高中化學(xué)平衡常數(shù)教學(xué)設(shè)計

馬欣 魏彩瑩

摘要：結(jié)合數(shù)據(jù)分析構(gòu)建化學(xué)平衡常數(shù)的概念，定量認識化學(xué)平衡狀態(tài).培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析、整理、歸納和應(yīng)用能力.

關(guān)鍵詞：化學(xué)平衡常數(shù);數(shù)據(jù)分析;教學(xué)設(shè)計;高中化學(xué)

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2022）21-0115-03

1教學(xué)目標

（1）認識化學(xué)平衡常數(shù)是表征反應(yīng)限度的物理量，知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義.了解濃度商和化學(xué)平衡常數(shù)的相對大小與反應(yīng)方向間的聯(lián)系，發(fā)展變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng).

（2）能利用平衡常數(shù)和濃度商的關(guān)系推斷化學(xué)反應(yīng)是否達到平衡及平衡移動的方向，形成證據(jù)推理與模型認知的體系.

2教、學(xué)、評過程【前置作業(yè)】在一定溫度下的密閉容器中，可逆反應(yīng)N2（g）+3H2（g）2NH3（g），達到平衡狀態(tài)的標志是（）.

A.N2、H2、NH3在容器中共存

B.v正（N2）=3v逆（H2）

C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再發(fā)生變化

D.單位時間內(nèi)生成nmolN2，同時生成3nmolH2

【學(xué)習(xí)任務(wù)1】

（1）能形成平衡狀態(tài)的反應(yīng)是什么反應(yīng)？

【提示：可逆反應(yīng)】

（2）各組分共存的體系是否是平衡狀態(tài)？

【提示：不一定;但反應(yīng)達平衡狀態(tài)時各組分共存，均不為零】

（3）平衡狀態(tài)的建立途徑可以是什么？畫出圖像.

【提示：可從正、逆反應(yīng)或中間任意時開始;可以從一而終或中間過程不斷改變】

（4）平衡狀態(tài)的特征是什么？判斷達到平衡狀態(tài)的標志可以是什么？

【提示：逆、動、等、定、變】

【概括整理1】

化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的特征和標志

【評價前置作業(yè)、學(xué)習(xí)任務(wù)1】

溫故“引”新.復(fù)習(xí)必修內(nèi)容有關(guān)化學(xué)平衡的重要內(nèi)容，如利用反應(yīng)體系中任一組分濃度等變量不再發(fā)生變化作為判斷達到平衡狀態(tài)的標志，引出以下對某一反應(yīng)達到平衡時組分濃度的關(guān)系，提出平衡常數(shù)（K）的概念.

【環(huán)節(jié)一】認識化學(xué)平衡常數(shù)

[情境1]表1中所列為測量反應(yīng)H2（g）+I2（g）2HI（g）在某1L容器中分別在457.6℃和425℃時各物質(zhì)的初始濃度和平衡濃度所獲得的數(shù)據(jù).

【學(xué)習(xí)任務(wù)2】

（1）上述建立平衡的方式分別有哪些不同？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

【提示：溫度、開始的方向、初始濃度、平衡濃度】

（2）其共同點有哪些？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

【提示：同溫時濃度比值即K值近似相等】

（3）表中K大小能反映該反應(yīng)的反應(yīng)程度嗎？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

【提示：能】

（4）K與溫度、濃度、壓強等有何關(guān)系？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

【提示：與溫度有關(guān);與反應(yīng)物濃度無關(guān)，但與生成物濃度的冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積之比有關(guān)，冪值為系數(shù);與壓強無關(guān).】

【評價學(xué)習(xí)任務(wù)2】

首先幫助學(xué)生構(gòu)建分析平衡類問題的模型.從信息中篩選以下四個要點：

（1）“條件”即平衡建立的宏觀條件如“恒溫恒壓、恒溫恒容、絕熱等”;

（2）“特征”即反應(yīng)物的聚集狀態(tài)、反應(yīng)熱等;

（3）“改變”即控制變量思想下改變的條件和相同的條件如在其他條件不變的情況下改變濃度、壓強、催化劑等;

（4）“結(jié)果”即定性、定量的闡述或表示“新”平衡的特征.

其次引導(dǎo)學(xué)生從上述四個要點出發(fā)，采用“求同存異”的方法分析數(shù)據(jù).比如：

問題1上述建立平衡的方式分別有哪些不同？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

溫度的對照;開始的方向①②⑥和③④⑤分別從正、逆兩個方向開始;初始濃度，同溫下的①②、③④;平衡濃度，不同的條件均不相同.

問題2其共同點有哪些？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

相同溫度下的K值近似相等.數(shù)據(jù)①②③④的K值不完全相同，但與平均值48.545接近，符合系統(tǒng)誤差允許范圍.同理⑤⑥.

問題3表中K大小能反映該反應(yīng)的反應(yīng)程度嗎？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

K的表達式反映的時生成物和反應(yīng)物的濃度相對大小關(guān)系，反映該反應(yīng)進行的程度.

問題4K與溫度、濃度、壓強等有何關(guān)系？從哪些數(shù)據(jù)可得出你的結(jié)論.

不同溫度下K值大小不同，該反應(yīng)溫度高K小.

在457.6℃時，①和②初始、平衡濃度均不同但K值相同;③和⑤初始濃度相同，但溫度不同，K值不同;容器體積1L恒定，溫度相同時，雖然壓強不同，但K值相同.

【板書1】

一、化學(xué)平衡常數(shù)

1.定義：在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡時，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，這個常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)，用符號K表示.

【環(huán)節(jié)二】理解化學(xué)平衡常數(shù)

[情境素材2]反應(yīng)的平衡常數(shù)及反應(yīng)可能進行的程度（見表2）

【板書2】2.特征：

K表明該方向的反應(yīng)限度即程度大小.K大于105表示進行較完全，K小于10-5很難進行或程度較小.

K僅與溫度有關(guān)，與濃度、壓強、催化劑無關(guān);

K=k正/k逆

3.表達式：

對于一般的可逆反應(yīng)mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g），在一定溫度下達到平衡時：

K=cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）（平衡濃度）

【學(xué)習(xí)任務(wù)3】

完成以下三組反應(yīng)的的表達式，并從中找出每組反應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系和單位關(guān)系.

第一組：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

12N2（g）+32H2（g）NH3（g）

2NH3（g）N2（g）+3H2（g）

第二組

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

C（s）+2H2O（g）CO2（g）+2H2（g）

第三組

CH3COOH（aq）H+（aq）+CH3COO-（aq）

CH3COO-（aq）+H2O

CH3COOH（aq）+OH-（aq）

H2O（l）H+（aq）+OH-（aq）

【概括整理2】

（1）僅為有濃度變化的物質(zhì);平衡時濃度;產(chǎn)物比反應(yīng)物;單位不確定

（2）①同一反應(yīng)不同方程式，K的表達式不同.

②可逆反應(yīng)的K互為倒數(shù);系數(shù)×γ，則K為γ次方;方程式加減，則K乘除.

③單位與表達式有關(guān).

【評價學(xué)習(xí)任務(wù)3】

（1）明確Kc、Kp等均為平衡狀態(tài)時“變”量關(guān)系;固體、純液體一般不在表達式中出現(xiàn).

（2）學(xué)會或有意識的把化學(xué)的守恒思想如質(zhì)量守恒、能量守恒等運用數(shù)學(xué)方法分析找到有關(guān)聯(lián)的幾個反應(yīng)之間的聯(lián)系，并定量化或圖像化.

（3）援引的三組反應(yīng)均為中學(xué)化學(xué)平衡類問題常用反應(yīng)載體，第三組為后面離子平衡中的平衡常數(shù)學(xué)習(xí)打好前站.

【板書3】

4.濃度商：任意時刻該比值稱為濃度商，常用Q表示.

【環(huán)節(jié)三】應(yīng)用化學(xué)平衡常數(shù)

（以下略，編者）

參考文獻：

[1]欒厚福.“高考化學(xué)平衡常數(shù)的考查形式及命題趨勢”[J].教學(xué)考試，2021（52）：67-71.

[2]侯曉娜.核心素養(yǎng)為本的學(xué)科思維模型構(gòu)建——以“化學(xué)平衡”核心概念教學(xué)為例[J].中學(xué)化學(xué)，2021（10）：16-18.

[責(zé)任編輯：季春陽]