2.2.2 化学平衡常数 教学设计 2022-2023学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.2.2 化学平衡常数 教学设计 2022-2023学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 93.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-04-26 10:02:58 | ||
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文档简介
“化学平衡常数”教学设计
1．教学目标
基于对学生已有认知水平、教学内容特点和课程标准要求的综合考虑，将“化学平衡常数”课时设计的逻辑定位为：证据推理——构建模型——应用模型。三个板块呈递进式关系，注重发展学生的证据推理能力、科学探究意识和在陌生情境中解决问题的能力。由此，将“化学平衡常数”板块的任务设计如下图：
根据板块任务的设计，将教学目标确定如下：
（1）通过对各种数据资料的分析和处理，获得证据，建立对平衡常数的认识过程，探讨化学平衡常数与浓度熵的关系，及化学平衡常数的影响因素，建构化学平衡常数认识模型；
（2）通过基于化学平衡常数模型，利用Qc和K的关系分析和预测化学反应的进行程度及方向，认识到平衡常数的意义，形成定性与定量结合认识和分析化学反应的思维；
（3）通过课堂小组活动多角度综合考虑，讨论提高工业合成氨反应转化率的方案，形成绿色化学思想，从中体会到理论对实践的指导作用，提升综合应用化学知识解决实际问题的能力。
2．评价目标
（1）通过对数据的观察和分析，探讨化学平衡常数和平衡体系中各物质组成浓度的关系，体会化学平衡常数的影响因素，诊断并发展学生探究概念的思维水平；
（2）通过对数据的观察和分析，建立对平衡常数的认识过程，归纳化学平衡常数和浓度熵的概念，推导平衡常数表达式，诊断并发展认识思路结构化水平；
（3）通过分析和预测化学反应的进行程度和方向，诊断并发展学生对化学反应的认识角度和对化学反应的探究水平；
（4）通过分析讨论提高工业合成氨反应的转化率，诊断并发展学生问题解决能力及化学价值认识水平。
3．教学流程
表 “化学平衡常数”课时教学流程
学习任务 学习活动 素养功能及水平 评价角度 评价水平
任务一、观察数据，探讨平衡状态下，反应体系中各物质浓度的关系，及其影响因素； 活动一、观察书本数据，分析化学平衡时，反应中各物质浓度的关系； 证据推理 （水平3） 探究思维 基于概念理解水平、基于推理和实验水平
活动二、观察和比较所给数据，分析探讨平衡常数与温度的关系；
任务二、建立“化学平衡常数”、“浓度熵”的概念，推导平衡常数表达式； 活动三、观察和分析数据，归纳化学平衡常数和浓度熵的概念； 模型构建 （水平3） 思路结构化 孤立水平、 系统水平
活动四、结合具体反应实例，推导化学平衡常数的表达式，归纳其书写规则；
任务三、分析和预测化学反应的状态和方向； 活动五、结合数据，探讨分析工业制备氢气反应的状态，预测反应的方向； 变化观念与平衡思想 （水平4） 认识角度 单角度、多角度
任务四、计算工业合成氨产率，讨论优化反应条件提高转化率的方案； 活动六、计算工业合成氨反应转化率，多角度分析提高产率的方案； 科学态度与社会责任 （水平4） 问题解决 简单实际问题、综合实际问题
活动七、结合活动六，谈谈化学平衡常数的意义和价值。 化学价值 学科价值、社会价值、学科和社会价值
4．教学过程
[引入新课]在前面的学习中，我们学了化学平衡状态，知道可逆反应都存在一定的限度。那在实际生产中，例如合成氨工业中，我们有没有科学有效的方法能够定量判断说明反应的限度？如何科学预估合成氨的产量？
[学习任务一]探讨化学平衡常数及其影响因素；
[评价任务一]诊断并发展学生探究新知的思维水平；
[过渡]在一定温度下，达到平衡状态后，体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？
[引导]请大家带着问题阅读书本31页表2-1，分工合作，分析、处理数据，根据表中数据分析回答问题。
[提问]通过对数据进行分析，同学们发现了什么规律？得出什么结论？
[学生]通过对表中数据进行分析，发现在一定温度下，对于H2和I2的反应，无论起始浓度如何，反应达到平衡时，反应物浓度系数次幂的乘积与生成物系数次幂的乘积之比为一个常数。
[设计意图]基于数据寻找规律，推理分析得出结论，体会浓度数据作为表征平衡状态的指标，具有易测量、可追踪的特点。引导学生认识化学平衡常数的含义，发展学生证据推理思想，培养获取和处理信息的能力。
[提问]这个平衡常数K与什么因素有关？
[过渡]让我们通过数据来说明问题。
资料： 表1
反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g) △H＜0
T(K) 623 698 763
K 66.9 54.4 45.9
表2
反应 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H＞0
T(K) 800 1000 1200
K 1.0 1.7 2.6
[提问]通过表中数据，你能发现什么规律？得出什么结论？
[结论]平衡常数的大小和温度有关：对于吸热反应，随着温度升高，K增大；对于放热反应，随着温度升高，K减小。
[设计意图]让学生通过对比分析两组数据，发现平衡常数的变化规律，得出结论。诊断和进一步强化学生的证据推理能力。
[学习任务二]构建化学平衡常数和浓度熵的概念，推导其表达式；
[评价任务二]诊断并发展认识思路结构化水平；
[提问]通过对表1表2中数据的分析，你认为常数K的大小代表了什么含义？
[引导]回顾平衡建立过程中浓度的变化。
[总结]化学平衡常数是表征反应限度的物理量，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。K值只受温度的影响，而与浓度无关。
[设计意图]诊断学生通过前面的推理分析过程对平衡常数概念的理解程度，促进事实性认识转变为概念认识，发展学生抽象概括的能力。
[提问]如何表示下列反应的平衡常数？请同学们写出表达式，小组展示。
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：固体和液体纯物质的浓度为常数，一般不列入浓度熵和平衡常数。
[提问]你能否用一个通式来表示？表达式在书写时应注意哪些问题？
[总结]对一定温度下某反应：mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)
任意时刻，浓度熵 平衡时，
书写规则：当有固体或纯液体参与反应时，因其浓度为常数，反应过程中不变，因此不列入平衡表达式中；同一反应，系数不同，K不同。
[教师]当化学反应中有关物质的浓度熵等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。
[设计意图]由问题引发新问题，经过充分的交流讨论得出结论，再进一步归纳平衡常数表达式，从而促进认识思路结构化。
[学习任务三]分析和预测化学反应的状态和方向；
[评价任务三]通过对分析和预测化学反应进行的方向，诊断并发展学生对化学反应的认识角度和对化学反应的探究水平；
[资料]工业制备氢气反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，已知800℃时，K=1。
表3
反应 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
序号 某时刻浓度(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
[提问]表格中的3组浓度所对应的反应是否处于平衡状态？如果不是，反应将会向哪个方向进行呢？你判断的依据是什么？
[讲解]在我们的生产生活中，很多时候我们无法凭借肉眼来准确判断某一时刻反应的状态，所以我们需要借助准确的数据，进行定量分析比较。定量分析需要有对比的标准，因此，我们引入了相对的概念——浓度商5Q。Q表示任意时刻生成物与反应物浓度的相对关系，以K作为化学平衡状态的标准值。这样，我们就可以通过比较Q与K，判断反应的状态，从而预测反应的方向。
[总结]反应方向的判断：
Q＞K，未平衡，逆向进行
Q＝K，平衡状态
Q＜K，未平衡，正向进行
[设计意图]通过应用平衡常数定量分析和判断反应进行的方向，体会平衡常数的应用，诊断和发展学生认识和探究化学反应的角度和水平。
[学习任务四]计算工业合成氨的产率，讨论如何优化反应条件提高转化率。
[评价任务四]通过对工业合成氨生产效率的讨论，诊断并发展学生问题解决水平及对化学价值的认识水平。
[资料]工业合成氨生产投料数据。
[提问]请大家计算下H2的转化率是多少？
[多媒体]工业合成氨简易流程
[提问]如果想要进一步提高合成氨的产量，我们可以采取什么措施？除了从反应原理本身来思考，还可以从哪些方面改进呢？
[设计意图]通过设置紧扣生产、生活的问题，诊断和发展学生实际问题解决的思路和水平。
[总结]根据平衡常数，可以科学计算出转化率，科学预估产量，预测原料用量。另外，还可以通过改进生产设备和生产流程，在生产时及时分离产物NH3，让原料H2和N2循环利用，提高原料利用率，实现原料的高效利用。
[畅所欲言]请大家谈谈你们对平衡常数随工业生产生活价值的认识，通过对工业合成氨的认识，你有什么感悟？
[设计意图]教师向学生呈现合成氨的简易流程图，再组织讨论，由同学们进一步补充意见，逐步发展学生问题解决的思路和水平，以及提升学生的社会责任感
1．教学目标
基于对学生已有认知水平、教学内容特点和课程标准要求的综合考虑，将“化学平衡常数”课时设计的逻辑定位为：证据推理——构建模型——应用模型。三个板块呈递进式关系，注重发展学生的证据推理能力、科学探究意识和在陌生情境中解决问题的能力。由此，将“化学平衡常数”板块的任务设计如下图：
根据板块任务的设计，将教学目标确定如下：
（1）通过对各种数据资料的分析和处理，获得证据，建立对平衡常数的认识过程，探讨化学平衡常数与浓度熵的关系，及化学平衡常数的影响因素，建构化学平衡常数认识模型；
（2）通过基于化学平衡常数模型，利用Qc和K的关系分析和预测化学反应的进行程度及方向，认识到平衡常数的意义，形成定性与定量结合认识和分析化学反应的思维；
（3）通过课堂小组活动多角度综合考虑，讨论提高工业合成氨反应转化率的方案，形成绿色化学思想，从中体会到理论对实践的指导作用，提升综合应用化学知识解决实际问题的能力。
2．评价目标
（1）通过对数据的观察和分析，探讨化学平衡常数和平衡体系中各物质组成浓度的关系，体会化学平衡常数的影响因素，诊断并发展学生探究概念的思维水平；
（2）通过对数据的观察和分析，建立对平衡常数的认识过程，归纳化学平衡常数和浓度熵的概念，推导平衡常数表达式，诊断并发展认识思路结构化水平；
（3）通过分析和预测化学反应的进行程度和方向，诊断并发展学生对化学反应的认识角度和对化学反应的探究水平；
（4）通过分析讨论提高工业合成氨反应的转化率，诊断并发展学生问题解决能力及化学价值认识水平。
3．教学流程
表 “化学平衡常数”课时教学流程
学习任务 学习活动 素养功能及水平 评价角度 评价水平
任务一、观察数据，探讨平衡状态下，反应体系中各物质浓度的关系，及其影响因素； 活动一、观察书本数据，分析化学平衡时，反应中各物质浓度的关系； 证据推理 （水平3） 探究思维 基于概念理解水平、基于推理和实验水平
活动二、观察和比较所给数据，分析探讨平衡常数与温度的关系；
任务二、建立“化学平衡常数”、“浓度熵”的概念，推导平衡常数表达式； 活动三、观察和分析数据，归纳化学平衡常数和浓度熵的概念； 模型构建 （水平3） 思路结构化 孤立水平、 系统水平
活动四、结合具体反应实例，推导化学平衡常数的表达式，归纳其书写规则；
任务三、分析和预测化学反应的状态和方向； 活动五、结合数据，探讨分析工业制备氢气反应的状态，预测反应的方向； 变化观念与平衡思想 （水平4） 认识角度 单角度、多角度
任务四、计算工业合成氨产率，讨论优化反应条件提高转化率的方案； 活动六、计算工业合成氨反应转化率，多角度分析提高产率的方案； 科学态度与社会责任 （水平4） 问题解决 简单实际问题、综合实际问题
活动七、结合活动六，谈谈化学平衡常数的意义和价值。 化学价值 学科价值、社会价值、学科和社会价值
4．教学过程
[引入新课]在前面的学习中，我们学了化学平衡状态，知道可逆反应都存在一定的限度。那在实际生产中，例如合成氨工业中，我们有没有科学有效的方法能够定量判断说明反应的限度？如何科学预估合成氨的产量？
[学习任务一]探讨化学平衡常数及其影响因素；
[评价任务一]诊断并发展学生探究新知的思维水平；
[过渡]在一定温度下，达到平衡状态后，体系中反应物浓度与生成物浓度之间有什么关系呢？
[引导]请大家带着问题阅读书本31页表2-1，分工合作，分析、处理数据，根据表中数据分析回答问题。
[提问]通过对数据进行分析，同学们发现了什么规律？得出什么结论？
[学生]通过对表中数据进行分析，发现在一定温度下，对于H2和I2的反应，无论起始浓度如何，反应达到平衡时，反应物浓度系数次幂的乘积与生成物系数次幂的乘积之比为一个常数。
[设计意图]基于数据寻找规律，推理分析得出结论，体会浓度数据作为表征平衡状态的指标，具有易测量、可追踪的特点。引导学生认识化学平衡常数的含义，发展学生证据推理思想，培养获取和处理信息的能力。
[提问]这个平衡常数K与什么因素有关？
[过渡]让我们通过数据来说明问题。
资料： 表1
反应 H2(g)+I2(g) 2HI(g) △H＜0
T(K) 623 698 763
K 66.9 54.4 45.9
表2
反应 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H＞0
T(K) 800 1000 1200
K 1.0 1.7 2.6
[提问]通过表中数据，你能发现什么规律？得出什么结论？
[结论]平衡常数的大小和温度有关：对于吸热反应，随着温度升高，K增大；对于放热反应，随着温度升高，K减小。
[设计意图]让学生通过对比分析两组数据，发现平衡常数的变化规律，得出结论。诊断和进一步强化学生的证据推理能力。
[学习任务二]构建化学平衡常数和浓度熵的概念，推导其表达式；
[评价任务二]诊断并发展认识思路结构化水平；
[提问]通过对表1表2中数据的分析，你认为常数K的大小代表了什么含义？
[引导]回顾平衡建立过程中浓度的变化。
[总结]化学平衡常数是表征反应限度的物理量，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。K值只受温度的影响，而与浓度无关。
[设计意图]诊断学生通过前面的推理分析过程对平衡常数概念的理解程度，促进事实性认识转变为概念认识，发展学生抽象概括的能力。
[提问]如何表示下列反应的平衡常数？请同学们写出表达式，小组展示。
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：固体和液体纯物质的浓度为常数，一般不列入浓度熵和平衡常数。
[提问]你能否用一个通式来表示？表达式在书写时应注意哪些问题？
[总结]对一定温度下某反应：mA(g)+nB(g) pC(g) + qD(g)
任意时刻，浓度熵 平衡时，
书写规则：当有固体或纯液体参与反应时，因其浓度为常数，反应过程中不变，因此不列入平衡表达式中；同一反应，系数不同，K不同。
[教师]当化学反应中有关物质的浓度熵等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。
[设计意图]由问题引发新问题，经过充分的交流讨论得出结论，再进一步归纳平衡常数表达式，从而促进认识思路结构化。
[学习任务三]分析和预测化学反应的状态和方向；
[评价任务三]通过对分析和预测化学反应进行的方向，诊断并发展学生对化学反应的认识角度和对化学反应的探究水平；
[资料]工业制备氢气反应：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，已知800℃时，K=1。
表3
反应 CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
序号 某时刻浓度(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
[提问]表格中的3组浓度所对应的反应是否处于平衡状态？如果不是，反应将会向哪个方向进行呢？你判断的依据是什么？
[讲解]在我们的生产生活中，很多时候我们无法凭借肉眼来准确判断某一时刻反应的状态，所以我们需要借助准确的数据，进行定量分析比较。定量分析需要有对比的标准，因此，我们引入了相对的概念——浓度商5Q。Q表示任意时刻生成物与反应物浓度的相对关系，以K作为化学平衡状态的标准值。这样，我们就可以通过比较Q与K，判断反应的状态，从而预测反应的方向。
[总结]反应方向的判断：
Q＞K，未平衡，逆向进行
Q＝K，平衡状态
Q＜K，未平衡，正向进行
[设计意图]通过应用平衡常数定量分析和判断反应进行的方向，体会平衡常数的应用，诊断和发展学生认识和探究化学反应的角度和水平。
[学习任务四]计算工业合成氨的产率，讨论如何优化反应条件提高转化率。
[评价任务四]通过对工业合成氨生产效率的讨论，诊断并发展学生问题解决水平及对化学价值的认识水平。
[资料]工业合成氨生产投料数据。
[提问]请大家计算下H2的转化率是多少？
[多媒体]工业合成氨简易流程
[提问]如果想要进一步提高合成氨的产量，我们可以采取什么措施？除了从反应原理本身来思考，还可以从哪些方面改进呢？
[设计意图]通过设置紧扣生产、生活的问题，诊断和发展学生实际问题解决的思路和水平。
[总结]根据平衡常数，可以科学计算出转化率，科学预估产量，预测原料用量。另外，还可以通过改进生产设备和生产流程，在生产时及时分离产物NH3，让原料H2和N2循环利用，提高原料利用率，实现原料的高效利用。
[畅所欲言]请大家谈谈你们对平衡常数随工业生产生活价值的认识，通过对工业合成氨的认识，你有什么感悟？
[设计意图]教师向学生呈现合成氨的简易流程图，再组织讨论，由同学们进一步补充意见，逐步发展学生问题解决的思路和水平，以及提升学生的社会责任感