苏教版高中化学选择性必修第一册专题二化学反应速率与化学平衡
第三单元《化学平衡的移动》单元整体教学设计方案
一、单元整体设计
(一)单元教材分析
本单元是《化学反应原理》专题二“化学反应速率与化学平衡”的收官与升华之作,在明确了化学反应存在“限度”(平衡状态)后,深入探讨如何“调控”这个限度,实现理论与实践的深度结合。教材逻辑清晰,遵循“实验探究→规律归纳→理论提升→实际应用”的科学认知路径:
1. “浓度变化对化学平衡的影响”(教材P65-67):以 教材P65“基础实验”(铬酸根与重铬酸根的转化)为典型探究案例,从实验现象直接归纳浓度对平衡移动的影响规律,并顺势引入定量判断工具——浓度商(Qc),通过 教材P66-67“方法导引”例3 示范如何利用Qc与K的比较进行精准预测,实现从定性到定量的跨越。
2. “压强变化对化学平衡的影响”(教材P68-70):教材巧妙地从合成氨的工业数据图(教材P68图2-18)入手,引导学生分析压强对平衡混合物组成的影响。通过 教材P68“交流讨论” 表格,引导学生自主分析不同类型反应受压强影响的差异,并借助 教材P69“拓展视野”(色度传感器探究NO -N O 平衡)介绍现代实验手段,深化理解。
3. “温度变化对化学平衡的影响”(教材P70-71):通过 教材P70“基础实验”(钴配合物的热致变色现象)这一现象鲜明的探究活动,直观得出温度对平衡移动的影响规律。在此基础上,教材P71自然引出 “勒夏特列原理” ,完成了从分项规律到统一原理的理论概括。
4. “化学平衡原理的广泛适用性”(教材P73):作为本单元(乃至本专题)的小结,教材提纲挈领地指出化学平衡原理(含移动原理)适用于各类平衡体系,为后续专题(水溶液中的离子平衡)的学习埋下伏笔,体现了知识的结构化与迁移价值。
核心育人价值:本单元通过系列探究活动,培养学生“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”的核心素养。以“合成氨条件选择”(教材P72“选择决策”)为典型,让学生体验如何运用化学原理(勒夏特列原理)综合分析、权衡利弊,解决真实复杂的工程问题,深刻理解“化学创造新物质、新能源”的社会价值,培养“科学态度与社会责任”。
(二)单元学情分析
1. 知识基础:学生已掌握“化学平衡状态”的特征及“化学平衡常数(K)”的概念与计算,理解平衡是动态的、有条件的。这为学习“条件改变导致平衡移动”奠定了良好基础。但对“浓度商(Qc)”这一新概念,以及如何从“压强改变导致浓度改变”的角度分析问题,存在认知困难。
2. 认知特点:高二学生具备逻辑推理能力,能接受“平衡移动”的抽象概念,但往往习惯于记忆结论(如“增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动”),对结论背后的微观本质(浓度变化)及统一原理(勒夏特列原理)的理解深度不足。
3. 素养水平:经过上一单元学习,学生初步建立了“变化与平衡”的观念,但多用于分析静态平衡。本单元需要将其升华为“动态调控”的观念,并重点发展“证据推理”能力(从实验现象推理移动方向)和“模型认知”能力(运用Qc模型、勒夏特列原理模型进行预测)。
4. 学习习惯与探究能力:学生对化学实验兴趣浓厚,教材设计的三个“基础实验”现象明显,能有效激发探究欲。但在“合成氨条件选择”等综合决策任务中,学生容易片面考虑某一因素,缺乏多角度权衡、系统分析的意识与能力。
(三)单元学习目标
依据《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》,本单元重点落实以下学科核心素养:
1. 变化观念与平衡思想:认识化学平衡是动态的、有条件的,能通过实验探究和理论分析,理解浓度、压强、温度等条件对化学平衡移动的影响,并能运用勒夏特列原理(平衡移动原理)对平衡移动的方向进行预测和解释。(重点培养素养)
2. 证据推理与模型认知:能根据实验现象(如溶液颜色变化、气体体积变化)和数据图表,推理得出平衡移动的方向;能理解浓度商(Qc)的概念,并运用Qc与K的相对大小关系,定量判断平衡移动的方向;能建立并应用勒夏特列原理这一理论模型。
3. 科学探究与创新意识:能完成教材规定的探究浓度、温度对平衡影响的实验,观察记录现象,分析得出结论;能基于压强影响平衡的规律,设计简单的实验方案或分析方案。
4. 科学态度与社会责任:通过对合成氨等工业案例的分析,认识化学平衡原理在化工生产中的指导作用,体会化学科学对促进社会发展、解决资源与能源问题的重要意义,形成综合考虑技术可行性与经济效益的决策意识。
具体目标:
1. 学生能通过完成铬酸根-重铬酸根平衡实验(教材P65),准确描述浓度改变对平衡移动的影响,并写出相关的离子方程式。(素养1,2,3)
2. 学生能理解浓度商(Qc)的含义,在给定反应和浓度数据时,能计算Qc值,并通过比较Qc与K的大小,判断平衡移动的方向。(素养2)
3. 学生能通过分析教材提供的合成氨平衡数据图(教材P68图2-18),归纳压强对平衡移动的影响规律,并能从浓度变化的角度解释该规律。(素养1,2)
4. 学生能通过完成钴配合物热致变色实验(教材P70),准确描述温度改变对平衡移动的影响,并能判断相关反应是吸热还是放热。(素养1,3)
5. 学生能准确表述勒夏特列原理(平衡移动原理),并能运用该原理定性地判断浓度、压强、温度改变时平衡移动的方向。(素养1)
6. 学生能在小组讨论中,针对合成氨反应,综合考虑反应速率、平衡移动、设备成本、催化剂活性等多种因素,对教材P72提出的各项生产条件优化措施进行可行性分析和评价,形成初步的工程思维。(素养1,4)
(四)单元教学重难点
教学重点:
1. 浓度、压强、温度对化学平衡移动的影响规律。
2. 勒夏特列原理(平衡移动原理)的理解与应用。
3. 运用化学平衡移动原理分析生产生活中的实际问题(如合成氨条件选择)。
教学难点:
1. 压强对平衡移动影响的分析:突破策略:引导学生回归本质——压强改变通过引起气体浓度改变来影响平衡。利用教材P68交流讨论表格,分类讨论(△vg=0, >0, <0),并借助“充入惰性气体”等特例深化理解。
2. 勒夏特列原理的深度理解与灵活应用:突破策略:在得出三项具体规律后,引导学生寻找共性(“减弱这种改变”),抽象出统一原理。通过正例、反例(如催化剂不影响平衡)和复杂情境(如多重条件改变)的辨析,促进原理的内化。
3. 合成氨条件选择的综合分析:突破策略:提供结构化讨论框架(从速率、平衡、成本、安全等维度),引导学生进行角色扮演(如工程师、经济学家),开展辩论式学习,在观点碰撞中学会权衡。
(五)单元教学准备
教具与学具:K CrO 溶液、HNO 溶液、NaOH溶液;CoCl ·6H O晶体、浓盐酸、试管、酒精灯、冰水;NO 球型平衡仪(或相关视频);多媒体课件。
技术资源:可用于模拟平衡移动的软件或动画;色度传感器实验视频(教材P69拓展视野)。
教材资源处理:
将教材P68图2-18(合成氨平衡数据图)制作成可交互图表,点击不同压强线显示具体数据。
打印放大教材P72“选择决策”中的合成氨工艺流程图,用于小组讨论和标注。
整合教材P73“学科提炼”内容,制作成“平衡原理迁移卡”。
(六)单元课时计划
课时 课时名称 (与教材完全一致) 内容要点 对应教材页码 核心图片/资源说明
1 浓度变化对化学平衡的影响 实验探究浓度影响;浓度商(Qc)概念;Qc与K比较判断移动方向。 P65-67 P65“基础实验”装置图;P66-67例3解题过程。
2 压强变化对化学平衡的影响 数据分析压强影响;从浓度角度理解压强影响;惰性气体影响分析。 P68-70 P68图2-18:合成氨平衡数据图;P69图2-19、2-20:传感器探究实验图。
3 温度变化对化学平衡的影响 实验探究温度影响;勒夏特列原理的提出与表述。 P70-72 P70“基础实验”现象图;P71图2-21:勒夏特列肖像;P72图2-23:合成氨工艺流程图。
4 化学平衡原理的广泛适用性 勒夏特列原理在合成氨条件选择中的应用;原理的迁移价值。 P72-73 P72“选择决策”问题列表;P73“学科提炼”文本。
5 单元复习专题:平衡的调控艺术——从原理到实践 三大影响因素综合辨析;勒夏特列原理深度应用;化工生产中的条件优化。 整合P65-73 整合所有核心实验、图表、案例及习题,形成专题任务。
二、课时教学设计
第一课时:浓度变化对化学平衡的影响
【本课时教材分析】
本课时是探讨平衡移动的起点,教材以 P65“基础实验”(铬酸根与重铬酸根的转化)这一现象鲜明、操作简单的探究活动为核心,引导学生直接获得浓度影响平衡的感性认识。在此基础上,教材P66顺势引入定量判断工具——浓度商(Qc),并通过 P66-67“方法导引”例3 进行规范示范,旨在实现从“基于现象定性描述”到“基于计算定量预测”的认知升级,培养学生严谨的科学思维。本课时内容是学习压强、温度影响的基础,也是理解勒夏特列原理的起点。
【素养目标】
1. (变化观念与平衡思想) 学生能通过亲手完成或观察教材P65铬酸根-重铬酸根平衡实验,准确描述溶液颜色变化,并与同伴合作分析得出“增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动”的结论。
2. (证据推理与模型认知) 学生能理解浓度商(Qc)的定义,在教师给出反应方程式和某一时刻各物质浓度后,能正确计算Qc值,并通过比较Qc与K的相对大小,推理得出平衡移动方向的结论,完成至少一道类似教材例3的练习题。
3. (科学探究与创新意识) 学生能按照教材P65实验步骤规范操作,记录实验现象并填写表格,体验通过实验探究化学规律的过程。
【教学重点】
重点:浓度对化学平衡移动的影响规律;浓度商(Qc)的概念及其应用。
难点:Qc与K的比较判断法。突破策略:通过类比“比赛得分与及格线”帮助学生理解Qc与K的关系;对教材例3进行步骤拆解和变式训练。
【教学准备】
教师准备:PPT课件(含实验步骤、Qc概念讲解、例3详解)、0.1 mol/L K CrO 溶液、1 mol/L HNO 溶液、1 mol/L NaOH溶液、试管、胶头滴管等分组实验器材;导学案。
学生准备:复习化学平衡常数K的表达式;预习教材P65-67内容。
【教学过程】
环节 学习任务 学生活动(含探究式活动) 师生对话预设与引导策略 设计意图与素养关联
导入 回顾平衡,引出“移动” 思考:上单元学习的化学平衡状态有何特征?(动、等、定、变)。如果外界条件(如浓度)改变了,原有的“等”和“定”还能维持吗?会发生什么? 师:平衡状态是“有条件”的。如果我们改变条件,这个精妙的平衡会被打破吗?打破后又会怎样?今天我们从改变浓度开始研究。 从平衡特征中的“变”字切入,直接点明本课核心问题,建立新旧知识联系。
任务一:实验探究浓度对平衡的影响 获得直观规律 探究活动:完成教材P65“基础实验”
1. 学生分组实验,观察并记录 教材P65表2-10。
2. 小组讨论:从颜色变化(黄色→橙色,橙色→黄色)分析平衡移动方向,并尝试用离子方程式解释。 师:请按步骤操作,注意观察颜色变化。黄色主要是什么离子?橙色呢?
生:黄色是CrO ,橙色是Cr O 。加酸后变橙,说明平衡正向移动了。
师:加酸是增大了哪种离子浓度?这导致了什么结果?请归纳规律。 核心探究活动。通过亲手实验获得第一手证据,从宏观现象推理微观平衡移动,建立“浓度改变→平衡移动”的直观认识。关联“科学探究”与“证据推理”。
任务二:从定性到定量——引入浓度商(Qc) 建立定量判断模型 1. 概念构建:对比平衡常数K的表达式,学习浓度商Qc的表达式。理解Qc是“某一时刻的浓度商”,K是“平衡时的浓度商”。
2. 模型理解:类比“比赛得分(Qc)与及格线(K)”的关系,理解QcK(超标),反应逆向进行。 师:我们通过实验知道了浓度改变平衡会移动。有没有一种方法,不用做实验,算一算就知道移动方向?
生:……
师:我们可以计算一个“瞬时浓度商”Qc,把它和“平衡浓度商”K比较。就像你的考试分数(Qc)和及格线(K)比。 针对学生“记规律”的惯性,提出更高层次的定量预测需求,激发学习动机。通过生动类比,化解Qc与K比较这一抽象思维的难点,建立模型。
任务三:应用Qc模型判断平衡移动 掌握定量分析方法 方法学习与巩固:
1. 师生共同剖析 教材P66-67“方法导引”例3,总结解题步骤:写表达式→算K值→算Qc值→比较大小→下结论。
2. 小组练习:完成教材P67“学以致用”表格填空,并说明判断理由。
3. 讨论:例3中(3)通入Ar(g),平衡为何不移动? 师:请看例3,通入H 后,Qc如何变化?为什么?
生:分母c(H )增大,Qc值变小,小于K,所以正向移动。
师:那通入Ar呢?各物质浓度变了吗?Qc表达式中的数值变了吗?
生:体积不变,各物质浓度不变,Qc不变,等于K。 通过教材典型例题的示范和即时练习,将新建构的Qc模型转化为解决实际问题的工具。讨论惰性气体特例,深化对“浓度改变”本质的理解。关联“模型认知”素养。
评价与小结 诊断学习效果 评价任务:
对于反应Fe + SCN [Fe(SCN)] ,已知在平衡体系中加入少量KSCN固体。请(1)预测平衡移动方向;(2)若已知平衡常数K,尝试用Qc与K的关系解释你的预测。 师:如果向血红色的硫氰化铁溶液中加入硫氰化钾固体,红色是加深还是变浅?请用两种方法解释。 设计贴近教材(后续专题有该反应)的评价任务,综合考查学生对定性规律和定量模型的掌握情况,实现教学评一致。
【板书设计】
一、浓度对化学平衡的影响
增大反应物(或减小生成物)浓度 → 平衡向正反应方向移动
减小反应物(或增大生成物)浓度 → 平衡向逆反应方向移动
二、定量判断:浓度商(Qc)法
1. 定义:Qc = (生成物浓度幂之积)/(反应物浓度幂之积) (某一时刻)
2. 判断:
Qc < K :反应正向进行,平衡正向移动
Qc = K :反应处于平衡状态
Qc > K :反应逆向进行,平衡逆向移动
【课时小结】
引导学生总结:今天我们通过实验发现了浓度影响平衡的规律,并学会了用浓度商Qc这个定量工具来精准预测移动方向。这告诉我们,研究化学平衡,既要动手实验,也要动脑计算。
【课堂练习】
基础层:
1. 对平衡2NO N O ,压缩容器体积(增大压强),瞬间NO 浓度 _______________ ,N O 浓度 _______________ ,平衡向 _______________ 移动。
2. 写出反应N +3H 2NH 的Qc表达式。
3. (教材P73“理解应用”第1题)判断条件改变对平衡的影响。
提升层:
4. 对于H (g)+I (g) 2HI(g),平衡时各物质浓度均为0.1 mol/L,K=64。若向容器中再充入0.1 mol/L H ,计算此时Qc,并判断平衡移动方向。
5. 解释:实验室配制FeCl 溶液时,为什么要先将其溶解在浓盐酸中,再加水稀释?
拓展层:
6. 思考:对于一个已达平衡的可逆反应,如果同时增大反应物浓度和生成物浓度,平衡如何移动?能用Qc判断吗?
【教学反思】
(预留)重点反思:1.学生分组实验的完成度和现象观察的准确性如何?2.Qc概念的引入是否自然,学生能否真正理解其与K的异同及比较的意义?3.例3教学中,学生对“通入惰性气体”这一特例的理解是否到位?是否仍有混淆?
第二课时:压强变化对化学平衡的影响
【本课时教材分析】
本课时探讨有气体参与的反应中压强改变对平衡的影响。教材没有直接安排实验,而是从P68图2-18(合成氨平衡体系中氨的物质的量分数随温度、压强变化图)这一工业真实数据入手,引导学生通过数据分析自主发现规律,体现了证据的多元化。P68“交流讨论” 表格要求学生从反应物和生成物浓度变化的角度分析不同类型反应受压强影响的差异,这是将压强影响归结为浓度影响的关键思维训练。P69“拓展视野” 则介绍了利用现代传感器技术定量探究压强影响的方法,开阔学生视野。理解本课内容,需要学生具备良好的“宏微结合”与“归因分析”能力。
【素养目标】
1. (变化观念与平衡思想) 学生能通过分析教材P68合成氨平衡数据图,准确说出“增大压强,有利于提高平衡混合物中氨的含量”的结论,并能从平衡移动的角度解释其原因。
2. (证据推理与模型认知) 学生能通过完成教材P68交流讨论表格,推理归纳出:对于反应前后气体分子总数不变(△vg=0)的反应,压强改变不引起平衡移动;对于气体分子总数减少(△vg<0)的反应,增大压强平衡正向移动;对于气体分子总数增加(△vg>0)的反应,增大压强平衡逆向移动。并能从“压强改变导致气体浓度等比例改变”的角度解释上述规律。
3. (科学态度与社会责任) 学生通过分析合成氨数据图,初步感受压强这一工程参数对化工生产效率的巨大影响,体会化学原理对工业生产的指导价值。
【教学重点】
重点:压强对化学平衡移动的影响规律及其微观解释。
难点:将压强的影响归结为浓度的影响进行分析;理解“惰性气体”对平衡的影响。突破策略:利用教材交流讨论表格进行“分类-归纳”式学习;通过“充入惰性气体时体积可变与不可变”的对比辨析,深化对本质(浓度是否改变)的理解。
【教学准备】
教师准备:PPT课件(含教材P68图2-18的动态分析、P69传感器实验视频或动画)、NO 球型平衡仪(或实验视频)、导学案(含P68交流讨论表格)。
学生准备:复习“压强与气体体积、浓度的关系”;预习教材P68-70内容。
【教学过程】
环节 学习任务 学生活动(含探究式活动) 师生对话预设与引导策略 设计意图与素养关联
导入 从浓度到压强 回顾:浓度影响平衡的本质是什么?(反应物或生成物浓度变化导致Qc≠K)。对于气体反应,除了直接增减物质,还有什么方法能改变气体浓度? 师:改变气体的浓度,除了直接加气体,还有什么方法?
生:改变容器的体积,压强就变了。
师:对!压强改变,会引起气体浓度等比例改变。那么,压强改变是否会影响平衡呢? 从上一课时的核心(浓度)自然过渡,点明压强通过改变浓度起作用,建立知识联系,降低思维台阶。
任务一:数据分析——发现压强的影响规律 从工业数据中找规律 探究活动:读图分析
1. 观察 教材P68图2-18,小组讨论:在同一温度下(如500℃),随着压强增大,平衡体系中氨的物质的量分数如何变化?这说明增大压强对合成氨平衡有何影响?
2. 在同一压强下(如300×10 Pa),温度升高,氨的含量如何变化?这为我们下节课学习什么内容埋下伏笔? 师:这张图是工业生产中实测的数据,非常珍贵。请大家像数据分析师一样,从中挖掘信息。横坐标、纵坐标、每条曲线代表什么?
生:同一温度,压强越大,氨含量越高。说明增大压强使平衡正向移动,生成了更多氨。
师:合成氨反应是气体体积缩小的反应。压强的影响是否对所有气体反应都一样? 利用真实的工业数据作为探究素材,培养学生从图表中提取信息、发现规律的能力,感受化学原理的数据支撑。关联“证据推理”。
任务二:理论分析——探究影响规律的微观本质 理解规律背后的原因 探究活动:归因分析(完成教材P68交流讨论)
1. 学生独立或小组完成教材P68表格,分析增大/减小压强时,各物质浓度的变化情况。
2. 重点分析:为何反应前后气体分子总数不变(△vg=0)时,改变压强平衡不移动?尝试用上节课的Qc工具解释。 师:请根据表格中的反应,思考:增大压强,所有气体的浓度都等比例增大了,为什么对平衡的影响却不同?
生:因为Qc表达式中分子和分母的幂次不同!对于N +3H 2NH ,增大压强,分母增大的倍数(4次方)比分子(2次方)多,所以Qc变小,平衡正向移动。
师:精彩!你抓住了数学本质。那对于△vg=0的反应呢?
生:分子分母增大的倍数一样,Qc不变,平衡不移动。 核心探究活动。引导学生从“浓度等比例变化”深入到“Qc值是否变化”的数学本质,实现从现象到本质的思维跨越。将压强影响牢固地建立在浓度影响和Qc判断的基础上。关联“模型认知”与“变化观念”。
任务三:辨析与拓展 深化理解,澄清误区 1. 观看演示或视频:NO 球型平衡仪在冷热水中颜色变化(为下节课铺垫)及压缩时颜色变化。
2. 讨论辨析:在恒容容器中充入惰性气体,平衡移动吗?在恒压容器中充入惰性气体呢?
3. 视野拓展:观看或阅读教材P69“拓展视野”,了解传感器技术在探究平衡移动中的应用。 师:如果我在一个已达平衡的恒容容器中,充入不反应的氦气,平衡移动吗?
生:总压增大了,应该会移动吧?
师:再想想,各反应气体分压变了吗?浓度变了吗?Qc变了吗?
生:哦,没变!所以不移动。恒压下充惰气,体积变大,浓度减小,对于△vg≠0的反应,平衡会移动。 通过特例辨析,检验和巩固学生对“压强改变必须引起反应气体浓度改变才能影响平衡”这一本质的理解。介绍现代实验技术,激发兴趣。
评价与小结 综合应用规律 评价任务:
1. 判断:对于CaCO (s) CaO(s) + CO (g),增大体系压强,平衡如何移动?
2. 解释:工业上生产硫酸,SO 的催化氧化反应(2SO +O 2SO )通常在常压下进行,为什么不用高压? 师:第一个反应,增大压强,CO 浓度增大,平衡逆向移动。第二个反应,虽然是气体体积减小的反应,但常压下达成的转化率已很高,加压对设备要求高、能耗大,综合考虑不划算。 设计涵盖有固体参与的反应和实际工业案例的评价题,考查学生对规律的迁移应用和初步的工程思维。
【板书设计】
二、压强对化学平衡的影响
1. 本质:压强改变 → 引起气体浓度改变 → Qc变化 → 平衡移动
2. 规律(只适用于有气体参与且△vg≠0的反应):
增大压强 → 平衡向气体分子数减少的方向移动
减小压强 → 平衡向气体分子数增加的方向移动
(△vg=0时,压强改变不影响平衡)
3. 特例:恒容充惰性气体 → 各组分浓度不变 → 平衡不移动
【课时小结】
引导学生总结:压强对平衡的影响,其“牛鼻子”仍然是浓度。我们通过分析数据发现了规律,并通过Qc工具从本质上理解了规律。这再次体现了化学中“宏微结合”与“量变质变”的思想。
【课堂练习】
基础层:
1. 对于反应2HI(g) H (g) + I (g),增大压强,平衡 _______________ 移动。
2. 在恒温恒容下,反应2NO N O 达平衡后,向容器充入N ,平衡 _______________ 移动。
3. 判断反应前后气体分子总数:N +O 2NO( ),CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)( )。
提升层:
4. (教材P73“理解应用”第2题)判断哪些反应改变压强平衡不移动。
5. 对于反应A(g) + 2B(g) 2C(g),在恒温恒压下充入惰性气体,平衡如何移动?请从浓度角度分析。
拓展层:
6. 试从Qc与K的角度,严格推导证明:对于aA(g) bB(g),当a>b时,增大压强(体积减小),Qc如何变化?平衡如何移动?
【教学反思】
(预留)重点反思:1.学生能否熟练地从化学方程式中判断△vg?2.在分析压强影响时,学生是机械记忆“向气体体积减小的方向移动”,还是能主动从浓度变化和Qc角度进行分析?3.惰性气体影响的辨析环节,学生的思维障碍点在哪里?
第三课时:温度变化对化学平衡的影响
【本课时教材分析】
本课时通过 教材P70“基础实验”(钴配合物的热致变色)这一现象极其鲜明、视觉冲击力强的探究活动,直接呈现温度对平衡移动的影响。实验操作简单,结论直观,能极大激发学生兴趣。在获得感性认识的基础上,教材P71水到渠成地引出勒夏特列原理(平衡移动原理),将浓度、压强、温度三大因素的影响规律统一到一个简明、深刻的理论框架之下。P71“科学史话” 介绍了勒夏特列的生平和研究历程,增添了人文色彩,有助于培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神。本课时是从具体规律上升到一般原理的关键节点。
【素养目标】
1. (变化观念与平衡思想) 学生能通过完成钴配合物热致变色实验,准确描述溶液在热水、冰水中的颜色变化,并与同伴合作得出“升高温度,平衡向吸热反应方向移动”的结论,能判断给定反应的热效应。
2. (证据推理与模型认知) 学生能准确复述勒夏特列原理(平衡移动原理),并能够运用该原理,定性判断浓度、压强、温度单一条件改变时,化学平衡移动的方向。
3. (科学态度与社会责任) 学生通过阅读教材P71关于勒夏特列研究合成氨的史话,感受科学家在研究中的坚持与遗憾,认识到科学发现过程的曲折性,体会科学原理的来之不易。
【教学重点】
重点:温度对化学平衡移动的影响规律;勒夏特列原理。
难点:勒夏特列原理中“减弱这种改变”的辩证理解;原理的灵活应用。突破策略:在总结三项具体规律后,引导学生寻找其共同点,抽象出原理;通过原理应用的“正反例”辨析和简单复合条件改变的分析,促进深度理解。
【教学准备】
教师准备:PPT课件(含实验步骤、原理讲解、科学史话)、CoCl ·6H O晶体、浓盐酸、蒸馏水、试管、烧杯(盛热水、冰水)、酒精灯;导学案。
学生准备:预习教材P70-71内容;复习“吸热反应与放热反应”。
【教学过程】
环节 学习任务 学生活动 (含探究式活动) 师生对话预设与引导策略 设计意图与素养关联
导入 温故知新,聚焦温度 回顾:浓度、压强通过改变浓度影响Qc,从而影响平衡。温度改变,会直接影响什么? 师:浓度、压强都通过改变浓度来“干扰”平衡。温度呢?温度改变会直接影响化学反应的什么?
生:反应速率。可能还会影响平衡常数K?
师:对!温度改变,K值会变。这会导致什么后果?让我们用实验来探索。 从已学因素的作用机制对比切入,引导学生关注温度影响的特殊性(直接改变K),明确探究方向。
任务一:实验探究温度对平衡的影响 获得直观规律 探究活动:完成教材P70“基础实验”
1. 教师指导配制紫色[Co(H O) ] 与[CoCl ] 的混合溶液(或用事前配好的)。
2. 学生分组将溶液分装三支试管,分别置于热水、冰水、室温下,观察并记录 教材P70表2-13 中的颜色变化。
3. 分析:颜色变化(粉红 蓝)对应的离子浓度变化,判断平衡移动方向,进而推断反应的热效应。 师:请仔细观察,热水中的试管颜色偏向蓝还是粉红?冰水中呢?
生:热水变蓝,冰水变粉红。
师:蓝色是[CoCl ] 增多。说明升温使平衡向生成[CoCl ] 的方向移动,即正向移动。那这个正向反应是吸热还是放热?
生:吸热!因为升温有利于它。
师:完美!所以我们得到规律:升温,平衡向吸热方向移动;降温,向放热方向移动。 核心探究活动。通过鲜明的颜色对比实验,获得无可争议的感性证据。引导学生从现象→移动方向→热效应的逻辑链条进行推理,培养严密的逻辑思维。关联“科学探究”与“证据推理”。
任务二:从规律到原理——勒夏特列原理 建构统一的理论模型 1. 原理提出:引导学生回顾浓度、压强、温度的影响规律,寻找共同点——“对抗”外界改变。
2. 原理表述:学习教材P71对勒夏特列原理的表述。
3. 原理理解:讨论“减弱”的含义(不是“消除”,也不是“逆转”)。
4. 科学史话:阅读教材P71关于勒夏特列与合成氨的故事,交流感想。 师:浓度增大,平衡就消耗它;压强增大,平衡就减少气体分子数;温度升高,平衡就吸热降温。它们都在干什么?
生:都在跟外界的变化“对着干”!
师:总结得非常形象!这就是勒夏特列原理:平衡总是向着“减弱”外界改变的方向移动。这位科学家背后还有一段令人惋惜的故事…… 引导学生对分散的规律进行高阶思维加工,抽象出普遍原理,完成认知的升华。“对着干”的通俗理解有助于记忆,但需强调“减弱”的准确定义。结合科学史,增强人文浸润。关联“变化观念”与“科学态度”。
任务三:原理的初步应用与辨析 巩固原理,澄清误区 1. 正向应用:用勒夏特列原理快速判断教材P73“理解应用”第1、4题。
2. 辨析:催化剂是否影响化学平衡?为什么?(强调原理的前提是“影响平衡的因素”)
3. 讨论:对于反应2NO N O ΔH<0,将平衡体系从100℃突然降至50℃,平衡如何移动?一段时间后,新平衡下的K值比原来大还是小? 师:请用刚学的原理快速判断这几个题。
生:(快速回答)。
师:催化剂能大大加快反应,它影响平衡吗?
生:不影响,它同时加快正逆反应,不“改变”平衡状态。
师:对,它不“破坏”平衡,所以原理不适用。再看降温题,移动方向?K值变化?
生:正向移动(放热方向)。K值变大(因为温度降低,对于放热反应K增大)。 通过快速判断巩固原理应用;通过催化剂特例辨析,加深对原理适用条件的理解;通过结合K值的讨论,将平衡移动与平衡常数的变化联系起来,形成知识网络。
评价与小结 诊断原理掌握情况 评价任务:
对于反应N (g) + 3H (g) 2NH (g) ΔH<0,下列措施分别对平衡有何影响?(用勒夏特列原理解释)
(1) 恒温恒容下,充入N 。
(2) 恒温恒容下,充入He。
(3) 恒温恒压下,充入He。
(4) 升高温度。 师:请综合运用本单元所学,对合成氨这个经典案例的条件改变进行分析。特别关注(2)(3)的区别。 设计综合多个因素(浓度、惰气、温度)和不同条件的评价任务,全面考查学生对原理的理解深度和灵活应用能力。
【板书设计】
三、温度对化学平衡的影响
升高温度 → 平衡向吸热反应方向移动
降低温度 → 平衡向放热反应方向移动
四、勒夏特列原理(平衡移动原理)
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度),
平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
【注意】催化剂能改变化学反应速率,但不影响化学平衡。
【课时小结】
引导学生总结:今天我们通过一个漂亮的变色实验发现了温度的影响,更重要的是,我们找到了一个统领所有平衡移动规律的“总指挥”——勒夏特列原理。它告诉我们,平衡系统具有一种“自我调节”的能力。
【课堂练习】
基础层:
1. 对于放热反应,升高温度,平衡向 _______________ 方向移动,平衡常数K _______________ 。
2. 勒夏特列原理适用于判断 _______________ 对化学平衡的影响。
3. (教材P73“理解应用”第4题)判断温度降低对A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0的影响。
提升层:
4. 解释:为什么用排饱和食盐水的方法收集氯气?(Cl +H O H +Cl +HClO,饱和NaCl溶液中c(Cl )很高)
5. 对于2SO +O 2SO ΔH<0,工业上采用常压而不是高压,是否违背了勒夏特列原理?为什么?
拓展层:
6. 已知反应2NO N O ΔH<0,将密闭烧瓶置于热水中,现象是 _______________ ,原因是 _______________ 。
【教学反思】
(预留)重点反思:1.热致变色实验的成功率和现象明显度如何?2.学生能否用自己的语言准确表述勒夏特列原理?对“减弱”一词的理解是否到位?3.在原理应用辨析环节,学生暴露出哪些典型的理解偏差?4.科学史话的阅读是否达到了预期的情感态度价值观目标?
第四课时:化学平衡原理的广泛适用性
【本课时教材分析】
本课时是单元知识的综合应用与升华。教材 P72“选择决策” 板块以“合成氨条件选择”为核心任务,提供了一个真实的、复杂的工程问题情境,要求学生综合运用反应速率、反应方向(放热)、反应限度(平衡移动)以及催化剂、设备、能耗等非化学因素进行权衡决策,是培养“科学态度与社会责任”素养的绝佳载体。教材P73“学科提炼”则从更高视角指出化学平衡原理(含移动原理)的普适性,为后续学习电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等打下伏笔,体现了知识的结构化。本课时旨在实现从“理解原理”到“应用原理解决复杂问题”的跨越。
【素养目标】
1. (变化观念与平衡思想) 学生能综合运用化学反应速率和化学平衡移动的原理,在小组讨论中,对教材P72提出的合成氨生产的五项条件优化措施进行逐一分析和评价,阐明其理论依据及可能带来的其他影响。
2. (科学态度与社会责任) 学生能通过角色扮演(如工艺工程师、成本控制师、安全环保员),在小组辩论中认识到化工生产条件的选择是化学反应原理、技术可行性、经济效益、环境保护等多重因素综合权衡的结果,初步形成全面、辩证、优化的工程决策思维。
3. (证据推理与模型认知) 学生能理解教材P73“学科提炼”的观点,认识到化学平衡移动原理可以迁移到水溶液中的离子平衡等其它平衡体系,初步建立“平衡”概念的系统性和普适性观念。
【教学重点】
重点:运用化学反应速率和化学平衡移动原理综合分析合成氨生产条件。
难点:在多重因素制约下进行权衡和优化决策。突破策略:采用“角色扮演+小组辩论”的项目式学习方式,为学生提供结构化讨论框架(速率、平衡、成本、安全等维度),引导学生在观点交锋中学会权衡。
【教学准备】
教师准备:PPT课件(含合成氨工艺流程图、各项措施的分析维度提示、角色任务卡)、大白纸、彩笔(供小组记录讨论结果)。
学生准备:复习本单元关于浓度、压强、温度对平衡和速率的影响;预习教材P72-73内容,初步思考五项措施的利弊。
【教学过程】
环节 学习任务 学生活动 (含探究式活动) 师生对话预设与引导策略 设计意图与素养关联
导入 从理论走向实践 展示现代大型合成氨厂的图片,简述氨对现代农业、工业的重要性。提出问题:我们学完了平衡移动的原理,现在请你作为一名化工工程师,来为这个至关重要的反应选择最佳的生产条件。 师:合成氨是20世纪最伟大的发明之一,它养活了地球上数十亿人口。这个反应并不容易进行,需要精心设计条件。现在,决策权交到你们手中。 营造真实的工程情境,赋予学生决策者的角色,激发其责任感和探究欲。
任务一:分析与决策——合成氨条件优化 综合应用原理进行项目式学习 项目式活动:合成氨生产条件论证会
1. 角色分组:将学生分为“工艺原理组”、“设备成本组”、“能效环保组”。每组领取角色任务卡。
2. 小组研讨:针对教材P72的五项措施,从本组角色立场出发,结合原理,分析其利弊,准备陈述理由。
3. 论证会:各组派代表陈述对每项措施的看法,不同组别之间可以质疑、辩论。教师引导并记录关键点。 师(作为会议主席):现在请“工艺原理组”从化学反应原理角度,分析“注入过量N ”的利弊。
原理组:可以增大反应物浓度,提高反应速率,并使平衡正向移动,提高NH 产率。但H 的转化率会下降,且需要分离过量N 循环利用。
成本组:这会增加原料气处理和循环的能耗与设备成本。
师:很好!那么综合来看,工业上确实采用了过量N ,但比例需要优化(通常N :H =1:2.8)。请继续下一项… 核心项目式活动。通过角色扮演和辩论,将单一的化学原理分析拓展为多因素综合决策,让学生在真实的问题解决中体验知识的价值和应用时的复杂性。有效培养“科学态度与社会责任”及系统思维。
任务二:归纳与提炼——原理的普适性 从特殊到一般,建构大概念 1. 回顾总结:在教师引导下,师生共同将论证会达成的共识进行梳理,形成合成氨最佳条件(高压、适当温度、使用催化剂、原料气循环、产物分离)的选择依据表。
2. 原理迁移:阅读教材P73“学科提炼”,讨论:为什么说化学平衡原理具有广泛适用性?我们即将学习的弱电解质电离、盐类水解等,是不是也存在“平衡”和“移动”? 师:我们为合成氨这个气相反应选择了条件。化学中还有很多其他的“平衡”,比如醋酸在水中的电离。如果向醋酸溶液中加水,平衡怎么移动?
生:加水稀释,相当于减小了反应物(HAc)和生成物(H 、Ac )的浓度…平衡应该正向移动?
师:看,勒夏特列原理同样适用!这就是化学理论的魅力——普适性。 将具体案例的结论进行理论提升,并与后续学习内容建立联系,帮助学生形成“平衡”大概念,实现知识的正向迁移。关联“变化观念”和“模型认知”。
评价与小结 反思决策过程 评价任务(过程性评价):
1. 小组互评:根据讨论的参与度、论据的充分性(是否结合原理)、逻辑的清晰度,对各小组表现进行评价。
2. 个人反思:撰写简短的心得,谈谈“作为一名‘工程师’,在今天的决策过程中,你最大的收获或体会是什么?” 师:请各小组根据评价量表,对其他小组的表现进行打分和点评。也请大家静静思考,今天这节课带给你的启发。 将评价贯穿于学习过程之中,通过互评和反思,促进学生元认知能力的发展,深化对科学、技术、社会关系的理解。
【板书设计】
合成氨条件选择的综合分析
反应:N + 3H 2NH ΔH = -92.4 kJ/mol
措施 原理依据(平衡/速率) 其他考量 工业选择
过量N 提高反应物浓度,平衡正向移动 提高设备利用率,但需循环分离 采用(N 过量)
使用催化剂 大幅提高反应速率 不改变平衡,降低能耗 必须采用
高压 平衡正向移动(△vg<0) 设备要求高,能耗大,危险 适度高压
较高温度 提高反应速率 不利于平衡(放热),能耗高 适当温度(~500℃)
移走液氨 减小生成物浓度,平衡正向移动 需液化分离,能耗 连续移出
结论:化工生产是科学、技术、经济的综合平衡。
【课时小结】
引导学生总结:今天这堂课让我们明白,将美丽的化学原理应用于复杂的现实世界,需要智慧,更需要权衡。化学不仅是试管中的科学,更是推动社会进步的强大引擎。
【课堂练习】
基础层:
1. 工业合成氨采用高压,主要基于 _______________ 原理;采用500℃左右较高温度,主要基于 _______________ 考虑;使用铁催化剂是为了 _______________ 。
2. 勒夏特列原理 _______________ (填“适用于”或“不适用于”)判断催化剂对平衡的影响。
提升层:
3. 请解释:在硫酸工业中,SO 的催化氧化(2SO +O 2SO ΔH<0)为什么采用常压而不是高压?为什么温度选择400-500℃?
4. 尝试用平衡移动原理解释:打开碳酸饮料瓶盖时,为什么会有大量气泡涌出?
拓展层:
5. 查阅资料,了解除了“哈伯法”,还有哪些合成氨的新方法(如生物固氮、电化学合成)?它们试图从哪些方面改进或突破传统方法的限制?
【教学反思】
(预留)重点反思:1.项目式学习活动中,学生的参与度如何?角色扮演是否促进了不同思维角度的呈现?2.学生在辩论中,是简单地罗列知识,还是能够进行有逻辑的论证和权衡?3.对于“原理普适性”的引导是否自然,学生能否初步建立“大平衡”的观念?4.本节课的时间分配是否合理,讨论的深度与广度是否达到预期?
三、单元复习专题设计
(一)复习主题
“动态平衡的艺术”——化学平衡移动原理的综合辨析与工程实践思维进阶
(二)复习教材分析
本单元教材围绕“条件改变如何打破并重建平衡”这一核心问题展开。复习需整合四大核心探究(浓度、压强、温度实验及合成氨决策)和两大核心理论工具(Qc判断法、勒夏特列原理)。重点利用:
核心规律与原理:浓度、压强、温度的影响规律及勒夏特列原理。
核心模型工具:浓度商(Qc)模型。
核心应用案例:合成氨条件选择的综合分析。
核心易错辨析点:教材“理解应用”习题中的各类情境。
复习旨在打通知识间的壁垒,引导学生建立“影响因素分析→Qc定量判断→勒夏特列原理定性概括→综合实际问题解决”的完整思维链条,并深化对“动态平衡”这一哲学观念的理解。
(三)复习学情分析
基于前四课时的课堂反馈、练习及单元小测数据:
1. 知识薄弱点:约40%的学生在判断“压强改变”的影响时,仍会忽略反应中是否有气体参与或△vg是否为零;约30%的学生在复杂情境(如同时改变多个条件、涉及固体或纯液体)下应用勒夏特列原理时容易出错。
2. 素养短板:“证据推理与模型认知”维度下,学生习惯用勒夏特列原理进行快速定性判断,但在需要精准、定量分析时(如判断Qc变化),主动运用Qc模型的意识不强,能力欠缺,达成度约65%。“变化观念”上,对平衡移动是“动态调节过程”的理解仍停留在表面。
3. 常见错误:①认为“增大压强,平衡一定向气体体积减小的方向移动”(忽略△vg=0);②认为“催化剂能提高转化率”;③对于充入惰性气体、改变固体量等情境判断错误。
【复习素养目标】
1. (变化观念与平衡思想) 学生能通过构建“条件改变→平衡移动”的概念图,系统梳理浓度、压强、温度等因素影响平衡的路径与结果,并能在给定新的平衡体系(如电离平衡)情境中,预测条件改变时的移动方向。
2. (证据推理与模型认知) 面对一个条件改变的具体情境,学生能优先选择使用浓度商(Qc)模型进行推理和定量判断,并能够解释其判断结果与勒夏特列原理的一致性,体现模型应用的科学性与精确性。
3. (科学态度与社会责任) 学生能在小组合作中,分析一个简化的真实工业案例(如教材P74“理解应用”第9题,硫酸生产),模仿“合成氨决策”的思维模式,从速率、平衡、成本、安全等多角度提出条件选择的初步建议,并阐述理由。
【复习重点】
重点:浓度、压强、温度影响化学平衡移动规律的辨析与综合应用;勒夏特列原理与Qc判断法的关联与选择。
难点:在陌生、复杂的情境中(如多条件改变、非气相反应)准确判断平衡移动方向。突破策略:设计“平衡移动判断决策树”;开展“错题诊断会”和“情境攻关赛”。
【复习准备】
教师准备:PPT课件(含单元知识结构图、易错题汇编、工业案例素材)、“平衡移动判断决策树”挂图或卡片、复习任务单。
学生准备:整理本单元笔记本、错题本;完成一份单元知识自查表(列出三大影响因素、原理、易错点)。
【复习过程】
环节 复习任务 学生活动与资源应用 设计意图与素养关联
任务一:知识结构化——绘制“平衡移动”概念图 自主建构,厘清关系 活动:思维建构
以“化学平衡的移动”为核心,小组合作绘制思维导图。要求必须包含:影响条件(浓度、压强、温度)、各条件的分析角度(本质、规律、特例)、判断工具(Qc法、勒夏特列原理)、典型应用案例(合成氨)。鼓励用箭头和关键词表示逻辑关系。 建构式活动。变传统的教师梳理为学生自主建构,促使学生主动回忆、组织和关联知识,形成个性化的认知结构。可视化成果便于发现知识漏洞。关联“变化观念”下的系统思维。
任务二:方法辨析与优化——Qc vs. 勒夏特列原理 深化理解,提升思维精度 活动1:擂台赛
出示几道典型情境题(如恒容充惰气、有固体参与的反应、同时改变两种条件)。要求两组学生分别强制使用Qc法和勒夏特列原理进行判断并阐述过程,比较异同与优劣。
活动2:归纳“决策树”
师生共同总结:何时用Qc(定量、精确、任何情况)?何时用勒夏特列原理(快速、定性、熟悉体系)?形成简单的判断流程。 通过对比应用,让学生深切体会到Qc模型的普遍性和严谨性,以及勒夏特列原理的快捷性。引导学生根据问题情境灵活选择思维工具,提升思维品质。关联“证据推理”与“模型认知”。
任务三:专题突破——复杂情境与工业案例 综合应用,发展工程思维 活动:案例研讨会
1. 错题攻关:小组讨论单元练习中的高频错题,分析错误原因(知识缺陷还是思维误区),并派代表讲解正确思路。
2. 案例迁移:分析教材P74“理解应用”第9题(硫酸生产)。小组讨论:为何用过量空气?为何用催化剂?为何不用高压?尝试从“原理组”、“成本组”不同角度发表看法。 直击学生痛点,通过错题归因实现精准巩固。将合成氨案例中形成的“多因素权衡”思维模式迁移到新的工业案例中,实现素养的迁移与进阶。关联“科学态度与社会责任”。
【单元综合练习】
基础层(巩固核心概念与规律):
1. 可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)达平衡后,增大压强,平衡不移动,则a、b、c、d的关系是 _______________ 。
2. 对于反应2SO (g)+O (g) 2SO (g) ΔH<0,下列措施中能提高SO 平衡转化率的是( )。
3. 勒夏特列原理不适用于( )。
4. (教材P73“理解应用”第3题)判断物质的聚集状态。
5. 写出用Qc与K判断平衡移动方向的三种情况。
提升层(侧重综合分析与原理应用):
6. 在恒容密闭容器中,反应2NO N O 达平衡。若缓慢充入N ,则平衡 _______________ 移动;若快速压缩容器体积至一半,则平衡 _______________ 移动。(从速率角度分析差异)
7. 对于反应C(s)+H O(g) CO(g)+H (g) ΔH>0,下列哪些条件能使平衡正向移动?增大压强;增大H O浓度;加入更多C;升高温度;使用催化剂。
8. 解释:实验室常用排饱和食盐水法收集氯气,用平衡移动原理解释其原因。
拓展层(真实、复杂情境问题解决):
9. 【情境】汽车尾气净化原理之一:2CO(g) + 2NO(g) N (g) + 2CO (g) ΔH<0。为了提升净化效率,需要在排气管中加装催化转化器。
(1)从平衡角度,理论上应采取 _______________ (填“高压”或“常压”)、 _______________ (填“高温”或“低温”)条件。
(2)实际行驶中,发动机排出的尾气温度高、压强大。请问实际工作条件与理论最佳条件一致吗?这对催化剂的性能提出了什么要求?
(3)如果燃油不完全燃烧,尾气中CO含量过高,从平衡移动角度分析,这对NO的净化是有利还是不利?
【复习小结】
引导学生反思:通过本单元的学习和复习,“化学平衡”在你心中从一个静态的名词,变成了一个怎样的动态图景?你认为掌握“平衡移动”的精髓是什么?(抓住“浓度”这个核心变量,理解“动态调节”这一本质)。鼓励学生将“决策树”贴于错题本扉页。
【复习反思】
(预留)重点反思:1.学生绘制的概念图质量如何?能否反映知识间的深层联系?2.“Qc与勒夏特列原理”辨析环节,是否真正提升了学生运用模型的意识和能力?3.工业案例迁移讨论中,学生能否跳出具体反应,运用上一课时形成的“多因素权衡”框架?4.综合练习的拓展题是否有效考查了学生的综合素养和解决新问题的能力?
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