第二节化学平衡.docx

第二节 化学平衡
●从容说课
本节介绍了化学平衡的建立，这既是本节的教学重点也是本章的教学重点。
掌握化学平衡建立的观点是很重要的，也具有一定的难度。教学中应注意精心设置知识台阶，采用图画和联想等方法，帮助学生建立化学平衡的观点。教材以合成氨工业为例，指出在化学研究和化工生产中，只考虑化学反应速率是不够的，还需要考虑化学反应进行的程度，即化学平衡。建立化学平衡观点的关键，是帮助学生理解在一定条件下的可逆反应中，正、逆反应速率会趋于相等。教学中应以蔗糖溶解为例指出在饱和溶液中，当蔗糖溶解的速率与结晶速率相等时，处于溶解平衡状态，接着再以一可逆反应为例，如
CO+H2O(g) CO2+H2,说明当正反应速率与逆反应速率相等时，就处于化学平衡状态。这样层层引导，通过图画等帮助学生联想，从而在一定程度上突破化学平衡状态建立的教学难点。
组织好本节的史实讨论。19世纪后期，在英国出现的用建筑高大的高炉来减少高炉气中CO含量的错误做法，可以使学生对化学平衡的建立和特征有更深刻的理解，既培养了学生分析实际问题的能力，也训练了学生的科学学习方法。
教学目标
1. 使学生建立化学平衡的观点，并通过分析化学平衡的建立，增强学生的归纳和形象思维能力。
2. 使学生理解化学平衡的特征，从而使学生树立对立统一的辩证唯物主义观点。
●教学重点
化学平衡的建立和特征。
●教学难点
化学平衡观点的建立。
●课时安排
二课时
●教学方法
1. 在教学中通过设置知识台阶，利用教材的章图、本节内的图画以及多媒体手段演示溶解平衡的建立等，启发学生联想从而建立化学平衡的观点。
2. 组织讨论，使学生深刻理解化学平衡的特征。
●教学用具
投影仪、多媒体电脑
●教学过程
［引言］化学反应速率讨论的是化学反应快慢的问题，但是在化学研究和化工生产中，只考虑化学反应进行的快慢是不够的，因为我们既希望反应物尽可能快地转化为生成物，同时又希望反应物尽可能多地转化为生成物。例如在合成氨工业中，除了需要考虑如何使N2和H2尽快地转变成NH3外，还需要考虑怎样才能使更多的N2和H2转变为NH3，后者所说的就是化学反应进行的程度问题——化学平衡。
［板书］第二节 化学平衡
［师］如果对于一个能顺利进行的、彻底的化学反应来说，由于反应物已全部转化为生成物，如酸与碱的中和反应就不存在什么进行程度的问题了，所以，化学平衡的研究对象是可逆反应。
［板书］一、化学平衡的研究对象——可逆反应
[师]那么什么是化学平衡？化学平衡是如何建立的？下面我们就来讨论这一问题。
[板书]二、化学平衡的建立
［师］大家来考虑这样一个问题，我现在在一个盛水的水杯中加蔗糖，当加入一定量之后，凭大家的经验，你们觉得会怎么样呢？
［生］开始加进去的很快就溶解了，加到一定量之后就不溶了。
［问］不溶了是否就意味着停止溶解了呢？
［生］回忆所学过的溶解原理，阅读教材自学思考后回答：没有停止。因为当蔗糖溶于水时，一方面蔗糖分子不断地离开蔗糖表面，扩散到水里去；另一方面溶解在水中的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成为晶体，当这两个相反的过程的速率相等时，蔗糖的溶解达到了最大限度，形成蔗糖的饱和溶液。
［师］所以说刚才回答说不溶了是不恰当的，只能说从宏观上看到蔗糖的量不变了，溶解并没有停止。我这里把这一过程做成了三维动画效果，以帮助大家理解溶解过程。
［多媒体电脑］三维动画演示一定量蔗糖分子在水中的溶解过程。
［生］观看动画效果，进一步理解溶解过程。
［师］这时候我们就说，蔗糖的溶解达到了平衡状态，此时溶解速率等于结晶速率，是一个动态平衡。
［板书］1. 溶解平衡的建立
开始时v（溶解）＞v(结晶）
平衡时v（溶解）=v（结晶）
结论：溶解平衡是一种动态平衡
［师］那么对于可逆反应来说，又是怎样的情形呢？我们以CO和H2O(g)的反应为例来说明化学平衡的建立过程。
［板书］2. 化学平衡的建立
［师］请大家在下面阅读教材自学，利用在第一节中所学的化学反应速率的知识，要求把在800℃，1 L容器中的CO和H2O(g)的反应情况，用一个时间——速率图象来表示，并能对图象的含义作出解释。
［学生活动］写出化学反应方程式，因容器体积为1 L所以c(CO)=c(H2O)=0.01 mol·L-1
催化剂
高温

CO + H2O(g) CO2 + H2
开始浓度 0.01 0.01 0 0
一段时间后0.005 0.005 0.005 0.005
作草图：

解释：当反应开始时CO和H2O(g)的浓度最大，因而它们反应生成CO2和H2的正反应速率最大；而CO2和H2的起始浓度为零，因而它们反应生成CO和H2O(g)的逆反应速率也为零。之后随着反应的进行，反应物CO和H2O（g）的浓度逐渐减小，正反应速率就逐渐减小；生成物CO2和H2的浓度逐渐增大，逆反应速率就逐渐增大，最后二者相等了。
［引导］大家把这一过程同开始的溶解平衡相比较，看是否有相似的地方。
［生］分析、比较溶解平衡和刚才的反应情况：开始溶解速率大于结晶速率，后来二者相等了，建立溶解平衡；CO和H2O(g)反应，开始v 正＞v逆，后来二者也相等了，恍然大悟，说明可逆反应CO+H2O(g) CO2+H2此时也处于平衡状态了。
［师］确实如此，如果外界条件不发生变化，可逆反应进行到一程度的时候，正反应速率和逆反应速率相等了，此时化学反应进行到了最大限度，反应物和生成物的浓度不再发生变化，反应物和生成物的混合物就处于化学平衡状态了。那么，同样是这一反应，如果在其他条件不变时反过来进行情况会怎么样。
［生］阅读教材，自学，然后朗读回答：实验证明，如果不是从CO和H2O(g)开始反应，而是各取0.01 mol CO2和0.01 mol H2，以相同的条件进行反应，生成CO和H2O(g)，当达到化学平衡状态时，反应混合物里CO、H2O(g)、CO2、H2各为0.005 mol，其组成与前者完全相同。
［板书］反应开始v正＞v逆
反应过程中：v正减少，v逆增大
一定时间后：v正=v逆，可逆反应达到平衡，化学平衡建立。
［师］请大家思考当可逆反应达到平衡状态时，反应是否停止进行了？若停止了说明是一个静态平衡；若反应还在进行则应是一个动态平衡。
［生］以溶解平衡作比较，较容易得出结论：当反应达到平衡状态时，正反应和逆反应都仍在继续进行，只是由于在同一瞬间，正反应生成CO2和H2的分子数和逆反应所消耗的CO2和H2的分子数相等，亦即正逆反应的速率相等，故反应混合物中各组分的浓度不变，所以说化学平衡是一种动态平衡。
［板书］（让学生读出化学平衡状态的概念，教师板书）二、化学平衡状态（化学平衡）
1. 定义：是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
［启发］大家能否从化学平衡状态的定义中，找出化学平衡有哪些基本特征？
［生］分析定义，归纳总结，化学平衡的特征：（1）化学平衡研究的对象是可逆反应；（2）达到平衡时正反应速率等于逆反应速率；（3）达到平衡时反应混合物中各组分的浓度保持不变；（4）由于化学平衡状态时反应仍在进行，故其是一种动态平衡。
［师］评价学生总结结果。大家还应注意化学平衡状态是维持在一定条件下的，一旦条件发生变化，平衡状态就将遭到破坏。动态平衡也体现了辩证唯物主义的基本观点，即运动是绝对的，而静止是相对的。
［板书］2. 特征
（1）条件：一定条件下。
（2）对象：可逆反应。
（3）动：动态平衡。
（4）等：v（正）=v（逆）
（5）定：反应混合物中各组分浓度保持不变
［补充说明］通过刚才大家的自学，发现无论可逆反应从反应物方向开始，还是从生成物方向开始，只要条件不变，达到平衡状态时就是一样的，所以可以说化学平衡的建立与化学反应途径无关。
［板书］3. 化学平衡的建立与途径无关
［师］在具体的学习过程中，要判断一个可逆化学反应是否达到平衡状态，必须充分地利用化学平衡的特征，去灵活地寻找在问题的描述中的各种标志，最根本的原则就是看这些标志能否表明v正=v逆或反应混合物的各组分的浓度一定，就可知化学反应是否达到平衡状态了。
高温
［组织讨论］让学生根据化学平衡的特征分组讨论课本P39的讨论材料。（使学生进一步深刻理解化学平衡的建立和特征）
［生］在教师引导下对该讨论材料进行分析：首先高炉炼铁的反应Fe2O3+3CO 2Fe
+3CO2是一个可逆反应；其次在增加炼铁高炉高度后，反应物的浓度、反应温度、催化剂等条件均未改变，说明其前提条件与原来相同；再则炼铁高炉高度的增加，只是增加了CO与铁矿石接触的时间，由于条件与原来相同，根据化学平衡建立的特征，当平衡建立后反应混合物的组分将不随时间的变化而改变。
结论：这个工程师的这种设想是错误的。不能改变炉气中CO的浓度。
［师］那么是不是说这个问题就不能解决了呢？不是的，只要改变维持平衡的某些条件就可以达到减少炉气中CO浓度的目的。（为化学平衡移动的学习作复笔）关于这个问题等学习了化学平衡移动原理之后就很容易解决了。
△

［投影练习］可逆反应2NO2 2NO+O2在密闭容器中反应，达到平衡状态的标志是（ ）
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2；②单位时间内生成n mol O2的同时，生成2n mol NO；③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态；④混合气体的颜色不再改变的状态；⑤混合气体的密度不再改变的状态；⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A. ①④⑥ B. ②③⑤ C. ①③④ D. ①②③④⑤⑥
［解析］①表示v（正）=v（逆），正确。
②不能表示v（正）=v（逆），不正确。
③只要发生反应v(NO2)∶v(NO)∶v(O2)=2∶2∶1，错误
④混合气体颜色不变，说明各物质浓度不变，正确
⑤因不知体积是否变化，因此混合气体密度不变不能说明已达平衡。
⑥混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的总物质的量不变，说明已达平衡。
［答案］A
［小结］本节课我们以蔗糖溶解平衡的建立为基础和参照，以CO和H2O(g)为例讨论了化学平衡建立的过程，总结了化学平衡状态的基本特征是：一定条件、可逆反应、动、等、定等。另外我们通过一个典型例题和对教材中材料的讨论，加深了对化学平衡知识的进一步理解。本节课的重点是理解和掌握化学平衡的建立和基本特征。
［布置作业］P40一、二
●板书设计
第二节 化学平衡
一、化学平衡的研究对象——可逆反应
二、化学平衡的建立
1. 溶解平衡的建立
开始时v（溶解）＞v（结晶）
平衡时v（溶解）=v（结晶）(特征)。
结论：溶解平衡是一种动态平衡
2. 化学平衡的建立
反应开始：v（正）＞v（逆）
反应过程中：v（正）减小，v（逆）增大。
一定时间后：v（正）=v（逆），可逆反应达到平衡，化学平衡建立。
二、化学平衡状态（化学平衡）
1. 定义：是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2. 特征
（1）条件：在一定条件下
（2）对象：可逆反应
（3）动：动态平衡
（4）等：v（正）=v（逆）
（5）定：反应混合物各组分浓度保持不变
3. 化学平衡的建立与途径无关
●教学说明
化学反应速率及化学平衡知识都是很抽象的，在教学中只能从同学们所熟悉的蔗糖溶解平衡的建立入手，逐步设置知识台阶，应用所学的化学反应速率的知识，对可逆反应CO+H2O(g)
CO2+H2的数据作图象分析，慢慢地导入化学平衡的建立。化学平衡的观点建立了，化学平衡的特征就顺理成章地总结出来了。最后为了加深同学们对化学平衡知识的理解和运用，进行了分组讨论实际问题和一个典型例题，使同学们对知识的掌握符合由浅入深、由表及里的规律。