学生在化学平衡认知上的迷思概念（下）？ 连结：学生在化学平衡认知上的迷思概念（上） 为了使可逆及动态平衡的概念更加稳固，可藉下列演示实验让学生有更深刻的印象，如果学生此时尚未学习错离子，（式— 2）可用蓝色、粉红色物质代表错离子，无须写出化学式。将水合氯化亚钴晶体大约 3 克，置入烧杯中，加入异丙醇液体使晶体溶解，配成 25 mL 的溶液，其浓度约为 0.5 M，呈深蓝色。配好的「非」水溶液的系统可由下式表示，在此水分子不是溶剂，而是反应物。 ?（式— 2） ? 蓝色 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?粉红色 取 A、B、C 三支试管各加入 5 mL 上述蓝色溶液，用滴管分别于 B、C 二支试管中，逐滴加入蒸馏水并摇荡均匀，当溶液的颜色由深蓝转为粉红色，便停止滴入蒸馏水，此时询问学生（式— 2）的净反应朝什么方向进行？由颜色的变化，答案显而易见，净反应是朝正反应的方向进行。此时用滴管将浓盐酸逐滴加入 C 试管中，摇荡溶液，当颜色由粉红转为深蓝色，即停止滴入浓盐酸。此时再询问学生，（式— 2）的净反应朝什么方向进行？由试管中颜色的变色，净反应是朝逆反应的方向进行，演示至此便已说明一个已达平衡的反应，不但可以向右也能向左进行。 上述演示结束后，学生肯定还有一个疑惑，正逆反应是否同时进行？还是加水时只往右进行，加氯离子时则往左前进？亦即化学平衡是属于前者的动态形式？还是属于后者的静态模式？如果此时能证明系统中的所有物种均同时存在，则代表平衡为动态，因为生成物均存在，逆反应不可能停止，相同地反应物均存在，正反应也不可能停止，当平衡时只是正逆反应二者的速率相等，此时再加入水分子时，使正反应速率增快，而逆反应速率不变，因此出现净反应朝右移动，加氯离子的情况也是相同的道理。因此要如何证明试管为蓝色时，仍有粉红色的物质？我们可以将 B 试管置入 80?℃ 水浴中，溶液的颜色达平衡时，由粉红变为较淡的蓝色，此时仍有粉红色的物质及氯离子存在吗？将试管置入较高温 90?℃ 的水浴中，则溶液的颜色更蓝，代表仍有粉红色的物质和氯离子反应继续生成蓝色的物质和水，可见在不同温度下的各个平衡状态，系统中的所有物种均同时存在，只是量的不同而已。 二、平衡位置向左还是向右的意涵 评量试题中经常看到下列叙述：在一平衡系统中，加入某向变因，平衡位置是往右进行？还是往左？或是不动？但是这组词彚如果没有适当的沟通，似乎存在很大的模糊空间，甚至造成误解。例如下列试题，你的答案会是何者？ 试题一 、定温下，溶解氢氧化钙固体： ，若系统已达平衡后，加人少量水，则平衡位置如何移动？ (A) 向左???????? (B) 向右???????? (C) 不移动??????????? (D) 无法判断 上述的平衡位置，至少存在三种不同的意涵，其一、大多学生会选 (C)，即将此词彚和平衡常数看成同义词，平衡常数在定温下不变，因此加水不影响平衡常数，所以平衡位置不变。其二、平衡位置和浓度相关，系统加入水时虽然有固体溶解，但最终溶液中离子的浓度不变，因此平衡位置不变，当然答案也是 (C)。其三、平衡位置和反应速率连结，当加水的瞬间，水中钙离子和氢氧根离子的浓度变小，因此逆反应的速率变慢，而固体溶解的正反应速率不变，因此整体的净反应往右进行，持此理由者会选 (B) 的选项。 试题二 、定温定容下，下列反应已达平衡： ，若于系统中加入少量氢气，则平衡位置如何移动？ (A) 向左???????? (B) 向右???????? (C) 不移动??????????? (D) 无法判断 以试题一的推论方式，若以平衡常数判断，则答案为 (C)，平衡位置不移动：若以再平衡后的浓度分析，氨的浓度变大，答案为 (B)，平衡位置向右；若以净反应速率判断，加入氢气时正反应速率变大，逆反应速率不变，答案亦为 (B)。由这二个试题可以想像，学生的选项和老师的答案不同时，也许不是学生的认知错误，很可能出自于题意不清或词意模糊，因此上述试题修改为：若加入一变因影响平衡时，系统的「浄反应」会朝何方向前进，以达另一个平衡状态，则试题一、二的答案均为 (B)。若问达新平衡时，生成物的「浓度」如何改变？则试题一为不变，试题二为变大。若问达新平衡时，「平衡常数」如何改变，则答案均为不变。此三种较精準的问法，答案均无模糊空间，学生不会陷入语意不清的陷阱中。 三、结论 本文探讨学生在学习化学平衡时，所遭遇到的迷思概念，诸如反应的可逆性、化学平衡的动态性质、反应完成及终止的差别…等，并建议可行、有效的教学及演示方式。首先以碳酸钙分解反应的实例加以说明，?反应完成?事实上包含?反应终止?及?化学平衡?两大部分，再利用氯化亚钴异丙醇溶液的演示实验，透过眼见为信的观察，说明化学平衡的可逆性及动态性质。最后则是提出评量题目的词意模糊对正确答题的影响，并以平衡位置向左、向右或不动的多元意涵为例，说明在评量试题中，唯有在精确、彼此了解的题意表述下，才能达到真正的评量目的，否则学生的错误选项，很可能源自于对题意或语词的误解。 参考文献 Tyson, L., Treagust, D. F., & Bucat, R. B. (1999). The complexity of teaching and learning chemical equilibrium. Chem. Educ , 76 (4), 554. Bergquist, W., & Heikkinen, H. (1990). Student ideas regarding chemical equilibrium: What written test answers do not reveal. Chem. Educ , 67 (12), 1000. Van Driel, J. H., Verloop, N., & de Vos, W. (1999). Introducing dynamic equilibrium as an explanatory model. Chem. Educ , 76 (4), 559. Ghirardi, M., Marchetti, F., Pettinari, C., Regis, A., & Roletto, E. (2013). A teaching sequence for learning the concept of chemical equilibrium in secondary school education. Journal of Chemical Education , 91 (1), 59-65. Olney, D. J. (1988). Some analogies for teaching rates/equilibrium. Chem. Educ , 65 (8), 696. Garritz, A. (1997). The painting-sponging analogy for chemical equilibrium. Chem. Educ , 74 (5), 544. Laurita, W. (1990). Another look at a mechanical model of chemical equilibrium. J. Chem. Educ , 67 (7), 598. 查看更多
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