4.1从原电池的电压变化曲线中探寻化学平衡及平衡移动 单元整合实验设计 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

人教版高中化学单元整合实验设计：从原电池的电压变化曲线中探寻化学平衡及平衡移动 一、使用教材 我校高一化学备课组在高一下期将人教版新教材《化学必修第二册》与《化学选择性必修一》相关的内容进行了融合教学，所以本实验课程是基于学生已经系统学习了《化学必修第二册》与《化学选择性必修一》两本教材中的化学反应速率和原电池内容后所设计的，是关于两本教材中“化学平衡”内容的实验教学，涉及到了《化学必修第二册》第六章“化学反应与能量”的第二节“化学反应的速率与限度”和《化学选择性必修一》第二章“化学反应速率与化学平衡”的第二节“化学平衡”。 二、实验器材 （一）实验1：搭建Fe3+-I-双液原电池并测定其电压变化曲线 原电池装置：玻璃瓶、U形管、石墨电极、导线、电压传感器、平板 原电池药品：0.01 mol/L KI溶液、0.005 mol/L Fe2(SO4)3溶液、琼脂、KCl （二）实验2：检验正极区反应物Fe3+是否存在 仪器：滴管、试管 药品：1 mol/L KSCN溶液 （三）实验3：探究使Fe3+-I-双液原电池恢复电压 药品：1 mol/L Fe2(SO4)3溶液、1 mol/L FeSO4溶液、1 mol/L AgNO3溶液、10% H2O2溶液、1 mol/L KI溶液、还原性铁粉、碘晶体 三、实验创新要点 （一）实验1：搭建Fe3+-I-双液原电池并测定其电压变化曲线 利用数字化实验，从直观的图像中感受反应物浓度的下降所带来的原电池电压的衰减。 （二）实验2：检验正极区反应物Fe3+是否存在 通过检验反应物Fe3+的存在，发现即使电压为0，对于可逆反应而言，反应物仍然存在并保持恒定。由此引出可逆反应存在限度，即化学平衡状态。 （三）实验3：探究使Fe3+-I-双液原电池恢复电压 学生思考向正负电极区滴加什么溶液能使Fe3+-I-原电池再次产生电压，在进行实验验证后，可根据直观的曲线来感受平衡移动。 四、实验设计思路 实验 目标教学内容 实验1：搭建Fe3+-I-双液原电池并测定其电压变化曲线 化学平衡状态的建立 实验2：检验正极区反应物Fe3+是否存在 化学平衡状态的特征 实验3：探究使Fe3+-I-双液原电池恢复电压 浓度对化学平衡的影响 五、实验教学目标 1、通过原电池的输出电压变化了解可逆反应的限度——化学平衡状态； 2、通过化学平衡状态的认识过程，初步建立平衡及平衡移动的基础模型； 3、通过实验探究如何继续输出电压，发展“变化观念与平衡思想”与“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。 六、实验教学内容 由实验所得到的直观的电压变化曲线感悟平衡的建立过程和浓度对平衡的影响 七、实验教学过程 （一）实验1：搭建Fe3+-I-双液原电池并测定其电压变化曲线（见图1、2、3） 图1 原电池装置 图2 原电池电压曲线测定装置 图3 电压变化曲线 引导学生由该实验现象思考：输出电压不断下降的原因是什么？输出电压为0，反应物是否耗尽？如何检验？ （二）实验2：检验正极区反应物Fe3+是否存在 引导学生由该实验现象思考：输出电压为0，为什么仍有Fe3+？随着反应进行，Fe3+的浓度如何变化？I-、Fe2+和I2的浓度如何变化？随着反应进行，v消耗(Fe3+)和v生成(Fe3+)如何变化？解答这一系列问题的过程中引出特殊状态——化学平衡状态，并小结出化学平衡状态的特征之“逆、等、动、定”。 （三）实验3：探究使Fe3+-I-双液原电池恢复电压 待电动势趋近于0一段时间后，引导学生在给出的试剂里选择一些进行实验探究，可向正极区或负极区中滴加相关溶液，测电压变化曲线（部分结果如图4）。 图4 电压变化曲线 学生可基于得到的实验曲线填写下表（部分结果见表1），并由此可以看出化学平衡状态可“变”的特征，能总结出浓度对平衡的影响。 表1 实验结果 滴加的电极区 滴加的溶液 电压的变化 正负极反应 反应进行的方向 正极区 Fe2(SO4)3 正向增大 (-)2I- - 2e- = I2 (+)2Fe3++2e- = 2Fe2+ 正向进行 正极区 FeSO4 反向增大 (-) 2Fe2+- 2e- = 2Fe3+ (+) I2 + 2e- = 2I- 逆向进行 正极区 H2O2 正向增大 (-)2I- - 2e- = I2 (+)2Fe3++2e- = 2Fe2+ 正向进行 负极区 AgNO3 反向增大 (-) 2Fe2+- 2e- = 2Fe3+ (+) I2 + 2e- = 2I- 逆向进行 …… …… …… …… …… 八、实验效果评价 （一）实验创新 （1）本节课利用数字化实验，学生在实验探究中得到了非常直观的曲线图，并且在对实验结果的处理和分析中能探寻到化学平衡及平衡移动的原理。 （2）微型实验，浓度控制得当，一节课能完成有效的实验探究。 （二）课堂效果 本堂课针对实验现象，教师采用问题链引导学生思考，在情境中逐渐生成知识。大部分学生都能在教师引导下推测电压变为0且此时仍有反应物的原因，能提出使原电池继续输出电压的方案，少部分学生可以在听教师和同学讲述后理解实验的目的、原理及实验现象的成因。 2 学科网（北京）股份有限公司 $$