資源簡介

“化學平衡常數”教學設計
1．教學目標
基于對學生已有認知水平、教學內容特點和課程標準要求的綜合考慮，將“化學平衡常數”課時設計的邏輯定位為：證據推理——構建模型——應用模型。三個板塊呈遞進式關系，注重發展學生的證據推理能力、科學探究意識和在陌生情境中解決問題的能力。由此，將“化學平衡常數”板塊的任務設計如下圖：
根據板塊任務的設計，將教學目標確定如下：
（1）通過對各種數據資料的分析和處理，獲得證據，建立對平衡常數的認識過程，探討化學平衡常數與濃度熵的關系，及化學平衡常數的影響因素，建構化學平衡常數認識模型；
（2）通過基于化學平衡常數模型，利用Qc和K的關系分析和預測化學反應的進行程度及方向，認識到平衡常數的意義，形成定性與定量結合認識和分析化學反應的思維；
（3）通過課堂小組活動多角度綜合考慮，討論提高工業合成氨反應轉化率的方案，形成綠色化學思想，從中體會到理論對實踐的指導作用，提升綜合應用化學知識解決實際問題的能力。
2．評價目標
（1）通過對數據的觀察和分析，探討化學平衡常數和平衡體系中各物質組成濃度的關系，體會化學平衡常數的影響因素，診斷并發展學生探究概念的思維水平；
（2）通過對數據的觀察和分析，建立對平衡常數的認識過程，歸納化學平衡常數和濃度熵的概念，推導平衡常數表達式，診斷并發展認識思路結構化水平；
（3）通過分析和預測化學反應的進行程度和方向，診斷并發展學生對化學反應的認識角度和對化學反應的探究水平；
（4）通過分析討論提高工業合成氨反應的轉化率，診斷并發展學生問題解決能力及化學價值認識水平。
3．教學流程
表 “化學平衡常數”課時教學流程
學習任務 學習活動 素養功能及水平 評價角度 評價水平
任務一、觀察數據，探討平衡狀態下，反應體系中各物質濃度的關系，及其影響因素； 活動一、觀察書本數據，分析化學平衡時，反應中各物質濃度的關系； 證據推理 （水平3） 探究思維 基于概念理解水平、基于推理和實驗水平
活動二、觀察和比較所給數據，分析探討平衡常數與溫度的關系；
任務二、建立“化學平衡常數”、“濃度熵”的概念，推導平衡常數表達式； 活動三、觀察和分析數據，歸納化學平衡常數和濃度熵的概念； 模型構建 （水平3） 思路結構化 孤立水平、 系統水平
活動四、結合具體反應實例，推導化學平衡常數的表達式，歸納其書寫規則；
任務三、分析和預測化學反應的狀態和方向； 活動五、結合數據，探討分析工業制備氫氣反應的狀態，預測反應的方向； 變化觀念與平衡思想 （水平4） 認識角度 單角度、多角度
任務四、計算工業合成氨產率，討論優化反應條件提高轉化率的方案； 活動六、計算工業合成氨反應轉化率，多角度分析提高產率的方案； 科學態度與社會責任 （水平4） 問題解決 簡單實際問題、綜合實際問題
活動七、結合活動六，談談化學平衡常數的意義和價值。 化學價值 學科價值、社會價值、學科和社會價值
4．教學過程
[引入新課]在前面的學習中，我們學了化學平衡狀態，知道可逆反應都存在一定的限度。那在實際生產中，例如合成氨工業中，我們有沒有科學有效的方法能夠定量判斷說明反應的限度？如何科學預估合成氨的產量？
[學習任務一]探討化學平衡常數及其影響因素；
[評價任務一]診斷并發展學生探究新知的思維水平；
[過渡]在一定溫度下，達到平衡狀態后，體系中反應物濃度與生成物濃度之間有什么關系呢？
[引導]請大家帶著問題閱讀書本31頁表2-1，分工合作，分析、處理數據，根據表中數據分析回答問題。
[提問]通過對數據進行分析，同學們發現了什么規律？得出什么結論？
[學生]通過對表中數據進行分析，發現在一定溫度下，對于H2和I2的反應，無論起始濃度如何，反應達到平衡時，反應物濃度系數次冪的乘積與生成物系數次冪的乘積之比為一個常數。
[設計意圖]基于數據尋找規律，推理分析得出結論，體會濃度數據作為表征平衡狀態的指標，具有易測量、可追蹤的特點。引導學生認識化學平衡常數的含義，發展學生證據推理思想，培養獲取和處理信息的能力。
[提問]這個平衡常數K與什么因素有關？
[過渡]讓我們通過數據來說明問題。
資料： 表1
反應 H2(g)+I2(g) 2HI(g) △H＜0　
T(K) 623 698 763
K 66.9 54.4 45.9
表2
反應 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H＞0　
T(K) 800 1000 1200
K 1.0 1.7 2.6
[提問]通過表中數據，你能發現什么規律？得出什么結論？
[結論]平衡常數的大小和溫度有關：對于吸熱反應，隨著溫度升高，K增大；對于放熱反應，隨著溫度升高，K減小。
[設計意圖]讓學生通過對比分析兩組數據，發現平衡常數的變化規律，得出結論。診斷和進一步強化學生的證據推理能力。
[學習任務二]構建化學平衡常數和濃度熵的概念，推導其表達式；
[評價任務二]診斷并發展認識思路結構化水平；
[提問]通過對表1表2中數據的分析，你認為常數K的大小代表了什么含義？
[引導]回顧平衡建立過程中濃度的變化。
[總結]化學平衡常數是表征反應限度的物理量，K值越大，說明平衡體系中生成物所占的比例越大，正反應進行的程度越大，即該反應進行得越完全，平衡時反應物的轉化率越大；反之，K越小，該反應進行得越不完全，平衡時反應物的轉化率越小。K值只受溫度的影響，而與濃度無關。
[設計意圖]診斷學生通過前面的推理分析過程對平衡常數概念的理解程度，促進事實性認識轉變為概念認識，發展學生抽象概括的能力。
[提問]如何表示下列反應的平衡常數？請同學們寫出表達式，小組展示。
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
Fe2O3(s)+ CO(g) Fe(s) + CO2(g)
Cr2O72-+ H2O 2CrO42- + 2H+
N2O4(g) 2NO2(g)和2NO2(g) N2O4(g)
提示：固體和液體純物質的濃度為常數，一般不列入濃度熵和平衡常數。
[提問]你能否用一個通式來表示？表達式在書寫時應注意哪些問題？
[總結]對一定溫度下某反應：mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)
任意時刻，濃度熵 平衡時，
書寫規則：當有固體或純液體參與反應時，因其濃度為常數，反應過程中不變，因此不列入平衡表達式中；同一反應，系數不同，K不同。
[教師]當化學反應中有關物質的濃度熵等于平衡常數時，表明反應達到限度，即達到化學平衡狀態。
[設計意圖]由問題引發新問題，經過充分的交流討論得出結論，再進一步歸納平衡常數表達式，從而促進認識思路結構化。
[學習任務三]分析和預測化學反應的狀態和方向；
[評價任務三]通過對分析和預測化學反應進行的方向，診斷并發展學生對化學反應的認識角度和對化學反應的探究水平；
[資料]工業制備氫氣反應：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，已知800℃時，K=1。
表3
反應 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
序號 某時刻濃度(mol/L)
c(CO) c(H2O) c(CO2) c(H2)
1 0.3 0.5 0.4 0.6
2 0.3 1.0 0.5 0.6
3 0.8 1.6 0.7 1.7
[提問]表格中的3組濃度所對應的反應是否處于平衡狀態？如果不是，反應將會向哪個方向進行呢？你判斷的依據是什么？
[講解]在我們的生產生活中，很多時候我們無法憑借肉眼來準確判斷某一時刻反應的狀態，所以我們需要借助準確的數據，進行定量分析比較。定量分析需要有對比的標準，因此，我們引入了相對的概念——濃度商5Q。Q表示任意時刻生成物與反應物濃度的相對關系，以K作為化學平衡狀態的標準值。這樣，我們就可以通過比較Q與K，判斷反應的狀態，從而預測反應的方向。
[總結]反應方向的判斷：
Q＞K，未平衡，逆向進行
Q＝K，平衡狀態
Q＜K，未平衡，正向進行
[設計意圖]通過應用平衡常數定量分析和判斷反應進行的方向，體會平衡常數的應用，診斷和發展學生認識和探究化學反應的角度和水平。
[學習任務四]計算工業合成氨的產率，討論如何優化反應條件提高轉化率。
[評價任務四]通過對工業合成氨生產效率的討論，診斷并發展學生問題解決水平及對化學價值的認識水平。
[資料]工業合成氨生產投料數據。
[提問]請大家計算下H2的轉化率是多少？
[多媒體]工業合成氨簡易流程
[提問]如果想要進一步提高合成氨的產量，我們可以采取什么措施？除了從反應原理本身來思考，還可以從哪些方面改進呢？
[設計意圖]通過設置緊扣生產、生活的問題，診斷和發展學生實際問題解決的思路和水平。
[總結]根據平衡常數，可以科學計算出轉化率，科學預估產量，預測原料用量。另外，還可以通過改進生產設備和生產流程，在生產時及時分離產物NH3，讓原料H2和N2循環利用，提高原料利用率，實現原料的高效利用。
[暢所欲言]請大家談談你們對平衡常數隨工業生產生活價值的認識，通過對工業合成氨的認識，你有什么感悟？
[設計意圖]教師向學生呈現合成氨的簡易流程圖，再組織討論，由同學們進一步補充意見，逐步發展學生問題解決的思路和水平，以及提升學生的社會責任感

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