人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 实验活动1　探究影响化学平衡移动的因素 教学设计1

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实验活动1　探究影响化学平衡移动的因素
教学目标
1.通过实验探究、现象分析、原理讨论、实验论证等方法,能理解并描述浓度的改变对化学平衡移动的影响规律。
2.通过实验探究、现象分析、原理讨论、实验论证等方法,能理解并描述温度的改变对化学平衡移动的影响规律。
3.认识化学变化有一定限度,是可以调控的。能多角度、动态地分析化学变化,能运用化学反应原理解决简单的实际问题,培养变化观念与平衡思想。
4.通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,建立认知模型并能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律,提高学生的证据推理与模型认知水平。
5.强化宏观与微观相结合的科学思想及其观念,体会化学科学的认知功能和应用价值。
评价目标
1.能够用控制变量的方法探究影响化学平衡的因素。
2.通过“评价反馈”评价学生对该部分内容的掌握情况。
教学重难点
重点:平衡移动概念及浓度、温度对化学平衡移动的影响。
难点:浓度、温度对化学平衡移动影响的原因分析。
教学方法
实验探究、讨论、分析、对比的方法。
课时安排
1课时。
教学准备
学案、多媒体课件、实验器材。
教学设计主题 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 　　“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺,此事古难全”,自古以来,人们对于生活中的一些不可逆的现象都深感惋惜,例如破镜重圆、曲终人散、人走茶凉等,同时也表达了大家想将这种不可逆现象转变为可逆现象的愿望。但在化学上,尤其是我们的化工生产中,我们更愿意将一些可逆反应转变为不可逆的反应,以此来提高产率和原料的利用率,如工业制硫酸的第二步,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,如果SO2能完全转化为SO3那该多好,但这个愿望我们能实现吗 　　【展示图片】破镜重圆曲终人散人走茶凉 　　积极思考,为什么SO2不能完全转化为SO3 　　古诗词引入,体会人世间的悲欢离合,将学生迅速带入本节课的研究情境。再提出工业生产的实例,引发学生积极思考,激发学生的学习兴趣。
讲授新课 　　【问题1】可逆反应在什么情况下会达到最大限度 【问题2】如何打破化学平衡状态 【板书】一、化学平衡移动v正>v逆v正=v逆v正≠v逆v'正=v'逆 　　结合已有知识进行回答:1.可逆反应进行到一定程度,正、逆反应速率相等。2.改变外部条件,造成正、逆反应速率不相等。 　　巩固旧知,引出新知。
继续提问 　　【问题3】影响反应速率的因素有哪些 【问题4】浓度、温度、压强、催化剂都能使化学平衡发生移动吗 【讲述】催化剂能够同等程度的改变正、逆反应速率的相对大小,对平衡移动不产生影响。所以要引起平衡移动不仅仅要改变反应速率,还要改变正、逆反应速率的相对大小,让我们一起来探讨浓度、温度等是否能改变正、逆反应速率的相对大小从而引起平衡移动吧!【板书】二、影响平衡移动的因素1.浓度2.温度3.压强4.催化剂【讲述】通过催化剂对平衡移动的影响,了解到要想使平衡移动就要使正、逆反应速率的相对大小发生变化,那么当浓度、温度改变时,能否使正逆反应速率的相对大小发生改变,从而改变化学平衡状态呢 　　结合已有知识进行回答:3.浓度、压强、温度、催化剂等。4.不能。 　　巩固旧知,引出新知。
探究浓度对化学平衡的影响 　　【合作探究1】物质浓度的改变是否引起化学平衡变化,我们借助直观的反应采用实验手段进行分析研究。完成实验回答下列问题:实验原理Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色)实验步骤1在小烧杯中加入10 mL蒸馏水,再滴入5滴0.05 mol·L-1 FeCl3溶液、5滴0.15 mol·L-1 KSCN溶液,充分混合,溶液显红色。将上述溶液均分置于a、b、c三支试管中;向a试管中加入5滴0.05 mol·L-1 FeCl3溶液,充分振荡,观察溶液颜色变化;向b试管滴加5滴0.15 mol·L-1 KSCN溶液,观察溶液颜色变化并与c试管对比实验现象a中溶液颜色变深b中溶液颜色变深实验步骤2向试管a中加入少量铁粉向试管b中加入少量铁粉实验现象溶液颜色变浅溶液颜色变浅实验结论对可逆反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,分别增大c(Fe3+)和c(SCN-)后,化学平衡均向正反应方向移动;加入少量铁粉,由于发生反应:Fe+2Fe3+3Fe2+,减小了Fe3+的浓度,化学平衡向逆反应方向移动【合作探究2】探讨改变浓度对平衡的影响,设计合理的实验方案。实验药品:0.1 mol·L-1K2Cr2O7溶液、6 mol·L-1 NaOH溶液、6 mol·L-1 H2SO4溶液实验仪器:试管、胶头滴管。实验目的浓度对化学平衡的影响实验原理Cr2+H2O2Cr+2H+(橙色)　　　　　(黄色)实验步骤实验现象黄色加深橙色加深实验结论NaOH溶液使c(H+)变小,平衡向正反应方向移动H2SO4溶液使c(H+)增大,平衡向逆反应方向移动通过【合作探究1】和【合作探究2】你能得出什么结论 　　通过观察溶液的颜色变化,完成表格,并判断平衡移动的方向。思考回答。小组讨论、设计实验方案、汇报交流。优化实验方案,实施实验,汇报交流实验现象、得出结论。 　　学生结合之前知识积累进行后面知识的探究。培养学生的归纳总结能力、类比推理能力、知识迁移能力。培养学生实验设计能力,探查学生在设计对比实验过程中控制变量思想的应用能力。
总结 　　【板书】其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡正向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡逆向移动。 　　记录。 　　再次巩固已学知识。
总结提升 　　1.根据前面实验,完成下面表格。平衡移动的原因增大反应物的浓度增大生成物的浓度减小生成物的浓度减小反应物的浓度速率变化正反应速率增大逆反应速率增大逆反应速率减小正反应速率减小逆反应速率不变正反应速率不变正反应速率不变逆反应速率不变v正>v逆v正v逆v正探究温度对化学平衡的影响 　　【合作探究3】实验原理CuCl2溶液中存在如下平衡:[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl-[CuCl4]2-(黄色)+ 4H2OΔH> 0实验步骤1分别取2 mL 0.5 mol·L-1 CuCl2溶液加入a、b两支试管中,将其中的a试管先加热,观察并记录实验现象,与另一支试管进行对比实验现象溶液由蓝色变为绿色实验步骤2将a试管置于冷水中,观察并记录实验现象,与另一支试管进行对比实验现象溶液由绿色变为蓝色实验结论对上述可逆反应,升高温度,化学平衡向正反应方向移动;降低温度,化学平衡向逆反应方向移动【问题1】上面实验中化学平衡状态是否发生了改变 你是如何判断的 平衡进行了如何移动 【问题2】在对CuCl2溶液加热时,你是否观察到了[CuCl4]2-的黄色 你能找到原因吗 【问题3】从本实验中你能得出什么结论 　【合作探究4】实验原理2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0实验步骤1取两个封装有NO2和N2O4混合气体的圆底烧瓶(编号分别为1和2),将1浸在盛有热水的烧杯中,将2浸在盛有冷水的烧杯中,比较两个烧瓶里气体的颜色实验现象1中红棕色变深,2中红棕色变浅实验步骤2将两个烧瓶互换位置,稍等片刻,再比较两个烧瓶里气体的颜色实验现象1中红棕色变浅,2中红棕色变深实验结论对上述可逆反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动;降低温度,化学平衡向正反应方向移动 　　设计实验、观察记录现象。学生讨论。分析回答:1.是,溶液颜色发生了改变。温度升高平衡正向移动,温度降低平衡逆向移动。2.否,蓝色与黄色混合为绿色。3.温度能改变化学平衡移动。 培养学生的实验观察及动手能力。培养学生分析、解决问题的能力。
　　设计实验、观察记录现象。学生讨论,分析回答。 培养学生的实验观察及动手能力。培养学生分析、解决问题的能力。
总结 【板书】其他条件不变时,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。 　　记录。 　 再次巩固已学知识。
总结提升 　　根据前面实验,完成下面表格。平衡移动的原因正反应方向为吸热反应正反应方向为放热反应升高温度降低温度升高温度降低温度速率变化正反应速率增大正反应速率减小正反应速率增大正反应速率减小逆反应速率增大逆反应速率减小逆反应速率增大逆反应速率减小v正>v逆v正v逆移动方向正向移动逆向移动逆向移动正向移动请完成下面几种情况下的v-t图。(1)正反应方向为吸热反应,如C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH>0(2)正反应方向为放热反应,如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0 　　学生自主分析温度变化引起平衡移动的原因,并完成图像。 　　培养学生的归纳总结、类比推理、知识迁移的能力。
归纳总结 　　教师归纳浓度、温度的变化对平衡移动的影响,理论升华,引出经验性规律——勒夏特列原理。【教师】介绍勒夏特列原理的伟大意义。 　　学生体会科学发展之路的艰辛及科学的意义。 　　通过对科学史的学习激发学生学习化学的兴趣。
1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是(　　)
A.溴水中有化学平衡Br2+H2OHBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后,溶液颜色变浅
B.合成氨反应(正反应为放热反应),为提高氨的产率,理论上应采取降低温度的措施
C.反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)(正反应放热),平衡后,升高温度体系颜色变深
D.对于2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡后,缩小容器容积可使体系颜色变深
答案 D
解析 溴水中有化学平衡Br2+H2OHBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后,银离子与溴离子反应生成溴化银沉淀,溴离子浓度减小,平衡正向移动,导致溴单质浓度减小,故溶液颜色变浅,故A不符合题意;合成氨反应,正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,可提高氨的产率,故B不符合题意;反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)的正反应放热,平衡后,升高温度,平衡逆向移动,NO2的浓度增大,故体系颜色变深,故C不符合题意;对于2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡后,缩小容器容积,平衡不发生移动,不能用勒夏特列原理解释,但是体积减小,各气体的浓度增大,体系颜色变深,故D符合题意。故选D。
2.如图所示的曲线是恒容密闭容器中充入一定量N2O4,当其他条件一定时,反应N2O42NO2　ΔH>0中N2O的平衡浓度与温度的关系曲线,下列有关说法正确的是
A.逆反应速率:c点B.b点所处状态的v正>v逆
C.N2O4的转化率:c点D.化学平衡常数:b点>c点
答案 B
解析 温度升高化学反应速率加快,c点温度高于a点,所以逆反应速率:c点>a点,A错误;因为c点处于平衡状态,b点的c(N2O4)大于c点的,所以Qc(b)v逆,B正确;反应N2O42NO2　ΔH>0,正反应为吸热反应,随着温度的上升,平衡向右移动,c点的温度大于a点的,所以N2O4的转化率:c点>a点,C错误;平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,D错误。答案选B。
3.含氮化合物和含碳化合物对环境、生产和人类生命活动有很大影响。请回答下列有关问题:
(1)用CH4将氮氧化合物还原为无毒气体,可改善汽车尾气对环境的影响。相关反应历程如图所示。
①反应a加入催化剂,可使Ea1　　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”);相同条件下,反应速率b比a　　　　　　　(填“快”或“慢”),原因是　　　　　　　;反应CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)　ΔH=　　　　　 (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)kJ·mol-1。
②T ℃时,向恒容密闭容器加入一定量的CH4和NO2,下列能表明反应CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)已达到平衡状态的是　　　　　　　(填字母)。
A.容器内气体颜色保持不变
B.v正(N2)=2v逆(NO2)
C.容器内压强保持不变
D.容器内混合气体的密度保持不变
(2)反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0是一种碳资源化处理的途径,在不同温度下,向容积为2 L的密闭容器内加入4 mol的CO和8 mol H2,CH3OH的物质的量随时间的变化情况如图:
①T1　　　　　　　(填“>”或“<”)T2。
②T1时,前3 min内用H2表示的反应速率v(H2)为　　　　　　　(保留两位有效数字),T2时,反应的化学平衡常数K=　　　　　　　。
③若容器容积不变,可增加氢气平衡转化率的措施有　　　　　　　(任填一项)。
④已知:v正=k正x(CO)x2(H2),v逆=k逆x(CH3OH),k正和k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,c点时v正:v逆=　　　　　　　。
答案 (1)①减小　快　反应b比反应a的活化能小　　②AC　(2)①<　②0.67 mol·L-1·min-1　0.25(写“”也可)　③增加CO浓度;降低温度;按体积比1∶2充入CO和H2;从体系中分离CH3OH(任填一项即可)　④108∶25(或或4.32或4.3)
解析 (1)①Ea1为反应a的活化能,则加入催化剂,可使Ea1减小;相同条件下,反应速率b比a快,原因是反应b比反应a的活化能小;由图像可知,反应a:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+2H2O(g)+CO2(g)　ΔH1;反应b:CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)　ΔH2;由盖斯定律可知,可得目标反应CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+2H2O(g)+CO2(g)　ΔH= kJ·mol-1。
②A项,容器内气体颜色保持不变,说明NO2(g)的浓度保持不变,则正逆反应速率相等,且保持不变,故正确;B项,v正(N2)=2v逆(NO2)不能表示正逆反应速率相等,当用速率表示达到平衡状态时,应满足“一正一逆,且等于系数之比”即2v正(N2)=v逆(NO2),故错误;C项,容器容积不变,反应前后气体物质的量不相等,则随着反应的进行,容器内压强发生变化,当达到平衡时,容器内压强保持不变,故正确;D项,混合气体的质量不变,容器容积不变,则气体密度始终不变,则容器内混合气体的密度保持不变,不能说明达到平衡状态,故错误;故选AC。
(2)①由图可知,T2温度下,反应先达到平衡,则反应速率更快,温度更高,则T1②T1时,前3min内,生成2 mol CH3OH,则消耗4 mol H2,故用H2表示的反应速率v≈0.67 mol·L-1·min-1,T2时,达到平衡时,生成2 mol CH3OH,则可列出三段式:则反应的化学平衡常数K==0.25,
　　　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/(mol·L-1) 2 4 0
转化/(mol·L-1) 1 2 1
平衡/(mol·L-1) 1 2 1
③增加CO浓度,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大;降低温度,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大;按体积比1∶2充入CO和H2,相当于增大压强,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大;从体系中分离CH3OH,平衡正向移动,氢气平衡转化率增大。
④T2温度下,当反应达到平衡时,生成2 mol CH3OH,则可列出三段式:
　　　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 4 8 0
转化/mol 2 4 2
平衡/mol 2 4 2
由v正=v逆,可得k正x(CO)x2(H2)=k逆x(CH3OH),则=4,c点时,生成1 mol CH3OH,则可列出三段式:
　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 4 8 0
转化/mol 1 2 1
平衡/mol 3 6 1
气体总物质的量为3 mol+6 mol+1 mol=10 mol,则x(CO)=0.3,x(H2)=0.6,x(CH3OH)=0.1,则=4×。
1.化学平衡状态的移动
v正>v逆v正=v逆v正≠v逆v'正>v'逆
2.探究浓度对化学平衡的影响
其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡正向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡逆向移动。
3.探究温度对化学平衡的影响
其他条件不变时,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。
1.完成学案中的“核心素养专练”。
2.预习下节内容。
本节课的设计思路是通过生活中的一些悲欢离合的现象,引发学生的感想,再类比到化学上的一些需求,从而引出可逆反应。再结合学生的已有知识,通过四个连续性的问题,逐步引导学生抽丝剥茧,得出能够引起平衡移动的实质——正、逆反应速率的相对大小发生改变,从而通过学生活动,实验探究,总结规律,得到浓度、温度对平衡移动的影响。最后,在教师的引导下共同分析浓度、温度能够引起平衡移动的原因,学生展示自己完成的表格和图像。
本节课的成功之处在于实验现象明显,学生能够主动积极地参与其中,学习热情较高,能积极学习思考。不足之处在于分析平衡移动时语言应再精练,应详细叙述改变条件是体系中哪些量改变,哪些量不变,变量和不变量的大小关系是什么,进而再推出平衡移动结果。
通过本节课的教学,我切实感觉到学生在整个过程中积极参与、主动探究,在交流讨论中逐步提升了自己的科学素养,而教学设计的精髓就是要将教学中最本质的观念和思想通过精心的教学设计让学生去体会和感悟,提升学生的化学核心素养,最终实现立德树人的根本目标。
实验活动1　探究影响化学平衡移动的因素
一、化学平衡移动
v正>v逆v正=v逆v正≠v逆v'正=v'逆
二、影响平衡移动的因素
1.浓度
2.温度
3.压强
4.催化剂
三、实验探究影响化学平衡移动的因素
1.探究浓度对化学平衡的影响
其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡正向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡逆向移动。
2.探究温度对化学平衡的影响
其他条件不变时,升高温度,平衡向吸热方向移动;降低温度,平衡向放热方向移动。
教学分析
教学设计
评价反馈
课堂小结
布置作业
教学反思
板书设计
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