高中化学平衡常数教学设计

马欣 魏彩莹

摘要：结合数据分析构建化学平衡常数的概念，定量认识化学平衡状态.培养学生对数据的分析、整理、归纳和应用能力.

关键词：化学平衡常数;数据分析;教学设计;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2022）21-0115-03

1教学目标

（1）认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系，发展变化观念与平衡思想的核心素养.

（2）能利用平衡常数和浓度商的关系推断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向，形成证据推理与模型认知的体系.

2教、学、评过程【前置作业】在一定温度下的密闭容器中，可逆反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g），达到平衡状态的标志是（）.

A.N2、H2、NH3在容器中共存

B.v正（N2）=3v逆（H2）

C.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化

D.单位时间内生成nmolN2，同时生成3nmolH2

【学习任务1】

（1）能形成平衡状态的反应是什么反应？

【提示：可逆反应】

（2）各组分共存的体系是否是平衡状态？

【提示：不一定;但反应达平衡状态时各组分共存，均不为零】

（3）平衡状态的建立途径可以是什么？画出图像.

【提示：可从正、逆反应或中间任意时开始;可以从一而终或中间过程不断改变】

（4）平衡状态的特征是什么？判断达到平衡状态的标志可以是什么？

【提示：逆、动、等、定、变】

【概括整理1】

化学反应达到平衡状态的特征和标志

【评价前置作业、学习任务1】

温故“引”新.复习必修内容有關化学平衡的重要内容，如利用反应体系中任一组分浓度等变量不再发生变化作为判断达到平衡状态的标志，引出以下对某一反应达到平衡时组分浓度的关系，提出平衡常数（K）的概念.

【环节一】认识化学平衡常数

[情境1]表1中所列为测量反应H2（g）+I2（g）2HI（g）在某1L容器中分别在457.6℃和425℃时各物质的初始浓度和平衡浓度所获得的数据.

【学习任务2】

（1）上述建立平衡的方式分别有哪些不同？从哪些数据可得出你的结论.

【提示：温度、开始的方向、初始浓度、平衡浓度】

（2）其共同点有哪些？从哪些数据可得出你的结论.

【提示：同温时浓度比值即K值近似相等】

（3）表中K大小能反映该反应的反应程度吗？从哪些数据可得出你的结论.

【提示：能】

（4）K与温度、浓度、压强等有何关系？从哪些数据可得出你的结论.

【提示：与温度有关;与反应物浓度无关，但与生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积之比有关，幂值为系数;与压强无关.】

【评价学习任务2】

首先帮助学生构建分析平衡类问题的模型.从信息中筛选以下四个要点：

（1）“条件”即平衡建立的宏观条件如“恒温恒压、恒温恒容、绝热等”;

（2）“特征”即反应物的聚集状态、反应热等;

（3）“改变”即控制变量思想下改变的条件和相同的条件如在其他条件不变的情况下改变浓度、压强、催化剂等;

（4）“结果”即定性、定量的阐述或表示“新”平衡的特征.

其次引导学生从上述四个要点出发，采用“求同存异”的方法分析数据.比如：

问题1上述建立平衡的方式分别有哪些不同？从哪些数据可得出你的结论.

温度的对照;开始的方向①②⑥和③④⑤分别从正、逆两个方向开始;初始浓度，同温下的①②、③④;平衡浓度，不同的条件均不相同.

问题2其共同点有哪些？从哪些数据可得出你的结论.

相同温度下的K值近似相等.数据①②③④的K值不完全相同，但与平均值48.545接近，符合系统误差允许范围.同理⑤⑥.

问题3表中K大小能反映该反应的反应程度吗？从哪些数据可得出你的结论.

K的表达式反映的时生成物和反应物的浓度相对大小关系，反映该反应进行的程度.

问题4K与温度、浓度、压强等有何关系？从哪些数据可得出你的结论.

不同温度下K值大小不同，该反应温度高K小.

在457.6℃时，①和②初始、平衡浓度均不同但K值相同;③和⑤初始浓度相同，但温度不同，K值不同;容器体积1L恒定，温度相同时，虽然压强不同，但K值相同.

【板书1】

一、化学平衡常数

1.定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示.

【环节二】理解化学平衡常数

[情境素材2]反应的平衡常数及反应可能进行的程度（见表2）

【板书2】2.特征：

K表明该方向的反应限度即程度大小.K大于105表示进行较完全，K小于10-5很难进行或程度较小.

K仅与温度有关，与浓度、压强、催化剂无关;

K=k正/k逆

3.表达式：

对于一般的可逆反应mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g），在一定温度下达到平衡时：

K=cp（C）·cq（D）cm（A）·cn（B）（平衡浓度）

【学习任务3】

完成以下三组反应的的表达式，并从中找出每组反应的数学关系和单位关系.

第一组：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

12N2（g）+32H2（g）NH3（g）

2NH3（g）N2（g）+3H2（g）

第二组

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

C（s）+2H2O（g）CO2（g）+2H2（g）

第三组

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）仅为有浓度变化的物质;平衡时浓度;产物比反应物;单位不确定

（2）①同一反应不同方程式，K的表达式不同.

②可逆反应的K互为倒数;系数×γ，则K为γ次方;方程式加减，则K乘除.

③单位与表达式有关.

【评价学习任务3】

（1）明确Kc、Kp等均为平衡状态时“变”量关系;固体、纯液体一般不在表达式中出现.

（2）学会或有意识的把化学的守恒思想如质量守恒、能量守恒等运用数学方法分析找到有关联的几个反应之间的联系，并定量化或图像化.

（3）援引的三組反应均为中学化学平衡类问题常用反应载体，第三组为后面离子平衡中的平衡常数学习打好前站.

【板书3】

4.浓度商：任意时刻该比值称为浓度商，常用Q表示.

【环节三】应用化学平衡常数

（以下略，编者）

参考文献：

[1]栾厚福.“高考化学平衡常数的考查形式及命题趋势”[J].教学考试，2021（52）：67-71.

[2]侯晓娜.核心素养为本的学科思维模型构建——以“化学平衡”核心概念教学为例[J].中学化学，2021（10）：16-18.

[责任编辑：季春阳]