资源简介

第二节化学平衡教学设计
一、单元教学整体分析
课标要求
内容要求：
认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。
学业要求：
1、能书写平衡常数表达式，能进行平衡常 数、转化率的简单计算，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。
2、能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件的选择和优化。
2．教材分析
在内容顺序的编排上，2019 版人教版和鲁科版教材编排思路有所不同。一方面，人教版先学化学反应速率再学习化学平衡，鲁科版刚好相反，而化学平衡的建构和移动需要从化学反应速率的角度进行分析;另一方面，鲁科版将化学平衡状态的特征弱化处理，单独将平衡转化率设计为一个课时的内容。其实可以将转化率的计算、三段式的学习融人化学反应速率单元的学习，这样平衡转化率的计算不用单独占用一个课时。
因此人教版的编排顺序更符合学情。基于人教版教材的内容排布顺序，先探究化学平衡状态及其特征，再探究化学平衡常数概念、意义和应用，最后探究影响化学反应平衡的因素，同时融入鲁科版中强调化学平衡常数的意义、平衡常数与方程式的对应关系、整合两本教材的资源优势，更加符合学生认知规律。
由于本单元内容的学习是由浅人深、由表及里的过程，因此将本单元的学习大情境设计为“从空气到面包---工业合成氨”，吸引学生学习兴趣的同时，也让学生体验到自然科学规律的逻辑意识。单元共设计4个课时，分别围绕化学平衡状态的概念与特征、化学平衡常数及应用、化学平衡的影响因素三个内容展开数学设计，逐步揭开化学平衡的真实面纱。
3．教学现状分析
（1）学情分析
在第一节的教学中，我们从动力学的角度研究了化学反应速率。本节从热力学的角度研究化学平衡及其影响因素。在内容的设计上紧紧围绕化学平衡这条线索展开。在学生已经有了化学学反应限度基本认识的前提下，本节引言部分直接指出，在科学研究和化工生产中，只考虑化学反应速率是不够的，提示学生还需要考虑化学反应进行的程度，即化学平衡问题，明确学习化学平衡的意义。
文献分析
庄严指出基于化学学科理解的 “素养为本”的课堂教学，不仅仅要重视知识的本原性理解和知识的实际应用价值，还应重视具有内容特质的学科思维方式的培养。他们成立了由学科专家、学科教育专家、教研员和一线 教师组成的课题组，基于化学学科理解理论，以“物质转化程度的定量探究”为课例，进行了 “素养为本”化学平衡常数教学的实践研究。
郑少鑫指出核心素养不是由教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来的。素养导向下的大单元教学设计强调创设真实的问题情境，让化学回归生活，让学生感受化学知识在解决生活实际问题中的价值。
张丽指出平衡常数是化学平衡教学中的核心概念，具有促进平衡知识 结构化和解决分析平衡问题思路方法的功能。
4．教学目标与评价目标
单元整体教学目标 课时教学目标 评价目标
（1）认识化学平衡状态，知道化学平衡常数的含义，能书写化学平衡常数表达式并进行简单计算；能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向，提升从定量的角度分析化学反应的能力。 （2）通过实验探究，理解温度、浓度、压强等对化学平衡状态的影响，进一步构建“化学变化是有条件的”这一学科观念。 （3）理解勒夏特列原理，能依据原理分析平衡移动的方向，体会理论对实践的指导作用。 课时1 1.熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。 2.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念。 课时2 1.认识化学平衡常数的意义 2.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。 课时3 1.从变化的角度认识化学平衡的移动，即可逆反应达到平衡后，浓度、压强改变，平衡将会发生移动而建立新的平衡。 2.从Q与K的关系及浓度、压强对可逆反应速率的影响，分析理解化学平衡的移动。 3.通过实验论证说明浓度、压强的改变对化学平衡移动的影响。 课时4 1.从变化的角度认识化学平衡的移动，即可逆反应达到平衡后，温度改变，平衡将会发生移动而建立新的平衡。2.通过实验论证说明温度、催化剂的改变对化学平衡移动的影响，构建分析判断化学平衡移动方向的思维模型(勒夏特列原理)。 1.通过对化学平衡状态特征的分析和判断，诊断并发展学生对化学平衡状态的认识进阶 2.通过对化学平衡常数的概念、意义及相关数据的讨论与点评，诊断并发展学生对化学平衡常数的认识水平 3.通过对影响化学平衡移动因素的实验方案的讨论与点评，诊断并发展学生对化学平衡影响因素的实验探究设计的水平。
教学重、难点
1、化学平衡常数，判断化学平衡移动的方向
2、反应条件对化学平衡的影响，对勒夏特列原理的理解
二、单元教学结构设计
《化学平衡》
基于教学评一致性的大单元整体教学
课时 情境线 任务线 知识线 素养线 评价线
课时1 工业合成氨 从定性和定量角度认识物质转化的程度 化学平衡状态的概念、特征和判断依据。 化学平衡常数的概念 证据推理与模型认知 科学态度与社会责任 在宏微结合下，培养学生的类比能力和演绎推理能力
课时2 工业合成氨 从定量角度再次认识物质转化的程度 通过分析改变Q、K对物质转化程度的影响，形成改变物质转化程度的认识视角何一般思路 宏观辨识与微观探析 变化观念与平衡思想 在数据分析和处理中，培养学生对比分析能力和数据处理能力
课时3 工业合成氨 探究浓度、压强对化学平衡的影响 --基于Q、K对比视角 浓度、压强外界因素对反应平衡的影响及其原因 变化观念与平衡思想 科学探究与创新意识 在实验探究中培养学生科学探究能力，演绎推理和系统假设的能力。
课时4 工业合成氨 探究温度对化学平衡的影响 --基于Q、K对比视角 温度、催化剂、外界因素对反应平衡的影响及其原因 变化观念与平衡思想 科学探究与创新意识 在实验探究中培养学生科学探究能力，演绎推理和系统假设的能力。
第一课时：化学平衡状态——从定性和定量角度认识物质转化的程度
环节一：从定性的角度认识化学平衡状态
【引入新课】弗里茨·哈伯，他成功从空气中制造出了氨，一举解决了农业肥的困境，被人们誉为“从空气中制造面包”的科学家，以一己之力养活全人类。工业生产中，只考虑化学反应速率是不够的还有考虑物质的转化率。从合成氨的反应中学，同学们能想到什么吗？
【生1】合成氨反应是一个可逆反应，反应有限度，即反应不能进行彻底。
【师】化学平衡这节书，我们将从以下四个课时学习：课时1，化学平衡状态——从定性和定量角度认识物质转化的程度 ；课时2，化学平衡常数——从定量角度再次认识物质转化的程度 ；课时3，探究浓度、压强对化学平衡的影响--基于Q、K对比视角；课时4，探究温度对化学平衡的影响--基于Q、K对比视角；
【学生活动1】某温度下，在容积为1L的密闭容器中，氮气与氢气反应足够长时间后，t1时各物质的量不再改变，数据如下。
各物质的起始量/mol t1时各物质的量/mol
N2 H2 NH3 N2 H2 NH3
5 16 0 4.8 15.4 0.4
请回答以下问题
（1）根据上述数据画出浓度-时间图
浓度-c
0 时间-t
（2）计算平衡时N2的转化率
【思考】反应容器里，各物质的量浓度如何变化？混合气体的密度如何变化？混合气体的平均相对分子质量如何变化？
【生】从混合气体的密度、混合气体的平均相对分子质量的公式上分析其变化
【例1】 恒温恒容时,在某密闭容器中投入1molH2和1molI2 发生如下反应
H2(g)+ I2(g) 2HI(g)，一段时间后，达到平衡状态的标志是
① I2、H2、HI的浓度比为1:1:2 ②H2的浓度不随时间变化
③I2 的百分含量不再发生变化 ④混合气体的颜色不再发生变化
⑤H2的转化率不再发生变化 ⑥混合气体的密度不再发生变化
⑦混合气体的平均相对分子质量
环节二：从定量的角度认识化学平衡状态
【师】请观察三组实验，各物质的起始浓度有什么特点？平衡浓度是否相等？转化率有何规律？
实验序号 起始时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时的浓度 （×10-3 mol/L） I2 的转化率
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
【总结】同一温度下，同一反应可以正向建立平衡，不同的投料方式，达到不同的化学平衡后，转化率不同
【师】再次观察三组实验，各物质的起始浓度有什么特点？平衡浓度是否相等？转化率有何规律？
实验序号 起始时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时的浓度 （×10-3 mol/L） I2的转化率
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
2 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
3 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
【总结】同一温度下，同一反应可以逆向建立平衡，不同的投料方式，达到不同的化学平衡后，转化率相同。
【问】在一定温度下，化学平衡体系中，反应物和生成物的浓度之间有什么关系呢？请观察以下两个表格，平衡时有何规律？
实验序号 起始时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
实验序号 起始时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时的浓度 （×10-3 mol/L） 平衡时
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
2 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
3 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
【生】平衡时的值没有规律。
【师】是否很方程式的化学计量数有关呢？平衡时的值又有何规律呢？
展示数据，的值只是简单的两倍关系，也没有任何规律。
【追问】那是什么原因呢？如果我们把方程式的写法改成这样：H2(g)+ I2(g) HI(g)+HI(g)，我们再研究一下，平衡时的值又有何规律？
【生】平衡时的值呈现了规律性，都非常接近。
【师】很好，也就是说在该温度下反应达到平衡时，反应体系中物质浓度之间存在规律性，有确定的数值，生成物平衡时浓度幂之积与反应物平衡时浓度幂之积的比值是一个定值，我们称这个数值为化学平衡常数。
【学生活动】根据平衡常数的概念，写出一般反应:的平衡常数表达式
【师】对于可逆反应：任意时刻的浓度达到化学平衡状态时，Q = K
【学生活动】请同学们写出合成氨反应任意时刻的浓度商的表达式
观察平衡时各组实验中的数值，有什么规律？（课件展示）
1.写出下列可逆反应的平衡常数表达式
①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝
②2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) K2＝
③1/2N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g) K3＝
试分析K1、K2、K3的关系：
2.写出下列可逆反应的平衡常数表达式
①Fe3O4(s) + 4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g) K＝
②Cr2O72- (aq) + H2O(l) 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq) K＝
【小结】计算平衡常数注意事项：
①平衡常数表达式各物质的浓度均为平衡时的物质的量浓度；
②反应中的固体和纯液体物质不出现在表达式中。
③平衡常数的表达式与方程式的写法有关。
【板书设计】
化学平衡状态——从定性和定量角度认识物质转化的程度
1、定性：v正 = v逆 ≠ 0 浓度不变
2、定量：转化率不变
的平衡常数表达式
【教学反思】
1、对课本中数据表的充分利用，引导学生多次对数据表的分析，体验科学家对化学平衡常数的探究过程，体现了核心素养的“科学探究”精神
2、充足的实验数据事实能够丰富学生的感性认识，帮助学生通过观察、辨别、比较数据，发现和抽象出概念的本质属性，有效地促进学生建立并形成概念。
3、本节课还有不足的地方就是在分析平衡常数的表达式的时候，没有足够的时间让学生去讨论，学生的思维得不到发散。
第二课时：化学平衡常数——从定量角度再次认识物质转化的程度
1.影响化学平衡常数的因素
【师】上节课我们学习了化学平衡常数，那么化学平衡常数受那些因素影响？请根据以下资料提供的数据，分析影响化学平衡常数的因素。
实验序号 起始时的浓度 （×10-3 mol/L） 不同温度下的平衡常数（K）
c(H2) c(I2) c(HI) 457.6℃ 425.6℃ 25℃
1 11.97 6.944 0 48.38 54.51 867
2 12.28 9.964 0 48.61 54.62 867
3 12.01 8.403 0 49.54 54.21 867
4 0 0 15.20 48.48 54.10 867
5 0 0 12.87 48.71 54.42 867
【师】观察以上数据，你发现了什么规律？
【生】同一温度下，平衡常数相等，温度越高，平衡常数越小。
【问】体系压强改变会影响平衡常数吗？
【生】压强改变可能会影响体系中物质的浓度，而浓度的改变不影响平衡常数，因此压强不影响平衡常数的大小。
【学生活动1】已知：25℃时，卤化氢生成反应的平衡常数：
化学方程式 平衡常数K
H2＋F22HF 6.5×1095
H2＋Cl22HCl 2.57×1033
H2＋Br22HBr 1.91×1019
H2 ＋I22HI 8.6×102
[思考]平衡常数的大小，与什么有关？
【归纳】影响化学平衡常数的因素：
内因：反应中物质的性质
外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关
2.根据平衡常数的大小，判断可逆反应中物质转化的程度
【追问】平衡常数的大小代表什么呢？
【生】分析数据，得出结论
K 越大，反应进行的程度越大，
Ｋ>105表示该反应进行得基本完全了
3.利用平衡常数判断物质转化的方向
【学生活动2】800℃时，反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K=1，以下是t时刻中各物质的浓度，请判断此时是否达到平衡状态？
CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g)
t时刻的浓度 2 4 4 4
【归纳】是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商 Q 与 K 比较大小来判断
①若Q＝K ，说明反应处于平衡状态
②若Q＜K ，反应向正反应方向进行，
③若Q＞K ，反应向逆反应方向进行。
4.根据平衡常数计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率
【学生活动3】
在某温度下，将H2和I2各0.1mol的气态混合物充入容积为10L密闭容器中，充分反应并达到平衡后，测得c(H2)=0.008mol/L。
(1) 求反应的平衡常数和I2的转化率
(2) 在上述温度下，I2的量不变，将H2的投料改为 0.2 mol，充分反应并达到平衡后，设转化的I2的浓度为x，请列三段式写出x的计算表达式
(3) 在上述温度下，I2的量不变，将H2的投料改为 0.2 mol，反应一段时间后测得体系中HI的浓度为 0.002mol·L-1 ，此时反应是否达到平衡状态？
【板书设计】
1.影响化学平衡常数的因素
内因：反应中物质的性质
外因：对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关
2.根据平衡常数的大小，判断可逆反应中物质转化的程度
K 越大，反应进行的程度越大，
Ｋ>105表示该反应进行得基本完全了
3.利用平衡常数判断物质转化的方向
①若Q＝K ，说明反应处于平衡状态
②若Q＜K ，反应向正反应方向进行，
③若Q＞K ，反应向逆反应方向进行。
4.根据平衡常数计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率
【教学反思】
1.在解读化学平衡常数的同时，合理引入浓度商 Ｑ ，使 Ｋ 的价值功能得到更大的提升与拓展。
2.定量分析，帮助学生建立从Q、K比较的角度分析反应进行的方向的思维模式。
3.教学中应该充分发挥化学平衡常数的功能与价值，使化学平衡常数成为表征反应限度的工具、分析平衡移动问题的“支架”

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