第二单元 化学反应的方向与限度 第3课时（教学设计）化学苏教版2019选择性必修1

第二单元 化学反应的方向与限度 第3课时 化学平衡常数 一、知识目标 1.明确化学平衡常数的含义，能够准确书写化学平衡常数表达式，并运用其进行简单计算。 2.熟练书写不同可逆反应的平衡常数表达式，运用化学平衡常数判断反应进行的程度。 3.理解化学平衡转化率的定义、表示方法和意义，掌握化学平衡相关计算的思路和三段式法。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识化学平衡状态下各物质浓度的关系，从微观角度理解化学平衡常数的本质，建立起宏观现象与微观本质之间的联系。 2.证据推理与模型认知：通过对实验数据的分析和归纳，建立化学平衡常数和转化率的计算模型，培养严谨、科学的态度和数据分析能力。 3.科学态度与社会责任：认识化学平衡常数在工业生产中的重要意义，增强运用化学知识服务社会、提高生产效益的责任意识。 一、教学重点 1.化学平衡常数的概念、表达式、意义及影响因素 2.化学平衡转化率的计算 3.化学平衡相关计算的三段式法。 二、教学难点 1.化学平衡常数的应用，如判断反应进行的程度、反应的热效应 2. 化学平衡相关计算中未知数的设定和三段式法的灵活运用。 本节教学内容源于苏教版（2019 年版）高中化学选择性必修 1 专题 2 第二单元第 3 课时《化学平衡常数》。化学平衡常数是化学反应原理的重要组成部分，它是在学生学习了化学反应速率、化学平衡状态等知识的基础上展开的，是对化学平衡内容的定量研究，对于深入理解化学反应的限度和方向具有重要意义，在整个化学学习体系中起着承上启下的作用。 教材首先通过二氧化氮与四氧化二氮相互转化的实验数据，引导学生探究平衡时反应物和生成物物质的量浓度之间的关系，进而引出化学平衡常数的概念和表达式。接着介绍了化学平衡常数的意义、影响因素以及应用，并通过具体的例题和练习，让学生掌握化学平衡常数的计算和应用。最后引入化学平衡转化率的概念，进一步深化学生对化学平衡的理解。教材内容编排由浅入深，注重理论与实践相结合，有助于培养学生的科学思维和探究能力。 教学对象是高二学生，他们在之前的学习中已经掌握了化学反应速率和化学平衡状态的相关知识，具备了一定的化学基础和思维能力。但从认知水平来看，学生对于化学平衡的理解还停留在定性阶段，缺乏对化学平衡的定量认识，对于化学平衡常数这一抽象概念的理解可能存在一定的困难。 在思维方式上，高二学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们需要更多的实例和直观的演示来帮助理解抽象的化学概念。同时，学生在分析和解决化学问题时，可能还缺乏系统性和逻辑性，需要教师在教学过程中加以引导和训练。 此外，学生在学习过程中可能会出现畏难情绪，对化学平衡常数的计算和应用存在一定的恐惧心理。因此，在教学过程中，教师应充分考虑学生的实际情况，采用多样化的教学方法，如实验探究、案例分析等，帮助学生理解化学平衡常数的概念和应用，培养学生的学习兴趣和自信心。同时，要注重引导学生进行总结归纳，形成系统的知识体系，提高学生分析和解决问题的能力。 教学环节一 新课导入 【化工生产】同学们，在化工生产领域，有一个非常重要的反应——合成氨反应，也就是 N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)。氨气是制造化肥、硝酸等重要化工产品的原料。在实际生产中，工程师们面临着一个难题：如何知道在一定条件下，投入的氮气和氢气有多少转化成了氨气呢？反应物和生成物的浓度之间又存在着怎样的定量关系呢？如果能解决这些问题，就能大大提高生产效率，降低成本。 【学生思考】大家不妨想一想，如果我们能找到一种方法来准确描述这个可逆反应达到平衡时反应物和生成物的浓度关系，是不是就能更好地控制生产过程了呢？就好像我们掌握了一把钥匙，能够打开高效生产的大门。那么，这种神奇的方法到底存不存在呢？接下来，就让我们一起去探索这个未知的领域。 设计意图 1.激发学生兴趣：以化工生产中至关重要的合成氨反应为例，让学生了解化学知识在实际生产中的重要应用，使抽象的化学概念与实际生活紧密联系，从而激发学生的学习兴趣和探索欲望。 2.明确学习目标：通过提出实际生产中的问题，如反应物的转化量和浓度定量关系，让学生清楚地认识到本节课的学习目标和意义，即寻找解决这些问题的方法，提高学生学习的针对性和主动性。 3.引发思考，导入新课：以问题引导学生思考，自然地过渡到本节课关于化学平衡常数的学习，使学生带着问题和好奇心进入新知识的学习，为后续的教学活动奠定良好的基础。 教学环节二 化学平衡常数 活动一：认识化学平衡常数 【引入】同学们，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，有多少反应物转化成了生成物？反应物和生成物的浓度之间又有怎样的定量关系？化学平衡状态是在一定条件下可逆反应进行的最大限度。下面我们就通过二氧化氮、四氧化二氮的相互转化这个可逆反应来探究一下。 【问题】请同学们根据表中二氧化氮、四氧化二氮相互转化的起始浓度和平衡浓度数据，填写空格，并总结归纳平衡时反应物和生成物的物质的量浓度之间的关系。 【学生思考】学生计算并填写表格中平衡时浓度关系的空格，然后小组讨论总结规律。 【教师引导】教师巡视各小组讨论情况，适时给予指导。 【学生回答】学生代表发言，指出在25℃，不同起始浓度，反应平衡后的c (N2O4) /c2(NO2) 近似相等。。 【教师讲解】大量实验事实表明，对于一般的可逆反应(aA + bB cC + dD)，在一定温度下，无论反应物的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，将各物质的物质的量浓度代入表达式，得到的结果是一个定值。我们把这个定值称为该反应的化学平衡常数，简称平衡常数。接着讲解平衡常数的概念和表达式，强调表达式中各物质浓度是平衡浓度。 设计意图 通过具体的可逆反应数据让学生自主探究，培养学生的数据处理和分析归纳能力，从而引出化学平衡常数的概念，使学生对平衡常数有更直观的认识。 活动二：平衡常数的意义 【引入】我们已经知道了化学平衡常数的概念和表达式，那么平衡常数有什么意义呢？下面我们通过一些具体的反应来分析。 【问题】展示卤化氢生成反应的平衡常数表格，让学生分析(K)值有怎样的变化规律，哪个反应进行得最为完全？ 【学生思考】学生观察表格数据，分析(K)值变化与反应进行程度的关系。 【学生回答】学生回答(K)值从上到下依次减小，反应进行的程度也依次减小，生成氟化氢的反应进行得最为完全。 【教师讲解】总结平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度，(K)值越大，表示反应进行得越完全；(K)值越小，表示反应进行得越不完全。一般地，(K > 105)时，认为该反应进行得就基本完全了；当(K < 10-5})时，该正反应很难发生。同时指出平衡常数的大小与反应中物质的性质有关。 设计意图 通过具体反应的平衡常数数据，让学生直观地认识到平衡常数与反应进行程度的关系，培养学生的数据分析能力和归纳总结能力。 活动三：平衡常数的应用 【引入】我们了解了平衡常数的概念、意义和影响因素，那么平衡常数在实际中有哪些应用呢？ 【问题】给出:H2(g)+I2(g)⇋2HI(g)(H < 0)的平衡常数与温度的关系表格，让学生分析温度对平衡常数的影响以及如何判断反应的热效应。 【学生思考】学生观察表格数据，分析温度升高时平衡常数的变化情况，思考判断反应热效应的方法。 【学生回答】学生回答放热反应温度升高，(K)值减小；吸热反应温度升高，(K)值增大。 【教师讲解】总结根据平衡常数随温度的变化判断反应热效应的方法，即若升高温度，(K)增大，正反应是吸热反应；若升高温度，(K)减小，正反应是放热反应。同时强调使用平衡常数时的注意事项。 设计意图 通过具体反应的平衡常数与温度关系表格，让学生掌握利用平衡常数判断反应热效应的方法，培养学生的知识应用能力。 活动四：典例精讲 【展示题目】例1．下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A．温度一定，一个化学反应的平衡常数不是一个常数 B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变 C．温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为相反数 D．温度变化时，一个化学反应的平衡常数一定发生变化 【学生回答】D　 【讲解】K是温度的函数，平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数，如H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K正＝，K逆＝，所以K正＝。 【展示题目】例2.一定温度下，已知反应：①H2(g)＋S(s)H2S(g)　K1，②S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2，则相同温度下，反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)的平衡常数K等于(　　) A．K1＋K2 B．K1－K2 C．K1·K2 D． 【学生回答】D 【讲解】由①－②可得反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)，K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。 【展示题目】例3.在一定温度下，下列反应的化学平衡常数如下： ①2NO(g)N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030 ②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)　K2＝2×1081 ③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92 下列有关说法正确的是 (　　) A．该温度下，反应①的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2) B．该温度下，反应2H2O(g)2H2(g)＋O2(g)的平衡常数的数值约为5×10－80 C．该温度下，NO、H2O、CO2产生O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2 D．以上说法都不正确 【学生回答】C 【讲解】由化学平衡常数定义可知K1＝，A项错误；该温度下，水分解反应的平衡常数为＝＝5×10－82，B项错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数分别为1×1030、5×10－82、4×10－92，所以产生O2的倾向：NO>H2O>CO2，C项正确，D项错误。 设计意图 通过举例和讲解，帮助学生理解概念，以及它们之间的关系。对应训练可以及时巩固学生所学知识，加深对化学平衡常数的理解。 教学环节三 化学平衡转化率 活动一 化学平衡转化率 【引入】我们已经知道了化学平衡常数和转化率的概念，那么它们之间有什么关系呢？ 【问题】展示不同反应的平衡常数和反应物转化率的相关数据，让学生分析平衡常数与转化率的关系。 【学生思考】学生观察数据，分析(K)值大小与反应物转化率的关系。 【学生回答】学生回答(K)越大，正反应进行的程度越大，平衡时反应物的转化率越大；(K)越小，正反应进行的程度越小，平衡时反应物的转化率越小。 【教师讲解】总结平衡常数与转化率的关系，同时指出多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。强调在一定温度下，一个具体的化学反应，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同。 设计意图 通过具体数据让学生探究平衡常数与转化率的关系，加深对两者概念的理解和应用。 活动二 化学平衡转化率的计算 【引入】我们了解了转化率的概念和平衡常数与转化率的关系，下面我们通过具体的例题来学习化学平衡转化率的计算。 【问题】展示例题：工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算： (1)该条件下N2的平衡转化率为________。 (2)该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为________。 【学生思考】学生分析题目，思考解题思路，设未知数并列出三段式。 【教师引导】教师引导学生确定起始量、变化量和平衡量之间的关系，指导学生正确列出三段式。 【学生解答】学生根据三段式进行计算转化率。 解析：设平衡时N2转化的物质的量浓度为x mol·L－1，根据“三段式”分析： 　　　　　　　　　N2　＋　 3H22NH3 起始浓度/(mol·L－1)　0.3　　 　0.8　　　0 转化浓度/(mol·L－1)　 x　　　　3x　 　 2x 平衡浓度/(mol·L－1)　0.3－x 　 0.8－3x　2x 所以＝，解得x＝0.2， N2的转化率为×100%≈66.7%。 反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数 K＝＝＝0.005。 答案：(1)66.7%　(2)0.005 【教师讲解】讲解解题的关键步骤和方法，强调注意事项。 巧设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。 确定三个量：根据反应物、生成物及变化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量列表。 解题设问题：明确“始”、“转”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。 设计意图 通过具体例题让学生掌握化学平衡转化率的计算方法，培养学生的解题能力和应用知识的能力。 活动三 典例精讲 【展示题目】例1.某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数为(　　) A．3.2×103　　　　　　　 B．1.6×103 C．8.0×102 D．4.0×102 【学生回答】K＝3.2×103 【讲解】 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) c(始)/(mol·L－1)　　　0　　　　0　　　　0.05 c(变)/(mol·L－1)　　0.01　　　0.005　 　 0.01 c(平)/(mol·L－1)　　0.01　　　0.005　 　 0.04 K＝3.2×103。 【展示题目】例2.已知CO与H2O(g)的反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)。在427 ℃时的平衡常数是9.0。如果反应开始时，CO和H2O(g)的浓度均为0.01 mol·L－1，计算CO在此反应条件下的转化率。 【学生回答】CO在此反应条件下的转化率为75%。 【讲解】解析：设此条件下CO的转化浓度为x mol·L－1。 　　　　　 　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 起始/(mol·L－1)0.01 　 0.01　　　　0　　　　0 转化/(mol·L－1) x　　　 x　　　　　x　　　　x 平衡/(mol·L－1) 0.01－x　0.01－x　　x　　　　x 则：K＝＝9.0，解得x＝， 则CO的转化率为×100%＝75%。 答案：CO在此反应条件下的转化率为75%。 设计意图 通过对应训练，巩固学生对化学平衡常数和转化率的理解。 第3课时 化学平衡常数 一、化学平衡常数 1.意义 化学平衡常数的大小能说明反应进行的程度(也叫反应限度)。K值越大，表示反应进行得越完全；K值越小，表示反应进行得越不完全。一般来说，当K>105时，通常认为反应基本完全。 2.影响因素 K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关。 3.平衡常数的应用 ①判断可逆反应进行程度的大小 ②判断反应的热效应 a．升高温度 b．降低温度 二、平衡转化率 (1)含义：平衡时已转化了的某反应物的量与转化前(初始时)该反应物的量之比。 (2)表达式 对于可逆反应：aA＋bBcC＋dD αA＝×100% ＝×100% αA＝×100% ＝×100%。 三、化学平衡常数的相关计算 1.下列关于化学平衡常数的说法正确的是(　　) A.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值 B.由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的限度 C.化学平衡常数K与温度、反应物浓度、体系的压强都有关 D.当改变反应物的浓度时,化学平衡常数一定会发生改变 2.写出下表中各反应的平衡常数表达式,总结书写平衡常数表达式的注意事项。 序号 化学方程式 平衡常数表达式 ① 2NO2N2O4 ② NO2N2O4 ③ 2Fe3++Fe3Fe2+ ④ Br2+H2OH++Br-+HBrO 　 3.已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1,N2(g)+H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2, NH3(g)N2(g)+H2(g)的平衡常数为K3,试写出下列关系式。 K1和K2的关系式:　　　　　　;K2和K3的关系式:　　　　　　;K1和K3的关系式:　　　　　　。 在本次教学中，通过实例引导学生理解化学平衡常数和转化率的概念，学生对平衡常数的表达式和意义掌握较好，但在运用其进行复杂计算时仍存在困难。在讲解影响平衡常数的因素时，部分学生对温度的影响理解不够深入。在今后的教学中，应增加更多有针对性的练习，强化学生的计算能力。同时，利用更多的实验或图表辅助教学，帮助学生更好地理解抽象概念。此外，要更加关注学生的反馈，及时调整教学节奏和方法，以提高教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $