《“三段式”法在化学反应速率计算中的应用》教学设计

论文编号：贵州省教育科学院贵州省教育学会2015年教育教学科研论文、教学（活动）设计征集评选登记表学科类别：中学化学论文题目《“三段式”法在化学反应速率计算中的应用》教学设计作者姓名黄慧学校名称贵阳市第九中学课题组成员姓名学校地址贵阳市南明区新华路68号联系电话固定电话：85976335移动电话：[phone]论文内容摘要“三段式”最初是德国著名哲学家黑格尔用来说明发展过程的公式，认为一切发展都经历三个阶段。化学反应速率计算中的“三段式”指反应从起始到末尾反应物与生成物所经历的变化，用物质的量（或物质的量浓度）来表示。化学反应速率的计算中数据比较多、关系也比较复杂，特别容易混淆，通过“三段式”法在反应方程式下列出各物质的起始、变化、末尾的量，使得各种数据直观、调理清晰、便于分析和计算，是有序的整理相关数据的良好方法。本教学设计精选了四种类型的题目，指导学生利用“三段式”法解决实际问题，以学生探究学习为主、教师指导为辅，为《化学选修4》中进一步学习化学反应速率和化学平衡奠定基础。个人诚信承诺（在括号内打“√”）：1.所写论文为本人原创，并非从网上直接下载或抄袭他人（√）2.所写案例真实，源于本人亲历的课堂（√）《“三段式”法在化学反应速率计算中的应用》人教版《化学必修2》第二章第三节一、课程标准、教材以及学生分析1．课程标准和教材分析对于《化学反应速率》的教学，在《化学必修2》和《化学选修4》中都有出现，《课程标准》要求知道化学反应速率的定量表示方法，能计算反应物的转化率。人教版《化学必修2》第二章第三节《化学反应的速率和限度》中从日常生活中的现象入手，发现有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢，结合物理学中物体的运动快慢用“速度”来表示，引出化学反应过程进行的快慢用“反应速率”来表示，通常用单位反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均去正值）来表示。接着通过实验探究影响化学反应速率的因素，并未过多提及计算。但是在学业水平测试和高考中，却常常以计算题的形式考察相关知识，特别是在高二《化学选修4》中会进一步学习化学反应速率和化学平衡，若高一就学得糊里糊涂，高二的学习就会显得更加困难，因此在规定的2课时之后，我又加入了“三段式”法在化学反应速率计算中的应用这1课时，作为补充。2．学生分析化学反应速率的计算中数据比较多、关系也比较复杂，特别容易混淆，在学习完本节内容后发现，学生做题遇到计算都很头疼，只能做简单的带入公式的直接计算，而对于略显复杂的计算也有畏难情绪，所以希望通过“三段式”法的教学，可以使得各种数据直观、调理清晰、便于分析和计算，为《化学选修4》中进一步学习化学反应速率和化学平衡奠定基础。本班学生是我校普通班的学生，基础较薄弱，教学中要多鼓励，多启发，让他们觉得计算题也是可以有突破口的，培养他们的自信心。该班的座位是按照“3过道3过道3”排布的，前后两排的6位同学为一个学习小组（如下图），在教学过程的探究学习都以小组为单位，内部先达成一致，再派代表发言，然后有异议的组再派代表发言，形成良好的讨论氛围。111过道444过道777111444777222555888222555888333666999333666999二、教学目标【知识与技能】1．了解什么是三段式。2．理解化学反应速率、转化率等计算方法。3．掌握“三段式”法在化学反应速率计算中的应用。【过程与方法】1．通过学习三段式法，学会举一反三、一题多解的方法。2．通过从图中提取所需信息，培养学生的读图能力。3．培养学生的逆向思维以及总结归纳的能力。【情感价值观】1．黑格尔的三段式为事物从低级到高级发展的辩证法开辟了道路，学习三段式在化学反应速率计算中的应用，树立学生的辩证唯物主义观点。2．培养学生不畏困难，勇攀知识高峰的精神。三、教学重难点熟练地掌握三段式法，并能运用三段式法解决化学反应速率计算中的问题。四、教学流程图提出问题，引入新课例题1分析回顾作业中丢分最多的题型三段式的基本步骤例题2探究学习一题多解，注意统一物理量例题3探究学习逆向思维运用三段式例题4探究学习维，探索发现需要设未知数的三段式归纳总结，结束新课三段式的注意事项五、教学过程教学进程教师活动学生活动设计意图引入（约1min）提问：作业中丢分最多的是什么题型？引入：介绍一种神奇的方法来解决该问题。回顾：化学反应速率的计算题丢分最多。教师提出问题，引领学生进入新课。通过【例题1】讲解三段式的基本步骤（约8min）【投影】一定条件下，向2L容器中通入3mol氮气和10mol氢气及催化剂反应，2min后，生成氨气的物质的量为2mol，0-2min则内v(NH3)=______,2min末，C(N2)=_____，H2的转化率为________。电子白板上边写边讲解：解：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)n始(mol)3100△n(mol)n末(mol)2N2(g)+3H2(g)2NH3(g)n始(mol)3100△n(mol)132n末(mol)272v(NH3)=△C(NH3)=△n(NH3)=2mol△tV·△t2L×2min=0.5mol/(L·min)C末(N2)=n末(N2)=2mol=1mol/LV2Lα(H2)=△n(H2)×100%=3mol×100%=30%n始(H2)10mol聆听、观察、思考、填写学案：基本步骤：1．写出正确的化学反应方程式。2．根据题意,依次在反应方程式下列出各反应物和生成物的n始、△n及n末。3．根据n始与n末的差的绝对值等于△n、△n之比等于对应物质的化学计量数之比，列出关系式计算。通过实例分析讲解，构建三段式法的基本步骤，边讲边总结，便于学生理解记忆，比讲模式性的公式更直观。学生分组自主探究【例题2】，教师指导。【投影】在某一容积为5L的密闭容器内，加入0.2mol的CO和0.2mol的H2O（g），在催化剂存在的条件下高温加热，发生如下反应：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），反应放出热量。反应中CO2的浓度随时间变化的情况如图所示：根据图中数据，从反应开始至达到平衡时，H2O的化学反应速率为________；反应平衡c(H2)=______，CO的转化率为__________。指导学生按照例题1介绍基本步骤，结合上图中给出的信息，写出该题的三段式。教师走进学生小组讨论中，寻找不同解题方法的学生。小组自主探究，讨论学习，达成共识。经过激烈的讨论，有以下两（或三）种方法，请每组派代表发言，看看哪一组才是正确的？×错误思路：误将10min后CO2的浓度当成物质的量带入三段式。CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)n始(mol)0.20.200△n(mol)0.030.030.030.03n末(mol)0.170.170.030.03√正确思路一：先求出n末(CO2)=C末(CO2)×V=0.03mol/L×5L=0.15mol，再代入三段式：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)n始(mol)0.20.200△n(mol)0.150.150.150.15n末(mol)0.050.050.150.15v(H2O)=△C(H2O)=△n(H2O)△tV·△t=0.15mol=0.003mol/(L·min)5L×10minC末(H2)=n末(H2)=0.15mol=0.03mol/LV5L根据例题1中介绍的基本步骤，举一反三。使学生们的思维发生碰撞，产生知识的火花。这是学生们最可能犯的错误。经过讨论得出来的正确答案，往往比老师讲解得来的答案，印象深刻。（约10min）询问是否有同学用了不同的方法来算？引导学生根据公式n=C·V，对于同一化学反应，V相同，n与C成正比，那么是否可以用C始、△C及C末来计算呢？引出第二种计算方法强调起始量、变化量、末尾量三者物理量及单位要统一α(CO)=△n(CO)×100%=0.15mol×100%=75%n始(CO)0.2mol√正确思路二：先求出C始(CO)=n始(CO)=0.2mol=0.04mol/LV5LC始(H2O)=n始(H2O)=0.2mol=0.04mol/L，V5L再代入三段式：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)C始(mol/L)0.040.0400△C(mol/L)0.030.030.030.03C末(mol/L)0.010.010.030.03v(H2O)=△C(H2O)=0.03mol/L=0.003mol/(L·min)△t10minC末(H2)=0.03mol/Lα(CO)=△C(CO)×100%=0.03mol/L×100%=75%C始(CO)0.04mol/L填写学案基本步骤中的空格以及注意事项1：2．……(或C始、△C及C末)……3．……(或C始与C末的差的绝对值等于△C)…(或△C)……1．起始量、变化量、末尾量三者物理量及单位要统一，都是物质的量或物质的量浓度,否则无法计算。培养学生一题多解的能力。总结出，三段式的两种切入点，虽然所用的物理量不一样，但是计算出的结果是一模一样的，切记，一定要统一物理量及单位。学生分组自主探究【例题3】，教师指导。（约6min）【投影】在2L容器中，某可逆反应从0—2分钟进行过程中，在不同反应时间各物质的量的变化情况如图所示。则该反应的的反应物是，生成物是，化学方程式为；反应开始至2分钟时，C的反应速率为；2分钟后A、B、C各物质的量不再随时间的变化而变化，说明在这个条件下，反应已达到了状态。指导学生读图，分析A、B的物质的量随着反应的进行逐渐减少，为反应物；C的物质的量随着反应的进行逐渐增多，为反生成物。根据题意,依次在反应方程式下列出各反应物和生成物的n始、n末。根据n始与n末的差的绝对值等于△n填空再根据△n之比等于对应物质的化学计量数之比，推到出该反应的化学方程式。小组自主探究，讨论学习，达成共识。___A+___B___Cn始(mol)522△n(mol)n末(mol)3142A+B2Cn始(mol)522△n(mol)212n末(mol)314v(C)=△C(C)=△n(C)=2mol=0.5mol/(L·min)△tV·△t2L×2min2分钟后，各组分的物质的量不再改变，说明已达到了化学平衡状态。前两个例题都是已知化学方程式，计算化学反应速率及转化率等，该题首先通过读图，分析出反应物和生成物，再通过列出三段式，最后逆向思维推出反应的化学方程式。培养读图能力，复习化学平衡状态的判断依据。543210123/分钟CAB物质的量/mol学生分组自主探究【例题4】，教师指导。（约10min）【投影】氢气是合成氨的重要原料,合成氨反应的化学方程式如下:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。(1)当合成氨反应达到平衡后,改变某一外界条件(不改变N2、H2和NH3的量),反应速率与时间的关系如图所示。图中表示反应处于化学平衡状态的时间段(t1时刻后)为。指导学生读图，复习化学平衡状态的判断依据。(2)在一定温度下,向一个容积为1L的固定容器中通入2mol氮气和8mol氢气及固体催化剂,使之反应。已知平衡时容器内气体的压强为起始时的80%，N2的转化率为。指导学生设未知数时，按照化学计量数之比，设△n分别为x、3x、2x根阿伏伽德罗定律的推论，恒温、恒容时混合气体的压强与其物质的量成正比：小组自主探究，讨论学习，达成共识。学生通过读图，分析出t2-t3、t4-t5中正逆反应速率相等，则表示已达到化学平衡状态。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)n始(mol)280△n(mol)n末(mol)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)n始(mol)280△n(mol)x3x2xn末(mol)2-x8-3x2xP末=n末80%=(2-x+8-3x+2x)molP始n始(2+8)molx=1α(H2)=△n(H2)×100%=1mol×100%=50%n始(H2)2mol填写学案基本步骤中的空格：2．……未知量可以设未知数表示；培养读图能力，复习化学平衡状态的判断依据。遇到只告诉开始的物理量