高中化学苏教版选修4 化学反应原理第一单元 化学反应速率教案及反思

化学平衡状态

一、学习任务分析

本节内容选自苏教版《化学反应原理》专题2第二单元，为本单元的第二课时。本节课首先通过回顾可逆反应的定义、符号以及特征，引出对化学平衡的建立及其化学平衡状态的探究，回顾平衡状态特征。随后通过分析浓度随时间改变的关系图，引导学生自主分析反应速率随时间改变的关系图，得出化学平衡状态的定义。最后从定义出发，探究判定平衡建立的二个标志：直接标志以及特殊标志。

本节内容被安排在学习了化学反应速率及方向性问题之后，是对高中化学化学反应原理学习的延续和完善，同时为之后对化学平衡常数的学习也奠定了基础。

二、学习者分析

本课时的授课对象是普通中学的高二学生。从知识能力而言，他们在必修二就已经学习过可逆反应，并知道可逆反应进行到一定程度会达到化学平衡状态，因此本节课的学习对他们来说并不陌生。从性格特征而言，高二学生知识丰富，自主探究能力强，因此本节课大量的科学探究会在一定程度上会激发学生的学习兴趣。但是本节课中有关化学平衡判定的知识仍具有一定难度，需要教师细心引导，循循善诱。

三、教学目标

【知识与技能】

①知道化学平衡状态等基本概念；

②理解化学平衡状态形成的条件、适用范围、特征；

③能够绘制并解释可逆反应的c-t图和v-t图；

【过程与方法】

①学会用化学平衡状态的特征判断可逆反应是否达到化学平衡状态；

②利用化学平衡的动态特征，渗透对立统一的辩证唯物主义思想教育；

【情感态度与价值观】

①通过从基本化学反应事实中归纳化学状态，养成从生活中寻找化学的意识；

②通过化学平衡、可逆反应之间的联系，形成知识的总结归纳能力。

四、教学重难点

教学重点：化学平衡的建立及化学平衡状态及平衡状态判定。

教学难点：化学平衡状态的判定。

五、教学过程

【引入】我们先来看这个反应，三价铁被碘离子还原变成二价铁，我们曾经一度认为这个反应是一个进行得很完全的反应，直到必修2的时候我们做了这样一个实验，在反应后的溶液中假如KSCN发现 变红。这怎么来解释？

【解释】从这个反应我们可知，在理论上任何反应都存在着一定的限度，只是我们在高中阶段把一些典型的反应不完全作为可逆反应，同学们是否能举一些我们已经学过的比较典型的这类反应。

【回答】1.合成氨（方程式略）

        2.二氧化硫催化氧化

        3.氯气溶于水。

【师】我们把这些反应称之为可逆反应。根据我们以上三个方程式，我们来回顾一下什么是可逆反应？

【生】在同一条件下既能发生反应物转变为生成物的正向反应，同时又能发生生成物转变成反应物的逆向反应，这类反应属于可逆反应。

【板书】一、可逆反应

1、定义：同一条件，正逆反应同时发生

2、符号：mA+nBpC+qD

【提问】根据定义，同学们判断电解条件下CuCl2==Cu+Cl2和点燃条件下Cu+Cl2== CuCl2是不是互为可逆反应

【生】不是，因为不在同一条件下。

【过渡】上述反应都具有可逆反应的一些特征，既然可逆反应不能进行完全，那么这些化学反应又能进行到什么程度呢？那么接下来我们就以氮气和氢气生成氨气为例，来探讨可逆反应化学平衡的建立的过程。

【板书】二、化学平衡状态

【讲解】我们结合书上的c-t和v-t图一起来看一下，我们可以由c-t图知道开始时反应物的浓度最大，而生成物的浓度为0，随着反应的进行反应物浓度逐渐降低，生成物的浓度逐渐增加，我们发现到一定的时间后两者的浓度都没有发生了变化，这是因为我们知道可逆反应是不能进行完全的，所以反应物是不可能反应完全的。再观察一下反应速率的变化，由于开始时，反应物的浓度最高所以正反应的速率也是最大的，随着反应物浓度的降低，正反应速率逐渐降低，随着反应进行生成物浓度的增加逆反应速率逐渐增大，一段时间正逆反应速率相等，我们将这种状态成为化学平衡状态。

【板书】

1、定义：一定条件下的可逆反应，当V正=V逆，反应混合物中各组分浓度保持不变的状态。

2、图像

.c-t图                             v-t图

【提问】在必修2中我们学习化学反应限度的时候已经提到过当化学达到平衡时具有哪5个特征？

【学生】逆、等、动、定、变

“逆”：化学平衡状态的建立的前提必须是在一定条件下的可逆反应。

“等”：当达到平衡时，虽然v(正)=v(逆)，但是反应并没有停止。

“动”：反应没有停止，说明这个平衡状态并不是个静态平衡，而是个动态平衡，“定”：反应混合物中各组分的浓度保持一定。

“变”：当外界条件改变时，原有的化学平衡就会被破坏。

【板书】3、特征：逆、等、动、定、变

【小结】利用图像我们可以很直观地认识可逆反应自开始到建立平衡的整个过程。那么我们在理解化学平衡状态应注意以下三点：化学平衡的前提是一定条件下的可逆反应，实质是正反应速率与逆反应速率相等，标志是反应混合物中各组分浓度保持不变。

【提问】我们已经了解了一个反应的平衡是如何建立的，以及达到平衡时的特点，那我们如何来判断一个反应已经达到了化学平衡状态呢？或者说一个反应已经达到平衡时它有哪些标志呢？

【板书】三、化学平衡状态的判定

【讲解】从化学平衡的定义出发，我们知道平衡时最本质的特征就是v(正)=v(逆)，也就是说我们可以通过计算化学反应速率来判断一个反应是否达到平衡，但我们在应用这个关系判断平衡时，必须遵循“同、等、逆”原则。“同”指正逆速率必须指的是同一种物质。“等”指这个反应的速率在数值上必须相等，“逆”指两个速率对应的反应方向必须相反，① 同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。② 不同的物质：速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，但必须是不同方向的速率。

【板书】

1、直接判定：a、v(正)=v(逆) （同，等，逆规则）

【通过合成氨的方程简单讲解一下通过速率来判定平衡的方法】

【提问】那么除了从速率的角度出发之外，我们还可以从什么间接的角度判断呢？如我们能否根据混合物体系中各成分的含量来进行判断呢？

【板书】b、各组分浓度不变（T、P、V一定）

【讲解】我们根据定义可以知道反应混合物的浓度不再发生变化就标志着达到了化学平衡，那么组分的浓度不变又会导致哪些量不再发生变化呢？当反应达到平衡，整个反应体系的体积、温度、压强不再发生改变，因此反应混合物中各组分的质量、物质的量、分子数也均保持不变，如果有气体参与反应，气体的体积也将保持不变。所以整个体系总的质量，物质的量也保持不变，因此相对于各组成成分而言，它们的质量分数以及物质的量分数也保持不变。那么相对于气体而言，它的体积分数保持不变。

【板书】（n、n%、N、N%、m、m%、V、V%均不变）

【分析】那么除了这两个直接标志之外，我们还可以通过其他一些标志间接的判断平衡的建立。比如对于反应前后都是气体的反应mA(g)+nB(g)pC(g)而言，我们分两种情况讨论：1、对于反应前后气体体积发生改变的反应，即m+n≠p，我们以二氧化硫的催化氧化2SO2(g) + O2(g)2SO3(g)为例，当我把这个反应置于一个恒容条件下，当反应达到平衡后，整个体系的总压强以及总的物质的量将不随时间的改变反生改变。同样的我们根据质量守恒定律可以得到，反映前后体系的质量保持不变，又因为平衡时体系总的物质的量不变，因此混合气体的平均的相对分子质量保持不变。

【板书】2.间接标志：

a.m+n≠p

（恒容）n(总)、n%、Mr、P(总)不变

【过渡】而当我把这个反应置于一个恒压条件下，当反应达到平衡后，整个体系的总体积将不随时间的改变反生改变。同样的我们根据质量守恒定律可以得到，反映前后质量体系的质量保持不变，因为总体积不变，故体系的密度也保持不变。这些都可以拿来判定化学平衡的建立。但是我们要注意，这些判定成立的前提必需是反应前后系数之和不相等，即m+n≠p 。

【讲解】但是对于反应前后气体体积不发生改变的反应，即m+n=p的反应，比如H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应，不管我置于恒容条件下还是恒压条件下，因为反应前后系数之和相等，不管反应是否达到平衡，整个反应体系的体积也好，物质的量也好，压强也好，都是不改变。所以在整个反应过程中，对于反应前后气体体积不发生改变的反应而言，气体的总压、气体的总的物质的量、混合气体的平均相对分子质量、混合气体的密度都不能作为平衡判据。我们只能通过直接标志来进行判定。

【讲解】那么对于一些特殊的反应，比如说有颜色改变的反应，我们以2NO2(g)N2O4(g)为例，NO2 为红棕色气体，N2O4  为无色气体，随着反应正向进行，颜色会逐渐变淡，当体系的颜色不再改变，我们也可以判定说反应达到平衡。再比如说一些吸热反应或放热反应，如果我们的反应是在绝热的容器内发生的，当体系的温度不变时，我们也可以判定说反应达到平衡。

【巩固小结】结合板书，对本课重难点进行梳理总结。最后我将呈现若干形成性练习，巩固学生的知识点。

【习题】

1.以下几种情况能够说明N2 + 3H22NH3反应在恒容条件下已达到平衡状态的是 ：

①容器内N2、H2、NH3三者共存；

②容器内N2、H2、NH3三者浓度相等；

③容器内N2、H2、NH3的浓度比恰为1:3:2；

④t min内，生成1molNH3同时消耗0.5molN2 ；

⑤t min内，生成1molN2同时消耗3molH2 ；√

⑥某时间内断裂3molH-H键的同时，断裂6molN-H键；√

⑦容器内质量不随时间的变化而变化；

⑧容器内压强不随时间的变化而变化；√

⑨容器内密度不再发生变化；

⑩容器内的平均摩尔质量不再发生变化；√

【总板书】

一、可逆反应

1、定义：同一条件，正逆反应同时发生

2、符号：mA+nBpC+qD

二、化学平衡状态

1、定义：一定条件下的可逆反应，当V正=V逆，反应混合物中各组分浓度保持不变的状态。

2、图像

.c-t图                             v-t图

3、特征：逆、等、动、定、变

三、化学平衡状态的判定

1.直接标志：

a.v(正)=v(逆) —> “同等逆”

b.c(A)、n(A)、m(A)、m%、不变

（v(A)、v%）

2.间接标志：

a.m+n≠p

（恒容）n(总)、n%、Mr、P(总)不变

（恒压）n(总)、n%、Mr、V(总)、ρ(总)不变

b.m+n=p，只能由直接标志判定

c.对于颜色改变的反应，体系颜色不变

d.绝热条件，对于吸热反应或放热反应，体系温度不变