等式在中学化学教学中的应用
作者： 朱煜彪
“等量关系”特指数量间的相等关系，相等的数量之间用“=”相连，得出的式子叫等式。等量关系、等式一直伴随我们的生活、学习。如生活中的等价交换，学习中从小学涉及的应用型题，到初、高中的不等式，从数学、物理到化学等理科学科的学习，都要用到等量关系、等式。我们在化学教学中，引领学生加以总结，建立中学化学中“等量关系”模型，就可提高化学教学的效度，提高学生解决化学问题的能力，提高学生的综合思维能力，落实化学学科核心素养。通过教学实践，我总结如下几点供读者参考。
一、等式在有关天平问题上的应用
等式：m左 = m右+ m游（读数=砝码+游码）
变式一：天平托盘上物品与砝码摆放正确（左物右码）：m物 = m砝+ m游;
变式二：天平托盘上物品与砝码摆放不正确（左码右物）：m砝 = m物+ m游。
通过建立等式及对两个变式的思考，学生就会更容易理解：当没有用到游码时，物品与砝码摆放正确与否，m物 = m砝;当用到游码时，物品的质量小于砝码的质量。
二、等式在有关微粒数计算上的应用
等式：原子中或分子中：质子数=电子数质量数=质子数+中子数
变式一：阳离子中：电子数=质子数-电荷数;
变式二：阴离子中：电子数=质子数+电荷数。
利用以上等式及变式，可以实现一定数量的微观粒子与一定质量的宏观物体进行统一，可以比较微观粒子的多少，落实核心素养“宏观辨识与微观探析”会更容易。
三、等式在化学反应平衡状态判断中的应用
等式：平衡状态：v（正）= v（逆）
变式1：v（正）>v（逆），平衡正移;
变式2：v（正）<v（逆），平衡逆移。
正反应速率是消耗反应物或生成生成物的速率，逆反应速率是消耗生成物或生成反应物的速率，速率可用单位时间内一定体积的容器中反应物、生成物的质量变化、物质的量变化，化学键的形成与断裂来表示。上述等式及变式中的v（正）、v（逆）是表示同种物质的正、逆反应速率，若用不同种物质来表示正、逆反应速率时，v（正）与v（逆）之比等于化学方程式计量系数比。这为达成学科核心素养“变化观念与平衡思想”更近一步。
四、恒等在化学计算中的应用
（一）据质量守恒的计算
等式：在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。即∑m（生成物）= ∑m（反应物）。原子守恒，物料守恒其实也是质量守恒定律应用。
变式：化学方程式中，某元素的原子个数在方程式“=”两边相等。
在化学方程式的配平中，在某些反应物或生成物的判断上，在电解质溶液中粒子浓度大小比较中，让学生心中随时有质量守恒，复杂问题可能会简单化。
例1 在反应M+N=X+2Y中，已知X和Y的相对分子质量之比为22：9，当12.8gN与一定量M完全反应，生成7.2gY。则此反应中M与N的相对分子质量之比是。
解析：据化学方程式，22：9×2= m（C）：7.2g，m（C）=8.8g，据质量守恒，m（A）=7.2g+8.8g-12.8g=3.2g，A与B的相对分子质量之比等于3.2g：12.8g=1：4。
（二）据能量守恒计算ΔH
等式：在化学反应中，能量守恒可参照热力学系统。热力学第一定律表达式为：UII-UI=ΔU=Q+W（UII为终态所具有的内能，UI为始态所具有的内能， Q为吸收或放出的能量，Q为正时吸热，Q为负时放热，W为系统对外所做的功，化学反应中不考虑）
变式：ΔH=∑E（生成物）-∑E（反应物）
例2 （2012全国卷9）反应A+B→C（ΔH<0）分两步进行：A+B→X（ΔH>0），X→C（ΔH<0）。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（ ）
A B C D
解析：因ΔH=∑E（生成物）-∑E（反应物），由题中A+B→C（ΔH<0）可知，E（A+B） >E（C），排除A、B答案，由①A+B→X（ΔH>0）可知，E（A+B） >E（X），答案选D。
化学反应的本质特征是有新物质生成，但也伴随能量的变化，对这一规律的认识研究是化学学科核心素养所要求的，也是新时代人才应该具备的。通过对它的研究，可把不同学科联系在一起，可以在学科交叉领域发展有所突破，可以在开发新能源上有所突破，可以让学生在节约资源上有科学的态度和社会责任。
（三）根据电荷守恒的计算
1.电荷守恒在离子方程式配平中的应用
等式：离子方程式左边所带电荷数=离子方程式右边所带电荷数。
有的离子方程式专用质量守恒定律，很难配平，用电荷守恒思想，复杂问题可以简单化。如乙醇碱性燃料电池负极的反应，方向为，但OH-与H2O前的系数难以确定，后者随前者的变化而变化，但根据电荷守恒，右边带4个单位的负电荷，所以OH-前的系数必须是16，根据质量守恒，H2O前的系数为11，负极的电极方程式为。
2.电荷守恒在溶液中的应用
等式：溶液中，阳离子所带正电荷数=阴离子所带负电荷数。
任何溶液都呈电中性，可能有些溶液中没有阴阳离子，若有阴阳阴阳离子存在，就必须是阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数。充分利用此等式，我们可计算出溶液中某离子的浓度大小，可调配不同成分的营养液供医疗、农业等行业所用，充分体现化学与生活的关系。
（四）电子守恒的应用
1.电子守恒在氧化还原反应中的应用
（1）利用电子守恒配平方程式、求物质的量、求质量
等式：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数（或还原剂失电子总物质的量=氧化剂得电子总物质的量）。
变式：每个原子失电子数×被氧化的原子个数=每个原子得电子数×被还原的原子个数。
（2）利用电子守恒求相关化合价
等式：化合价升高的总价数=化合价降低的总价数。
变式：每个原子升价数×被氧化的原子个数=每个原子降价数×被还原的原子个数。
化合价变化其实是电子转移的宏观体现，化合每升高一价，意为一个原子失去一个电子，相反化合每降低一价，意为一个原子得到一个电子，充分利用此等式，可以实现抽象问题简单解决。
例3 在某金属与稀硝酸反应，若HNO3的还原产物只有1种，且被还原的HNO3占消耗HNO3量的1/6，则金属的价态及HNO3的还原产物可能为（ ）
A .+1、NO B.+2、N2O C.+2、N2 D.+3、N2
解析：设此金属（M）的化合价为+x价，HNO3还原产物中N的化合价为y价，反应方程式可写为M+ aHNO3= M（NO3）x+bN2Oy+cH2O，据题意x：2b=5：1，x=2b·5，b=0.1x，a=1.2x，c=0.6x，据化合价升高总价数=化合价降低总价数，x=0.1x·2·（5-y），解得x取任意，y=0，答案选CD。
2.电子守恒在电化学中的应用
等式：原电池中，负极失电子数=正极得电子数;电解池中，阳极失电子数=阴极得电子数。
原电池、电解池原理是氧化还原反应原理，只是把氧化和还原分开在不同的地方发生反应，同样满足电子守恒，上述等式是方便电化学计算的等式。
给合上述，通过建模的形式，可让教师教得更轻松些，可让学生学得有据可依。关键是教师要引导学生从原理上理解，让学生的综合素质和综合能力真正体现到化学学科核心素养上。通过以上总结，教师可以引导学生在“宏观辨析与微观探析、变化观念与平衡思想、科学态度与责任”等化学学科核心素养上有所突破，真正体现化学学习对学生未来发展的重要价值。但这种建模的方式，容易把学生带到僵化的思维定势上，所以，我们教师一定要清晰，重在“建”模，让学生心中随时有等式，随时使用等量关系来思考问题，不是重在用公式，不能把等式理解得太死，如在三、等式在化学反应平衡状态判断中的应用中的等式：平衡状态：v（正）= v（逆），不要仅仅瞄准数字上的相等。
责任编辑 邱 艳