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2019-2020年高中化學(xué) 《化學(xué)平衡圖像分析與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)案 新人教版選修4 【教學(xué)目標(biāo)】 一、知識(shí)與技能 1．了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性 2．了解化學(xué)平衡建立過程。理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，并進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。 3．理解外界條件對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，及一般規(guī)律。 4．了解反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。 二、過程與方法 合成氨生產(chǎn)情景，表格、圖表分析、典型例題及問題情境，方法引導(dǎo)。 三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)方法，創(chuàng)新精神。 【教學(xué)重點(diǎn)】 閱讀表格數(shù)據(jù)、圖表，對(duì)化學(xué)平衡的綜合分析，解決實(shí)際問題 【教學(xué)方法】 閱讀、討論、交流、講解、歸納 【教學(xué)流程】 考綱 理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義．能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。 理解外界條件(濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等)對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，認(rèn)識(shí)其一般規(guī)律。了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。 承上啟下 氨是最重要的氮肥，是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一。課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國(guó)人哈伯在1905年發(fā)明的，其合成原理為： N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H = — 92.4 kJ/mol，他因此獲得了1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 寫出平衡常數(shù)K表達(dá)式 如果降低溫度，該反應(yīng)K值 ， 化學(xué)反應(yīng)速率 , N2 的轉(zhuǎn)化率 （填“增大”、“減小”或“不變”）。 主 題 主 題 主題一：對(duì)數(shù)據(jù)的處理 1、 下表為起始V(N2):V(H2)=1:3時(shí)，平衡混合物中NH3百分含量試驗(yàn)數(shù)據(jù) 壓強(qiáng) /MPa 溫度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.2 64.4 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 根據(jù)上表， （1）在坐標(biāo)紙上畫出NH3的 ①體積分?jǐn)?shù)—壓強(qiáng)的關(guān)系圖 ②體積分?jǐn)?shù)—溫度的關(guān)系圖 （2）你通過作圖得到畫圖的要素？ （3）根據(jù)上圖或表格中的數(shù)據(jù)，得到什么結(jié)論？ 小組交流，回答 小結(jié)：“定一議二”， 主題二：對(duì)圖象的分析 在500℃、20 MPa時(shí)，將N2、H2置于一個(gè)容積為2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的量變化如下圖N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol 回答下列問題： （1）10 min內(nèi)以NH3表示的平均反應(yīng)速率： （2）在10 ~20 min內(nèi)：NH3濃度變化的原因可能是 A 加了催化劑 B 縮小容器體積 C 降低溫度 D 增加NH3物質(zhì)的量 （3） 第1次平衡的時(shí)間為： ，平衡常數(shù)K1 = （帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式）； 平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù) （4）在反應(yīng)進(jìn)行至25 min時(shí) ① 曲線發(fā)生變化的原因： ② 達(dá)第二次平衡時(shí)，新平衡的平衡常數(shù)K2 K1（填“大于”、“等于”、“小于”）。 （5）在25~40 min時(shí)，計(jì)算合成氨過程中的反應(yīng)熱。 小結(jié)：（1）看懂圖像：看圖像要五看。一看面，即看清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；二看線，即看線的走向、變化趨勢(shì)；三看點(diǎn)，即看曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、交點(diǎn)、拐點(diǎn)、原點(diǎn)、極值點(diǎn)等；四看要不要作輔助線、如等溫線、等壓線；五看定量圖像中有關(guān)量的多少。 （2）聯(lián)想規(guī)律：聯(lián)想外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律。 （3）推理判斷：結(jié)合題中給定的化學(xué)反應(yīng)和圖像中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)有關(guān)知識(shí)規(guī)律分析作出判斷。完成速率與平衡的計(jì)算。 總結(jié) 依據(jù)板書。新考綱對(duì)能力的要求是：能夠?qū)?shí)際事物、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)物、圖形、圖表的觀察，并進(jìn)行加工、吸收、有序存儲(chǔ)的能力。能夠用正確的化學(xué)術(shù)語(yǔ)及文字、圖表、模型、圖形等表達(dá)，作出解釋的能力。 訓(xùn)練 見附錄一 作業(yè) 《備考指南》P51 24-27 強(qiáng)化訓(xùn)練 見附錄二 附錄一 [訓(xùn)練1] 二氧化氮在加熱條件下能夠分解成一氧化氮和氧氣。該反應(yīng)進(jìn)行到45秒時(shí)，達(dá)到平衡（NO2濃度約為0.0125mol/L）。右圖中的曲線表示二氧化氮分解反應(yīng)在前25秒內(nèi)的反應(yīng)進(jìn)程。 （1） 請(qǐng)計(jì)算前20秒內(nèi)氧氣的平均生成速度： （2） 若反應(yīng)延續(xù)至70秒，請(qǐng)?jiān)趫D中用實(shí)線畫出25秒至70秒的反應(yīng)進(jìn)程曲線。 （3） 若在反應(yīng)開始時(shí)加入催化劑（其他條件都不變），請(qǐng)?jiān)趫D上用虛線畫出加催化劑后的反應(yīng)進(jìn)程曲線。 （4） 寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式：____________ [訓(xùn)練2] 某化學(xué)反應(yīng)3A（g）2B（g）+D（g）在四種不同條件下進(jìn)行，B、D起始濃度為0。反應(yīng)物A的濃度(mol/L)隨反應(yīng)時(shí)間（min）的變化情況如下表： 實(shí)驗(yàn)序號(hào) C/molL-1 t/min 溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 1 500 2.0 1.6 1.3 1.0 0.8 0.8 2 500 C2 1.2 0.8 0.8 0.8 0.8 3 500 C3 1.7 1.3 1.0 1.0 1.0 4 600 2.0 1.0 0.9 0.9 0.9 0.9 根據(jù)上述數(shù)據(jù)，完成下列填空： （1）在實(shí)驗(yàn)1，反應(yīng)在10至20分鐘時(shí)間內(nèi)平均速率為_________mol/(Lmin)，達(dá)到平衡的時(shí)刻為 。 （2）實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)1相比，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的相同點(diǎn)是 ，不同點(diǎn)是 _____________ ____。 （3）設(shè)實(shí)驗(yàn)3的反應(yīng)速率為v3，實(shí)驗(yàn)1的反應(yīng)速率為v1，則v3________v1（填＞、=、＜），且C3_________mol/L （4）該反應(yīng)的正反應(yīng)是__________反應(yīng)（選填吸熱、放熱）理由是 。 （5）該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而 。 附錄二 強(qiáng)化訓(xùn)練 1．“碘鐘”實(shí)驗(yàn)中，3I－＋S2O82－＝I3－＋2SO42－的反應(yīng)速率可以用I3－與加入的淀粉溶液顯藍(lán)色的時(shí)間t來(lái)度量，t越小，反應(yīng)速率越大。某探究性學(xué)習(xí)小組在20℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)如下表： 實(shí)驗(yàn)編號(hào) ① ② ③ ④ ⑤ c(I－)/molL－ 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120 c(S2O82－)/molL－ 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040 t /s 88.0 44.0 22.0 44.0 t2 回答下列問題： （1）該實(shí)驗(yàn)的目的是 。 （2）顯色時(shí)間t2＝ 。 （3）溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率的影響符合一般規(guī)律，若在40℃下進(jìn)行編號(hào)③對(duì)應(yīng)濃度的實(shí)驗(yàn)，顯色時(shí)間t2的范圍為 （填字母） A. <22.0s B. 22.0～44.0s C. ＞44.0s D. 數(shù)據(jù)不足，無(wú)法判斷 （4）通過分析比較上表數(shù)據(jù)，得到的結(jié)論是 。 2．甲醇（CH3OH）是一種重要的化工原料，合成甲醇的主要反應(yīng)為： CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） ΔH < 0。 Ⅰ．在一定條件下，上述反應(yīng)在一密閉容器中達(dá)到平衡。 （1）體積不變的條件下，下列措施中有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率的是 ______（填字母）。 A．升高溫度 B．增大壓強(qiáng) C．通入CO D．通入H2 （2）在保證H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡____________（填字母）。 A．向正反應(yīng)方向移動(dòng) B．向逆反應(yīng)方向移動(dòng) C．不移動(dòng) 作出此判斷的理由是__________________________________________________。 Ⅱ．原料氣的加工過程中常?；煊幸欢緾O2，為了研究不同溫度下CO2對(duì)該反應(yīng)的影響，以CO2、CO和H2的混合氣體為原料在一定條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，原料氣各組分含量不同時(shí)，反應(yīng)生成甲醇和副產(chǎn)物甲烷的碳轉(zhuǎn)化率是不相同的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表： CO2%-CO%-H2% （體積分?jǐn)?shù)） 0–30–70 2–28–70 4–26–70 8–22–70 20–10–70 反應(yīng)溫度/℃ 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 225 235 250 碳轉(zhuǎn)化率（%） CH3OH 4.9 8.8 11.0 36.5 50.7 68.3 19.0 33.1 56.5 17.7 33.4 54.4 8.0 12.0 22.6 CH4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8 2.8 2.8 （3）由上表數(shù)據(jù)可得出多個(gè)結(jié)論。 結(jié)論一：在一定條件下，反應(yīng)溫度越高，碳轉(zhuǎn)化率__________。 結(jié)論________________________________________________________________ （4）為了驗(yàn)證結(jié)論二，有科學(xué)家又用以下五組不同組成的原料氣再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 組別 體積分?jǐn)?shù)（％） CO CO2 H2 N2 第1組 19.7 0.0 59.1 21.2 第2組 20.7 0.3 62.1 16.9 第3組 16.9 1.3 50.7 31.1 第4組 19.8 5.5 59.4 15.3 第5組 20.3 10.9 60.9 7.9 進(jìn)行該驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制不變的因素有________________、_________________、____________________________________________等。 參考答案 主題一（1）K = （2）增大 （3）減小 （4）增大 主題二（1）v = 0.005 mol/Lmin （2）NH3濃度變化的原因可能是A、B （3）第1次平衡的時(shí)間為20~25 min 第2次平衡的時(shí)間為40 min K1 = NH3的體積分?jǐn)?shù)= 42.8 % （4）2 5 min時(shí)，移走0.1 mol NH3 K2等于K1 （5）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)； △H = -92.4 kJ/mol 2 mol —92.4 kJ/mol 0.05 mol Q Q = —2.31kJ [訓(xùn)練1]（1）0.0006mol/（Ls） （2）（3） （4）K=c2(NO)c(O2)/c2(NO2) [訓(xùn)練2]（1）0.03 30~40分鐘之間的某時(shí)刻 （2）溫度、A的起始濃度（或壓強(qiáng)） 實(shí)驗(yàn)2還加入了催化劑 （3）> 2.5 （4）放熱 溫度升高后，A的平衡濃度增大，即升溫平衡左移，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 （5）降低 強(qiáng)化1（1）研究反應(yīng)物I－與S2O82－的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 （2）29.3s （3）A （4）反應(yīng)速率與反應(yīng)物起始濃度乘積成正比（或顯色時(shí)間與反應(yīng)物起始濃度乘積成反比） 強(qiáng)化2（1）BD（2分）（選對(duì)1個(gè)給1分，選錯(cuò)1個(gè)倒扣1分，但不出現(xiàn)負(fù)分。） （2）C （1分） 該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K＝，增大容器體積時(shí)，c（CH3OH）和c（CO）等比例減小，由于H2濃度不變，此時(shí)的值仍然等于K，所以平衡不移動(dòng)。（2分） （3）越高（1分） 原料氣含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率，CO2含量過高碳轉(zhuǎn)化率又降低且有甲烷生成。（2分） （4）溫度 壓強(qiáng) CO和H2的體積分?jǐn)?shù)之比 （每空1分） 板書 化學(xué)平衡圖像分析與數(shù)據(jù)處理 一、 數(shù)據(jù)處理 1． 轉(zhuǎn)化為圖象 2． 分析變化規(guī)律 二、 圖像分析 1． 采集數(shù)據(jù)計(jì)算 2． 推理判斷 主題1 （2）畫坐標(biāo) 標(biāo)數(shù)值 定原點(diǎn) 確定點(diǎn) 連曲線 （3）增大壓強(qiáng)，NH3 %增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。 升高溫度，NH3 %減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）方向移動(dòng)。 小結(jié)： 固定溫度，看壓強(qiáng)對(duì)NH3 %的影響 固定壓強(qiáng)，看溫度對(duì)NH3 %的影響