的百分含量或比率减少，平衡向左移动。还有一种观点认为，要根据反应物的转化率判断，若反应物中只要有一种物质的转化率增大，平衡向右移动。但持这两种观点者又经常用勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，一旦和勒夏特列原理产生矛盾，他们认为还是以他们的绝对判据为准。过程论：过程论认为，判断平衡移动的根本判据是勒夏特列原理，但化学反应中正逆反应速率的比较也可以判断平衡移动的方向，若正逆，平衡向右移动，正K，平衡向左移动，若QC逆，平衡应该向右移动，与状态论矛盾。2、根据QCK，平衡向右移动，与状态论矛盾。3、根据勒夏特列原理，增加反应物浓度，平衡向右移动，状态论却说向左移动，为什么两种判据不一致？对第1、2点疑问，状态论有合理的解释：反应速率和浓度熵只能说明反应的方向，不能判断平衡移动的方向，平衡移动的方向和反应的方向不一定一致。第3点疑问是状态论的软肋，我到现在还没看到状态论者有一个合理的解释，由于中学是以勒夏特列原理来判断平衡移动的方向的，你总不至于说勒夏特列原理有问题啊。而学生对状态论难以理解的原因是，平时持状态论的老师解题时，没有哪一位老师在判断平衡移动的方向的时候每次都去计算了反应物的转化率或生成物所占的百分比，他们也是用的勒夏特列原理和正逆反应速率来判断平衡移动的方向，但现在解决文中提到的醋酸问题时又不能用，用了就有矛盾，那到底什么时候能用，什么时候不能用呢？到底什么时候平衡移动的方向和反应的方向一致，什么时候不一致呢？又是什么原因使得平衡移动的方向和反应的方向不一致？对学生的这些疑问，状态论者大多给不出合理的解释，我甚至看到有些老师在被学生问得没退路的时候，居然用学生不懂的内容敷衍学生。写道这里，有读者可能会认为我对状态论者一定持批评态度了，我写本文的目的并不是要批判这两种观点的任何一种，而是想呼吁专家出面来统一大家的认识。这两种观点不过是对化学平衡移动的概念的定义不同而已，就好象他们对事物的命名产生歧义一样，比如，过程论把黑板叫“黑板”，把黑板刷叫“黑板刷”，而状态论把黑板叫“黑板刷”，把黑板刷叫“黑板”，只是人们已经习惯了把黑板叫“黑板”，把黑板刷叫“黑板刷”，也习惯了“板”和“刷”所表示的意义，所以觉得把黑板叫“黑板刷”觉得不好理解，就好象觉得反应方向和平衡方向不一致不可思议一样。在这里，就有必要追究一下两种观点的来源了。两种观点的基本来源是大学教材和中学教材。状态论的最早的起源只怕无从考究了，我找到的较早的资料是人民教育出版社化学室1994年编写的高中化学读本第一册，该书在264页中写道：“如果一个可逆反应达到平衡状态以后，反应条件（如浓度、压强、温度等）改变了，平衡混合物里各组成物质的百分含量也就随着改变而达到新的平衡状态，这叫做化学平衡的移动。”实际上这一概念在老教材中沿用了很多年，状态论者从此分析得出：只要比较新旧平衡的各组成的百分含量就可以考虑平衡移动的方向了，不必考虑平衡的过程，有些老师甚至认为可以把化学平衡状态看成“状态函数”，故和过程无关。但他们面临的问题是，虽然概念是这么下的，但所有中学课本判断平衡移动方向的时候都是用勒夏特列原理来判断的，没有哪本课本上说明了，到底是只要某一种反应物的百分含量增加或某一种生成物的百分含量减少就能说明平衡向右移动，还是要所有的反应物的百分含量增加或所有的生成物的百分含量减少才能说明平衡向右移动。但到新教材出现后，某些状态论者终于找到了比较权威的论据，在新教材人民教育出版社出版的高中选修4的教材的第28页中，有一句话“如果有利于增大产物的比率，可以说成是平衡向右移动；反之亦然”。不知道产物的比率到底指什么？有老师理解为产物的百分含量，或者相当于百分含量的意思，如果是，过程论的老师提出了问题：如果对定体积的反应A(g)+100B(g)100C(g)+D(g)计量数有点夸张，仅仅是为了好比较，当达到平衡后增加少量A，达到新平衡时，C的百分含量升高，D的百分含量降低，平衡向哪里移动呢？又对于定体积的反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)，当达到平衡后增加少量A，达到新平衡时，C、D的百分含量升高，平衡向右移动，但当A的量增加很大的时候，C、D的百分含量就会都降低，那这时平衡要向左移动了吗？那我同样是增加反应物的浓度，为什么有时向右有时向左呢？有老师只好再出一个说明，当A的量很大的时候，反应变成了不可逆反应，所以不符合勒夏特列原理，这样新的问题来了：那当A的量达到什么的时候不符合勒夏特列原理呢？正由于存在这样的问题，一部分状态论者看到了用百分含量来说明平衡移动的局限性，就提出了转化率的观点。转化率的观点避免了上述矛盾，并且转化率的观点也符合工业生产的实际需要，因为工业上考虑的就是反应物的转化率的问题，所以持这一观点的老师认为，化学平衡移动方向的讨论就是为了解决工业转化率的问题的，所以用转化率来说明平衡移动的方向更合理（真的合理吗？我下面有阐述）。过程论：过程论也早就有了。过程论较早的论据来源于大学教材，比较有影响的有北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学的无机化学研究室编写的，高等教育出版社出版的无机化学上册（第三版），武汉大学、吉林大学等校编写的高等教育出版社出版的无机化学上册（第三版）等书，这些大学教材里面一般都是用QC或QP与K的比较说明平衡移动的方向，与过程论的观点一致。但有些大学教材中却只说QC或QP与K的关系能说明化学反应的方向，能不能说明平衡移动的方向却没有提，这也给状态论者提供了反驳的论据。中学教材中，经全国中小学教材审定委员会2020年审查通过的全日制普通高级中学教科书（必修）化学第二册的24页中写道“我们把可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫化学平衡的移动”，这一概念也是许多大学教材在用的概念，但这一概念还是有争论，状态论者认为这一概念的重点在新旧平衡的比较，过程论者认为重点在过程，过程论者认为，仅仅是从主谓宾的缩写来看，该概念也应该简写为“建立过程叫移动”，所以平衡移动的方向和过程的建立有关。说到这里，应该给一个总结了。产生这两种观点的根本原因一是教材的不统一，由于写教材的作者对化学平衡的理解不同，定义不同，出现了不同的概念，二是一线的老师对概念的理解不同，也产生了不同的看法。看了这几年有关化学平衡移动的文章，两种观点各抒己见，谁也说服不了谁。我觉得，两者在源头上，也就是定义上就产生了分歧，他们都用自己的定义来说明理解定义后面引出的问题，就当然觉得自己的有道理，所以讨论了几十年，两者无法统一认识。正由于两者说得都有道理，让新教材的编写者也感到头痛，所以现在的新教材干脆连化学平衡移动的概念都不下了。如果没有从源头上解决概念统一的问题，即使再讨论几百年也解决不了这个问题。如何解决这一矛盾呢？必须要统一思想，有两种方案：一种是用状态论，但中学范围就不讲勒夏特列原理，或者对勒夏特列原理进行补充说明，指出勒夏特列原理的适用范围。第二种就是用过程论，由于勒夏特列原理判据、速率判据和QC判据都和过程论一致，所以处理比较简单，只要把化学平衡移动的概念定下来就可以了。我是倾向于用过程论的，因为用状态论引起的问题太多了，我们中学主要是用勒夏特列原理来说明平衡移动的方向的，而状态论和勒夏特列原理没有完全一致，用状态论就有很多例子和勒夏特列原理矛盾，就需要做很多补充说明，这样容易给学生带来困惑，既然如此，我们为什么不选择简单易懂的过程论呢？就好象我们把黑板叫“黑板刷”，把黑板刷叫“黑板”也不是不可以，但这样的话，对“板”和“刷”所表示的意义我们又要重新定义，那不是很麻烦吗？客观上谈，全国对状态论的研究并不透彻，我认为还有很多漏洞，不成熟（个人观点）。状态论是从百分含量或转化率的角度来谈平衡转化的问题的，那就要讲量的问题，我看了有关状态论的很多文章，大都没有从量的角度来谈，在这里，我提出个人的几点疑问。在前面我已经提到了用百分含量来说明平衡移动的方向的局限性了，下面主要从量的角度谈谈用转化率来判断平衡移动方向的弊端。状态论者对用转化率来说明平衡移动的方向也经历了一个过程，刚开始认为反应物转化率增大，平衡右移，反应物转化率降低，平衡左移，但马上有人指出，对反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)来说，增加A的浓度，A的转化率减少，B的转化率增大了，平衡到底往哪边移动？有老师（或文章）这样解释：对A来说是平衡左移，对B来说平衡右移，那我们做题的时候怎么选择方向呢，难道标准答案选哪个方向都算正确？后来有文章就指出：只要有一种反应物的转化率增大，平衡就向右移动，比如对反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)来说，增加A的浓度，A的转化率虽然减少，但B的转化率增大了，所以平衡右移，但我有疑问：那平衡左移又怎么确定呢？没有一篇文章提到这个问题。难道是只要有一种反应物的转化率降低就平衡左移吗？那肯定不行，那和才提的例子就有矛盾了，那就只好改成：如果所有反应物的转化率都降低才能说明平衡左移。这样只怕学生会提出问题，为什么平衡右移只要有一种反应物的转化率增大就行，平衡左移却要所有的都降低呢？好吧，就算平衡左移需要所有反应物的转化率都降低，我们也可以通过定量计算举出有矛盾的例子来，比如，对体积定为1L的反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)来说，若投入2.00molA和2.00molB，达平衡时各组分的物质的量都为1.00mol，A、B的转化率都为50.0%，此时计算出平衡常数K=1，若在此平衡时，抽出0.50mol的A来，根据平衡常数可以计算出达新平衡时A为0.643mol，B为1.143mol，C、D都为0.857mol，A的转化率为（1.500.643）1.50=57.1%，B的的转化率为（2.001.143）2.00=42.9%，A、B的转化率一个增大，一个减少，平衡到底往哪里移动呢？真是让人纠结啊！另外，新教材不仅没有给出化学平衡移动的概念，却多加了一句话：“如果有利于增大产物的比率，可以说成是平衡向右移动；反之亦然”，如果产物的比率是指平衡时某产物的物质的量与反应物完全转化时产生该产物的物质的量之比的话，那按产物的比率来算，若投入2.00molA和2.00molB，达平衡时产物的比率为50.0%，抽出0.50mol的A后，达新平衡时，产物的比率为57.1%，产物的比率增大，平衡应该右移，但根据勒夏特列原理，平衡应该左移，还是产生矛盾。并且我对课本的这句话表示疑惑，什么叫“可以说成”，难道我也“可以不说成”？方向问题是一个确定的问题，难道还存在突左突右的可能，那不是让学生更加难以适从。我在和持状态论的同事讨论的过程中，提出了很多问题，每当我提出一个新的问题，状态论者就只好拿出一个新的规定或理论或说明来，来补充说明和勒夏特列原理冲突的地方，就好像你说黑板应该叫“黑板刷”，那接下来就要把“板”和“刷”的意义改掉，再接下来就要改动别的词的意义了。在讨论中，甚至有老师或文章中提出了勒夏特列原理也是一个很粗糙的原理，也仅仅是经验原理，不可信（我看了有关质疑勒夏特列原理的文章，觉得都有问题，都有对勒夏特列原理没有完全理解或误解的地方，他们提出的疑问都是可以用勒夏特列原理解释的，由于篇幅的问题，本文不再做证明），关键是既然勒夏特列原理不可信，那你中学为什么还用它来判断平衡移动的方向，人教版选修4的第28页写道“勒夏特列原理是经过反复验证过的一条科学规律”，那这句话不就有问题了吗？好，就算勒夏特列原理有不完善的地方，那你总要指出它什么时候不能用，什么时候能用，为什么能用或不能用，这样就人为地增加了问题的复杂性，那你为什么不同意过程论，它简单易懂啊！就好像你为什么不改变观念把黑板还是叫做“黑板”呢，它不引起别人的困惑啊！除了状态论和过程论以外，还有很多观点，但基本上都是两者的混合产物，思维比较混乱，比如，有文章在分析问题中，概念用状态论的，当推出与勒夏特列原理矛盾时，