資源簡介

第二節(jié)化學平衡教學設計
一、單元教學整體分析
課標要求
內容要求：
認識化學平衡常數(shù)是表征反應限度的物理量，知道化學平衡常數(shù)的含義。了解濃度商和化學平衡常數(shù)的相對大小與反應方向間的聯(lián)系。通過實驗探究，了解濃度、壓強、溫度對化學平衡狀態(tài)的影響。
學業(yè)要求：
1、能書寫平衡常數(shù)表達式，能進行平衡常 數(shù)、轉化率的簡單計算，能利用平衡常數(shù)和濃度商的關系判斷化學反應是否達到平衡及平衡移動的方向。
2、能運用濃度、壓強、溫度對化學平衡的影響規(guī)律，推測平衡移動方向及濃度、轉化率等相關物理量的變化，能討論化學反應條件的選擇和優(yōu)化。
2．教材分析
在內容順序的編排上，2019 版人教版和魯科版教材編排思路有所不同。一方面，人教版先學化學反應速率再學習化學平衡，魯科版剛好相反，而化學平衡的建構和移動需要從化學反應速率的角度進行分析;另一方面，魯科版將化學平衡狀態(tài)的特征弱化處理，單獨將平衡轉化率設計為一個課時的內容。其實可以將轉化率的計算、三段式的學習融人化學反應速率單元的學習，這樣平衡轉化率的計算不用單獨占用一個課時。
因此人教版的編排順序更符合學情。基于人教版教材的內容排布順序，先探究化學平衡狀態(tài)及其特征，再探究化學平衡常數(shù)概念、意義和應用，最后探究影響化學反應平衡的因素，同時融入魯科版中強調化學平衡常數(shù)的意義、平衡常數(shù)與方程式的對應關系、整合兩本教材的資源優(yōu)勢，更加符合學生認知規(guī)律。
由于本單元內容的學習是由淺人深、由表及里的過程，因此將本單元的學習大情境設計為“從空氣到面包---工業(yè)合成氨”，吸引學生學習興趣的同時，也讓學生體驗到自然科學規(guī)律的邏輯意識。單元共設計4個課時，分別圍繞化學平衡狀態(tài)的概念與特征、化學平衡常數(shù)及應用、化學平衡的影響因素三個內容展開數(shù)學設計，逐步揭開化學平衡的真實面紗。
3．教學現(xiàn)狀分析
（1）學情分析
在第一節(jié)的教學中，我們從動力學的角度研究了化學反應速率。本節(jié)從熱力學的角度研究化學平衡及其影響因素。在內容的設計上緊緊圍繞化學平衡這條線索展開。在學生已經有了化學學反應限度基本認識的前提下，本節(jié)引言部分直接指出，在科學研究和化工生產中，只考慮化學反應速率是不夠的，提示學生還需要考慮化學反應進行的程度，即化學平衡問題，明確學習化學平衡的意義。
文獻分析
莊嚴指出基于化學學科理解的 “素養(yǎng)為本”的課堂教學，不僅僅要重視知識的本原性理解和知識的實際應用價值，還應重視具有內容特質的學科思維方式的培養(yǎng)。他們成立了由學科專家、學科教育專家、教研員和一線 教師組成的課題組，基于化學學科理解理論，以“物質轉化程度的定量探究”為課例，進行了 “素養(yǎng)為本”化學平衡常數(shù)教學的實踐研究。
鄭少鑫指出核心素養(yǎng)不是由教師教出來的，而是在問題情境中借助問題解決的實踐培育起來的。素養(yǎng)導向下的大單元教學設計強調創(chuàng)設真實的問題情境，讓化學回歸生活，讓學生感受化學知識在解決生活實際問題中的價值。
張麗指出平衡常數(shù)是化學平衡教學中的核心概念，具有促進平衡知識 結構化和解決分析平衡問題思路方法的功能。
4．教學目標與評價目標
單元整體教學目標 課時教學目標 評價目標
（1）認識化學平衡狀態(tài)，知道化學平衡常數(shù)的含義，能書寫化學平衡常數(shù)表達式并進行簡單計算；能利用平衡常數(shù)和濃度商的關系判斷化學反應是否達到平衡及平衡移動的方向，提升從定量的角度分析化學反應的能力。 （2）通過實驗探究，理解溫度、濃度、壓強等對化學平衡狀態(tài)的影響，進一步構建“化學變化是有條件的”這一學科觀念。 （3）理解勒夏特列原理，能依據(jù)原理分析平衡移動的方向，體會理論對實踐的指導作用。 課時1 1.熟知化學平衡狀態(tài)的特征，建立化學平衡狀態(tài)判斷方法的思維模型。 2.通過化學平衡狀態(tài)時的濃度數(shù)據(jù)分析，認識化學平衡常數(shù)的概念。 課時2 1.認識化學平衡常數(shù)的意義 2.構建化學平衡常數(shù)相關計算的思維模型(三段式法)，理清計算的思路，靈活解答各類問題。 課時3 1.從變化的角度認識化學平衡的移動，即可逆反應達到平衡后，濃度、壓強改變，平衡將會發(fā)生移動而建立新的平衡。 2.從Q與K的關系及濃度、壓強對可逆反應速率的影響，分析理解化學平衡的移動。 3.通過實驗論證說明濃度、壓強的改變對化學平衡移動的影響。 課時4 1.從變化的角度認識化學平衡的移動，即可逆反應達到平衡后，溫度改變，平衡將會發(fā)生移動而建立新的平衡。2.通過實驗論證說明溫度、催化劑的改變對化學平衡移動的影響，構建分析判斷化學平衡移動方向的思維模型(勒夏特列原理)。 1.通過對化學平衡狀態(tài)特征的分析和判斷，診斷并發(fā)展學生對化學平衡狀態(tài)的認識進階 2.通過對化學平衡常數(shù)的概念、意義及相關數(shù)據(jù)的討論與點評，診斷并發(fā)展學生對化學平衡常數(shù)的認識水平 3.通過對影響化學平衡移動因素的實驗方案的討論與點評，診斷并發(fā)展學生對化學平衡影響因素的實驗探究設計的水平。
教學重、難點
1、化學平衡常數(shù)，判斷化學平衡移動的方向
2、反應條件對化學平衡的影響，對勒夏特列原理的理解
二、單元教學結構設計
《化學平衡》
基于教學評一致性的大單元整體教學
課時 情境線 任務線 知識線 素養(yǎng)線 評價線
課時1 工業(yè)合成氨 從定性和定量角度認識物質轉化的程度 化學平衡狀態(tài)的概念、特征和判斷依據(jù)。 化學平衡常數(shù)的概念 證據(jù)推理與模型認知 科學態(tài)度與社會責任 在宏微結合下，培養(yǎng)學生的類比能力和演繹推理能力
課時2 工業(yè)合成氨 從定量角度再次認識物質轉化的程度 通過分析改變Q、K對物質轉化程度的影響，形成改變物質轉化程度的認識視角何一般思路 宏觀辨識與微觀探析 變化觀念與平衡思想 在數(shù)據(jù)分析和處理中，培養(yǎng)學生對比分析能力和數(shù)據(jù)處理能力
課時3 工業(yè)合成氨 探究濃度、壓強對化學平衡的影響 --基于Q、K對比視角 濃度、壓強外界因素對反應平衡的影響及其原因 變化觀念與平衡思想 科學探究與創(chuàng)新意識 在實驗探究中培養(yǎng)學生科學探究能力，演繹推理和系統(tǒng)假設的能力。
課時4 工業(yè)合成氨 探究溫度對化學平衡的影響 --基于Q、K對比視角 溫度、催化劑、外界因素對反應平衡的影響及其原因 變化觀念與平衡思想 科學探究與創(chuàng)新意識 在實驗探究中培養(yǎng)學生科學探究能力，演繹推理和系統(tǒng)假設的能力。
第一課時：化學平衡狀態(tài)——從定性和定量角度認識物質轉化的程度
環(huán)節(jié)一：從定性的角度認識化學平衡狀態(tài)
【引入新課】弗里茨·哈伯，他成功從空氣中制造出了氨，一舉解決了農業(yè)肥的困境，被人們譽為“從空氣中制造面包”的科學家，以一己之力養(yǎng)活全人類。工業(yè)生產中，只考慮化學反應速率是不夠的還有考慮物質的轉化率。從合成氨的反應中學，同學們能想到什么嗎？
【生1】合成氨反應是一個可逆反應，反應有限度，即反應不能進行徹底。
【師】化學平衡這節(jié)書，我們將從以下四個課時學習：課時1，化學平衡狀態(tài)——從定性和定量角度認識物質轉化的程度 ；課時2，化學平衡常數(shù)——從定量角度再次認識物質轉化的程度 ；課時3，探究濃度、壓強對化學平衡的影響--基于Q、K對比視角；課時4，探究溫度對化學平衡的影響--基于Q、K對比視角；
【學生活動1】某溫度下，在容積為1L的密閉容器中，氮氣與氫氣反應足夠長時間后，t1時各物質的量不再改變，數(shù)據(jù)如下。
各物質的起始量/mol t1時各物質的量/mol
N2 H2 NH3 N2 H2 NH3
5 16 0 4.8 15.4 0.4
請回答以下問題
（1）根據(jù)上述數(shù)據(jù)畫出濃度-時間圖
濃度-c
0 時間-t
（2）計算平衡時N2的轉化率
【思考】反應容器里，各物質的量濃度如何變化？混合氣體的密度如何變化？混合氣體的平均相對分子質量如何變化？
【生】從混合氣體的密度、混合氣體的平均相對分子質量的公式上分析其變化
【例1】 恒溫恒容時,在某密閉容器中投入1molH2和1molI2 發(fā)生如下反應
H2(g)+ I2(g) 2HI(g)，一段時間后，達到平衡狀態(tài)的標志是
① I2、H2、HI的濃度比為1:1:2 ②H2的濃度不隨時間變化
③I2 的百分含量不再發(fā)生變化 ④混合氣體的顏色不再發(fā)生變化
⑤H2的轉化率不再發(fā)生變化 ⑥混合氣體的密度不再發(fā)生變化
⑦混合氣體的平均相對分子質量
環(huán)節(jié)二：從定量的角度認識化學平衡狀態(tài)
【師】請觀察三組實驗，各物質的起始濃度有什么特點？平衡濃度是否相等？轉化率有何規(guī)律？
實驗序號 起始時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時的濃度 （×10-3 mol/L） I2 的轉化率
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
【總結】同一溫度下，同一反應可以正向建立平衡，不同的投料方式，達到不同的化學平衡后，轉化率不同
【師】再次觀察三組實驗，各物質的起始濃度有什么特點？平衡濃度是否相等？轉化率有何規(guī)律？
實驗序號 起始時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時的濃度 （×10-3 mol/L） I2的轉化率
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
2 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
3 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
【總結】同一溫度下，同一反應可以逆向建立平衡，不同的投料方式，達到不同的化學平衡后，轉化率相同。
【問】在一定溫度下，化學平衡體系中，反應物和生成物的濃度之間有什么關系呢？請觀察以下兩個表格，平衡時有何規(guī)律？
實驗序號 起始時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 11.97 6.944 0 5.617 0.594 12.70
2 12.28 9.964 0 3.841 1.524 16.87
3 12.01 8.403 0 4.580 0.973 14.86
實驗序號 起始時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時的濃度 （×10-3 mol/L） 平衡時
c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI)
1 0 0 15.20 1.696 1.696 11.81
2 0 0 12.87 1.433 1.433 10.00
3 0 0 37.77 4.213 4.213 29.34
【生】平衡時的值沒有規(guī)律。
【師】是否很方程式的化學計量數(shù)有關呢？平衡時的值又有何規(guī)律呢？
展示數(shù)據(jù)，的值只是簡單的兩倍關系，也沒有任何規(guī)律。
【追問】那是什么原因呢？如果我們把方程式的寫法改成這樣：H2(g)+ I2(g) HI(g)+HI(g)，我們再研究一下，平衡時的值又有何規(guī)律？
【生】平衡時的值呈現(xiàn)了規(guī)律性，都非常接近。
【師】很好，也就是說在該溫度下反應達到平衡時，反應體系中物質濃度之間存在規(guī)律性，有確定的數(shù)值，生成物平衡時濃度冪之積與反應物平衡時濃度冪之積的比值是一個定值，我們稱這個數(shù)值為化學平衡常數(shù)。
【學生活動】根據(jù)平衡常數(shù)的概念，寫出一般反應:的平衡常數(shù)表達式
【師】對于可逆反應：任意時刻的濃度達到化學平衡狀態(tài)時，Q = K
【學生活動】請同學們寫出合成氨反應任意時刻的濃度商的表達式
觀察平衡時各組實驗中的數(shù)值，有什么規(guī)律？（課件展示）
1.寫出下列可逆反應的平衡常數(shù)表達式
①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝
②2NH3(g) N2(g)＋3H2(g) K2＝
③1/2N2(g)＋3/2H2(g) NH3(g) K3＝
試分析K1、K2、K3的關系：
2.寫出下列可逆反應的平衡常數(shù)表達式
①Fe3O4(s) + 4H2(g)3Fe(s)+4H2O(g) K＝
②Cr2O72- (aq) + H2O(l) 2CrO42- (aq) + 2H+ (aq) K＝
【小結】計算平衡常數(shù)注意事項：
①平衡常數(shù)表達式各物質的濃度均為平衡時的物質的量濃度；
②反應中的固體和純液體物質不出現(xiàn)在表達式中。
③平衡常數(shù)的表達式與方程式的寫法有關。
【板書設計】
化學平衡狀態(tài)——從定性和定量角度認識物質轉化的程度
1、定性：v正 = v逆 ≠ 0 濃度不變
2、定量：轉化率不變
的平衡常數(shù)表達式
【教學反思】
1、對課本中數(shù)據(jù)表的充分利用，引導學生多次對數(shù)據(jù)表的分析，體驗科學家對化學平衡常數(shù)的探究過程，體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的“科學探究”精神
2、充足的實驗數(shù)據(jù)事實能夠豐富學生的感性認識，幫助學生通過觀察、辨別、比較數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)和抽象出概念的本質屬性，有效地促進學生建立并形成概念。
3、本節(jié)課還有不足的地方就是在分析平衡常數(shù)的表達式的時候，沒有足夠的時間讓學生去討論，學生的思維得不到發(fā)散。
第二課時：化學平衡常數(shù)——從定量角度再次認識物質轉化的程度
1.影響化學平衡常數(shù)的因素
【師】上節(jié)課我們學習了化學平衡常數(shù)，那么化學平衡常數(shù)受那些因素影響？請根據(jù)以下資料提供的數(shù)據(jù)，分析影響化學平衡常數(shù)的因素。
實驗序號 起始時的濃度 （×10-3 mol/L） 不同溫度下的平衡常數(shù)（K）
c(H2) c(I2) c(HI) 457.6℃ 425.6℃ 25℃
1 11.97 6.944 0 48.38 54.51 867
2 12.28 9.964 0 48.61 54.62 867
3 12.01 8.403 0 49.54 54.21 867
4 0 0 15.20 48.48 54.10 867
5 0 0 12.87 48.71 54.42 867
【師】觀察以上數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？
【生】同一溫度下，平衡常數(shù)相等，溫度越高，平衡常數(shù)越小。
【問】體系壓強改變會影響平衡常數(shù)嗎？
【生】壓強改變可能會影響體系中物質的濃度，而濃度的改變不影響平衡常數(shù)，因此壓強不影響平衡常數(shù)的大小。
【學生活動1】已知：25℃時，鹵化氫生成反應的平衡常數(shù)：
化學方程式 平衡常數(shù)K
H2＋F22HF 6.5×1095
H2＋Cl22HCl 2.57×1033
H2＋Br22HBr 1.91×1019
H2 ＋I22HI 8.6×102
[思考]平衡常數(shù)的大小，與什么有關？
【歸納】影響化學平衡常數(shù)的因素：
內因：反應中物質的性質
外因：對于同一可逆反應，化學平衡常數(shù)只與溫度有關
2.根據(jù)平衡常數(shù)的大小，判斷可逆反應中物質轉化的程度
【追問】平衡常數(shù)的大小代表什么呢？
【生】分析數(shù)據(jù)，得出結論
K 越大，反應進行的程度越大，
Ｋ>105表示該反應進行得基本完全了
3.利用平衡常數(shù)判斷物質轉化的方向
【學生活動2】800℃時，反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K=1，以下是t時刻中各物質的濃度，請判斷此時是否達到平衡狀態(tài)？
CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g)
t時刻的濃度 2 4 4 4
【歸納】是否平衡或平衡移動的方向，可用該時刻濃度商 Q 與 K 比較大小來判斷
①若Q＝K ，說明反應處于平衡狀態(tài)
②若Q＜K ，反應向正反應方向進行，
③若Q＞K ，反應向逆反應方向進行。
4.根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡時各物質的濃度及反應物的轉化率
【學生活動3】
在某溫度下，將H2和I2各0.1mol的氣態(tài)混合物充入容積為10L密閉容器中，充分反應并達到平衡后，測得c(H2)=0.008mol/L。
(1) 求反應的平衡常數(shù)和I2的轉化率
(2) 在上述溫度下，I2的量不變，將H2的投料改為 0.2 mol，充分反應并達到平衡后，設轉化的I2的濃度為x，請列三段式寫出x的計算表達式
(3) 在上述溫度下，I2的量不變，將H2的投料改為 0.2 mol，反應一段時間后測得體系中HI的濃度為 0.002mol·L-1 ，此時反應是否達到平衡狀態(tài)？
【板書設計】
1.影響化學平衡常數(shù)的因素
內因：反應中物質的性質
外因：對于同一可逆反應，化學平衡常數(shù)只與溫度有關
2.根據(jù)平衡常數(shù)的大小，判斷可逆反應中物質轉化的程度
K 越大，反應進行的程度越大，
Ｋ>105表示該反應進行得基本完全了
3.利用平衡常數(shù)判斷物質轉化的方向
①若Q＝K ，說明反應處于平衡狀態(tài)
②若Q＜K ，反應向正反應方向進行，
③若Q＞K ，反應向逆反應方向進行。
4.根據(jù)平衡常數(shù)計算平衡時各物質的濃度及反應物的轉化率
【教學反思】
1.在解讀化學平衡常數(shù)的同時，合理引入濃度商 Ｑ ，使 Ｋ 的價值功能得到更大的提升與拓展。
2.定量分析，幫助學生建立從Q、K比較的角度分析反應進行的方向的思維模式。
3.教學中應該充分發(fā)揮化學平衡常數(shù)的功能與價值，使化學平衡常數(shù)成為表征反應限度的工具、分析平衡移動問題的“支架”

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