第二单元 化学反应的方向和限度ppt配套的教学设计方案

第二单元

化学反应的方向和限度

化学平衡常数

一、课程目标：

（1）文化价值：了解化学平衡常数的含义，能利用平衡常数计算反应物的平衡转化率。

（2）科学价值：通过对“化学平衡常数”问题的讨论，培养分析、处理实验数据的能力，以及从数据中获取信息，总结规律的能力。

（3）人文价值：让学生体会化学对人类生活、科学研究和社会的贡献。培养学生将化学知识运用于生产、生活实践的意识。

（4）审美价值：从已有知识和生活经验出发，学会运用比较、归纳、概括等方法对信息进行加工，培养学生思维的批判性和严谨性。

二、核心概念：

化学平衡常数

三、问题思辩：

1、什么是化学平衡常数？

2、化学平衡常数受什么因素影响？

3、化学平衡常数有哪些应用？

四、教学过程：

【引入】血液的pH保持在7.35～7.45是非常必要的，血液中存在以下平衡体系：

H2O+CO2

H2CO3

H++HCO3-

，在健康人体的血浆中，HCO3-约为H2CO3的20倍。如果HCO3-/H2CO3 ＜15时，立即发生酸中毒

。

不正确的呼吸可能导致血液中酸碱不平衡。太快或太深的呼吸会导致呼吸碱中毒，太慢或太浅的呼吸会导致呼吸酸中毒，那么我们应如何定量求得正常呼吸C02的范围?

我们知道，在一定条件下的可逆反应存在化学平衡状态。那么，当达到化学平衡状态是，究竟有多少反应物转化成了生成物，平衡体系中各物质的浓度之间是否有一定的关系？

【交流与讨论】2NO2 (g)

N2O4(g)在25℃时各物质的初始浓度和平衡浓度的测量结果如下表。

起始浓度/mol·L-1

c（NO2）

2.00×10-2

3.00×10-2

0

0

c（N2O4）

0

0

2.00×10-2

0.100

平衡浓度/mol·L-1

c（NO2）

6.32×10-3

8.00×10-3

9.46×10-3

2.28×10-2

c（N2O4）

6.84×10-3

1.10×10-2

1.52×10-2

8.86×10-2

平衡浓度关系

c（N2O4）c（N2O4）/c(NO2) /c2(NO2)

1.完成表格内容，并归纳总结平衡时反应物的浓度和生成物的物质的量浓度之间的关系。

2.为何提供4组不同起始浓度的相关数据？

3.为何最终计算得到的平衡常数仍略有差别？

4.该表格中的各组数据还有其他利用价值吗？

5.为何标明反应温度（25℃）？

【讲解】问题2：归纳推理——科学探究的方式之一

问题3：尊重实验事实，允许一定范围内的误差

问题:4：化学平衡常数与浓度无关

问题:5：化学平衡常数与温度有关

从上述系列实验中，大家可以看到有的从正反应开始，有的从逆反应开始，反应物的起始浓度并不相等，但结果经过足够长的时间都达到化学平衡状态，把平衡混合物中各生成物浓度的乘积作分子，把各反应物浓度的乘积作为分母，求其比值，发现结果是一个常数，几乎都等于170。

【疑问】反应物只有一种的情况存在定量关系，那反应物不止一种，是否也存在定量关系呢？

H2(g) + I2(g)

2HI(g)反应体系起始、平衡浓度数据表（457.6℃）

起始时浓度*

10-3mol/L H2

11.97 12.28 12.01 0 0 0 I2

6.944 9.964 8.403 0 0 0 HI 0 0 0 15.20 12.87 37.77 平衡时浓度

10-3mol/L H2

5.617 3.841 4.580 1.696 1.433 4.213 I2

0.5936 1.524 0.9733 1.696 1.433 4.213 HI 12.70 16.87 14.86 11.81 10.00 29.34 c

(HI)

c(H)▪ c(I)

222 48.38 48.61 49.54 48.48 48.71 48.81 【小结】反应物有多种，把平衡混合物中各生成物浓度的乘积作分子，把各反应物浓度的乘积作为分母，求其比值，发现结果也是一个常数。在一定温度下，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，又无论反应物起始浓度为多少，最后都能达到化学平衡。这时生成物的浓度乘积除以反应物浓度的乘积，所得到的比是一个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。

【板书】1. 定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度乘积除以反应物浓度乘积所得到的比是一个常数，叫化学平衡常数，用K表示。

2. 表达式：对于任意反应

c(C)pc(D)qmA+nB

pC+qD

K=

c(A)mc(B)n【过渡】根据平衡常数的定义，请同学们写出下表中有关反应的平衡常数的表达式。

化学方程式

2NO2

N2O4

NO2

1／2 N2O4

2Fe3++Fe

3Fe2+

Br2+H2O

H++Br - +HBrO

平衡常数表达式

思考：1、写完后对比书本p49

表2-9，你能得出什么结论？

2、指出K1和K2的关系？

【板书】（1）固体、液体的浓度为常数，不写入表达式

（2）与化学方程式的书写有关

【练习】请写出下列化学反应的化学平衡常数的表达式。

1、Fe3O4(s) + 4H2(g)

3Fe(s) + 4H2O(g)

2、Cr2O72- + H2O

2CrO42-

+ 2H+ 根据学生板演情况进行讲评。

【过渡】

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

平衡常数与温度的关系

T/K K 373 3.35×109

473 1.00×107

573 2.45×105

673 1.88×104

773 2.99×103

思考：1、从表中数据可以得出什么结论？

2、对于任何反应，温度越高，化学平衡常数越小？

【资料】科学家设计并进行了严密的实验，在298K、333K时分别测得下表中的数据[N2O4(g)

2NO2(g) △H>0]：

初始浓度（mol/L）

温度（K）

c0(N2O4) 0.050 0.050 c0(NO2) 0 0 平衡浓度（mol/L）

[N2O4] 0.02175 0.00488 [NO2] 0.05650 0.0901 K

0.15 1.7 298 333 【小结】化学平衡常数不受到浓度的影响，由于压强的影响也是归结为浓度的影响，因而认为化学平衡常数只会受到温度的影响，如何影响与化学反应热效应有关。

【板书】3、只受温度影响：温度不变，化学平衡常数不变

【过渡】分析以下数据：归纳K的大小与反应进行的程度有什么关系？

卤化氢生成反应的平衡常数（25℃）

化学方程式

F2

+ H2

2HF

Cl2 +H2

2HCl

Br2

+H2

2HBr

I2

+H2

2HI

平衡常数K

6.5×1095

2.57×1033

1.91×1019

8.67×102

【讲解】可以从平衡常数K的大小推断反应进行的程度，K越大，表示化学反应达到平衡时生成物浓度对反应物浓度的比越大，也就是反应进行的程度越大；反之K越小，表示反应进行的程度越小。一般来说，平衡常数K≥105，认为正反应进行得较完全；K ≤10-5则认为这个反应的正反应很难进行。

【板书】4、应用

（1）

判断反应进行的程度：K越大，表示反应进行的程度越大

（2）

判断某状态是否处于平衡状态

cdc(C)c(D)

aA+bB

cC+dD 任意时刻,浓度商（Qc）＝

a

bc(A)c(B)

Qc＝K

可逆反应已达平衡

Qc＜K

可逆反应正向进行,v正>v逆

Qc＞K

可逆反应逆向进行，

v正

例题：高炉炼铁中发生的基本反应如下: FeO(s)+CO(g)

Fe(s)+CO2(g)。其平衡常数可表达为: K=c(CO2)/c(CO)，已知1100℃，K=0.263 1100℃时，测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L，c(CO)=0.1mol/L，在这种情况下该反应是否处于平衡状态_______(填“是”或“否”)，此时化学反应速率是V正____V逆(填“大于”、“小于”或“等于”)，其原因是

。

——【阅读后提问】什么叫反应物的转化率？

【板书】5、某指定反应物的转化率=指定反应物的起始浓度指定反应物的平衡浓度指定反应物的起始浓度

【例1】某温度下，向10L真空容器中注入1.00 mol H2(g) 和

1.00 mol I2(g)，反应平衡后I2(g)的浓度为0.020 0 mol·L-1。试求该温度下

H2(g)+I2(g)

2HI(g)的平衡常数。

解：据题意可知，起始时c(H2)=c(I2)=0.100mol·L-1，平衡时c(H2)=c(I2)=0.0200mol·L-1，生成的c(HI) = 0.160mol·L-1

H2(g)

+

I2(g)

2HI(g) c0/mol·L-1

0.100

0.100

0

Δc/mol·L-1

0.0800

0.0800

0.160

c平/mol·L-1

0.0200

0.0200

0.160

答：化学平衡常数为64.0。

【课堂小结】

化学平衡常数

（1）平衡常数表示反应进行的程度，不表示反应的快慢，即速率大，K值不一定大

（2）K只与温度有关，与浓度、压强等无关，所以使用时应注明温度

（3）在进行K值的计算时，固体不作考虑，表达式中不需表达，稀溶液中的H2O的浓度可不表达

（4）平衡常数的表达式与方程式的书写有关

【例2】在一密闭容器中，CO与H2O混合加热到800℃达到下列平衡：

CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)

K=1.00 若反应开始时CO和H2O的浓度分别为0.200 mol·L-1

和0.200mol·L-1，求达到平衡时CO转化为CO2转化率是多少？

练习：850K时，在一密闭容器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得：SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10-3 mol·L-1 、8.0×10-3 mol·L-1 和

4.4×10-2 mol·L-1。计算：

（1）该温度下反应

2SO2+O2

2SO3的平衡常数。

（2）达平衡状态时，

SO2的转化率。

【作业】练习册P42（二）

【主板书设计】

1. 定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度乘积除以反应物浓度乘积所得到的比是一个常数，叫化学平衡常数，用K表示。

2. 表达式：对于任意反应

c(C)pc(D)qmA+nB

pC+qD

K=

c(A)mc(B)n（1）固体、液体的浓度为常数，不写入表达式

（2）与化学方程式的书写有关

3、只受温度影响：温度不变，化学平衡常数不变

4、应用

（1）判断反应进行的程度：K越大，表示反应进行的程度越大

（2）判断某状态是否处于平衡状态

cdc(C)c(D)

aA+bB

cC+dD 任意时刻,浓度商（Qc）＝

a

bc(A)c(B)

Qc＝K

可逆反应已达平衡

Qc＜K

可逆反应正向进行,v正>v逆

Qc＞K

可逆反应逆向进行，

v正

——5、某指定反应物的转化率=教学反思

指定反应物的起始浓度指定反应物的平衡浓度指定反应物的起始浓度

以常见可逆反应建立平衡过程中的起始、平衡浓度的实验数据作为新课引入的重要素材，提供了2个表格，改变起始浓度，计算或直接观察各组的数值，希望学生能从实验数据的分析中发现：温度一定时，无论反应物的起始浓度如何，可逆反应达到化学平衡状态后，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值均为一个常数。化学平衡常数的概念自然而然地得出，根据定义其表达式也就顺其自然写出来了，这里对教材的顺序做了调整，个人觉得做的比较成功，效果也较好。先把表格2-9的最后一列去掉，再让学生填写，最后与书本P49做对比，学生对固体和液体不能写入表达式这一观念深入脑髓，而且对不同方程式的写法对应的平衡常数之间的关系一目了然，避免死记硬背。为了加强化学平衡常数只受温度的影响这一观念，为避免学生从书中表2-8得出温度升高平衡常数减小，增加了一个表格，引导学生分析2个反应的热效应，得出温度对化学平衡常数的影响与化学反应的热效应有关，教会学生辩证地看问题。课堂中不小心拓展过头，造成学生理解上的困难，以后上课要避免。