2.3 化学平衡（教学设计）-【中职专用】高中化学

主题二化学反应及其规律第三节化学平衡教案（教学设计）一．课程标准认识化学反应是有方向的，了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到平衡状态；了解吸热反应和放热反应，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。二．教学目标1.通过生活经验和实验探究，感受化学反应伴随能量变化，了解吸热反应和放热反应的概念；通过分析化学反应中的化学键变化情况，深入理解化学键的断裂和形成是化学变化中能量变化和物质变化的实质，树立能量守恒观念。发展宏观辨识与微观探析等化学学科核心素养。2.通过分析氯气与水等反应的物质变化情况，认识化学反应是有方向的，了解可逆反应的含义，认识可逆反应是一个双向的同时进行的反应；通过分析工业合成氨反应过程中物质的浓度变化情况，感受化学反应限度的存在，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态，构建化学平衡认知模型；发展变化观念与平衡思想等化学学科核心素养。3.通过设计实验、合作探究、现象观察等活动，探究条件改变对化学平衡移动的影响，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响，增强基于现象得出结论的实验能力，树立创新意识。发展现象观察与规律认知、变化观念与平衡思想等化学学科核心素养。4.通过了解人类对化学反应中能量的利用情况，感受化学学科的社会价值，体会提高能源效率、开发清洁能源的重要性和必要性，树立环保意识，增强社会责任感；通过对“合成氨工业”的条件优化讨论，学会从反应快慢和限度的层面调控化学反应，解决实际问题，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用；通过了解闵恩泽院士在催化剂领域做出的卓越贡献，体会化学理论对生产实践的重要指导作用，养成精益求精的工匠精神。发展科学态度与社会责任等化学学科核心素养。三．教学过程【导入新课】观察图片，并结合生活常识和所学化学知识分析图片中发生了哪些化学反应？除了物质变化之外，还伴随什么变化？都是化学反应，天然气燃烧放热用于加热；暖宝宝中的有效成分铁粉发生化学反应提供热量用于取暖…【新课讲授】一．吸热反应与放热反应（一）化学反应与热能的转化化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。1.两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2.化学反应一定伴随有能量的变化，化学反应中能量变化主要表现为热量的变化，吸热或放热。3.化学能与热能的实验探究实验操作试管中加入2mL2mol·L－1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条将20gBa(OH)2·8H2O晶体研细后与10gNH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯实验现象镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁__变凉__，试着用手拿起烧杯，__木片黏在烧杯上__实验结论该反应放出热量该反应吸收热量4化学反应发生时伴有__热量的释放和吸收__4.放热反应和吸热反应化学上把释放热量的化学反应称为放热反应，吸收热量的化学反应称为吸热反应。(1)常见的放热反应：①所有的燃烧反应；②大多数的化合反应；(CO2+C2CO为吸热反应)③酸碱中和反应；④金属与酸或水反应置换出氢气；⑤缓慢的氧化反应。(2)常见的吸热反应：①大多数的分解反应；②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；③以C、CO、H2为还原剂一些高温反应：CO2+C2CO；C+H2OCO+H2④盐类的水解【注意】有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是化学变化。反应条件与热量变化没有必然的关系，既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。（二）化学反应中能量变化的原因1.化学键与化学反应中能量变化的关系（1）化学键与能量的关系化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要吸收能量，形成生成物中的化学键要释放能量。键能：标况下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（KJ·mol-1）氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。如：断键吸收总能量为：436+243=679KJ成键释放总能量为：431×2=862KJ则：反应中放出的热量：862-679=183KJ这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。（3）化学键与化学反应中能量变化的关系断开化学键要吸收能量，形成化学键要释放能量；化学键的变化是化学反应中能量变化的主要原因。能量是守恒的，化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化。2.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中能量变化的关系（1）一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于反应物总能量和生成物总能量相对大小。（2）化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下：吸热反应：反应物的总能量小于生成物的总能量放热反应：反应物的总能量大于生成物的总能量（3）以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量二．化学平衡（一）可逆反应：1.概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。2.特征：三同：相同条件，正、逆反应同时进行，反应物、生成物同时存在；反应不能进行完全，即任一反应物的转化率均小于100%。3.表示：化学方程式中用“⇌”表示。4.很多化学反应在进行时都有一定的可逆性，不同反应的可逆性不同，有些化学反应在同一条件下可逆程度很小，如2Na+2H2O===2NaOH+H2↑，视为“不可逆”反应。典型的可逆反应有：H2+I2⇌2HI，2SO2+O2⇌2SO3，SO2+H2O⇌H2SO3，NH3+H2O⇌NH3﹒H2O等。（二）化学平衡1.化学反应平衡状态（1）化学平衡的建立：如在可逆反应2SO2+O22SO3中，反应进行之初SO2和O2的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，此时正反应速率v正最大，逆反应速率v逆为零。反应过程中，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小；生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。最终在时刻t时反应物浓度不再改变，生成物浓度不再改变。正反应速率和逆反应速率相等。反应是否停止？反应并没有停止，动态平衡。（2）含义：可逆反应在一定条件下进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物和生产物的浓度不在改变，此反应达到一种表面静止状态，我们称为化学平衡状态。2.化学平衡的特征：（1）逆：即化学平衡的研究对象是可逆反应。（2）动：即化学平衡是一种动态平衡，即v正＝v逆≠0，反应并未停止。（3）等：即v正＝v逆，同一物质的消耗速率与生成速率相等。（4）定：在达化学平衡的混合体系中，各组成成分的浓度保持不变，各组分的百分含量保持不变。（5）变：化学平衡是在一定条件下的平衡，当外界条件改变时，化学平衡可能会发生变化。【总结】化学平衡状态时可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。三．化学平衡的移动对化学平衡移动的理解1．概念理解(1)含义：当一个可逆反应达到平衡后，如果浓度、压强、温度等反应条件改变，原来的平衡状态被破坏，化学平衡会移动，在一段时间后会达到新的化学平衡状态。(2)实质：改变条件后，①v正≠v逆，②各组分的百分含量发生改变。2．过程分析3．方向判断(1)v正＞v逆：平衡向正反应方向移动。(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不移动。(3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。（一）浓度对化学平衡的影响1．实验探究浓度对化学平衡的影响原理Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3浅黄色无色红色实验步骤现象a试管中溶液呈红色，b试管溶液红色变浅，c试管中溶液红色变深实验结论增大c(Fe3＋)或c(SCN－)后，化学平衡均向正反应方向移动，Fe(SCN)3的浓度均增大，溶液红色加深；滴加少量铁粉，由于Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，使Fe3＋的浓度减小，化学平衡向逆反应方向移动，Fe(SCN)3的浓度减小，溶液红色变浅。2.从v­t图像认识浓度对平衡的影响化学平衡aA＋bBcC＋dD(A、B、C、D为气体或溶液)体系浓度变化增大反应物浓度增大生成物浓度减小生成物浓度减小反应物浓度速率变化v正瞬间增大，v逆瞬间不变，v′正>v′逆v逆瞬间增大，v正瞬间不变，v′逆>v′正v逆瞬间减小，v正瞬间不变，v′正>v′逆v正瞬间减小，v逆瞬间不变，v′逆>v′正平衡移动方向正向移动逆向移动正向移动逆向移动v­t图象规律在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向正反应方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向逆反应方向移动。（二）压强对化学平衡的影响1．实验探究压强对化学平衡的影响实验原理N2O4(g)2NO2(g)(红棕色)Δνg>0实验操作用三支相同的50mL注射器均抽入20mLNO2和N2O4混合气体，将细管端用橡胶塞封闭将第二支针筒活塞迅速推至10mL处(体积减小，压强增大)将第三支针筒活塞迅速拉至40mL处(体积增大，压强减小)实验现象气体颜色先变深，后变浅，最终比原来深气体颜色先变浅，后变深，最终比原来浅实验结论压强增大，体积减小时，c(NO2)变大后又减小，平衡向左移动压强减小，体积增大时，c(NO2)减小后又增大，平衡向右移动2.从v­t图像认识压强对化学平衡的影响化学平衡aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)计量关系a＋b>c＋da＋b<c＋d压强变化增压减压增压减压速率变化v正、v逆同时增大，v′正>v′逆v正、v逆同时减小，v′逆>v′正v正、v逆同时增大，v′逆>v′正v正、v逆同时减小，v′正>v′逆平衡移动方向正向移动逆向移动逆向移动正向移动速率与时间的图象规律在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动；减小压强，平衡向气体物质的量增大的方向移动【点拨】压强改变只影响有气体参加或生成的可逆反应，对于只涉及固体或液体的反应，压强的影响不予考虑。（三）温度对化学平衡的影响1．实验探究温度对化学平衡的影响实验原理2NO2(g)N2O4(g)ΔH＝－56.9kJ·mol－1红棕色无色实验步骤实验现象热水中混合气体颜色加深；冰水中混合气体颜色变浅实验结论混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度增大，即平衡向逆反应方向移动；混合气体被冷却时颜色变浅，说明NO2浓度减小，即平衡向正反应方向移动2.从v­t图像认识温度对化学平衡的影响化学平衡aA＋bBcC＋dDΔH>0温度改变升温降温速率变化v正、v逆同时增大，且v′正>v′逆v正、v逆同时减小，且v′逆>v′正移动方向正向移动逆向移动速率与时间的图像规律在其他条件不变的情况下，升高温度，