第三节化学平衡教案.docx
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第三节化学平衡教案
化学平衡教学设计
一、教材分析
《化学平衡》处于化学反应原理模块第二章的第三节,其它三节依次为:
化学反应速率、影响化学反应速率的因素、化学反应进行的方向。
先速率后平衡的顺序体现了科学家研究化学反应快慢、利用化学反应限度的基本思路,即:
先从动力学的角度研究反应速率,再从热力学的角度研究反应的限度,因此反应限度的研究是科学研究的非常关键一步。
二、学生情况分析
1.学生的认识发展分析
学生在高一必修阶段,通过化学反应速率和反应限度的学习对可逆反应形成了初步感性认识。
在选修阶段,通过对化学平衡这部分内容的学习初步意识到有些反应在一定温度下是不能完全发生的,存在反应限度。
通过对数据指标的分析,使学生形成对反应限度的定性、定量的认识,能够定量计算化学反应限度(K)。
平衡常数是反应限度的最根本的表现,对于某一个具体反应来说,平衡常数与反应限度确实是一一对应的关系,这使学生从定性到定量的认识一个反应在一定条件(温度)下的平衡常数只有一个,但是平衡转化率可以有多种,对应不同的平衡状态。
2.学生认识障碍点分析
学生认识障碍点主要在于“化学平衡状态”及“化学反应限度”两个核心概念的理解上。
学生对平衡问题的典型错误理解:
一是不理解平衡建立的标志问题。
第二,不能将反应限度看成化学反应进行程度的量化指标,不能从定性和定量角度认识平衡状态与反应限度的关系,因此学生认为“化学平衡常数”比较难于理解。
三、指导思想与理论依据
本教学设计首先依据《普通高中化学课程标准》对化学平衡的要求:
知道化学反应的可逆性及其限度,能描述化学平衡建立的过程,认识化学平衡移动规律;知道化学平衡常数和转化率的涵义,能进行化学平衡常数和转化率的计算。
依据《化学反应原理》模块的功能定位,发展学生的“定量观”“微粒观”“动态观”,引入化学平衡常数的学习,对学生判断化学平衡移动方向带来了科学的依据,从而明确了教学设计的核心目标:
从定量的角度建立学生对化学反应限度的认识。
在此基础上,本设计又对化学平衡常数的功能与价值,以及学生认识发展的特点进行了分析,通过数据的分析与计算,使学生对化学平衡能够有一个更深刻的认识,进而确定了“向数字寻求帮助让数据支撑结论”教学设计的思路。
四、基于上述分析确定本设计的知识线索、学生认知线索、问题线索、情景及学生活动线索如下:
知识逻辑线
认识发展线
驱动问题线
情景素材线
学生活动线
可逆反应
建立化学平衡状态的数据指标
认识同一反应的不同平衡状态的数据表征
化学反应限度
化学平衡常数及影响因素
建立对化学平衡状态认识
认识浓度可以表征平衡状态
从生成物浓度以及反应物转化率角度认识不同平衡状态
认识到存在反应限度
了解定量描述反应限度的方法
认识Q和K的关系
影响K的因素分析
用什么指标(数值)表示化学平衡状态中各物质的变化比较直观?
改变体系中单一组分的浓度还是同一个平衡状态吗?
温度不变能不能无限地增加一种反应物的转化率?
如何定量表示化学反应限度?
影响化学平衡常数的因素是什么?
雨水pH及酸雨的形成
H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)反应进行到不同时间时各物质的浓度。
H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)以不同初始浓度进行的数据
举例说明反应存在限度
找出上述两个反应的反应限度表示式
Q与K的应用举例
认识浓度作为数据指标
的特点
认识可以从生成物浓度
表征同一反应的平衡状
态
建立转化率概念
认识也可以从反应物转
化率角度比较不同状态
认识化学反应存在限度
认识化学平衡常数
认识温度影响化学平衡
常数
五、教学目标
知识技能:
①知道化学反应存在限度问题,能认识到一个反应同一温度下的不同的化学平衡状态只有一个反应限度。
②了解化学平衡常数,通过数据分析建立对平衡常数的认识过程。
③培养学生分析数据、归纳结论,语言表达与综合计算能力。
过程与方法:
①通过分析建立平衡状态以及各种反应限度的有关数据,使学生认识到一个反应在同一温度下可有不同的化学平衡状态,但其平衡常数只有一个,即各物质的浓度关系只有一个。
②充分发挥数据的功能,让数据分析支撑认识的发展。
③通过平衡常数的讨论,使学生初步认识到其价值在于:
预测在一定条件下可逆反应能够进行的程度,从而更合理地分配研究资源。
情感、态度与价值观:
①通过对化学平衡常数认识过程的讨论使学生初步了解掌握反应限度的重要意义以及化学理论研究的重要意义。
②培养学生严谨的学习态度和思维习惯。
教学重点和难点
教学重点:
了解定量描述化学平衡状态的方法——化学平衡常数
教学难点:
从不同化学平衡状态出发建立化学反应限度的认识
六、教学流程示意
七、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
引入
【导入】雨水的PH及原因
酸雨的成因
【设疑】
哪些数值可以表示一个可逆反应达到化学平衡状态?
这些数值应具有哪些特征?
关注环境问题,建立平衡情境
学生思考、讨论、回答
通过分析比较,体会浓度作为数据指标可以表征化学平衡状态,具有易测量、可追踪的特点。
化学平衡状态建立的数据表示方法
【活动1】观察表1中数据,观察浓度在化学平衡中的重要作用。
从数据表1你能获得什么信息?
请找出化学平衡状态建立的特征。
观察数据表1,提取表征反应及平衡的信息,找出化学平衡状态建立的特征
观察数据认识浓度可以用来表征
认识浓度可以用来表征化学平衡状态
同一反应可建立多个平衡状态
【活动2】一定温度下对于一个可逆反应是否只存在一个平衡状态?
由不同浓度反应物建立起的平衡状态,是否为同一平衡状态呢?
【活动3】认识转化率,进行比较。
H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)
始1.0 1.0 0 0
转x x x x
平1-x 1-x 0.6 0.6
所以x=0.6
α(H2)=(0.6÷1)×100%=60%
【小结】反应物转化率可以更直观反映不同的平衡状态,还可以进行比较,是除了生成物浓度之外最常用的数据。
观察、回答:
不是,因为生成物浓度都不同
了解转化率概念和计算方法
尝试计算
计算转化率
讨论、交流
总结
进一步从数据角度认识化学平衡。
体会分析化学平衡状态的不同角度
了解并掌握反应物转化率的有关计算
体会化学反应限度
【设疑】是否可以无限地增加一种反应物的转化率呢?
【讲解】以一定温度下的反应
H2O(g)+CO(g)
H2(g)+CO2(g)
SO2(g)+NO2(g)
SO2(g)+NO(g)
结合转化率图像说明化学反应存在限度,反应不同限度就可能不同。
不同反应中反应物转化率的极限是不同的。
学生交流研讨,可能有学生会认为反应物转化率虽然不会达到100%,但可以无限靠近100%
学生交流研讨,体系中各物质浓度之间存在着一种定量关系
不同化学反应存在不同限度
初步建立对化学反应限度的认识
建立化学平衡常数概念
【提问】如何定量地描述化学反应的限度?
【活动4】根据数据,提出猜想,通过计算,验证猜想
【讲解】
科学家经过反复的研究发现体系中各个物质的浓度整体具有一种定量关系可以定量描述反应限度。
【引导】刚刚发现的这一规律对其他的化学反应适用吗?
对比这两个反应,
H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)
H2+I2
2HI
【思考】观察这两个反应,当用
分别表示两个反应的反应限度的时候,第二个反应有出入,我们忽略了什么?
【提问】
对于任何一个可逆反应的限度:
mA+nB
pC+qD
你能用通式表示吗?
【讲解】建立浓度商,用Q表示。
【提问1】
在体系未达平衡和达平衡的状态下,Q会呈现出怎样的变化规律?
【讲解】
最终确定以一定温度下达平衡时的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的关系作为定量研究反应限度的数据指标
观察反应
H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)
中的几组平衡浓度数据
小组讨论,汇报交流
再次进行小组讨论,汇报交流
建立各物质浓度幂次方乘积的关系
书写表达式
汇报
倾听、思考
组织小组讨论和交流
汇报、讨论
尽量用科学的语言表示反应限度
尝试定量描述反应限度
通过1:
1的反应中几组平衡浓度的数据初步建立对此反应化学反应限度的定量认识
认识化学反应限度是用体系中各物质浓度整体表示的一种经验公式,与各物质化学计量数关系紧密
建立对浓度商Q的认识
对Q和K关系的认识
明确化学平衡常数可以定量的表示化学反应限度
体会化学平衡常数的价值
再从Q和K的角度观察表1中的反应,可以判断某一时刻反应的状态
t(s)
c(H2)
mol/L
c(I2)
mol/L
c(HI)
mol/L
2000
0.04
0.04
0.12
Q=9 【活动5】怎样预测反应的程度? 序号 c(NO2) mol/L c(NO) mol/L c(O3) mol/L 1 0.08 0.22 0.11 2 0.06 0.24 0.12 学生交流研讨,计算Q和K 运用Q=9 完成练习,熟练K的使用 小组交流,讨论 采用数据方法使学生认识到K的功能价值。 从定量的角度体会研究平衡常数的意义 预测反应进行的程度 影响化学平衡常数的因素 【提问】 通过数据,K受什么因素影响? 观察分析表中数据 对比同一反应不同温度下的K值,得出K受温度影响的结论 对比同一反应不同温度下的K值,得出K受温度影响的结论 本节课小结 【小结】本节课主要从可逆反应的化学平衡状态出发,探讨化学平衡的限度问题。 倾听、感悟 建立对化学反应限度的认识 八、板书设计 一、化学平衡的特点 二、化学平衡状态 三、化学反应限度——K 九、课后反思 在教学中要创设氛围,发挥学生主动性,体现新课标理念。 本节课内容抽象,理论强,设计中充分利用教材中有关实例,强化直观教学,引导学生循序渐进,分析讨论,归纳总结,提升理论。 让学生理解平衡常数的含义,自己归纳出应用化学平衡常数应注意的问题,能运用化学平衡常数分析解决一些实际问题,能既完成学习任务,又培养了科学思维能力,为以后化学理论学习打下基础。 由于时间紧迫,所以这节课在练习上还有些欠缺,以后应加以注意。 但总体效果良好! 第三节化学平衡 临沂高新实验中学尹克平 教学目标: 知识与技能: 理解化学反应的可逆性; 掌握化学平衡的涵义,理解化学平衡和化学反应速率之间的内在联系; 理解勒夏特列原理的涵义,掌握浓度、压强、温度等条件对化学反应速率的影响; 掌握化学平衡常数的含义及其简单计算; 掌握化学平衡的有关计算,如平衡浓度转化率、反应前后气体压强变化,平衡混合气体的平均相对分子质量等。 过程与方法: 在理解化学平衡时,初步掌握将化学问题以及内在规律抽象为数学问题,利用数学工具解决化学问题的能力; 培养学生分析、推理、归纳、概括和总结的能力; 以平衡移动定律为主线,结合实验进行串联、延伸培养分析问题的能力。 情感态度与价值观: 通过对动态平衡的学习,加深理解“对立统一”这一辩证唯物主义观点 教学重点: 化学平衡的特征 浓度、压强和温度对化学平衡的影响 教学难点: 化学平衡的建立 平衡移动原理的应用 课时安排: 2课时 教学方法: 问题探究、实验观察、启发讨论、归纳推理 教学用具: 药品: 0.01mol/LFeCl3、0.01mol/LKSCN、1mol/LFeCl3、1mol/LKSCN、NO2和N2O4混合气体 仪器: 4支小试管、两只小烧杯 教学过程: 第一课时 【引入】化学反应速率讨论的是化学反应快慢的问题,但是在化学研究和化工生产中只考虑化学反应进行的快慢是不够的,因为我们既希望反应物尽可能快地转化为生成物,同时又希望反应物尽可能多地转化为生成物。 前者是化学反应速率问题,后者即是化学平衡要研究的内容。 这一节我们就来研究化学反应进行的程度问题。 【板书】第三节化学平衡 【讲解】如果对于一个能顺利进行的、彻底的化学反应来说,由于反应物已全部转化为生成物,如酸与碱的中和反应就不存在什么进行程度的问题。 所以,化学平衡的研究对象是可逆反应。 【阅读】阅读教材25页了解什么是可逆反应? 可逆反应有什么特点? 什么是正反应、逆反应? 【学生回答】在同一条件下,能同时向正、逆两个反应方向进行的反应为可逆反应。 【设问】在一密闭容器中通入2molSO2和1mol18O2(加入V2O5并加热),若隔一段时间后做同位素示踪检测18O原子,在哪些物质中存在18O原子? 经过足够长的时间,最终能否得到2molSO3? 【讨论后回答】可逆反应的特点: 在正反应进行的同时逆反应也在进行;可逆反应不能进行到底。 【板书】 一、可逆反应与不可逆反应 1、可逆反应: 2、可逆反应的特点: 【过渡】大家来考虑这样一个问题,我现在在一个盛水的水杯中加入蔗糖,当加入一定量之后,凭大家的经验,你们觉得会怎么样呢? 【学生回答】开始加进去的很快就溶解了,加到一定量之后就不溶了。 【设问】不溶了是否就意味着停止溶解呢? 【学生回答】回忆所学过的溶解原理,阅读教材自学思考后回答: 没有停止。 因为当蔗糖溶于水时,一方面蔗糖分子不断地离开蔗糖表面,扩散到水里去;另一方面蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体,当这两个相反的过程的速率相等时,蔗糖的溶解达到了最大限度,形成蔗糖的饱和溶液。 【讲解】所以说刚才回答说不溶解了是不恰当的,只能说从宏观上看到蔗糖的量不变了,溶解并没有停止。 【投影】三维动画演示一定量蔗糖分子在水中的溶解过程。 【学生】观看动画效果,进一步理解溶解过程。 【讲解】这时候我们就说,蔗糖的溶解达到了平衡状态,此时,溶解速率等于结晶速率是一个动态平衡。 【板书】3、溶解平衡的建立 开始时: v(溶解)>v(结晶) 平衡时: v(溶解)=v(结晶) 固体溶质 溶液中的溶质 结论: 溶解平衡是一种动态平衡 【过渡】那么对于可逆反应来说,又是怎样的情形呢? 我们以CO和H2O(g)的反应为例来说明化学平衡的建立过程。 【板书】 二、化学平衡状态 1、化学平衡的建立 【讨论】可逆反应CO+H2O(g) CO2+H2,在1L密闭容器中进行,已知起始时,CO和H2O(g)的物质的量均为0.05mol,请你画出反应物浓度和生成物浓度随时间变化的图形(c—t图)及反应速率(v正、v逆)随时间变化的图形(v—t图)并总结规律。 【学生讨论后画出】 由以上分析,总结什么是化学平衡状态? 【板书】化学平衡状态: 化学平衡状态研究的对象: 一定条件下的可逆反应 【讨论】1、反应开始时,反应物CO、H2O(g)的浓度和生成物CO2、H2的浓度如何? 正反应和逆反应的速率如何? 2、随着反应的进行,反应物和生成物的浓度怎样变化? 正、逆反应速率怎样变化? 3、当v正>v逆时,反应物的浓度和生成物浓度会不会发生变化? 为什么? 【讲解】一定条件下,正、逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再随时间变化而变化的状态。 平衡状态也就是该可逆反应在该条件下反应进行的最大程度。 【讨论】1、当一个可逆反应达到平衡时,各物质的浓度保持不变,这时反应是否停止了? (强调v正=v逆≠0;平衡是动态的,而不是静止的) 2、为什么达到平衡状态时反应混合物中各物质的浓度保持不变? (强调动和静以及现象与本质的关系) 3、化学平衡状态是不是永恒不变的? (强调化学平衡是有条件的、暂时的、相对的平衡,强调内因和外因的关系) 【通过讨论,阅读教材后总结回答,板书】 【板书】2、化学平衡状态的特征: (1)动: 动态平衡 (2)等: v正=v逆 (3)定: 各组分的浓度不再发生变化 (4)变: 如果外界条件改变,原有的化学平衡状态将被破坏 【讲解】在具体的学习过程中,要判断一个可逆化学反应是否达到平衡状态,必须充分地利用化学平衡状态的特征,去灵活地寻找在问题中描述的各种标志,最根本的原则就是看这些标志能否表明v正=v逆,或反应物的各组分的浓度一定,就可知化学反应是否达到平衡状态了。 【练习】在一定条件下,密闭容器中进行如下的可逆反应: N2+3H2 2NH3请判断下列情况是否说明该反应已经达到化学平衡状态: (1)反应物浓度等于生成物浓度; (2)容器中N2、H2、NH3的浓度之比为1: 3: 2; (3)单位时间内生成nmolN2同时生成3nmolH2; (4)反应物混合体系的压强不随时间段的变化而变化; (5)H2的生成速率等于NH3的生成速率; (6)容器内混合其体的密度不再变化。 教学说明: 化学反应速率及化学平衡知识都是很抽象的,在教学中只能以学生所熟悉的蔗糖溶解平衡的建立入手,逐步设置知识台阶,应用所学的化学反应速率的知识,对可逆反应CO+H2O(g) CO2+H2的数据作图形分析,慢慢地导入化学平衡的建立。 化学平衡的观点建立了,化学平衡的特征就顺理成章地总结出来了。 第二课时 【复习引入】化学平衡的特征是什么? 当外界条件改变时,化学平衡将会发生移动,直到达到新的平衡。 下面我们着重学习影响化学平衡的外界条件及影响结果。 【板书】外界条件对化学平衡的影响 1、浓度对化学平衡的影响 【实验探究】仔细观察教材[实验2—5]和[实验2—6]可以得出什么结论? 结论: 增大反应物浓度,正反应速率,平衡向移动; 增大生成物浓度,逆反应速率,平衡向移动; 减小反应物浓度,正反应速率,平衡向移动; 减小生成物浓度,逆反应速率,平衡向移动。 【学生总结,教师板书】 (1)规律: 其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,都使化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度都使化学平衡向逆反应方向移动。 【讨论】在v—t图中表示出增加FeCl3和增加NaOH溶液后,正、逆反应速率的变化情况。 【练习】画出以下几种情况的速率—时间图 减小生成物浓度减小反应物浓度增大生成物浓度增大反应物浓度 (由四个学生板演后,不完善或不正确的地方由其他学生修改、补充,由教师总结得出以下结论) 【分组讨论】以上平衡移动的v—t图有何特点? (讨论后每组选出一个代表回答) a、改变反应物浓度,只能使正反应速率瞬间增大或减小;改变生成物浓度,只能使逆反应速率瞬间增大或减小。 b、只要正反应速率在上面,逆反应速率在下面,即v正>v逆化学平衡一定向正反应方向移动;反之向逆反应方向移动。 c、只要是增大浓度,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;减小浓度,新平衡条件下的速率一定小于原平衡状态。 【练习】可逆反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一定条件下达到平衡状态,改变下列条件,能否引起平衡的移动? CO浓度有何变化? 增大水蒸气浓度 加入更多的碳 增加氢气浓度 【设问】加入更多的碳为什么平衡不移动? 【学生回答】因为增加碳的用量并不能改变其浓度,不能改变反应速率。 【讲解】对,增加固体或纯液体的量不能改变其浓度,也不能改变反应速率。 所以v正仍等于v逆平衡不移动。 以上我们研究了浓度对化学平衡的影响,下面我们再来研究影响化学平衡的其他因素。 【板书】2、压强对化学平衡的影响 下表是450℃时,N2和H2反应生成NH3(N2+3H2 2NH3)的实验数据。 压强/Mpa 1 5 10 30 60 100 NH3/% 2.0 9.2 16.4 35.5 53.6 69.4 分析上述数据,你可以得出什么结论: 在其他条件不变的情况下,增大压强,平衡向移动,减小压强,平衡向移动。 【讨论】1、对于H2(g)+I2(g) 2HI反应,若改变压强,平衡有何变化? 为什么? 2、对于平衡混合物都是固体或液体的反应,改变压强,平衡怎样移动? 【学生讨论后,回答】 1、平衡不移动,因为反应前后气体体积不变; 2、压强对固体和液体几乎无影响。 【板书】对有气体参加且反应前后气体体积有变化的可逆反应,增大压强,使化学平衡向气体体积缩小的方向移动;减小压强使化学平衡向气体体积增大的方向移动;对于反应前后气体体积无变化的反应,改变压强化学平衡不移动。 【练习】下列反应达到化学平衡时,增大压强,平衡是否移动? 向哪个方向移动? 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) H2O(g)+CO(g) CO2(g)+H2(g) H2O(g)+C(s) CO(g)+H2(g) CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) H2S(g) H2(g)+S(s) 答案: 正向移动; 不移动; 逆向移动; 逆向移动; 不移动 【过渡】从上面的分析可知,改变一种反应物或生成物的浓度,一定会引起平衡移动,而改变压强却不一定能引起平衡移动。 若是改变温度是否会引起平衡移动呢? 下面我们通过实验来得出结论。 【板书】3、温度对化学平衡的影响 【实验探究】观察[实验2—7] NO2为色气体,N2O4为色气体 对于反应2NO2(g) N2O4(g)△H=—56.9KJ/mol,升高温度,混合气体的颜色, 降低温度,混合气体颜色。 升高温度,化学平衡向方向移动 降低温度,化学平衡向方向移动 【学生讨论后,得出结论】 【板书】结论: 在其他条件不变的情况下,升高温度,化学平衡向吸热反应的方向移动;降低温度,化学平衡向放热反应的方向移动。 【引导】升高温度,正逆反应速率均会增大,但从平衡移动方向来看,谁增大幅度大? 【学生回答】逆反应速率 【引导】降低温度,谁降低幅度大? 【学生回答】逆反应速率 请大家根据改变我的时,正逆反应速率的变化,画出正反应为放热反应和正反应为吸热反应两种情况下,升高和降低温度时,平衡移动过程的速率—时间图。 (学生在练习本上画出,个别同学上黑板板演,由其他同学评价、修改,最后得出正确的结论) 【讲解】我们知道影响化学反应速率的因素除浓度、压强、温度外,还有催化剂,但大量实验事实证明,催化剂只能同等程度地加快正逆反应速率,缩短达到化学平衡所需时间,却不能引起平衡移动。 【板书】4、催化剂
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- 三节 化学平衡 教案