单元教学设计：煤制氢工艺的选择与优化——化学平衡常数单元教学设计

单元教学设计
单元基本信息
学科 化学 学校 年级 高二
课程标准模块 模块1 化学反应原理
使用教材版本 人教版（2019）选择性必修1
单元名称 煤制氢工艺的选择与优化——化学平衡常数
单元课时数 3
一、单元学习主题分析
主题名称 煤制氢工艺的选择与优化——化学平衡常数
主题概述 单元教学设计说明： 化学反应的限度是关于物质变化的重要科学概念，是发展和深化认识化学变化的一个重要角度。化学平衡常数可定量表征化学反应限度，是定量认识可逆过程的工具和方法。 必修阶段学生主要建立“可逆反应”、“化学平衡状态”和“化学平衡移动”三个核心概念；发展至选择性必修一化学反应原理阶段，通过本单元学习，学生建立好利用K、Q关系分析平衡移动的思路，进而能够以K为工具对第三章中的各类平衡进行分析。在这一过程中，学生对化学反应限度的认识由定性认识上升到定量认识，由孤立认识发展到受环境影响的系统认识，由静态认识上升到动态认识。 课标对化学平衡常数K的要求中明确提出“知道化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应的转化率”。事实上，“化学平衡常数”的提出具有两个重要意义：其一，弄清其概念，能增进对化学反应限度和化学平衡移动规律的理解；其二，掌握其计算，比较其与浓度商Qc的关系，能帮助学生掌握判断平衡移动方向的方法与思路，而这二者是“化学反应限度”的学习难点，也是后续溶液中的离子平衡学习的基础。因此，化学平衡常数为学生提供了理性分析的思维“支架”，人教版教材在“化学平衡常数”和“平衡移动理论”的教学顺序上作了调整；同时，化学平衡常数本身是基于实验数据的分析得出的概念，反映化学研究的基本方法与思想，体现了新课程中化学教育提升学生科学素养的宗旨。 单元地位： 通过平衡常数可以整合统摄化学反应平衡、弱电解质电离平衡、盐类水解平衡、沉淀溶解平衡等知识，建立各类平衡间的联系，形成解决平衡问题的一般思路和方法，使知识结构化、系统化。 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》给出的教学策略是“引导学生经历化学平衡常数模型建构的过程，结合具体实例，促使学生体会化学平衡常数在判断平衡状态、反应方向，分析预测平衡移动等方面的功能价值；通过交流讨论活动，帮助学生形成基于浓度商和平衡常数的比较分析等温条件下平衡移动问题的基本思路”。学习化学平衡常数过程中建构的分析模型适用于其他平衡常数。 化学平衡常数还可以迁移延伸到分压平衡常数、标准平衡常数和标准分压平衡常数，构建分压平衡常数解题模型可以实现基于理解与迁移的、主动的、高效的深度学习，学生对所学知识批判性理解，学习结果迁移性强。 化学平衡常数的应用与日常生产生活联系也十分紧密，如判断反应进行的程度、判断反应的热效应、计算反应物的转化率、计算指定物质的百分含量等，同时也对实际生产条件的选择和控制有指导作用。 （二）高考方向 在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》背景下，高考命题由“知识立意、能力立意"的理念向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的理念转变。因此化学平衡常数作为考査学生的知识能力水平的载体，成为了近几年全国各地高考的热门考点。通过下面三个表格，可以看出平衡常数已成为了高考必考点，考査的试题情境、考查内容也变得愈发新颖多样。 （三）教学价值 1.进阶学习教学价值 下面是对“平衡常数”核心概念进阶学习过程进成分类： 各水平螺旋上升, 充分发挥“平衡常数”进阶学习的教学价值，在教学实践中凸显学生认知发展典型路径，有利于课程的螺旋深入,有利于学生思维的纵向发展，有利于化学平衡观的形成，有利于化学核心素养的提升。 2.基于核心素养的教学价值 认识平衡常数是表征反应限度的物理量，知道平衡常数的含义，了解浓度商和平衡常数的相对大小与反应方向间的联系，发展变化观念与平衡思想的核心素养。 利用平衡常数和浓度商的关系推断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向，利用电离平衡常数大小推断离子反应发生，最终形成证据推理与模型认知的体系。 （四）确定化学平衡常数单元教学课时分配图
主题学情分析
开放性学习环境 实验设备器材： 数字化实验设备PH传感器、黑板、多媒体设备
二、单元学习目标设计（基于标准、分析教材、结合学情，体现素养导向）
单元学习目标
三、单元教学结构图
四、学习活动/任务设计（指向学习目标，强调学生的活动与体验）
活动/任务1
活动/任务2
活动/任务3
······
五、单元学习评价设计
第一课时评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分图文概括观察图中数据、 总结规律，诊断学生数据处理能力1.能看出从不同初始投料建构平衡优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）52.能总结出相同温度下，虽然起始浓度，平衡浓度均不同，但有一定关系103.能得出平衡常数的表达式154.能归纳出平衡常数与浓度无关，与温度有关15实验探究设计实验 诊断学生设计实验能力1.能设计出通过测平衡时溶液中c(H+)来求算K同上102. 能设计出其他方案求算K10实验操作1.能用PH传感器测溶液PH10计算模型诊断学生计算方法能否迁移1.能通过三行式求算K同上 152.能通过PH公式求c(H+)10
第二课时评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分计算模型诊断学生计算能力1.已知K，求平衡浓度和反应物转化率优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）102.能根据某时刻混合体系中各组分浓度求Q103.能通过比较Q与K的相对大小，分析平衡移动的方向20综合分析分析合适的生产条件，诊断学生灵活应用的能力1.能通过影响速率和平衡移动的因素，分析有利于煤制氢的生产条件同上102.能从温度、浓度、压强、催化剂的角度综合分析煤制氢最适宜的生产条件10实验探究设计实验方案1.能否考虑到控制变量思想同上20完成实验2.能根据实验现象得到相应结论20第三课时评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分迁移应用诊断学生从旧知中寻找规律，再迁移到新知的能力1.已知K的表达式，迁移到Kp的表达式 优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）202. 已知空气中的分压求算，迁移到平衡混合气中分压求算203. 已知K的三行式计算模型，迁移到Kp的五行式计算模型30计算模型计算方法计算能力1.能利用五行式求算Kp同上30
六、单元作业设计
附在最后
七、教学反思
1.亮点 本单元设计有利于学生把握整体关联，易于促进思维结构化发展。将碎片化转化成整体化、结构化，将结论化转化成外显化、过程化，将习题化转化成情境化、真实化。在单元教学中，通过真实情境中存在的问题激发学生学习探究欲望，通过实验探究解决学生学习时遇到的障碍点。 在教学中，教师充分利用情境、数据、实验和阶梯型驱动问题，由浅入深，层层递进，使学生能够在解决问题的过程中发现问题并加深对抽象概念的理解与应用。相对于用旧教材的传统教学，引导学生从知识学习走向思维发展，进而形成解决问题的关键能力，教学效果初步达到预期。 2.不足 本单元设计在实验探究部分难度较大，未兼顾到具体学习环境与实验过程中可能会产生的误差，如果实验条件不足，学生动手能力较弱，会导致课堂效率降低，需要根据学情适当调整变通。 3.改进 积极探索挖掘现象明显、便于操作、误差较小的测定化学平衡常数实验方案，也可以尝试用数字化实验代替，进而解决由于实验环境不足而导致的探究不充分的现象发生。
附（单元作业设计） 单元作业： 时间：60分钟 一、基础级： 1．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K=。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是 A．该反应的焓变为正值 B．恒温恒容下，通入He，H2浓度一定减小 C．升高温度，逆反应速率减小 D．该反应化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2 选题意图：由平衡常数表达式回推反应方程式 2．在一定温度下，改变起始时n(SO2)对反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0的影响如图所示，下列说法正确的是 A．b、c点均为平衡点，a点未达平衡且向正反应方向进行 B．a、b、c三点中，a点时SO2的转化率最大 C．a、b、c点均为平衡点，b点时SO2的转化率最大 D．a、b、c三点的平衡常数：Kb>Kc>Ka 选题意图：结合图像考察影响平衡常数的因素 3．可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡状态后，保持温度、容器容积不变，向容器中充入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商) A．Q不变，K变大，O2的转化率增大 B．Q不变，K变大，SO2的转化率减小 C．Q减小，K不变，SO2的转化率增大 D．Q增大，K不变，SO2的转化率增大 选题意图：基础题，考察学生对K，Q关系的掌握情况 4．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实，其反应的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)。下列叙述正确的是 A．相同条件下，2mol氢原子所具有的能量等于1mol氢分子所具有的能量 B．该反应属于熵增反应 C．当平衡向正反应方向移动时，平衡常数一定增大 D．改变温度，化学平衡常数和平衡转化率都会发生变化 选题意图：情境中考察平衡常数影响因素 5．尿素和氨气对于提高农作物产量和品质有重要作用。 合成尿素的反应为：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) (1)该反应的化学平衡常数表达式为___________。 (2)合成尿素时不同温度下CO2转化率变化曲线如图。该反应正方向为___________热反应(选填“吸热”或“放热”)。 a、b、c三点对应温度下的平衡常数大小关系如何：___________(用Ka、Kb、Kc表示)，理由为___________。 选题意图：真实情境中考察平衡常数基础 提升级： 6．亚硝酰氯(NOC1)是有机合成中的重要试剂。实验室中可用如下反应合成亚硝酰氯。 I： Cl2(g) + 2NO(g)2NOCl(g) △H (1)已知几种物质的相对能量如下表。 物质Cl2(g)NO(g)NOCl(g)相对能量/( kJ ·mol -1)090.2551.71
则反应I的△H=_______kJ·mol-1。 (2)T °C下，向某真空恒容密闭容器中加入足量的CuCl2(s)并充入一定量的NO(g)，发生反应II： 2CuCl2(s)2CuCl(s)+Cl2( g)和反应I，测得起始压强为b kPa，达到平衡时NOCl(g)的压强为ckPa。若此温度下，反应II的平衡常数KpII=a kPa，则平衡时NO的转化率为_______；该温度下，反应I的平衡常数KpI=_______ 。(用气体物质的平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×物质的量分数，用含a、b、c的代数式表示) (3)反应Cl2(g) + 2NO(g) = 2NOCl(g)的速率方程式可表示为v(正)=k(正) c（Cl2） c2(NO)， v(逆)=k(逆) c2(NOCl)，其中k(正)、k(逆)代表正、逆反应的速率常数，其与温度、催化剂等有关，与浓度无关。 ①加入催化剂，k(正)增大的倍数_______ (填 “大于”“小于”或“等于”)k(逆)增大的倍数。 ②已知：pk= -lgk。下左图中所示有2条直线分别代表pk(正)、pk(逆)与的关系，其中代表pk(正)与关系的直线是_______(填字母)。理由是_______。 选题意图：考察平衡常数的应用与拓展，较难，适合思维能力较强的学生 7．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答： (1)若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N2和0.6mol的H2在一定条件下发生反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2mol。则前5分钟的平均反应速率v(N2)=_____。平衡时H2的转化率为______%。 (2)平衡后，若提高H2的转化率，可以采取的措施有___________。 A．加了催化剂 B．增大容器体积 C．降低反应体系的温度 D．加入一定量N2 (3)若在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示： T/℃200300400KK1K20.5
请完成下列问题： ①试比较K1、K2的大小，K1___________K2(填“<”“＞”或“=”)； ②400℃时，反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为___________。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3mol、2mol和1mol时，则该反应的v(N2)正___________v(N2)逆(填“<”“＞”或“=”)。 选题意图：由K、Q比较判断化学反应进行的方向 8．二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。合成总反应［］在起始物时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为，在下的、在下的如图所示。 回答下列问题： (1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式___________。 (2)图中对应等压过程的曲线是___________，判断的理由是___________。 (3)当时，的平衡转化率___________，反应条件可能为___________或___________。 选题意图：考察Kp基础列式与运算 10．合成氨是人工固氮的主要手段，对人类生存社会进步和经济发展都有着重大意义。该反应历程和能量变化如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。 (1)合成氨反应的热化学方程式为_______。 (2)下表为不同温度下合成氨反应的平衡常数。由此可推知，表中_______572(填“>”“<”或“=”)。 572K
(3)在一定温度和压强下，将和按体积比3∶1在密闭容器中混合，当该反应达到平衡时，测得平衡时体系的总压强为P，混合气体中的体积分数为3/7，该反应的压强平衡常数_______。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数) 选题意图：考察平衡常数综合
7教学设计
课题 选择煤制氢工艺——化学平衡常数
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
“化学平衡常数”位于人教版选择性必修一第二章第二节。第二章《化学反应速率和化学平衡》共四节内容，第一节、第二节是化学反应速率的相关内容，属于化学动力学范畴；第三节、第四节是化学平衡的相关内容，属于化学热力学范畴。化学平衡常数是热力学常数，用于定量表征化学反应限度，揭示平衡本质，利于学生科学分析化学平衡及其移动规律。 化学反应的限度是关于物质变化的重要科学概念，是发展和深化认识化学变化的一个重要角度。化学平衡常数可定量表征化学反应限度，是定量认识可逆过程的工具和方法。
学习者分析
【知识基础】 通过对化学平衡状态的学习，学生已经知道化学平衡具有“逆、等、动、定、变”五个基本特征，对于达到平衡状态的化学反应而言，各组分浓度不再变化。但是，经过测量发现，学生容易形成“各组分浓度相等”等相异构想，表面上是学生对化学平衡认识不够深刻，实则是缺乏衡量化学平衡本质标准的工具。在科学探寻过程中，人们致力于发现衡量某一现象的本质规律或标准，因此在此基础上，学生需要通过对具体反应不同阶段过程中各组分浓度的分析，归纳、总结出化学平衡的本质衡量标准，即化学平衡常数K。 【能力基础】 进入选修阶段的学生，其思维方式从具体发展至抽象，从简单描述发展至逻辑分析。经过必修阶段的学习，学会了科学探究的程序和方法，能够对大量数据所揭示的规律作出预测，并设计实验进行验证。这些科学素养奠定了本课学习的能力基础。 【学习障碍点】 学生学习障碍点主要是集中在改变反应物或生成物浓度(或改变压强)不影响K值。
学习目标确定
（1）通过数据分析，认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义．能写出平衡常数表达式并进行简单计算。 （2）通过实验探究定量测定化学平衡常数，理解化学平衡常数的含义和影响因素，进一步加深对化学平衡中各种微观粒子的代数关系和化学平衡常数本质的理解，可以发展学生的 “科学探究与创新意识”等学科素养。
学习重点难点
（1）通过数据分析理解化学平衡常数的表达与含义。 （2）通过实验探究定量测定化学平衡常数，理解化学平衡常数的含义和影响因素。
学习评价设计
评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分图文概括观察图表中数据 总结规律1.能看出从不同初始投料建构平衡优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）52.能总结出相同温度下，虽然起始浓度，平衡浓度均不同，但有一定关系103.能得出平衡常数的表达式154.能归纳出平衡常数与浓度无关。15实验探究设计实验1.能设计出通过测量平衡时溶液中c(H+)来求算K同上102. 能设计出其他方案求算K10实验操作1.能用PH传感器测溶液PH10计算模型计算方法1.能通过三行式求算K同上152.能通过PH公式求c(H+)10
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：情境引入，复习化学平衡状态图片： 某企业煤炭股份有限公司的煤制氢工业基地展示 资料卡片： 氢能作为一种储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样的绿色能源，被誉为21世纪的“终极能源”使用氢能源有助于促进我国碳达峰、碳中和工作的加速进行，加快产业结构的优化。 目前，煤制氢是我国发展比较成熟的制氢工业，在纯氧条件下，原料煤在1300-1500℃反应生成以CO和H2为主的有效气，经变换装置将合成气中CO转化为H2，通过低温甲醇洗将CO2和H2S脱除后送入变压吸附提氢装置。其中，能决定制氢效率的反应为可逆反应CO＋H2OCO2＋H2。 问题1： 如何提高H2的生产效率呢？只要尽力提高反应速率，生产效率就一定高吗？ 【目的：引出可逆反应需要考虑反应限度】 问题2. 什么是可逆反应？ 问题3. 如何判断一个可逆反应是否达到了限度？ 【目的：引导学生复习化学平衡状态】 过渡： 能否通过改变反应条件改变反应限度，进而提高氢气产率呢 化学平衡的改变有规律可循吗？不同的平衡状态，反应物和生成物之间有怎样的关系？ 带着这些疑问，进入下面的学习：学生活动1： 倾听，分析素材，思考总结： 搜索已学化学平衡相关知识，能认识到反应存在一定限度，复习必修2所学：化学平衡状态，在此基础上产生疑问：能否定量表示反应限度？能否通过改变条件改变反应限度？ 活动意图说明： 情境引入，探查学生对化学反应存在限度的原有认识，引发学生对可逆反应的认识由定性到定量，发展学生平衡观念。环节二：认识化学平衡常数一、通过数据寻找规律 资料卡片1： 问题1： 请同学们分析表中数据，计算填空、回答下列问题并说明从哪些数据得出相应结论： (1)上述建立平衡的方式分别有哪些不同？ (2)各组平衡浓度之间有怎样的关系？有哪些规律？ 过渡： 由上表数据分析得出的结论适用于其他反应吗？规律的得出需要大量数据验证，下面，我们将通过实验测定平衡浓度，验证平衡时反应物和生成物之间是否存在上述关系。 二、通过实验寻找规律 提供实验探究反应： Cr2O72—+H2O2CrO42－+2H+ 实验目的： 测量相同温度，不同初始浓度下，反应达到化学平衡时各离子浓度，从中寻找规律。 提示：平衡溶液中c(H+ ) 可通过测量溶液PH值求得：公式为： 其他离子平衡浓度可通过三行式求算。 已知反应：Cr2O72-+H2O2CrO4－+2H+ 在一定温度下，amol/LK2Cr2O7溶液平衡后c(H+ ) 为 x mol / L，请用x表示平衡时其他离子浓度。 实验药品： 0．1000 mol / LK2 Cr2 O7 溶液，0．2000 mol / LK2 Cr2 O7 溶液，0．3000 mol / LK2 Cr2 O7 溶液。 实验仪器： 数据采集器、pH传感器(精确度0．01) 过渡： 相同温度下，不同平衡状态下，生成物浓度乘积比上反应物浓度乘积并不为常数，刚刚总结出的规律仅是个例吗？ 三、通过大量数据归纳，总结 表中数据均由教师提供： 问题2： 通过数据对比，能发现怎样的规律？ 结论： 由数据推测，所得常数应该与反应化学计量数有关。 四、利用实验测量数据再次计算验证，得出化学平衡常数定义及表达式： 平衡常数定义：在一定温度下，以化学计量数为指数，生成物平衡浓度幂之积与反应物同浓度幂之积的比值是一个定值，称为平衡常数（K）。任意时刻，该比值称为浓度商（Q）。 平衡常数表达式： 总结： 一定温度下，煤制氢反应中各组分平衡浓度间的定量关系符合平衡常数定义，且平衡常数并不受初始浓度影响。学生活动1 学生在真实数据分析中开展学习活动；围绕完成学习任务思考、总结，在分享交流中学习并有实际收获。 最终在师生评价中解决问题： 问题 （1） 根据浓度的对照；开始的方向1,2,3组分别从正、逆两个方向开始；初始浓度不同，同温下的平衡浓度也均不相同． 问题（2） 相同温度下的生成物浓度乘积比上反应物浓度乘积数值近似相等,即为一个常数。 学生活动2 （1）实验测量不同初始浓度条件下各离子平衡浓度。 依据方案动手实验（条件不具备的地区可以教师演示，或呈现实验后数据） 实验步骤1: (1) 将pH传感器进行校 准; (2) 取 0．1000 mol / L、0．2000 mol / L、0．3000 mol / L K2 Cr2 O7 溶液; 分别测量三种浓度K2 Cr2 O7 溶液的pH 。 （2）利用三行式计算平衡时各离子浓度 （3）寻找规律，提出质疑 学生活动3 数据分析，推理，得出结论 学生活动4 通过实验所测数据，考虑化学计量数再次计算，数据分析，得出结论。 分析数据，并得出结论： 浓度变化不能改变平衡常数。活动意图说明： 课标中指出：要引导学生经历化学平衡常数模型建构的过程。 在教学过程中由于教材的局限和实证素材的缺乏，以往常规教法是直接通过数据得出表达式，教学重难点也仅仅锁定在表达和计算上，虽然看似简单高效，学生学起来感觉并不难，但却普遍存在较大的疑惑。究其根本，是因为没有建构过程，因此学习化学平衡常数的教学重点，是通过定量实验测定化学平衡常数，让学生从源头上理解化学平衡常数的含义和本质，这样才能在教学中充分发挥化学平衡常数的功能和价值。学生在自己动手操作和处理实验数据时，可以进一步加深对化学平衡中各种微观粒子的代数关系和化学平衡常数本质的理解，最终学生分析数据、实验验证发现平衡时生成物浓度系数次幂与反应物浓度系数次幂的比值是一定的，得出平衡常数的概念和表达形式，可以发展学生的“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等学科素养。环节三：理解平衡常数 平衡常数的定义中强调“在一定温度下”，浓度改变，平衡常数不变，如果改变温度，平衡常数会变化吗？ 分析表中数据，回答问题： 反应CO＋H2OCO2＋H2 △H>0对应数据 反应398K498K598K698K798K898K煤制氢1577137.528.49.3394.1802.276
反应H2(g)＋I2(g)2HI(g) △H>0 对应数据 问题1. K与温度有何关系？ 问题2. 表中K大小能反映该反应的反应程度吗？ 总结： 化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，一般情况下只受温度影响。 通常k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，即该反应进行的越完全，平衡时，反应物的转化率越大。反之k越小，该反应进行的越不完全，平衡时，反应物的转化率越小。一般来说，当k大于105时，该反应就进行的基本完全了。 问题3. 对于煤制氢反应，平衡常数较小，反应存在一定限度，实际生产中为什么还选择这个反应呢？ 有没有办法能改变煤制氢反应限度，提高H2的产率呢？我们下节课继学习…学生活动1 数据分析，得出结论 1.不同温度下 K 值大小不同，该反应温度越高 K越小 。 2.K 的表达式反映的是生成物和反应物的浓度相对大小关系，可以反映该反应进行的程度． 学生活动2 学生从多角度分析制氢工艺选择的原因，为下一课时学习打下基础。活动意图说明： 通过数据对比分析，表达式推算，理解化学平衡常数含义及影响因素。发展证据推理素养；通过理论与实际相结合，初步体会学习化学平衡常数的作用。
板书设计
作业与拓展学习设计
检测类作业： 时间：15—20分钟 一、基础级： 已知卤化氢生成的平衡常数如下(25℃)： 化学方程式平衡常数KF2+H22HF6.5×1095Cl2+H22HCl2.57×1033Br2+H22HBr1.91×1019I2+H22HI8.67×102
则与H2反应最完全的卤素是（ ） A．F2 B．Cl2 C．Br2 D．I2 选题意图：考察化学平衡常数含义 2.在一定温度下，向2L容积固定的密闭容器中加入1 mol HI,发生反应：2HI(g) H2(g)+I2(g)△H>0,测得H2的物质的量随时间变化如表，下列说法正确的是( ) t/min123n(H2)/mol0.060.10.1
A.2min内HI的分解速率为0.05mol·L-1·min-1 B.该温度下，平衡时HI的转化率为10% C.该温度下的平衡常数为K1,温度升高10℃后平衡常数为K2,则K1>K2 D.达平衡后其他条件不变，压缩容器容积，c(HI)不变 选题意图：考察已知化学平衡常数求转化率，平衡常数受温度影响 二、提升级： 3.捕集CO2的技术对解决全球温室效应意义重大。目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，涉及的化学反应如下：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)+Q(Q>0) (1)该反应的平衡常数表达式为_______。如果改变某种条件，平衡向正反应方向移动，则平衡常数_______(填写编号)。 a.一定增大 b.一定减小 c.可能增大 d.可能减小 e.可能不变 (2)侯氏制碱原料中的氨气是用如下反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+Q(Q>0)制得，若按n(N2)：n(H2)=1：3向反应容器中投料，在不同温度下分别达平衡时，混合气中NH3的质量分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是_______(填字母)。 a.曲线a、b、c对应的温度是由低到高 b.加入催化剂能加快化学反应速率和提高H2的转化率 c.图中Q、M、N点的平衡常数：K(N)>K(Q)=K(M) d.M点对应H2的转化率为75% 选题意图：情境中考察化学平衡常数的应用，数形结合考察学生读取信息，解决问题能力。 三、实践类作业： 了解汽车尾气的治理，从化学平衡视角分析汽车治理的可能性。
教学反思与改进
一、亮点 在教学中，通过真实情境中存在的问题激发学生学习探究欲望，通过实验探究解决学生学习时遇到的障碍点。教学设计符合学生认知规律，处理重难点问题时设置阶梯型问题串，尽量做到学生能够接受，又有思维含金量。教师通过提供情境素材，提供分析数据，提出驱动性问题引导学生积极思考，理解化学平衡常数概念、含义，及影响因素，最终实现发展学生核心素养。在教学中，教师充分利用情境、数据、实验、和阶梯型驱动问题，由浅入深，层层递进，使学生能够在解决问题的过程中发现问题并加深对抽象概念的理解与应用。 二、不足 教学过程中教师不能够及时发现学生存在的问题，在对学生评价部分有所欠缺，在今后的教学工作中要善于补捉学生的反馈，及时调整教学方式和思路。本课时设计在实验探究部分难度较大，未兼顾到具体学习环境与实验过程中可能会产生的误差，如果实验条件不足，学生动手能力较弱，会导致课堂效率降低，需要根据学情适当调整变通。 三、改进 积极探索挖掘现象明显、便于操作、误差较小的测定化学平衡常数实验方案，也可以尝试用数字化实验代替，进而解决由于实验环境不足而导致的探究不充分的现象发生。
2时教学设计
课题 优化煤制氢工艺（除CO2）——压强平衡常数
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
新课标中没有对压强平衡常数(符号为Kp)的要求，压强平衡常数通常是陌生情境下的考查方式，考查学生对信息的整合、吸收、运用的能力，凸显了对学生模型认知与证据推理、创新意识的核心素养的发展，考查了学生解决实际问题的能力。 近几年该内容年年考，且在考查形式、考查内容、信息呈现形式上有创新，其中考查形式主要分为书写表达式、计算式或计算出最终具体值等形式，信息呈现形式上主要分为图像、图表、文字叙述数据等形式，反应环境主要分为恒温恒压和恒温恒容 。考查内容上每年的载体均有不同，均选取的是经典气体反应的研究成果为真实情境，并且从气体分子数的变化情况而言，考查气体分子数前后不变的情况较少 。此外还有单一平衡反应的计算和多重平衡反应的计算两种情况。
学习者分析
【知识基础】 学生已认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义，能写出平衡常数表达式并进行简单计算，理解了化学平衡常数的含义和影响因素。在此基础上又能判断反应的方向和定量分析平衡移动。 【能力基础】 高二学生有足够的信息提取、类比迁移能力， 能够由化学平衡常数类比迁移到压强平衡常数。 【学习障碍点】 定量分析压强影响平衡移动的方向。
学习目标确定
能够体会压强平衡常数的应用价值，能够运用类比迁移的方法列出压强平衡常数表达式，发展证据推理与模型认知的核心素养。 能够建构Kp计算的解题模型。 能站在绿色化学与可持续发展视角评价制氢工艺，发展科学态度与社会责任核心素养。
学习重点难点
1.列出压强平衡常数表达式。 2.建构Kp计算的解题模型。
学习评价设计
评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分迁移应用从旧知中寻找规律，再迁移到新知1.已知K的表达式，迁移到Kp的表达式 优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）202. 已知空气中的分压求算，迁移到平衡混合气中分压求算203. 已知K的三行式计算模型，迁移到Kp的五行式计算模型30计算模型计算方法计算能力1.能利用五行式求算Kp同上30
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：认识与理解Kp资料卡片： 工厂中的气压计： “气体分压”指的是当气体混合物中的某一种组分在相同的温度下占据气体混合物相同的体积时，该组分所形成的压强。 P(N2)=P(总)×n(N2)/n(总) 问题1. 煤制氢工厂在生产中，测定反应各气体浓度和气体压强，哪一个更容易测定？空气中各气体的分压如何求算？ 问题2.对于煤制氢反应CO＋H2OCO2＋H2，达平衡时各组分浓度相等，各组分的分压与总压之间有什么关系？ 问题3.对于煤制氢反应CO＋H2OCO2＋H2，平衡常数的表达可以用平衡分压代替平衡浓度么？说出理由。 问题4. 类比浓度平衡常数，请列出压强平衡常数的表达式。 问题5. Kc与Kp代表反应进行的程度是否一致？学生活动 1.走进情境，深入思考，探讨、质疑Kp存在的必要性。 2.依据最熟悉的混合气——空气中各成分分压的分析，来突破平衡中各组分分压的求算，突破分压和浓度之间的正比关系。 3.运用类比、迁移的方法列出压强平衡常数表达式。 4.对比Kc与Kp, 体会压强平衡常数的应用价值。活动意图说明： 突破对分压的理解障碍，探讨、质疑Kp存在的必要性，对比Kc与Kp,有助于学生完整、系统、有序地认识压强平衡常数。环节二：构建压强平衡常数解题模型 资料卡片： 中国要在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实 现“碳中和"。从上表可看出，煤制氢生产的CO2排放量很高，所以吸收CO2，减少CO2排放是当前环境和能源领域的研究热点。 问题1. CH4与CO2重整可以同时利用两种温室气体，其工艺过程中涉及的主要反应为： CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 在恒压(p0)的密闭容器中，投入物质的量比为1：1的 CH4和CO2,达到平衡时,CO2的转化率为50%,则该反应的分压平衡常数为 (用含的代数式表示，已知：某物质的分压=总压X物质的量分数) 问题2. 二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用的CO2的热点研究领域。该工艺的主要反应为：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H20(g) 原料初始组成 (CO2):n(H2)=l:3,在体系压强为4MPa,反应达到平衡时，体系压强为3.1MPa,计算该温度时反应的平衡常数Kp= (MPa)—3(列岀计算式，以分压表示，分压=总压X物质的量分数)。 【建构解题模型】学生活动 1.走进情境，思考，分析，迁移并应用三行式计算。在教师引导下，总结五行式解题模型。 2.变式训练，拓宽分析视野。 在教师的引导下总结 “五段式”的计算关键分三步，一是根据题给信息，列出准确的“三段式”; 二是分析所给条件是否有其他反应产生的气体或惰性气体，找出所有气体的总量，这关系着第四行各组分百分含量是否正确 ; 三是判断体系平衡时总压强，恒压表示前后气体压强不变， 可直接计算，如果是恒容，需要根据体系前后气体物质的量和压强是正比进行计算。学生初步尝试恒压条件下的Kp求算。活动意图说明 问题1：创设“碳中和”的试题情境，并将其融入高考改编题，帮助学生获得解决压强平衡常数的一般“套路”， 快速找到解题的突破口，消除部分同学对其的“畏惧感”。 问题2：强化学生对于解题模型的运用能力，同时变式训练，拓宽学生分析视野。环节三：绿色化学与可持续发展资料卡片： 问题1： 上图为我国目前主要的制氢方式，请分析这些制氢工艺的优缺点，并从绿色化学与可持续发展的角度思考制氢工艺的发展方向。谈谈作为新时代青年，怎样做才能为碳达峰，碳中和做出贡献。学生活动 评价，交流，并倡导绿色低碳生活，努力学习，将来可为新能源发展做出贡献。活动意图说明： 落实《化学课程标准》中的科学态度与社会责任核心素养。引导学生关注到国家政策当中，树立良好的社会品德、社会责任。为“碳达峰"“碳中 和“的事业做岀自己应有的贡献。
板书设计
作业与拓展学习设计
检测类作业： 时间：15—20分钟 一、基础级： 1.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反应为SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的关系如下图所示： 若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 2.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。 将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器， 在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为______，平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数) 二、提升级：（恒容条件下Kp求算） 3.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在容积为1 L的恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表： 活性炭/molNO/molA/molB/molp/MPa200 ℃2.0000.040 00.030 00.030 03.93335 ℃2.0050.050 00.025 00.025 0p
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_________________，判断p________(填“＞”“＜”或“＝”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 实践类作业：无
教学反思与改进
一、亮点 此教学设计将压强平衡常数的教学镶嵌在真实的工业情境中，调动学生学习热情，同时以空气为例讲解分压与物质的量分数的关系，将理解难度大大降低。 二、不足 由于学生提取信息，类比迁移的能力较高三学生弱很多，所以即便在教学中已经注意到驱动性问题难度和梯度的设置，仍会有部分同学学习困难。 三、改进 所以此课时教学适合分层教学，基础好能力强的同学全面学习，基础较薄弱，能力不足的同学适合部分学习。
2教学设计
课题 优化煤制氢工艺——化学平衡常数的应用
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
教学内容分析
课标对化学平衡常数K的要求中明确提出“知道化学平衡常数的含义 , 能利用化学平衡常数计算反应的转化率”。事实上，“化学平衡常数”的提出具有两个重要意义：其一，弄清其概念，能增进对化学反应限度和化学平衡移动规律的理解；其二，掌握其计算，比较其与浓度商Qc的关系，能帮助学生掌握判断平衡移动方向的方法与思路，而这二者是“化学反应限度”的学习难点，也是后续溶液中的离子平衡学习的基础。因此，化学平衡常数为学生提供了理性分析的思维“支架”，人教版教材在“化学平衡常数”和“平衡移动理论”的教学顺序上作了调整，先定量分析，再定性验证。
学习者分析
【知识基础】 学生已认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义，能写出平衡常数表达式并进行简单计算，理解了化学平衡常数的含义和影响因素。在此基础上判断反应的方向，定量、定性角度分析平衡移动是水到渠成的。 【能力基础】 高二学生有足够的分析数据和处理数据的能力， 能够建构定量分析模型。 【学习障碍点】 定量、定性分析影响平衡移动的方向。
学习目标确定
1.通过计算煤制氢工艺中CO转化率，能熟练应用化学平衡常数进行简单计算。 2.能利用平衡常数和浓度商的关系推断化学反应是否达到平衡，提升从定量的角度发展分析化学反应的能力，形成证据推理与模型认知的体系。 3.通过选择提高CO转化率的条件，理解浓度商和化学平衡常数的相对大小与平衡移动方向间的联系，发展变化观念与平衡思想的核心素养。通过设计实验验证平衡移动的方向，发展科学探究和创新意识核心素养。
学习重点难点
1.能利用平衡常数和浓度商的关系推断化学反应是否达到平衡，提升从定量的角度发展分析化学反应的能力，形成证据推理与模型认知的体系。 2.通过选择提高CO转化率的条件，理解浓度商和化学平衡常数的相对大小与平衡移动方向间的联系，发展变化观念与平衡思想的核心素养。通过设计实验验证平衡移动的方向，发展科学探究和创新意识核心素养。
学习评价设计
评价维度评价要点评价指标评价水平分层赋分计算模型计算方法计算能力1.已知K，求平衡浓度和反应物转化率优（完全） 良（部分） 待努力（没做到）102.能根据某时刻混合体系中各组分浓度求Q103.能通过比较Q与K的相对大小，分析平衡移动的方向20综合分析应用知识和能力分析合适的生产条件1.能通过影响速率和平衡移动的因素，分析有利于煤制氢的生产条件同上102. 能从温度、浓度、压强、催化剂的角度综合分析煤制氢最适宜的生产条件10实验探究设计实验方案1.能否考虑到控制变量思想同上20完成实验2.能根据实验现象得到相应结论20
学习活动设计
教师活动学生活动环节一：计算煤制氢工艺中CO转化率资料卡片： 在制氢工艺中，虽然煤制氢中CO ＋H2 O CO2 ＋H2 平衡常数较小，但该工艺成本低，该技术路线成熟高效，可大规模稳定制备，是当前成本最低的制氢方式。 引入： 通过上一堂课分析可知：一定条件下，煤制氢反应的平衡常数不受初始浓度影响，CO的转化率受不受浓度影响呢？ 已知： CO＋H2OCO2＋H2△H<0,830℃时，浓度为0.200mol/L的CO，的H2O发生上述反应，达到平衡时K=1。 问题1：830℃达到平衡时，CO2 和H2的浓度分别是多少？ 问题2：CO的转化率是多少？ 问题3：改变H2O的浓度为1.00mol/L，CO的转化率是多少？ 学生活动： 思考、计算、 三行式计算，由K求转化率。 活动意图说明： 平衡常数计算的变式应用能够复习巩固上堂课所学，也能与后面学习的内容相衔接，提升学生的计算能力、迁移应用能力。环节二：判断煤制氢工艺中反应进行的方向问题1： 上述条件下，某时刻 CO 、H2 O 、CO2 、H2 的浓度分别为 0．75 mol／L、0．75 mol／L、 0．25 mol／L、0．25 mol／L，该时刻是否处于平衡状态？若不是，预测反应的方向。学生活动： 计算，对比分析 应用平衡常数判断反应进行的方向。 诊断学生对化学平衡常数的理解程度，认识新概念Qc。 学生将各物质的浓度带入 K 值表达式，其值小于 K，因此不是平衡状态。 当 Qc＞K 时，平衡逆向移动；当Qc＜K 时，平衡正向移动。活动意图说明 由个例到一般提出判断平衡移动的方法，引入浓度商的概念，基于浓度商 Q 与 K 的关系判断平衡移动的方向，平衡移动的方向总是趋向于Q 、K 重新相等。 让学生体会研究化学平衡的目的，不是等待平衡的出现，也不是维持平衡状态不变，而是实现对反应精准的调控，使化学平衡向着人们希望的方向移动。环节三：优化煤制氢工艺中反应条件 问题1： 改变哪些反应条件可使Q ≠ K，从而改变化学平衡状态？
问题2： 实际生产中，改变哪些条件可以增大CO的转化率？请尝试通过Q、K的比较定量分析。
问题3: 设计实验验证定量分析结论。 教师提供实验药品：1 mol·L-1 KSCN 溶液，0.005 mol·L-1 KSCN 溶液，1 mol·L-1FeCl3溶液，0.005 mol·L-1FeCl3溶液，NO2 和 N2O4的混合气（注射器装），NO2 和 N2O4的混合气（连通瓶装） 问题4： 归纳煤制氢工艺的适宜生产条件，并说明理由。 学生活动 （1）分析、总结、交流、表达通过Q与K的大小比较，改变浓度、温度对平衡移动的影响，建构定量分析模型，并应用模型定量分析增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动。 （2） 应用模型定量分析实际生产中，改变哪些条件可以增大CO的转化率？ （3）实验验证结论。学生需要设计实验并完成实验报告。 （4）总结煤制氢的生产条件：如初始浓度比例，催化剂，温度适宜，高压 在上述活动中突破学习障碍点。活动意图说明： 学生只定性分析平衡移动的影响因素是很难真正理解影响因素与平衡移动之间的关系的。基于 Q 与 K 的关系，学生自主定量分析推导得出影响平衡的因素与平衡移动间的关系，明确平衡移动和平衡常数改变之间的关系，把课本上的陈述知识变成动态的富有思维价值的思维方式和推理模式，发挥 Q 、K 对平衡移动的解释、推论、预测功能。之后再定性验证，形成基于实验事实的证据推理意识。
板书设计
作业与拓展学习设计
检测类作业： 时间：15—20分钟 基础级： 1．在恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和，发生反应：，测得平衡混合物中的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图所示。下列说法错误的是 A．该反应的 B．压强： C．A、B、D三点的平衡常数关系为： D．压强为、温度为300℃的条件下，C点 选题意图：数形结合考察化学平衡移动原理，及应用K与Q的相对大小判断反应进行方向。 2．利用合成二甲醚的反应： 。将和充入2L密闭容器中，测得不同温度和压强下，二甲醚的平衡物质的量分数变化如图所示。下列说法正确的是 A．由图可知，温度：、压强： B．温度一定时，增大压强，平衡常数K会减小 C．平衡时，、条件下的正反应速率小于、条件下的逆反应速率 D．、条件下，若，此时 选题意图：数形结合考察平衡移动影响因素及应用K与Q的相对大小判断反应进行方向。 3.二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ/mol。T1℃时，在恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。 (1)该条件下反应平衡常数表达式K= ；在T1℃时，反应的平衡常数为 。 (2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)=0.4mol/L、c(H2O)=0.6mol/L、c(CH3OCH3)=1.2mol/L,此时正、逆反应速率的大小：v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。 选题意图：考察平衡常数表达，计算及化学平衡移动原理，基础综合型习题。 数形结合考察化学平衡常数计算及应用K与Q的相对大小判断反应进行方向。 提升级： 4．(I) (1)已知在448℃时，反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为___________；反应1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的平衡常数K3为___________ (Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示： t/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6
回答下列问题： (2)该反应的化学平衡常数表达式为K___________ (3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是___________A．容器中压强不变 B．混合气体中c(CO)不变 C．v正(H2)=v逆(H2O) D．c(CO2)=c(CO) (4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为___________℃ (5)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2mol·L-1，c(H2)为1.5mol·L-1，c(CO)为1mol·L-1，c(H2O)为3mol·L-1，此时反应___________达到平衡(填“是”或“否”)。 选题意图：原理综合题，考察角度多维，综合。 实践类作业： 汽车尾气是城市主要空气污染物，利用反应2NO(g)+2CO(g) N2+2CO2(g)可实现汽车尾气的无害化处理。向甲、乙两个体积都为2.0L的恒容密闭容器中分别充入2molCO和2molNO，分别在T1、T2温度下，经过一段时间后达到平衡。反应过程中n(CO2)随时间(t)变化情况见下表： 时间/s0246810甲容器(T1)n(CO2)/mol00.721.201.601.601.60乙容器(T2)n(CO2)/mol00.601.001.401.701.70
(1)T1___________T2(填“>”、“<”或“=”下同)，该反应ΔH___________0. (2)甲容器中NO平衡转化率为___________，T1温度下该反应的平衡常数为___________。 (3)该反应达到平衡后，为提高NO的转化率，可采取的措施有___________(填字母序号)。 a、增大NO浓度b、压缩容器体积c、移去部分N2 d、改用高效催化剂 选题意图：该情境相当于对课堂研究、解决问题过程再现，可梳理解决问题的思路，建构化学平衡常数应用模型。
教学反思与改进
一、亮点 引导学生从平衡常数角度分析外界条件如何影响化学平衡 ，并能利用平衡常数来判断反应进行的方向，能够让学生更深层次理解平衡移动的影响因素，本堂课由情境带入，引发学生深度思考 ，归纳总结相应规律。进一步深化学生对平衡常数功能和价值的全面认识，初步形成基于Q 、K关系比较分析平衡移动问题的一般思路和方法，促使学生高水平认知发展。定量分析之后再定性验证，形成基于实验事实的证据推理意识。相对于用旧教材的传统教学，教学课堂效果更好，学生理解更透彻。 二、不足 本课时计算量大，定性定量分析内容较多，课时容量大，完成难度高 三、改进 可以根据学情将其拆分成两课时分别完成，逐步渗透。
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