2.3 化学平衡（教学设计）-【中职专用】高中化学同步精品课堂（高教版2023·通用类）

主题二 化学反应及其规律 第三节 化学平衡 教案（教学设计） 一．课程标准 认识化学反应是有方向的，了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到平衡状态；了解吸热反应和放热反应，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。 二．教学目标 1.通过生活经验和实验探究，感受化学反应伴随能量变化，了解吸热反应和放热反应的概念；通过分析化学反应中的化学键变化情况，深入理解化学键的断裂和形成是化学变化中能量变化和物质变化的实质，树立能量守恒观念。发展宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养。 2.通过分析氯气与水等反应的物质变化情况，认识化学反应是有方向的，了解可逆反应的含义，认识可逆反应是一个双向的同时进行的反应；通过分析工业合成氨反应过程中物质的浓度变化情况，感受化学反应限度的存在，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态，构建化学平衡认知模型；发展变化观念与平衡思想等化学学科核心素养。 3.通过设计实验、合作探究、现象观察等活动，探究条件改变对化学平衡移动的影响，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响，增强基于现象得出结论的实验能力，树立创新意识。发展现象观察与规律认知、变化观念与平衡思想等化学学科核心素养。 4.通过了解人类对化学反应中能量的利用情况，感受化学学科的社会价值，体会提高能源效率、开发清洁能源的重要性和必要性，树立环保意识，增强社会责任感；通过对“合成氨工业”的条件优化讨论，学会从反应快慢和限度的层面调控化学反应，解决实际问题，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用；通过了解闵恩泽院士在催化剂领域做出的卓越贡献，体会化学理论对生产实践的重要指导作用，养成精益求精的工匠精神。发展科学态度与社会责任等化学学科核心素养。 三．教学过程 【导入新课】 观察图片，并结合生活常识和所学化学知识分析图片中发生了哪些化学反应？除了物质变化之外，还伴随什么变化？ 都是化学反应，天然气燃烧放热用于加热；暖宝宝中的有效成分铁粉发生化学反应提供热量用于取暖… 【新课讲授】 一．吸热反应与放热反应 （一）化学反应与热能的转化 化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。 1.两条基本规律 质量守恒定律： 化学反应前后物质的总质量保持不变。 能量守恒定律： 一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同， 但是体系包含的总能量不变。 2.化学反应 一定 伴随有能量的变化，化学反应中能量变化主要表现为 热量 的变化，吸热或放热。 3.化学能与热能的实验探究 实验 操作 试管中加入2 mL 2 mol·L－1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条 将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯 实验 现象 镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高 有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁__变凉__，试着用手拿起烧杯，__木片黏在烧杯上__ 实验 结论 该反应放出热量 该反应吸收热量4 化学反应发生时伴有__热量的释放和吸收__ 4.放热反应和吸热反应 化学上把释放热量的化学反应称为放热反应，吸收热量的化学反应称为吸热反应。 (1)常见的放热反应： ①所有的燃烧反应； ②大多数的化合反应；(CO2+C2CO为吸热反应) ③酸碱中和反应； ④金属与酸或水反应置换出氢气； ⑤缓慢的氧化反应。 (2)常见的吸热反应： ①大多数的分解反应； ②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应； ③以C、CO、H2为还原剂一些高温反应：CO2+C2CO ；C+H2OCO+H2 ④盐类的水解 【注意】 有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是化学变化。 反应条件与热量变化没有必然的关系，既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。 （二）化学反应中能量变化的原因 1.化学键与化学反应中能量变化的关系 （1）化学键与能量的关系 化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要 吸收 能量，形成生成物中的化学键要 释放 能量。 （2） 键能： 标况下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（KJ·mol-1） 氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。 如：断键吸收总能量为： 436+243=679KJ 成键释放总能量为： 431×2=862KJ 则：反应中放出的热量： 862-679=183KJ 这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。 （3）化学键与化学反应中能量变化的关系 断开化学键要 吸收 能量，形成化学键要 释放 能量； 化学键的变化 是化学反应中能量变化的主要原因。 能量是守恒的，化学反应中的能量变化通常表现为 热量 的变化。 2.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中能量变化的关系 （1）一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于 反应物总能量 和 生成物总能量 相对大小。 （2）化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下： 吸热反应：反应物的总能量 小于 生成物的总能量 放热反应：反应物的总能量 大于 生成物的总能量 （3）以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图 放热反应 吸热反应反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量 二．化学平衡 （一）可逆反应： 1.概念：在相同条件下，既能向 正反应方向进行 ，同时又能 向逆反应方向进行 的反应。 2.特征：三同： 相同条件 ， 正、逆反应同时进行 ， 反应物、生成物同时存在 ； 反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均 小于 100%。 3.表示：化学方程式中用 “⇌” 表示。 4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如 2 Na + 2 H2O === 2 NaOH + H2↑，视为“不可逆”反应。 典型的可逆反应有： H2+I2⇌2HI ， 2SO2+O2⇌2SO3 ， SO2+H2O⇌H2SO3 ， NH3+H2O⇌NH3﹒H2O 等。 （二）化学平衡 1.化学反应平衡状态 （1）化学平衡的建立： 如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，此时正反应速率v正　　最大　　，逆反应速率v逆　 为零 　。 反应过程中，反应物浓度　逐渐减小　，正反应速率　　逐渐减小　；生成物浓度　逐渐增大　，逆反应速率　　逐渐增大　　。最终在时刻t时反应物浓度不再　改变　，生成物浓度不再　改变　。正反应速率和逆反应速率　相等　。反应是否停止？　 反应并没有停止，动态平衡　。 （2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率 相等 ，反应物和生产物的浓度 不在改变 ，此反应达到一种 表面静止 状态，我们称为 化学平衡状态 。 2.化学平衡的特征： （1）逆：即化学平衡的研究对象是　　可逆反应　　。 （2）动：即化学平衡是一种　动态平衡　，即　v正＝v逆≠0　，反应并未　停止　。 （3）等：即v正　＝　v逆，同一物质的消耗速率与生成速率　相等　。 （4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度　保持不变　，各组分的百分含量保持不变 。 （5）变：化学平衡是在一定条件下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生变化。 【总结】 化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。 三．化学平衡的移动 对化学平衡移动的理解 1．概念理解 (1)含义：当一个可逆反应达到平衡后，如果浓度、压强、温度等反应条件改变，原来的平衡状态被破坏，化学平衡会移动，在一段时间后会达到新的化学平衡状态。 (2)实质：改变条件后，①v正≠v逆，②各组分的百分含量发生改变。 2．过程分析 3．方向判断 (1)v正＞v逆：平衡向正反应方向移动。 (2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不移动。 (3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。 （一）浓度对化学平衡的影响 1．实验探究浓度对化学平衡的影响 原理 　　Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3 　浅黄色　无色　　　　红色　　　 实验 步骤 现象 a试管中溶液呈红色，b试管溶液红色变浅，c试管中溶液红色变深 实验 结论 增大c(Fe3＋)或c(SCN－)后，化学平衡均向正反应方向移动，Fe(SCN)3的浓度均增大，溶液红色加深；滴加少量铁粉，由于Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，使Fe3＋的浓度减小，化学平衡向逆反应方向移动，Fe(SCN)3的浓度减小，溶液红色变浅。 2.从v­t图像认识浓度对平衡的影响 化学 平衡 aA＋bBcC＋dD (A、B、C、D为气体或溶液) 体系浓 度变化 增大反应 物浓度 增大生成 物浓度 减小生成 物浓度 减小反应 物浓度 速率 变化 v正瞬间增大，v逆瞬间不变，v′正>v′逆 v逆瞬间增大，v正瞬间不变，v′逆>v′正 v逆瞬间减小，v正瞬间不变，v′正>v′逆 v正瞬间减小，v逆瞬间不变，v′逆>v′正 平衡移 动方向 正向移动 逆向移动 正向移动 逆向移动 v­t 图象 规律 在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向正反应方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动。 （二）压强对化学平衡的影响 1．实验探究压强对化学平衡的影响 实验 原理 N2O4(g)2NO2(g)(红棕色)　Δνg>0 实验 操作 用三支相同的50 mL注射器均抽入20 mL NO2和N2O4混合气体，将细管端用橡胶塞封闭 将第二支针筒活塞迅速推至10 mL处(体积减小，压强增大) 将第三支针筒活塞迅速拉至 40 mL处(体积增大，压强减小) 实验 现象 气体颜色先变深，后变浅，最终比原来深 气体颜色先变浅，后变深，最终比原来浅 实验 结论 压强增大，体积减小时，c(NO2)变大后又减小，平衡向左移动 压强减小，体积增大时，c(NO2)减小后又增大，平衡向右移动 2.从v­t图像认识压强对化学平衡的影响 化学平衡 aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) 计量关系 a＋b>c＋d a＋b<c＋d 压强 变化 增压 减压 增压 减压 速率 变化 v正、v逆同时增大，v′正>v′逆 v正、v逆同时减小，v′逆>v′正 v正、v逆同时增大，v′逆>v′正 v正、v逆同时减小，v′正>v′逆 平衡移 动方向 正向移动 逆向移动 逆向移动 正向移动 速率与 时间的 图象 规律 在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动；减小压强，平衡向气体物质的量增大的方向移动 【点拨】压强改变只影响有气体参加或生成的可逆反应，对于只涉及固体或液体的反应，压强的影响不予考虑。 （三）温度对化学平衡的影响 1．实验探究温度对化学平衡的影响 实验原理 2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－56.9 kJ·mol－1 红棕色　　　无色 实验 步骤 实验现象 热水中混合气体颜色加深；冰水中混合气体颜色变浅 实验 结论 混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度增大，即平衡向逆反应方向移动；混合气体被冷却时颜色变浅，说明NO2浓度减小，即平衡向正反应方向移动 2.从v­t图像认识温度对化学平衡的影响 化学平衡 aA＋bBcC＋dD　ΔH>0 温度改变 升温 降温 速率变化 v正、v逆同时增大，且v′正>v′逆 v正、v逆同时减小，且v′逆>v′正 移动方向 正向移动 逆向移动 速率与时 间的图像 规律 在其他条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，平衡向放热反应的方向移动 （四）催化剂 使用正催化剂，正、逆反应速率增大的倍数相同，化学平衡不移动。其图像如下： 【点拨】若某可逆反应在反应前后气体的总体积不发生变化，则增大该体系的压强(压缩容器体积)时，也可用上述图像表示。 【思考与讨论】催化剂对化学平衡有没有影响？工业生产往往使用催化剂，其目的是什么？ 催化剂能够同等程度改变正、逆反应的速率，所以使用催化剂不能使平衡发生移动，但是可以改变达到平衡所需要的时间。工业生产往往使用催化剂，其目的是加快化学反应的速率，提高单位时间内的产量。 四．课堂小结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$