第二节 化学平衡 第2课时（教学设计）化学人教版2019选择性必修1

第二节 化学平衡 课时2 化学平衡常数 一、知识目标 1. 理解化学平衡常数的概念，能正确书写给定可逆反应的平衡常数表达式。 1. 知道化学平衡常数的影响因素，能根据平衡常数判断可逆反应的热效应。 1. 了解化学平衡常数的应用，能利用平衡常数计算平衡时各物质的浓度、反应物的转化率，判断化学反应进行的方向。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观的实验数据出发，探究化学平衡常数的规律；从微观角度理解化学平衡常数与反应限度的关系。 2. 证据推理与模型认知：通过对大量实验数据的分析推理，建立化学平衡常数的模型，用该模型解决化学平衡相关问题。 3. 科学探究与创新意识：通过合作探究不同可逆反应的数据，培养探究精神和创新思维，深入理解化学平衡常数的本质。 一、教学重点 化学平衡常数的概念、表达式、影响因素及应用。 二、教学难点 化学平衡常数表达式的书写及应用其判断反应进行的方向和计算相关量。 本节教学内容源自人教版2019选择性必修1第二章《化学反应速率与化学平衡》第二节《化学平衡》的课时2《化学平衡常数》。化学平衡常数是化学平衡理论的重要组成部分，它是在学生学习了化学反应速率和化学平衡状态等知识的基础上展开的，是对化学平衡知识的深化和拓展，对于理解化学反应的限度和方向具有重要意义。通过对化学平衡常数的学习，学生能够定量地描述化学反应的平衡状态，为后续研究化学反应的能量变化、电化学等内容奠定基础。 教材首先通过多个具体的可逆反应实例，引导学生从实验数据中发现规律，逐步引出化学平衡常数的概念，体现了从感性认识到理性认识的认知过程。接着详细介绍了化学平衡常数的表达式、书写注意事项以及影响因素，让学生全面深入地理解这一概念。最后阐述了化学平衡常数在判断反应进行程度、计算平衡浓度和反应物转化率等方面的应用，培养学生运用化学知识解决实际问题的能力。 教学对象为高二学生，在知识储备上，他们已经掌握了化学反应速率、化学平衡状态等基础知识，具备了一定的化学理论基础，但对于定量描述化学反应的限度还存在认知上的不足。在思维能力方面，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观的实验现象和数据有较强的接受能力，但对于抽象的概念和理论的理解还需要一定的引导和训练。在学习方法上，学生习惯了被动接受知识，缺乏自主探究和合作学习的能力。 化学平衡常数这一概念较为抽象，学生理解起来可能会有一定难度。因此，在教学过程中，教师应充分利用教材中的实例和实验数据，引导学生通过自主探究、合作交流等方式，逐步理解化学平衡常数的概念和意义。同时，要注重理论联系实际，通过具体的例题和习题，让学生掌握化学平衡常数的应用，提高学生运用化学知识解决实际问题的能力。此外，还应关注学生的个体差异，根据学生的实际情况调整教学策略，确保每个学生都能在原有基础上得到发展。 教学环节一 课堂导入 【分享化工生产实例】同学们，在化工生产领域，有一个很重要的问题一直困扰着工程师们。比如在合成氨工业中，氮气和氢气反应生成氨气，这是一个可逆反应，不能进行到底。工程师们就特别想知道，在一定条件下，究竟有多少氮气和氢气能转化为氨气，又能否提高它们的转化程度呢？这不仅关系到产品的产量，还和生产成本密切相关。大家想想，如果能准确掌握这个转化的情况，对工业生产该有多重要啊。 【介绍化学史事件】其实，早在19世纪，科学家们就开始关注这类可逆反应的问题了。1803年，拿破仑的科学顾问贝托莱，在埃及偶然发现碳酸钠沉积在盐湖周围，他意识到这可能是高浓度的盐在水体中缓慢蒸发造成的结果，从而提出了“有些化学反应式不只有单向反应，也可以进行逆向反应”的观点，这可是“可逆反应”概念的先驱。从那之后，科学家们就一直在探索可逆反应达到平衡时的规律。 【提出问题】那么，在可逆反应达到化学平衡状态时，有没有一个定量的指标能帮助我们了解反应物转化为生成物的程度呢？今天我们就一起来学习这个重要的指标——化学平衡常数。 【设计意图】 1. 激发学生兴趣：通过介绍合成氨工业中的实际问题，让学生了解化学知识在工业生产中的重要应用，能激发学生对解决实际问题的兴趣，提高他们的课堂参与度。 2. 联系化学史：讲述贝托莱发现可逆反应的故事，将化学知识与化学史相结合，增加了知识的趣味性和历史底蕴，培养学生对化学学科的热爱和对科学探索精神的认同。 3. 引发思考，导入新课：从实际问题和化学史引出关于化学平衡状态定量指标的问题，自然地过渡到本节课的主题——化学平衡常数，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。 教学任务一 化学平衡常数的概念及表达式 活动一 引入化学平衡常数概念 【引入】同学们，在之前的学习中我们了解到有些化学反应不能进行到底，会达到化学平衡状态。那么此时，究竟有多少反应物转化为生成物？能否提高转化的程度呢？这就是我们今天要探讨的问题。下面我们先来看一些具体的反应数据。 【设计意图】通过提出问题，引发学生的思考和好奇心，自然地引入本节课的主题——化学平衡常数。 【问题】展示课件中“表 1 800 °C 时反应体系中各物质的浓度”，对于反应，计算平衡时的值，看看有什么发现？ 【学生思考】学生计算不同序号下该比值的值，发现一定温度下，该反应达到化学平衡状态时，生成物浓度的乘积与反应物浓度的乘积的比值是一个定值。 【教师讲解】评价学生的计算结果，强调这个定值的重要性。接着展示其他反应如和在不同起始浓度下达到平衡时的相关数据，引导学生思考该结论是否适用于其他可逆反应。 【设计意图】通过具体的数据计算和分析，让学生亲身感受化学平衡常数的存在，培养学生的数据分析和归纳总结能力。 活动二 推导化学平衡常数表达式 【问题】在分析多个反应的数据后，我们发现对于一般的可逆反应，在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度满足怎样的数学关系式呢？ 【学生思考】学生结合前面的反应示例，尝试推导得出为定值。 【教师讲解】总结学生的推导结果，给出化学平衡常数的定义：科学家们通过大量数据验证，证明了上述结论成立，计算得出的定值称为化学平衡常数，用来表示。即对于一般的可逆反应，在一定温度下达到化学平衡时，。 【设计意图】让学生通过自主推导，深入理解化学平衡常数表达式的由来，培养学生的逻辑推理能力。 活动三 书写化学平衡常数表达式 【问题】展示课件中的【例 1】，写出下列可逆反应的平衡常数表达式： 反应 01： 反应 02： 反应 03： 反应 04：（高温） 【学生思考】学生根据化学平衡常数的表达式书写规则，分别写出各反应的平衡常数表达式。 【教师讲解】对学生的书写结果进行点评，强调书写平衡常数表达式的注意事项： 1. 表达式中的各物质的浓度必须为平衡浓度； 1. 平衡常数表达式与化学方程式的书写一一对应； 1. 固体、液体纯物质的浓度视为常数，在表达式中不出现； 1. 若化学反应为离子反应，书写其化学平衡常数时应先改写成离子方程式再进行书写； 1. 非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数的表达式中。 【设计意图】通过具体的例题练习，让学生熟练掌握化学平衡常数表达式的书写，同时明确书写过程中的注意事项。 【对应训练 1】写出反应的平衡常数表达式。 【答案】 【解析】根据化学平衡常数的表达式书写规则，对于可逆反应，，将反应中的各物质代入即可得到该反应的平衡常数表达式。 【对应训练 2】已知反应，其平衡常数表达式正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】因为固体的浓度视为常数，在平衡常数表达式中不出现，所以该反应的平衡常数表达式为，答案选 B。 教学任务二 化学平衡常数的影响因素 活动一 探究温度对化学平衡常数的影响 【引入】我们已经知道了化学平衡常数的概念和表达式，那么平衡常数受哪些因素影响呢？下面我们通过一个具体的反应来探究温度对平衡常数的影响。 【设计意图】通过提出新的问题，引导学生进一步探究化学平衡常数的影响因素，激发学生的学习兴趣。 【问题】展示课件中“在不同温度下的平衡常数”的数据，分析温度变化时平衡常数的变化规律。 【学生思考】学生观察数据，发现升高温度，平衡常数增大；降低温度，平衡常数减小。 【教师讲解】总结学生的发现，指出升高温度，吸热反应的平衡常数增大，放热反应的平衡常数减小；降低温度，吸热反应的平衡常数减小，放热反应的平衡常数增大。即平衡常数不受浓度的影响，受温度影响。并通过勒夏特列原理对该规律进行解释。 【设计意图】通过具体的数据分析，让学生直观地了解温度对化学平衡常数的影响，培养学生的数据处理和分析能力。 活动二 探究压强对化学平衡常数的影响 【问题】压强改变可能会影响体系中物质的浓度，那么体系压强改变会影响平衡常数吗？ 【学生思考】学生思考压强与平衡常数之间的关系，可能会有不同的观点。 【教师讲解】解释压强改变可能会影响体系中物质的浓度，但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。可以通过理想气体状态方程进行简单说明。 【设计意图】通过对压强影响的探究，让学生更全面地了解化学平衡常数的影响因素，加深对化学平衡常数概念的理解。 活动三 探究物质性质对化学平衡常数的影响 【问题】展示课件中“25°C 时，生成卤化氢反应的平衡常数”的数据，分析平衡常数的大小与反应中物质的性质有什么关系？ 【学生思考】学生观察不同反应的平衡常数大小，发现平衡常数的大小与反应中物质的性质有关。 【教师讲解】总结学生的发现，指出对于同一可逆反应，化学平衡常数只与温度有关；而对于不同的可逆反应，平衡常数的大小与反应中物质的性质有关，这是内因。 【设计意图】通过对比不同反应的平衡常数，让学生了解物质性质对化学平衡常数的影响，拓宽学生的知识面。 【对应训练 1】对于反应，在不同温度下的平衡常数如下表所示： 温度/°C 200 300 400 平衡常数 1.0 0.6 0.3 该反应是（ ）反应（填“吸热”或“放热”）。 【答案】放热 【解析】由表中数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，根据温度对化学平衡常数的影响规律，升高温度，放热反应的平衡常数减小，所以该反应是放热反应。 【对应训练 2】已知反应的平衡常数为，反应的平衡常数为，则和的关系为（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】反应是反应的逆反应且化学计量数扩大了 2 倍。对于可逆反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数；化学计量数扩大倍，平衡常数变为原来的次方。所以，答案选 C。 教学任务三 化学平衡常数的应用 活动一 计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率 【引入】化学平衡常数在实际应用中有很多重要的作用，下面我们通过一个具体的例题来学习如何利用化学平衡常数计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率。 【设计意图】通过实际例题引入，让学生了解化学平衡常数的实际应用价值，提高学生的学习积极性。 【问题】展示课件中的【例 1】：将与气体混合充入密闭容器中，加热到，充分反应达到平衡后，测得的浓度为。（1）求该反应的平衡常数及平衡时的转化率。（2）在上述温度下，的量不变，将气态的投料改为，达到平衡时，的浓度为多少？的转化率为多少？ 【学生思考】学生根据化学平衡常数的表达式和转化率的计算公式，尝试计算该反应的平衡常数和的转化率。对于第二问，学生设未知数，根据平衡常数不变列出方程求解。 【教师讲解】对学生的计算过程进行点评，详细讲解解题思路和步骤。强调在计算过程中要注意各物质的浓度为平衡浓度，以及平衡常数只与温度有关。同时，通过该例题总结出投料浓度不影响化学反应的平衡常数，但改变投料浓度后，平衡时物质的转化率会改变。 【设计意图】通过具体的例题练习，让学生掌握利用化学平衡常数计算平衡时各物质的浓度及反应物的转化率的方法，培养学生的解题能力和应用知识的能力。 活动二 利用平衡常数判断化学反应进行的方向 【问题】在该温度下，的量不变，将气态的投料改为，反应一段时间后测得体系中的浓度为，此时反应是否达到平衡状态？ 【学生思考】学生根据已知条件计算该时刻的浓度商，并与平衡常数进行比较，判断反应是否达到平衡状态。 【教师讲解】总结学生的判断结果，给出浓度商的概念：对于可逆反应，任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值称为浓度商，用表示。达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的。同一温度下：，处于化学平衡状态；，向正反应方向进行；，向逆反应方向进行。 【设计意图】通过具体的例题，让学生学会利用浓度商和平衡常数判断化学反应进行的方向，培养学生的分析和判断能力。 【对应训练 1】在一定温度下，可逆反应达到平衡时，各物质的浓度分别为，，，则该反应的平衡常数为（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据化学平衡常数的表达式，将各物质的平衡浓度代入可得，答案选 C。 【对应训练 2】在某温度下，反应的平衡常数。若某时刻，，则此时反应（ ） A. 向正反应方向进行 B. 向逆反应方向进行 C. 处于平衡状态 D. 无法判断 【答案】A 【解析】计算该时刻的浓度商，因为，所以反应向逆反应方向进行，答案选 B。 第2课时 化学平衡常数 一、化学平衡常数 1. 概念：一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值为定值，该定值叫化学平衡常数，用(K)表示。 2. 表达式 · 一般可逆反应：(mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g))，(K=) · 注意事项 · 各物质浓度为平衡浓度 · 与化学方程式书写形式对应 · 固体、纯液体浓度视为常数，不出现；非水溶液中反应，水浓度可能需写入 · 离子反应先写离子方程式再写表达式 · 有气体反应可用压强平衡常数(Kp) 3. 意义 · 反映反应进行程度，(K)越大，反应越完全，反应物转化率越大 · (K)是反应固有性质定量体现 4. 影响因素 · 内因：反应中物质的性质 · 外因：温度 · 升高温度，吸热反应(K)增大，放热反应(K)减小 · 降低温度，吸热反应(K)减小，放热反应(K)增大 二、化学平衡常数的应用 5. 计算平衡时各物质浓度及反应物转化率 6. 判断化学反应进行的方向 · 浓度商(Q=) · (Q = K)，平衡状态 · (QK)，正反应方向进行 · (QK)，逆反应方向进行 1.下列关于化学平衡常数的叙述正确的是() A. 化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关 B. 两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变 C. 化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值 D. 温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数 【答案】D 【解析】A. 化学平衡常数表示反应进行的程度，只与温度有关，温度改变，平衡常数改变，A错误；B. 平衡常数表达式与化学方程式的书写形式有关，化学方程式书写形式不同，平衡常数可能不同，B错误；C. 化学平衡常数是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，不是某一时刻，C错误；D. 温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，D正确。 2.下列关于化学平衡常数的说法正确的是() A. 在任何条件下，化学平衡常数不变 B. 当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变 C. 化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强有关 D. 由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度 【答案】D 【解析】A. 化学平衡常数只与温度有关，温度改变，平衡常数改变，A错误；B. 改变反应物浓度，平衡常数不变，B错误；C. 化学平衡常数只与温度有关，与反应物浓度、体系压强无关，C错误；D. 化学平衡常数K越大，反应进行的程度越大，所以由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度，D正确。 3.对于下列反应，其反应过程的能量变化示意图如下： 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g) B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g) D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)D(g) K3 ΔH3 下列说法正确的是() A. K3＝K1＋K2 B. ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C. 加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 D. 增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 【答案】B 【解析】A. 反应③=反应①+反应②，根据平衡常数的计算规则，K3 = K1×K2，A错误；B. 根据盖斯定律，反应热只与反应的始态和终态有关，与反应途径无关，所以ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；C. 催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，但不影响反应热，C错误；D. 平衡常数只与温度有关，增大压强，平衡常数不变，D错误。 4.在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K值分别是 ①H2＋F2 ⇌ 2HF K＝1047； ②H2＋Cl2 ⇌ 2HCl K＝1017； ③H2＋Br2 ⇌ 2HBr K＝109； ④H2＋I2 ⇌ 2HI K＝1。 比较K值大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是() A. ①②③④ B. ④②③① C. ①④③② D. 无法确定 【答案】A 【解析】化学平衡常数越大，说明反应进行的程度越大，根据题目中给出的平衡常数大小：1047＞1017＞109＞1，所以各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是①②③④，A正确。 5.某恒定温度下，在一个2L的密闭容器中充入气体A、气体B，其浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，且发生如下反应：3A(g)＋2B(g) ⇌ 4C(?)＋2D(?)。反应一段时间后达到平衡状态，测得生成1.6molC，且反应前后气体的压强比为5∶4，回答下列问题： （1）该反应的平衡常数表达式为____________________________________。 （2）B的转化率为________。 （3）增加C的量，A、B的转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。 【答案】（1）K＝ () （2）40% （3）不变 在本节课的教学中，通过引导学生对多个可逆反应的数据分析，逐步引出化学平衡常数的概念，学生能较好地理解其含义。在讲解平衡常数表达式的书写及影响因素时，结合具体例子，学生掌握情况尚可。但在应用部分，如利用平衡常数计算平衡浓度和判断反应方向，部分学生理解存在困难，可能是对概念的综合运用能力不足。在今后的教学中，应加强这方面的练习，多提供实际案例让学生分析，提高学生运用知识解决问题的能力。同时，在教学过程中要更加关注学生的反馈，及时调整教学节奏和方法。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$