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2.2.4温度、催化剂对化学平衡移动的影响 学案(含答案)

1、第第 4 4 课时课时 温度温度、催化剂对化学平衡移动的影响催化剂对化学平衡移动的影响 核心素养发展目标 1.变化观念与平衡思想:从变化的角度认识化学平衡的移动,即可逆反 应达到平衡后,温度、催化剂改变,平衡将会发生移动而建立新的平衡。2.证据推理与模型 认知:通过实验论证说明温度、催化剂的改变对化学平衡移动的影响,构建分析判断化学平 衡移动方向的思维模型(勒夏特列原理)。 一、温度、催化剂对化学平衡移动的影响 1温度对化学平衡移动的影响 (1)实验探究温度对化学平衡移动的影响 按表中实验步骤要求完成实验,观察实验现象,填写下表: 实验原理 2NO2g 红棕色 N2O4g 无色 H56.9 k

2、J mol 1 实验步骤 实验现象 热水中混合气体颜色加深;冰水中混合气体颜色变浅 实验结论 混合气体受热颜色加深,说明 NO2浓度增大,即平衡向逆反应方向移动;混 合气体被冷却时颜色变浅,说明 NO2浓度减小,即平衡向正反应方向移动 (2)温度对化学平衡移动的影响规律 任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任意可逆反应的化学平衡状态都受 温度的影响。 当其他条件不变时: 温度升高,平衡向吸热反应方向移动; 温度降低,平衡向放热反应方向移动。 (3)用 vt 图像分析温度对化学平衡移动的影响 已知反应:mA(g)nB(g)pC(g) H0,当反应达平衡后,若温度改变,其反应速率的

3、变化曲线分别如下图所示。 t1时刻, 升高温度, v正、 v逆均增大, 但吸热反应方向的 v逆增大幅度大, 则 v逆v正, 平衡逆向移动。 t1时刻, 降低温度, v正、 v逆均减小, 但吸热反应方向的 v逆减小幅度大。 则 v正v逆, 平衡正向移动。 2催化剂对化学平衡的影响 (1)催化剂对化学平衡的影响规律 当其他条件不变时: 催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成,但是使用催化剂能改变反应达到化 学平衡所需的时间。 (2)用 vt 图像分析催化剂对化学平衡的影响 t1时刻,加入催化剂,v正、v逆同等倍数增大,则 v正v逆,平衡不移动。 提醒 一般说的催化剂都是指的正催化剂,即可

4、以加快反应速率。特殊情况下,也使用负 催化剂,减慢反应速率。 用速率分析化学平衡移动的一般思路 (1)温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态( ) (2)催化剂能加快反应速率,提高单位时间内的产量,也能提高反应物的转化率( ) (3)升高温度,反应速率加快,化学平衡正向移动( ) (4)升高温度,反应速率加快,但反应物的转化率可能降低( ) (5)对于可逆反应,改变外界条件使平衡向正反应方向移动,平衡常数一定增大( ) (6)升高温度,化学平衡常数增大( ) (7)平衡移动,平衡常数不一定改变,但平衡常数改变,平衡一定发生移动( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

5、 1反应:A(g)3B(g)2C(g) H0,达平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述中 正确的是( ) A正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向右移动 B正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向左移动 C正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向右移动 D正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向左移动 答案 C 解析 降低温度,v正、v逆均减小,平衡向放热反应方向移动,即平衡正向移动。 2 改变温度可以使化学平衡发生移动, 化学平衡常数也会发生改变, 通过分析以下两个反应, 总结出温度对化学平衡常数的影响规律。 (1)N2(g)3H2(g)2NH3(g) 化学平衡常数 K1_,升温化学平衡逆向移动,K1

6、_(填“增大”或“减 小”,下同),H_0(填“”或“”,下同)。 (2)CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) 化学平衡常数 K2_,升温化学平衡正向移动,K2_,H_0。 答案 (1) c2NH3 cN2 c3H2 减小 3在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g),其化 学平衡常数 K 和温度 t 的关系如下表所示: t/ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题: (1)该反应为_(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2) c(

7、H2)5c(CO) c(H2O),试判断此时的温 度为_。 (3)在1 200 时,某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O 的浓度分别为2 mol L 1、2 mol L1、 4 mol L 1、4 mol L1,则此时上述反应的平衡_(填“向正反应方向”“向逆反 应方向”或“不”)移动。 答案 (1)吸热 (2)700 (3)向逆反应方向 解析 (1)根据题干中的表格可知,随着温度的升高,平衡常数逐渐增大,说明正反应为吸热 反应。 (2)某温度下, 各物质的平衡浓度有如下关系 3c(CO2) c(H2)5c(CO) c(H2O), 根据该反应的平 衡常数表达式 KcCO cH2O cCO

8、2 cH2 可知,K3 50.6,平衡常数只与温度有关,温度一定,平衡 常数为定值,所以此时对应温度为 700 。 (3)1 200 时,QcCO cH2O cCO2 cH2 ,将各物质的浓度代入可得 Q4,而此温度下的平衡常数 为 2.6,即 QK,所以平衡向逆反应方向移动。 化学平衡常数的应用 (1)判断反应进行的程度 K 值越大,该反应进行得越完全,反应物的转化率越大;反之,就越不完全,转化率越小。 (2)判断反应的热效应 升高温度:K 值增大正反应为吸热反应;K 值减小正反应为放热反应。 降低温度:K 值增大正反应为放热反应;K 值减小正反应为吸热反应。 (3)判断反应是否达到平衡或反

9、应进行的方向 当 QK 时,反应处于平衡状态; 当 QK 时,反应向正反应方向进行; 当 QK 时,反应向逆反应方向进行。 二、勒夏特列原理 1定义 如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等),平衡将向着能够减弱这种改变的方 向移动。 简单记忆:改变 减弱这种改变。 2适用范围 (1)勒夏特列原理仅适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不 能使用该原理。 此外, 勒夏特列原理对所有的动态平衡(如溶解平衡、 电离平衡和水解平衡等) 都适用。 (2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变 影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根

10、据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在 改变的条件对平衡移动的方向影响一致时,才能根据勒夏特列原理进行判断。 (1)对于可逆反应,升高温度,若 v正增大,则 v逆减小,平衡正向移动( ) (2)勒夏特列原理适用于所有的动态平衡( ) (3)其他条件不变,若增大某反应物的浓度,则平衡向减少该物质浓度的方向移动,最终该物 质的浓度减小( ) (4)光照时,氯水颜色变浅,可用勒夏特列原理解释( ) 答案 (1) (2) (3) (4) 1已知:CO(g)NO2(g)CO2(g)NO(g)在一定条件下达到化学平衡后,降低温度,混合 物的颜色变浅,下列关于该反应的说法正确的是_(填字母)。 A该反应

11、为放热反应 B降温后 CO 的浓度增大 C降温后 NO2的转化率增大 D降温后 NO 的体积分数增大 E增大压强混合气体的颜色不变 F恒容时,通入 He 气体,混合气体颜色不变 G恒压时,通入 He 气体,混合气体颜色不变 答案 ACDF 2在一密闭容器中发生反应:N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0,在某一时刻达到平衡,测 得 c(N2)1 mol L 1,容器内压强为 p,温度为 T。 (1)再向容器中通入 N2,使其浓度变为 2 mol L 1,并保持容积不变,再次达到平衡时 c(N 2) 的范围是_。 (2)缩小体积至平衡时的一半,并保持温度不变,再次达到平衡时压强 p的范围是

12、_。 (3)迅速升温至 T1,并保持容积不变,且不与外界进行热交换,再次达到平衡时,温度 T的 范围是_。 答案 (1)1 mol L 1c(N 2)2 mol L 1 (2)pp2p (3)TTT1 特别提醒 平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变, 但不能完全“消除”这种改变。 可概括为“外变大于内变”。 3下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是_(填字母)。 A溴水中存在如下平衡:Br2H2OHBrHBrO,当加入 NaOH 溶液后颜色变浅 B对 2H2O22H2OO2的反应,使用 MnO2可加快制 O2的反应速率 C反应:CONO2CO2NO H0,升高温度,平衡向逆反应方向移动

13、D合成氨反应:N23H22NH3 H0,为使氨的产率提高,理论上应采取低温高压的 措施 EH2(g)I2(g)2HI(g),缩小体积加压颜色加深 答案 BE 解析 催化剂只能改变反应速率,对化学平衡的移动无影响。 勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题。不涉及平衡移动的问题都不能用勒夏特列原 理解释,常见的有: (1)使用催化剂不能使化学平衡发生移动; (2)反应前后气体体积不变的可逆反应,改变压强可以改变化学反应速率,但不能使化学平衡 发生移动; (3)发生的化学反应本身不是可逆反应; (4)外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不完全一致的反应。 随堂演练 知识落实 1对于反应:2A(

14、g)B(g)2C(g) H0,当温度升高时,平衡向逆反应方向移动,其 原因是( ) A正反应速率增大,逆反应速率减小 B逆反应速率增大,正反应速率减小 C正、逆反应速率均增大,但是逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度 D正、逆反应速率均增大,而且增大的程度一样 答案 C 解析 升高温度,正、逆反应速率均增大,但是两者增大的程度不一样,所以升高温度后, 正、逆反应速率不再相等,化学平衡发生移动。当逆反应速率增大的程度大于正反应速率增 大的程度时,平衡向逆反应方向移动。 2下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( ) A光照新制的氯水时,溶液的 pH 逐渐减小 B加催化剂,使 N2和 H2在一

15、定条件下转化为 NH3 C可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制氨 D增大压强,有利于 SO2与 O2反应生成 SO3 答案 B 3(2020 济南高二质检)只改变一个影响因素,平衡常数 K 与化学平衡移动的关系叙述错误 的是( ) AK 值不变,平衡可能移动 BK 值变化,平衡一定移动 C平衡移动,K 值可能不变 D平衡移动,K 值一定变化 答案 D 解析 平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡也可能发生移动,则 K 值不变,平衡可能移 动,A 正确;K 值变化,说明反应的温度一定发生了变化,因此平衡一定移动,B 正确;平 衡移动,温度可能不变,因此 K 值可能不变,C 正确;平衡移动,温度可能不变,

16、因此 K 值 不一定变化,D 错误。 4在高温、催化剂条件下,某反应达到平衡,平衡常数 KcCO cH2O cCO2 cH2 。恒容时,升高温 度,H2浓度减小。下列说法正确的是( ) A该反应的焓变为正值 B恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小 C升高温度,逆反应速率减小 D该反应的化学方程式为 CO(g)H2O(g) 催化剂 高温 CO2(g)H2(g) 答案 A 解析 因为 KcCO cH2O cCO2 cH2 , 所以化学方程式为 CO2(g)H2(g) 催化剂 高温 CO(g)H2O(g)。 由 升温,H2浓度减小知,升温平衡右移,所以正向吸热,即 H0。 5在密闭容器中进行如下反

17、应:CO2(g)C(s) 高温 2CO(g) H0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。 (1)增加 C(s),则平衡_(填“逆向移动”“正向移动”或“不移动”,下同), c(CO2)_(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。 (2)保持温度不变,增大反应容器的容积,则平衡_,c(CO2)_。 (3)保持反应容器的容积和温度不变,通入 He,则平衡_,c(CO2)_。 (4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡_,c(CO)_。 答案 (1)不移动 不变 (2)正向移动 减小 (3)不移动 不变 (4)正向移动 增大 解析 (1)C 为固体,增加 C 的量,其浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。(2)增大反应容器 的容积,即减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,c(CO2)减小。(3)通入 He,但容积和 温度不变,平衡不会发生移动,c(CO2)不变。(4)容积不变,升高温度,平衡向吸热方向移动, c(CO)增大。