42（必修2）化学反应的限度（2）（教案1）

skybamboo

第二章化学键化学反应规律
第三节化学反应的快慢和限度
第二课时化学反应的限度


本课时是教材第二章第三节第二课时的内容，该课时主要研究化学反应的限度问题。首先要让学生深入认识化学平衡状态，尤其是要学会判断可逆反应是否达到了化学平衡状态。其次要引导学生建立化学平衡的观点，知道化学平衡是相对的且可以随着外界条件的改变而改变。在之前的学习中，学生已经知道了化学反应有可逆反应和非可逆反应之分，但是对于可逆反应的概念和特征还没有形成系统的概念，对化学平衡的存在也不甚了解。本课时通过实验引导学生发现化学反应存在限度，通过提供证据支持引导学生形成对可逆反应的正确认识，再通过实验引导学生认识到化学平衡状态是可以改变的。通过本课时的学习，学生可以更好地认识化学反应，特别是认识到可逆反应存在限度——化学平衡，化学平衡是相对的并且可以发生移动，为今后平衡体系的学习打下坚实的基础。


宏观辨识与微观探析：通过实验“认识化学反应存在限度”，从宏观上意识到有的化学反应是进行不完全的，即认识到可逆反应的存在；通过“交流研讨”二氧化硫的催化氧化反应是如何进行的，从微观上分子变化的角度解释可逆反应的反应原理。
证据推理与模型认知：通过实验观察“认识化学反应存在限度”和讨论问题“可逆反应是如何进行的”，学会运用证据进行推理，得出正确结论。
变化观念与平衡思想：通过观察实验“化学平衡的改变”，意识到化学平衡是存在的、是相对的，并且反应条件改变，化学平衡会发生移动。


化学平衡状态的判断和化学平衡的移动


学生预习本课内容；教师准备多媒体课件。


【引入】1905年底，德国化学家哈伯确定了合成氨。但什么样的高温高压条件为最佳及什么样的催化剂为最好仍是哈伯亟待解决的问题。经过四年几千次的试验和计算，哈伯终于取得了喜人的成果。就是在550℃、20MPa和锇为催化剂的条件下，氨的产率约为6.25%。现代合成氨工艺的反应条件是铁触媒作催化剂，400-500℃，10-30MPa，氨的产率大约为10-15%。
【交流研讨】
①氮气和氢气在550℃、20MPa和锇为催化剂的条件下，氨的产率约为6.25%，此条件下的该反应是否达到了最大的限度？
②现代合成氨的产率大于哈伯合成氨的产率，说明化学反应的限度是否能够发生改变？
③实际的化工生产中，是不是只要化学反应的速率快就可以提高产品的产量？要提高产品的产量还要考虑哪些问题？
【学生活动】思考交流回答问题。
①此条件下的该反应已经达到了最大的限度。
②化学反应的限度能够发生改变。
③化学反应速率加快与提高产品产量没有直接联系，要提高产品的产量还要考虑温度、压强等因素。
【过渡】在生产实际接触的化学反应中，很多都具有一定的限度，并且可以随着实验条件的调控加以干扰，这节课我们就一起来学习一下——化学反应的限度。
【板书】2.3.2   化学反应的限度
【观察思考】认识化学反应存在限度
演示实验：向2mL  0.01mol•L—1  KI溶液中加入1mL  0.01mol•L—1 FeCl3溶液，再加入几滴 0.1mol•L—1KSCN 溶液，你认为能观察到什么现象？为什么？

预测实验现象	观察到的实验现象	结论

【学生活动】预测实验现象，根据观察到的实验现象得出结论。
【讲解】在该反应中2Fe3+ + 2I— →  2Fe2+ + I2，加入的碘离子的量是铁离子的两倍，若反应进行完全，则铁离子应完全反应，实验证明铁离子仍旧存在于溶液中，说明该反应是有一定限度的，即反应物不能完全转变成生成物。
【过渡】这样的反应我们称之为可逆反应，方程式应书写为2Fe3+ + 2I— ⇌ 2Fe2+ + I2。之前我们学习过的二氧化硫的催化氧化反应也属于可逆反应，那么可逆反应是如何反应的呢？与我们之前学习的反应有什么异同呢？我们一起来进行探讨。
【交流研讨】
      某班同学以二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应为例，分析为什么即使氧气过量二氧化硫也不能全部转化成三氧化硫。他们在讨论过程中形成了以下三种观点，请结合相关资
料对他们的观点进行分析论证。
观点 1 ：只有部分二氧化硫与氧气发生反应。
观点 2 ：二氧化硫全部转化成三氧化硫后，部分三氧化硫分解又生成二氧化硫。
观点 3 ：二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫分解生成二氧化硫和氧气。
针对上述三种观点，他们查阅资料获得了以下信息。
信息1：实验发现，一定条件下向一密闭容器中充入SO2与18O2，反应一段时间后，核素18O存在于SO2、O2、SO3中。

信息2：密闭容器中SO2与O2在一定条件下发生反应，反应过程中SO3的物质的量的变化趋势如图所示。
【学生活动】根据所给信息，讨论得出结论。
通过信息1的同位素示踪法，得知反应体系中不仅有二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫的反应，同时也有三氧化硫分解生成二氧化硫和氧气的过程，所以观点1有误。
通过信息2中的图像走势来看，三氧化硫的物质的量是随着时间逐渐增多的，到了某一时刻不再随着时间的变化而变化，并不是像观点2描述的那样，先是逐渐增多到最多，然后又分解，逐渐减少，所以观点2有误。
综合起来看，观点3比较接近反应事实。
【讲解】通过实验发现，在二氧化硫与氧气的反应中，无论怎样改变反应条件都不能使二氧化硫全部转化成三氧化硫。这是因为在二氧化硫与氧气发生化合反应生产三氧化硫的同时，三氧化硫也在发生分解反应生产二氧化硫和氧气。
【过渡】像这样的反应，我们称之为可逆反应。对于可逆反应来说，在一定条件下反应物不可能全部转化为产物，反应只能进行到一定的程度，这就是该化学反应在这个条件下所能达到的限度。即无论进行多长时间，反应物都不可能100％地全部转化为生成物。
【板书】一、可逆反应
（1）概念：在相同条件下，向正、反两个方向同时进行的反应。
（2）表示方法：可逆反应的化学方程式中，用 “⇌”代替“=”
（3）特点：①可逆反应不能进行到底；②可逆反应结束时，反应物和生成物共存。


【迁移应用】

• 反应2H2+O2         2H2O和2H2O        2H2+O2↑，是否为可逆反应？
  

2. 14CO2 + 12C ⇌ 2CO，达到反应限度后，混合物中含14C的粒子有哪些？
【学生活动】思考回答上述问题。
1.不是，两者的反应条件不同，故不是可逆反应。
2.14CO2    14C   14CO
【过渡】前面我们探讨了二氧化硫的催化氧化反应发现其实质是一个可逆反应。但是可逆反应具体是如何发生的，我们还不是很了解。下面我们一起仔细研究。
【交流研讨】
在密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2发生反应：




对于以上反应，请分析：
1.反应刚开始时，反应物和生成物的浓度哪个大？随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
2.反应刚开始时，正反应与逆反应哪个反应速率大？随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？
3.反应会进行到什么时候“停止”？
4.此时，反应物和生成物浓度如何变化？
5.反应真的停止了吗？
【学生活动】以小组为单位，讨论回答上述问题。
【讲解】0～t1段：一开始反应物浓度大，生成物浓度小，v(正)>v(逆)；随着反应进行，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，v(正)逐渐减小，v(逆)逐渐增大。
t1时刻及以后：反应看似停滞，实质上反应仍在进行，因为v(正)=v(逆)≠0。此时反应物和生成物的浓度都不随时间的变化而变化。此时我们认为该反应达到了最大限度——化学平衡状态。
【板书】二、化学平衡状态
（1）定义
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物浓度不再随时间的延长而发生变化（即保持不变），正反应和逆反应的速率相等，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
（2）特征


【过渡】可逆反应有最大限度，那么我们该如何去判断可逆反应在某状态下是否达到了化学平衡呢？
【思考讨论】
(1)在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),当SO2、O2、SO3的浓度之比为2∶1∶2时,能否说明该反应达到化学平衡状态?
(1)在密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),当压强恒定时,一定达到平衡吗?密度一定时呢?
【学生活动】以小组为单位，讨论回答上述问题。
【板书】（3）化学平衡状态的判断方法
【投影】（3）化学平衡状态的判断方法
①v(正)=v(逆)：a.同一物质的正、逆反应速率相等
b.不同物质的正、逆反应速率与对应化学方程式中的各物质的系数成正比
②浓度保持一定   各组分的浓度、质量、物质的量不随时间的改变而改变
【观察思考】将封装有二氧化氮（NO 2 ）和四氧化二氮（N2O 4）混合气体的装置两端的球形容器分别浸入热水和冷水中，观察实验现象。

实验现象	热水中混合气体颜色较常温下的______，冰水中混合气体颜色较常温下的______
实验结论	混合气体受热颜色变___，说明NO2浓度_____，即平衡向_________方向移动; 混合气体被冷却颜色变___，说明NO2浓度_____，即平衡向_________方向移动

【学生活动】根据实验现象，完成上述表格。
【结论】化学平衡是在一定条件下建立起来的，当条件改变时，原平衡状态被破坏，并在新的条件下建立起新的平衡状态。
【过渡】通过实验观察，我们可以看到温度对化学平衡的移动产生影响。条件改变了，化学平衡会发生移动。化学平衡移动的原因是条件改变后，化学反应速率发生了改变。
【投影】


【课堂小结】大量的科学实验证明，化学平衡状态通常会受到浓度、温度、压强等因素的影响。了解并调控化学平衡对于化工生产来说具有十分重要的意义，具体内容会在选修中学习。
【投影】