2.2 化学反应的限度 第2课时（教学设计）化学沪科版2020选择性必修1

2.2 化学反应的限度 第2课时 化学平衡的移动 一、知识目标 1.了解浓度、压强和温度对化学平衡的影响。 2.学会从与关系及浓度、温度、压强对反应速率、平衡的影响，推断平衡移动的方向。 3.能够通过实验论证浓度、压强、温度对化学平衡的影响。 二、素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象如颜色变化、压强改变等判断化学平衡移动方向，从微观角度理解浓度、温度、压强对化学平衡影响的本质。 2.证据推理与模型认知：通过计算浓度商与平衡常数的大小关系，建立平衡移动判断模型，理解化学平衡移动原理。 3.科学探究与创新意识：通过设计并完成相关实验，探究浓度、压强、温度对化学平衡的影响，培养科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 1.浓度、压强和温度对化学平衡的影响； 2.勒夏特列原理。 二、教学难点 1.运用与的关系判断平衡移动方向，理解勒夏特列原理中“减弱”的含义。 本节教学内容出自沪教版2020选择性必修1第二章《化学反应的方向、限度和速率》中2.2《化学反应的限度》的课时2《化学平衡的移动》。化学反应的限度是化学学科中的重要理论之一，它对于理解化学反应的本质和规律具有关键作用。化学平衡的移动是在学生已经学习了化学平衡状态的基础上进行深入探究的内容，是对化学平衡知识的进一步拓展和应用，在教材体系中起到了承上启下的作用。 教材首先通过实际问题“如何提高平衡时原料的转化率”引入化学平衡移动的概念，激发学生的学习兴趣和探究欲望。接着从理论分析入手，介绍了用浓度商Q与平衡常数K的大小关系来判断化学平衡移动的方向，为后续研究影响化学平衡的因素奠定了基础。然后分别从浓度、压强、温度等方面详细探讨了影响化学平衡的因素，并结合典型范例进行分析，帮助学生理解和掌握相关知识。最后介绍了勒夏特列原理，使学生能够从更宏观的角度定性判断平衡移动的方向。教材内容编排逻辑清晰，注重理论与实践相结合，有助于培养学生的科学思维和分析问题、解决问题的能力。 教学对象是高二学生，经过之前的化学学习，学生已经掌握了一定的化学基础知识，如化学反应速率、化学平衡状态等概念，具备了一定的化学思维能力和实验探究能力。但对于化学平衡的移动这一抽象概念，学生理解起来可能存在一定的困难。 在思维方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要通过具体的实验现象和实例来理解抽象的化学原理。在学习影响化学平衡的因素时，学生可能能够记住结论，但对于其中的原理和本质理解不够深入。例如，在分析浓度、压强对化学平衡的影响时，学生可能只是机械地记住了平衡移动的方向，而不能从浓度商Q与平衡常数K的关系等本质层面进行理解。 此外，学生在实验探究能力和数据分析能力方面还有待提高。在进行实验论证时，学生可能不能准确地观察和记录实验现象，对实验数据的分析和处理也可能存在困难。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用直观的教学方法，如实验演示、图像分析等，帮助学生理解化学平衡移动的原理和影响因素。同时，要加强对学生实验探究能力和数据分析能力的培养，引导学生通过自主探究和合作交流来获取知识，提高学生的化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【展示化工生产数据】同学们，在工业生产中，合成氨是一个非常重要的反应，它对于农业和化工产业都有着巨大的影响。某温度下，在容积不变的密闭容器中氮气与氢气反应达到化学平衡，各物质的相关数据如下：氮气起始量为 5mol，氢气起始量为 15mol，氨气起始量为 0mol，达到平衡时，氮气为 3mol，氢气为 9mol，氨气为 4mol，此时氢气的转化率仅为 40%。大家想一想，在实际的工业生产中，如果原料的转化率这么低，会造成多大的资源浪费和成本增加呀！ 【提出问题引导思考】我们都知道，工业生产追求的是高效和低成本。那么现在平衡时原料的转化率不高，我们该如何提高呢？这就涉及到我们今天要学习的化学平衡的移动相关知识。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示合成氨工业中原料转化率低这一实际问题，让学生感受到化学知识在工业生产中的重要性，从而激发学生想要解决问题的兴趣和欲望，提高他们参与课堂的积极性。 2.联系实际生活：以合成氨工业为例，将抽象的化学平衡知识与实际的化工生产联系起来，使学生明白化学知识在实际生活中的广泛应用，让抽象的化学知识变得具体而有趣。 3.引发思考，导入新课：提出如何提高原料转化率的问题，自然地引出本节课要学习的化学平衡的移动这一主题，让学生带着问题去学习，明确学习目标，提高学习的主动性和针对性。 教学任务一 化学平衡的移动 活动一 引入化学平衡移动的概念 【引入】某温度下，在容积不变的密闭容器中与反应达到化学平衡，各物质的相关数据如下。各物质起始量分别为 5mol、 15mol、 0mol，化学平衡时各物质的量分别为 3mol、 9mol、 4mol，平衡时的转化率为40%。我们知道在这个反应里，平衡时原料的转化率不高，那么如何提高转化率呢？这就涉及到化学平衡的移动问题，下面我们来学习化学平衡的移动。 【设计意图】通过具体的合成氨反应平衡数据及转化率问题，引发学生思考如何提高转化率，从而自然地引出化学平衡移动的概念，激发学生的学习兴趣和探究欲望。 【问题】如何改变化学平衡状态呢？ 【学生思考】学生自主思考，尝试从已有的化学知识和经验出发，猜测可能改变化学平衡状态的因素。 【教师讲解】展示化学平衡移动的理论分析：当时，改变条件，经过一段时间，化学平衡会从原平衡状态转变为新平衡状态，这就是化学平衡的移动。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为浓度商，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。是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商与比较大小来判断。 【对应训练1】对于可逆反应，在一定温度下达到平衡，此时。若某时刻，则该反应( ) 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. 无法判断反应方向 【答案】A 【解析】根据浓度商与平衡常数的关系：时，反应向正反应方向进行；时，反应向逆反应方向进行；时，反应处于平衡状态。所以当，该反应向正反应方向进行，答案选A。 【对应训练2】在一定温度下，可逆反应达到平衡的标志是( ) A. B. C. 单位时间内生成，同时生成 D. 、、的分子数之比为 【答案】A 【解析】时，说明反应达到平衡状态，A正确；时，正逆反应速率不相等，反应未达到平衡，B错误；单位时间内生成，同时生成，都表示逆反应速率，不能说明正逆反应速率相等，C错误；、、的分子数之比为，不能说明各物质的浓度保持不变，不一定达到平衡状态，D错误。 活动二 研究影响化学平衡的因素——浓度 【问题】改变哪些反应条件可使，从而改变化学平衡状态呢？ 【学生思考】结合前面所学的浓度商和平衡常数的知识，思考可能改变的条件。 【教师讲解】平衡常数只与温度有关，；浓度商只与浓度有关，。所以改变温度会使发生改变，改变浓度会使发生改变。下面我们先研究浓度对化学平衡的影响。 【设计意图】引导学生从浓度商和平衡常数的影响因素出发，自主思考改变化学平衡状态的条件，培养学生的逻辑思维能力。通过逐步引导，聚焦到浓度对化学平衡的影响这一重点内容上。 【问题】若其他条件不变，仅增加反应物的浓度，化学平衡如何移动？ 【学生思考】学生根据浓度商的表达式，分析增加反应物浓度时的变化情况，进而推测化学平衡的移动方向。 【教师讲解】以可逆反应为例，当反应物浓度增大时，减小，使得，反应不再平衡，向正反应方向移动。例如合成氨的反应，当在反应体系内再增加氮气，使其浓度达到平衡时的2倍，即，其他物质的浓度保持不变，此时，，平衡向正反应方向移动。 【对应训练3】对于反应，在达到平衡后，向溶液中加入溶液，平衡将( ) A. 向正反应方向移动 B. 向逆反应方向移动 C. 不移动 D. 无法判断 【答案】A 【解析】加入溶液，浓度增大，根据浓度对化学平衡的影响，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，所以答案选A。 【教师讲解】下面我们通过一个典例来进一步理解浓度对化学平衡移动的影响。【典例】对于合成氨的反应，当反应达到平衡时，将生成的氨及时分离，平衡会怎样移动？请用与说明，并归纳浓度对化学平衡移动的影响。分离瞬间，浓度降低，生成物浓度减少，导致浓度商减小，此时，系统为抵消这种变化，平衡向正反应方向移动，以增加浓度，使趋近于。归纳总结：其他条件不变时，增大反应物的浓度（或减小生成物浓度），平衡向正反应方向移动；其他条件不变时，减小反应物的浓度（或增大生成物浓度），平衡向逆反应方向移动。同时要注意，固体或纯液体的浓度是常数，改变固体或纯液体的量并不影响、的大小，平衡不移动；“浓度对化学平衡移动的影响”中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中参加反应的离子的浓度；对于离子平衡体系，注意离子浓度的改变方式，排除不参与反应的离子的干扰；工业生产中，常通过适当增大廉价的反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动，可提高价格较高原料的转化率，从而降低生产成本。 【设计意图】通过具体的反应实例和典例分析，让学生深入理解浓度对化学平衡移动的影响规律，同时强调一些需要注意的事项，帮助学生全面、准确地掌握知识，并了解化学平衡移动原理在工业生产中的应用。 活动三 研究影响化学平衡的因素——压强 【引入】前面我们研究了浓度对化学平衡的影响，那么如果反应体系的压强发生变化，又会如何影响化学平衡呢？下面我们来进行探究。 【设计意图】在学习了浓度对化学平衡的影响后，自然地引出压强对化学平衡的影响这一内容，使知识的学习具有连贯性，激发学生进一步探究的兴趣。 【问题】对于反应，如果增大压强（缩小容积），各物质的浓度会如何变化？浓度商会如何变化？ 【学生思考】学生根据压强与浓度的关系，分析增大压强时各物质浓度的变化情况，再结合浓度商的表达式，推测浓度商的变化。 【教师讲解】进行理论分析：同温度下，容器容积为，压强为时，浓度为，浓度为，此时。当压缩容积至，压强变为，浓度变为，浓度变为，此时，，平衡向正反应方向移动。同理，当减小压强（增大容积），如压强变为，浓度变为，浓度变为，此时，，平衡向逆反应方向移动。 【学生实验】进行压强对化学平衡影响的实验，观察实验现象：增大压强，颜色先变深后变浅；减小压强，颜色先变浅后变深。 【教师讲解】对实验现象进行分析：增大压强，容积减小，物质浓度瞬间增大，颜色变深，随后平衡向正反应方向移动，浓度减小，颜色变浅；减小压强，容积增大，物质浓度瞬间减小，颜色变浅，随后平衡向逆反应方向移动，浓度增大，颜色变深。实验结论：其他条件不变时，增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动；其他条件不变时，减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。 【对应训练4】对于反应，当其他条件不变，减小或增大容器容积来改变压强时，化学平衡( ) A. 向正反应方向移动 B. 向逆反应方向移动 C. 不移动 D. 无法判断 【答案】C 【解析】该反应前后气体物质的总体积没有变化，根据压强对化学平衡的影响规律，对于反应前后气体体积不变的可逆反应，改变压强不能使化学平衡发生移动，所以答案选C。 【教师讲解】总结压强对化学平衡的影响：固态或液态物质的体积受压强影响很小，可以忽略不计，当平衡混合物中都是固态或液态物质时，改变压强后化学平衡一般不发生移动。压强改变对化学平衡的影响与反应前后气体分子数的变化有关，反应前后气体体积改变时，增大压强（减小容器的容积），平衡向气体分子总数减小的方向移动；减小压强（增大容器的容积），平衡向气体分子总数增大的方向移动；反应前后气体体积不变时，改变压强平衡不移动。 【设计意图】通过理论分析、实验探究和实例分析，让学生全面深入地理解压强对化学平衡的影响规律，培养学生的实验观察能力、分析推理能力和归纳总结能力。 活动四 勒夏特列原理及催化剂对化学平衡的影响 【引入】通过前面的学习，我们知道了浓度、压强和温度对化学平衡都有影响，那么这些影响有没有一个统一的规律呢？下面我们来学习勒夏特列原理。 【设计意图】在学习了多种因素对化学平衡的影响后，引出勒夏特列原理，帮助学生总结归纳这些影响的规律，使知识更加系统化。 【教师讲解】在一个已经达到平衡的反应中，如果改变影响平衡的条件之一，如温度、压强或参加反应的物质的浓度，平衡将向着能够削弱这种改变的方向移动，这就是平衡移动原理，也称勒夏特列原理。例如原平衡（）→升温到→减弱（降温）→向吸热方向移动→新平衡（温度介于之间）。勒夏特列原理的适用范围是所有的动态平衡，可用于定性判断平衡移动的方向，解释平衡移动造成的结果或现象等。平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变，但不能完全“消除”这种改变。 【问题】加入催化剂对化学平衡移动是否会有影响？ 【学生思考】学生根据催化剂的作用原理，思考催化剂对化学平衡移动的影响。 【教师讲解】催化剂可以同等程度地改变正、逆反应速率，因此对化学平衡的移动没有影响，但可以改变反应达到平衡所需的时间。催化剂既不影响值大小，也不能使变化，对于已达平衡状态的可逆反应始终保持，故平衡不移动。通过图像可以看到，加入正催化剂或负催化剂时，，只是反应速率改变，平衡不移动。 【对应训练5】下列关于勒夏特列原理的说法正确的是( ) A. 勒夏特列原理适用于所有的化学反应 B. 勒夏特列原理可以解释所有平衡移动的现象 C. 改变影响平衡的一个因素，平衡向能够消除这种改变的方向移动 D. 勒夏特列原理可以用于定性判断平衡移动的方向 【答案】D 【解析】勒夏特列原理适用于所有的动态平衡，并非所有化学反应，A错误；它不能解释所有平衡移动的现象，B错误；平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变，不能完全“消除”，C错误；勒夏特列原理可以用于定性判断平衡移动的方向，D正确。 【设计意图】通过讲解勒夏特列原理和催化剂对化学平衡的影响，完善学生对化学平衡移动的知识体系，让学生了解化学平衡移动的普遍规律和特殊情况，培养学生运用化学原理解决实际问题的能力。 第2课时 化学平衡的移动 一、化学平衡移动理论 1.浓度商Q o(Q=)（任意时刻） 2.与平衡常数K关系 o(Q = K)：平衡状态 o(Q < K)：向正反应方向进行 o(Q > K)：向逆反应方向进行 二、影响化学平衡的因素 （一）浓度 1.增大反应物或减小生成物浓度 o(Q < K)，平衡向正反应方向移动 2.减小反应物或增大生成物浓度 o(Q > K)，平衡向逆反应方向移动 3.注意事项 o固体或纯液体浓度为常数，改变其用量平衡不移动 o关注与反应有关的气体或溶液中离子浓度 o排除不参与反应离子干扰 o工业上增大廉价反应物浓度提高高价原料转化率 （二）压强（有气体参加反应） 1.反应前后气体体积改变 o增大压强（减小容积）：向气体分子总数减小方向移动 o减小压强（增大容积）：向气体分子总数增大方向移动 2.反应前后气体体积不变 o改变压强平衡不移动 （三）温度 1.升高温度 o向吸热反应方向移动 2.降低温度 o向放热反应方向移动 （四）催化剂 1.同等程度改变正逆反应速率 2.不影响平衡移动，只改变达到平衡时间 三、勒夏特列原理 1.内容 o改变影响平衡的一个因素，平衡向减弱这种改变方向移动 2.适用范围 o所有动态平衡 3.注意事项 o平衡移动结果只能减弱外界条件改变，不能完全消除 四、影响化学平衡因素归纳 因素 改变情况 平衡移动方向 浓度 增大反应物或减小生成物浓度 正反应方向 浓度 减小反应物或增大生成物浓度 逆反应方向 压强（气体体积改变） 增大压强 气体分子总数减小方向 压强（气体体积改变） 减小压强 气体分子总数增大方向 压强（气体体积不变） 改变压强 不移动 温度 升高温度 吸热反应方向 温度 降低温度 放热反应方向 催化剂 加入催化剂 不移动 1.对处于化学平衡的体系，由化学平衡与化学反应速率的关系可知() A. 化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动 B. 化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化 C. 正反应进行的程度大，正反应速率一定大 D. 改变压强，化学反应速率一定改变，平衡一定发生移动 【答案】B 【解析】A. 化学反应速率变化时，化学平衡不一定发生移动，例如使用催化剂同等程度改变正逆反应速率，平衡不移动，A选项错误；B. 化学平衡发生移动，说明正逆反应速率不再相等，所以化学反应速率一定变化，B选项正确；C. 正反应进行的程度大，与正反应速率大小没有必然联系，反应进行程度取决于平衡常数等因素，C选项错误；D. 对于反应前后气体体积不变的反应，改变压强，化学反应速率可能改变，但平衡不移动，D选项错误。答案选B。 2.下列叙述中，不能用勒夏特列原理解释的是() A. 红棕色的NO₂，加压后颜色先变深后变浅 B. 2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)，高压比常压有利于合成SO₃ C. 工业制取金属钾：Na(l)+KCl(l)⇌NaCl(l)+K(g)，选取适宜的温度，使K变成蒸气从反应混合物中分离出来 D. 加入催化剂有利于氨的合成 【答案】D 【解析】A. 加压时，体积减小，NO₂浓度增大，颜色先变深，随后平衡向生成N₂O₄的方向移动，颜色变浅，能用勒夏特列原理解释，A选项不符合题意；B. 该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，有利于合成SO₃，能用勒夏特列原理解释，B选项不符合题意；C. 使K变成蒸气从反应混合物中分离出来，减小了生成物K的浓度，平衡向正反应方向移动，有利于制取金属钾，能用勒夏特列原理解释，C选项不符合题意；D. 催化剂只能同等程度改变正逆反应速率，不能使平衡发生移动，所以加入催化剂有利于氨的合成不能用勒夏特列原理解释，D选项符合题意。答案选D。 3.已知:重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)具有强氧化性,其还原产物Cr³⁺在水溶液中呈绿色。在K₂Cr₂O₇溶液中存在下列平衡:Cr₂O₇²⁻(橙色)+H₂O⇌2CrO₄²⁻(黄色)+2H⁺。用K₂Cr₂O₇溶液进行如图所示实验，下列说法不正确的是() A. ①中溶液橙色加深，③中溶液变为黄色 B. ②中Cr₂O₇²⁻被C₂H₅OH还原 C. 对比②和④可知，K₂Cr₂O₇酸性溶液氧化性强 D. 若向④中加入70%H₂SO₄溶液至过量，溶液变为橙色 【答案】D 【解析】A. ①中加入硫酸，H⁺浓度增大，平衡逆向移动，Cr₂O₇²⁻浓度增大，溶液橙色加深；③中加入NaOH溶液，H⁺浓度减小，平衡正向移动，CrO₄²⁻浓度增大，溶液变为黄色，A选项正确；B. ②中乙醇具有还原性，能将Cr₂O₇²⁻还原为Cr³⁺，B选项正确；C. ②中溶液为酸性，Cr₂O₇²⁻能将乙醇氧化，④中溶液为碱性，Cr₂O₇²⁻氧化性减弱，对比可知K₂Cr₂O₇酸性溶液氧化性强，C选项正确；D. ④中加入70%H₂SO₄溶液至过量，H⁺浓度增大，平衡逆向移动，但由于溶液中存在大量的CrO₄²⁻，最终溶液不一定变为橙色，D选项错误。答案选D。 4.一定温度下，反应C(s)+H₂O(g)⇌CO(g)+H₂(g)在密闭容器中进行，一段时间后达到平衡，下列措施不能使平衡发生移动的是 () ①增加C的量 ②保持容器容积不变，充入N₂使体系压强增大 ③将容器的容积缩小一半 ④保持压强不变，充入N₂使容器容积变大 A. ①② B. ②③ C. ①④ D. ③④ 【答案】A 【解析】①C为固体，增加C的量，其浓度不变，平衡不移动；②保持容器容积不变，充入N₂使体系压强增大，但各物质的浓度不变，平衡不移动；③将容器的容积缩小一半，压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆向移动；④保持压强不变，充入N₂使容器容积变大，各物质的浓度减小，平衡向气体体积增大的方向移动，即正向移动。所以①②不能使平衡发生移动，答案选A。 5.丙烷氧化脱氢法制备丙烯的主要反应如下:C₃H₈(g)+1/2O₂(g) ⇌C₃H₆(g)+H₂O(g)ΔH=-118 kJ·mol⁻¹。在催化剂作用下，丙烷氧化脱氢除生成丙烯外，还生成CO、CO₂等物质。丙烷的转化率和丙烯的产率随温度变化关系如图所示。 （1）图中丙烷的转化率随温度升高而增大的原因可能是 ________。 （2）575°C时，丙烯的选择性为 _______。(丙烯的选择性=丙烯的物质的量/反应的丙烷的物质的量×100%) （3）基于本研究结果，能提高丙烯选择性的措施是_______ 。 【答案】（1）温度升高，反应速率加快(或催化剂的活性增强)；（2）51.5%；（3）选择相对较低的温度 【解析】（1）温度升高，反应速率加快，同时催化剂的活性可能增强，使丙烷的转化率随温度升高而增大；（2）由图可知，575°C时，丙烷的转化率为80%，丙烯的产率为41.2%，根据丙烯的选择性=丙烯的物质的量/反应的丙烷的物质的量×100%，可得丙烯的选择性=41.2%÷80%×100% = 51.5%；（3）由图可知，温度较低时，丙烯的选择性较高，所以能提高丙烯选择性的措施是选择相对较低的温度。 在本节课的教学中，通过理论分析和实验论证相结合的方式，让学生理解了浓度、压强、温度和催化剂对化学平衡的影响，以及勒夏特列原理。从学生课堂表现来看，对于浓度和压强对平衡影响的理论分析接受较好，但在压强对平衡影响的实验理解上存在一定困难，后续可增加更多直观的实验演示或动画模拟帮助理解。在讲解勒夏特列原理时，学生对“减弱”的含义理解不够深刻，需要在练习中进一步强化。此外，课堂时间把控不够精准，导致部分典型例题讲解稍显仓促。在今后教学中，要优化教学环节，合理安排时间，提高教学效果。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$