选择性必修1第二节 化学平衡优质教学设计

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课题： 2.2.4 化学平衡图像
课时
1
授课年级
高二
课标要求
能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡 移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条 件的选择和优化。
教材
分析
化学平衡图像是描述化学反应中物质浓度随时间变化的一种图形表示方法。在教材中，化学平衡图像通常包括以下几种类型：
1. 反应速率与时间的关系图：这种图像表示了在一定条件下，反应物浓度随时间的变化情况。通过观察图像，可以了解反应的快慢以及达到平衡所需的时间。
2. 反应速率与温度的关系图：这种图像表示了在一定压力下，反应速率随温度的变化情况。通过观察图像，可以了解反应速率对温度的敏感性，以及反应的活化能。
3. 反应物浓度与时间的关系图：这种图像表示了在一定条件下，反应物浓度随时间的变化情况。通过观察图像，可以了解反应物的消耗速度以及达到平衡所需的时间。
4. 生成物浓度与时间的关系图：这种图像表示了在一定条件下，生成物浓度随时间的变化情况。通过观察图像，可以了解生成物的生成速度以及达到平衡所需的时间。
5. 反应物浓度与压力的关系图：这种图像表示了在一定温度下，反应物浓度随压力的变化情况。通过观察图像，可以了解反应物浓度对压力的敏感性，以及反应的K值（平衡常数）。
6. 生成物浓度与压力的关系图：这种图像表示了在一定温度下，生成物浓度随压力的变化情况。通过观察图像，可以了解生成物浓度对压力的敏感性，以及反应的K值（平衡常数）。
7. 反应物浓度与温度的关系图：这种图像表示了在一定压力下，反应物浓度随温度的变化情况。通过观察图像，可以了解反应物浓度对温度的敏感性，以及反应的K值（平衡常数）。
8. 生成物浓度与温度的关系图：这种图像表示了在一定压力下，生成物浓度随温度的变化情况。通过观察图像，可以了解生成物浓度对温度的敏感性，以及反应的K值（平衡常数）。
通过对这些化学平衡图像的分析，学生可以更好地理解化学反应的动态过程，掌握化学反应规律，为进一步学习化学反应动力学、化学平衡计算等知识打下基础。
教学目标
1.学会分析化学反应速率与化学平衡图像
2.由定性和定量结合的方式揭示化学平衡及移动的本质特征。
3.能运用相关的图像解答化学反应原理的相关问题。
教学重、难点
重点：化学平衡图像
难点：分析化学平衡图像
核心素养
化学平衡图像的核心素养主要体现在学生对化学反应速率和化学平衡的深入理解和把握上。这包括以下几个方面：
1. 变化观念与平衡思想：学习理解化学反应速率和化学平衡图像，需要掌握物质浓度、反应速率、温度、压强等因素对反应进程的影响，以及如何通过这些因素的变化来预测反应的进行状态。
2. 证据推理与模型认知：能够根据实验数据或理论推导，建立相应的化学平衡模型，并通过对这些模型的分析，解决实际问题。
3. 知识运用能力：具备利用化学反应速率和化学平衡的知识，分析解决实际问题的能力。例如，能够分析和解释恒压(温)曲线图象中物质的平衡浓度或反应物的转化率随温度或压强变化的情况。
以上核心素养有助于学生养成化学学科观念，提升他们的科学素养，为他们进一步学习和研究化学反应动力学、化学平衡计算等知识打下坚实的基础。
学情分析
在化学平衡图像的学习过程中，学生的情况各有不同。接触化学平衡及图像分析前，学生对化学反应速率、可逆反应以及影响化学反应速率的因素已有一定的认识，并且已经具备一定的图像分析能力。
然而，尽管他们可以解析和处理一些基本的图像信息，但他们仍然缺乏一个完整和系统的知识结构来全面理解和掌握化学平衡图像分析这一复杂问题。例如，他们可能对如何解读恒压(温)曲线图象中物质的平衡浓度或反应物的转化率随温度或压强变化的情况感到困惑。
为了帮助学生更好地理解和掌握化学平衡图像分析，教师需要采取有效的教学策略。首先，可以通过复习基本要点让学生对平衡图像有个知识回顾；然后，系统复习图像分析的一般方法，通过四种常见的化学平衡图像，给出具体的示例分析，从而帮助学生理解并掌握化学平衡图像的意义，以及化学平衡图像题的一般解题方法。
总的来说，化学平衡图像的学习不仅需要学生具备一定的基础知识和技能，更需要他们发展出系统的分析能力和深层次的理解。只有这样，他们才能真正把握化学反应速率和化学平衡的本质，进一步提升他们的科学素养
教学过程
教学环节
教学活动
设计意图
环节一、
情景导入
复习情境
【回顾导入1】浓度、压强变化对化学平衡的影响规律
化学反应
aA＋bBcC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)
浓度的变化
增大反应
物浓度
减小反应
物浓度
增大生成
物浓度
减小生成
物浓度
反应速率变化
v正瞬间增大，v逆瞬间不变，v正′>v逆′
v正瞬间减小，v逆瞬间不变，v逆′>v正′
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′
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
v­t图像
规律总结
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
化学反应
aA(g)＋bB(g)
cC(g)＋dD(g)
a＋b>c＋d
aA(g)＋bB(g)
cC(g)＋dD(g)
a＋baA(g)＋bB(g)
cC(g)＋dD(g)
a＋b＝c＋d
体系压强的变化
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
反应速率的变化
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′
v正、v逆同时增大，且v逆′>v正′
v正、v逆同时减小，且v正′>v逆′
v正、v逆同时增大，且v正′＝v逆′
v正、v逆同时减小，且v正′＝v逆′
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
不移动
不移动
v­t图像
规律总结
在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气态物质分子数减小的反应方向移动；减小压强，平衡向气态物质分子数增大的反应方向移动；反应物与生成物的气体分子数相等时，改变压强平衡不移动
【回顾导入1】温度对化学平衡移动的影响规律
1.任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热)，所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。
2.升高温度，v放、v吸均增大，但v吸增大程度大；
降低温度，v放、v吸均减小，但v吸减小程度大。
3.当其他条件不变时
温度升高，平衡向吸热反应方向移动；
温度降低，平衡向放热反应方向移动。
4.由图像分析温度对化学平衡移动的影响
已知反应：mA(g)＋nB(g)pC(g) ΔH<0，当反应达平衡后，若温度改变，其反应速率的变化曲线分别如下图所示：
回顾旧知，预习新知，创设化学事故情境，激发学习兴趣和探究的欲望。
环节二、
氧
平衡图像
活动一、
化学反应速率图像(v­t图)
【问题1】v-t图像规律总结
【讲解】解题策略：当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率－时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。
【学生】结论：如果图中有一个速率出现连续性，则改变的条件一定是浓度；对于一个反应前后气体体积发生变化的反应来说，如果正逆反应速率变化程度相等，改变的条件一定是催化剂；对于一个反应前后气体体积不变的反应来说，如果正逆反应速率变化程度相等，改变的条件可能是压强，也可能是催化剂。
1.“断点”的v-t图像
图像
t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
正反应为放热反应
正反应为吸热反应
压强
增大
减小
增大
减小
正反应为气体物质的量增大的反应
正反应为气体物质的量减小的反应
2.“连续”的v-t图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变，增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变，减小生成物的浓度
3.“平台”的v-t图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正＝v′逆，平衡不移动
t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)
4.全程速率—时间图像
例如：Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。
原因：
（1）AB段(v增大)，反应放热，溶液温度逐渐升高，v增大。
（2）BC段(v减小)，溶液中c(H＋)逐渐减小，v减小。
（3）B是（是或否）平衡点
【例题 1】根据v-t图分析外界条件改变对可逆反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0的影响。该反应的反应速率与时间的关系如图所示:
可见在t1、t3、t5、t7时反应都处于平衡状态,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )
A.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
B.升高温度、减小压强、增大生成物浓度、使用了催化剂
C.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
【学生】讨论完成
【解释】
t2时正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,可能是升高温度;t4时正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,可能是减小压强;t6时逆反应速率在原有基础上逐渐增大,而正反应速率立即增大,平衡向正反应方向移动,可能是增大反应物的浓度;t8时正、逆反应速率都增大且相等,平衡不移动,可能是加入催化剂;
故选D。
回归教材，抓纲悟本，认识化学平衡常数的重要性。
通过学习平衡表达式为之后的学习打下基础。
活动二、某物质的转化率(或百分含量)-时间-温度(或压强)图像
【问题2】大家讨论某物质的转化率(或百分含量)-时间-温度(或压强)图像是怎样？
【学生】看图要领：
（1）先从拐点向横轴作垂线：先拐先平，温度、压强均高
（2）再从拐点向纵轴作垂线：
①分析温度、压强升高时，转化率或含量的变化，
② 判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应或物质计量数
【讲解】
1．含量—时间—温度(压强)图像
C%指生成物的质量分数，B%指反应物的质量分数。
【方法技巧】 “先拐先平，数值大”，即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
2.转化率(或浓度)—压强—温度图像
α表示某反应物的转化率，c表示某反应物的平衡浓度。
图①，若p1>p2>p3，则正反应为气体体积减小的反应，ΔHeq \a\vs4\al(＜)0；
图②，若T1>T2，则正反应为放热反应。
[技法解读] “定一议二”，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。
【例2】有一化学平衡mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示的是A的转化率与压强、温度的关系。下列叙述正确的是( )
A．正反应是放热反应；m＋n>p＋q
B．正反应是吸热反应；m＋nC．正反应是放热反应；m＋nD．正反应是吸热反应；m＋n>p＋q
【答案】 D
【解析】 同一压强下，温度越高，A的转化率越高，说明正反应是吸热反应；同一温度下，压强越大，A的转化率越高，说明正反应是气体体积减小的反应，即m＋n>p＋q。
通过观察、思考，归纳平衡常数的注意事项进一步巩固对平衡常数的理解
创设问题情境，促进对科学研究的深度理解。
巩固与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。
活活动三速率-压强(或温度)（v-T/P）图像
1.v-T图像
以mA＋nB ⇌pC＋qD；△Ｈ＝ＱkJ/ml为例
Ｑ>0 Ｑ<0
Ｑ>0 Ｑ<0
m+n>p+q m+n
m+n>p+q m+nm+n=p+q
用来表示可逆反应2A(g)+B(g)⇌2C(g) ΔH<0的正确图像为
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】
A．该反应焓变小于0，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，C的质量分数减小，且温度越高反应速率越快，达到平衡所需时间越短，A正确；
B．升高温度正逆反应速率都增大，B错误；
C．正逆反应速率相等时反应达到平衡，该反应为气体系数之和减小的反应，继续增大压强，平衡正向移动，正反应速率应该大于逆反应速率，C错误；
D．升高温度平衡逆向移动，相同压强下温度越高A的转化率应该越小，D错误；
综上所述答案为A。
巩固“结构决定性质”的思想。
通过认识可逆反应达到平衡后各物质的浓度变化关系为计算化学平衡常数打下基
巩固与评价，发现问题，调控课堂，提高效率。
课堂总结
考点1化学反应速率图像(v­t图)
1.“断点”的v-t图像
2.“连续”的v-t图像
3.“平台”的v-t图像
4.全程速率—时间图像
考点2 某物质的转化率(或百分含量)-时间-温度(或压强)图像
含量—时间—温度(压强)图像
2.转化率(或浓度)—压强—温度图像
考点3速率-压强(或温度)（v-T/P）图像
板书
设计
考点1化学反应速率图像(v­t图)
考点2 某物质的转化率(或百分含量)-时间-温度(或压强)图像
考点3速率-压强(或温度)（v-T/P）图像
教学
反思
在化学平衡图像教学中，我们通常会遇到以下几个问题和挑战：
1. 学生对化学平衡概念的理解不够深入：许多学生在学习化学平衡时，往往只停留在表面层次，对化学平衡的概念、特点和影响因素等方面的理解不够深入。这会导致他们在学习化学平衡图像时，难以理解和掌握图像所反映的化学平衡状态和过程。
2. 学生对化学平衡图像的解读能力较弱：化学平衡图像是一种直观的表达方式，可以有效地帮助学生理解化学平衡的概念和过程。然而，许多学生在面对复杂的化学平衡图像时，往往感到无从下手，难以准确地解读图像所反映的化学平衡信息。
3. 学生缺乏实际操作经验：化学平衡图像教学往往需要学生通过实际操作来观察和分析实验现象，从而加深对化学平衡概念和过程的理解。然而，由于实验条件的限制，学生很难有机会进行实际操作，这使得他们在学习化学平衡图像时，缺乏实践经验，难以将理论知识与实际操作相结合。
针对以上问题和挑战，我们可以采取以下措施进行教学反思和改进：
1. 强化基本概念的教学：在教授化学平衡图像之前，应确保学生已经掌握了化学平衡的基本概念、特点和影响因素等方面的知识。可以通过讲解、讨论和实例分析等方式，帮助学生深入理解化学平衡的概念。
2. 提高学生的图像解读能力：在教学过程中，教师应引导学生学会如何从化学平衡图像中获取关键信息，如反应物和生成物的浓度、平衡常数等。可以通过讲解、示范和练习等方式，培养学生的图像解读能力。
3. 增加实际操作环节：在教学过程中，教师应尽量为学生提供实际操作的机会，让学生通过观察和分析实验现象，加深对化学平衡概念和过程的理解。可以通过虚拟实验、课堂实验和课外实验等多种方式，增加学生的实际操作经验。
4. 激发学生的学习兴趣：教师应注重激发学生的学习兴趣，使他们在学习化学平衡图像时，能够主动思考、积极参与。可以通过设计有趣的实验、组织讨论和竞赛等活动，提高学生的学习积极性。
5. 加强教学反馈和评价：教师应及时了解学生的学习情况，对学生的学习进行有效的反馈和评价。可以通过课堂提问、作业批改和测试等方式，检查学生对化学平衡图像的掌握程度，并根据学生的学习情况，调整教学策略和方法。