2.2.3　温度、催化剂对化学平衡的影响 课件 2023-2024学年高二化学人教版选择性必修1

(共38张PPT)
第二章
第二节　第3课时　温度、催化剂对化学平衡的影响
素养 目标
1.通过实验探究,了解温度对化学平衡状态的影响,能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向,培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
2.能运用温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化,能讨论化学反应条件的选择和优化,培养变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学核心素养。
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
基础落实·必备知识全过关
一、温度对化学平衡的影响
1.实验探究温度对化学平衡的影响
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 2NO2(g) N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1
(红棕色)　　(无色)
实验步骤
实验现象 热水中混合气体颜色　　　　;冰水中混合气体颜色　　　　
实验结论 混合气体受热颜色　　　　,说明NO2浓度　　　　,即平衡向
　　　　　方向移动;混合气体被冷却时颜色　　　　,说明NO2浓度　　　　,即平衡向　　　　　方向移动
加深
变浅
加深
增大
逆反应
变浅
减小
正反应
2.温度对化学平衡的影响规律
当其他条件不变时:
温度升高,平衡向　　　　　的方向移动;
温度降低,平衡向　　　　　的方向移动。
所有可逆反应的化学平衡都受温度的影响
吸热反应
放热反应
二、催化剂对化学平衡的影响
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。
三、勒夏特列原理(化学平衡移动原理)
1.定义
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够　　　　这种改变的方向移动。
减弱
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因素”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个因素,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的因素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。
微思考
阅读教材“实验表明,浸泡在热水中的烧瓶内红棕色加深”等连续两段。
思考:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,平衡如何移动 化学平衡常数K如何变化
提示 升高温度,平衡向左移动,则c(NO2)增大,c(N2O4)减小,因此K= 减小。
易错辨析1
(1)温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态。(　　)
(2)升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,此时v(放)减小,v(吸)增大。(　　)
(3)C(s)+CO2(g) 2CO(g)　ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(　　)
(4)升高温度,化学平衡常数增大。(　　)
√
×
提示 升高温度,v(放)、v(吸)均增大。
√
×
提示 升高温度,若化学平衡向左移动,则平衡常数减小。
易错辨析2
(1)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。(　　)
(2)合成氨反应需要使用催化剂,是因为催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。(　　)
×
提示 催化剂不影响化学平衡,因此不能提高反应物的转化率。
×
提示 催化剂不影响化学平衡,但可以加快反应速率,缩短反应达到平衡所需时间。
易错辨析3
(1)打开啤酒,有气泡冒出,可用勒夏特列原理解释。(　　)
(2)合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,工业合成氨采用高温、高压条件,符合勒夏特列原理。(　　)
√
×
提示 合成氨反应为放热反应,高温条件下,平衡逆向移动,不符合勒夏特列原理。
重难探究·能力素养全提升
探究一　温度对化学平衡的影响
情境探究
已知常温下红棕色的NO2能自动生成无色的N2O4,2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。现在做下面的实验,装置如图所示:
在三个连通的烧瓶里盛有NO2和N2O4的混合气体,然后用夹子夹住橡皮管。先将三个烧瓶分别放入盛有室温水的烧杯里,可以观察到混合气体颜色无变化,接着向甲烧杯里加入致热盐CaCl2,向丙烧杯里加入致冷盐NH4NO3,不断搅拌直至溶液饱和,可以看到,随着盐的加入,甲中混合气体的颜色变深,丙中混合气体的颜色变浅,乙中混合气体的颜色不变。
(1)根据上述实验现象,分析反应2NO2(g) N2O4(g)化学平衡移动的方向,总结温度对化学平衡移动影响的规律。
提示 甲中温度升高,气体颜色加深,说明平衡逆向移动;丙中温度降低,气体颜色变浅,说明平衡正向移动。
反应2NO2(g) N2O4(g)正反应为放热反应,说明降低温度,平衡向放热反应方向移动;逆反应为吸热反应,说明升高温度,平衡向吸热反应方向移动。
(2)上述实验中,甲烧杯升高温度的瞬间v(正)、v(逆)如何改变 v(正)、v(逆)的大小关系如何
(3)温度改变,化学平衡常数改变。请你从K与Q之间的关系角度,分析产生上述实验现象的原因。
提示 v(正)、v(逆)均增大,且v(正)提示 甲中温度升高,正反应K值减小,Q>K,平衡逆向移动,NO2浓度增大,颜色加深;乙中温度不变,K不变,Q=K,平衡不发生移动,NO2浓度不变,颜色不变;丙中温度降低,正反应K值增大,Q方法突破
1.温度对化学平衡的影响规律
2.平衡常数与反应的热效应
3.速率图像(以放热反应为例)
应用体验
视角1温度对化学平衡影响的规律
1.对于反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0,若升高温度,则能使(　　)
A.反应速率不变,Z的产量减少
B.反应速率增大,Z的产量减少
C.反应速率增大,Y的转化率升高
D.反应速率减小,Z的产量增大
B
解析 升高温度,反应速率增大,化学平衡逆向移动,则Y的转化率降低,Z的产量减少,A、C、D错误,B正确。
2.在一密闭烧瓶中,在25 ℃时存在着平衡:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。把烧瓶置于100 ℃的水中,则不会改变的是(　　)
①颜色　②平均相对分子质量　③质量　④压强　⑤密度
A.①和③ B.②和④
C.④和⑤ D.③和⑤
D
解析 25 ℃时存在着平衡:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。把烧瓶置于100 ℃的水中,温度升高;平衡逆向移动,NO2浓度变大,颜色加深,①错误;平衡逆向移动,气体的总物质的量增大,平均相对分子质量减小,②错误;气体物质的量增大,且温度升高,压强变大,④错误;根据质量守恒定律,气体总质量不变,③正确;烧瓶体积不变,气体质量不变,则密度不变,⑤正确;答案选D。
【变式设问】
(1)在一密闭烧瓶中,若在25 ℃时加入NO2建立平衡后,把烧瓶置于100 ℃的水中,则NO2的平衡转化率如何变化
(2)混合气体中NO2的体积分数如何变化
(3)化学平衡常数K如何变化
提示 平衡转化率减小。
提示 体积分数增大。
提示 K减小。
视角2温度对化学平衡影响的图像
3.将一定量硫化氢气体加入密闭容器中,发生反应:2H2S(g) S2(g)+2H2(g)。该反应的平衡常数的负对数(-lg K)随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法错误的是(　　)
A.C点对应状态的平衡常数K=10-3.638 0
B.该反应的ΔH>0
C.反应速率:v(A)>v(C)
D.30 ℃时,B点对应状态的v(正)>v(逆)
D
解析 由图像可知,升高温度,平衡常数的负对数减小,说明升高温度K增大,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,故该反应的ΔH>0,B正确;C点
-lg K=3.638 0,则平衡常数K=10-3.638 0,A正确;因为A点温度比C点高,所以A、C点反应速率:v(A)>v(C),C正确;B点浓度商大于化学平衡常数,所以化学反应向逆反应方向进行,则B点对应状态的v(正)4.某可逆反应:mA(g)+nB(g) pC(g)　ΔH,其温度T、时间t与生成物C的体积百分数C%、平衡混合气体的平均相对分子质量M的关系如图1、2所示,下列结论正确的是(　　)
A.m+n>p,ΔH>0
B.m+n>p,ΔH<0
C.m+n0
D.m+n　图1　　　　　　　图2
B
解析 根据“先拐先平数值大”,由题图1可知,T2>T1,升高温度,C的含量减小,平衡逆向移动,说明正反应为放热反应,ΔH<0;结合题图2,升高温度,平衡逆向移动,平衡混合气体的平均相对分子质量M减小,说明反应向气体物质的量增加的方向移动,则m+n>p;故答案选B。
探究二　外界条件对化学平衡影响的综合分析
情境探究
在一密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,在某一时刻达到平衡,测得c(N2)=1 mol·L-1,容器内压强为p。
(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(N2)的范围是多少
提示 1 mol·L-1(2)缩小容积至平衡时的一半,并保持温度不变,再次达到平衡时压强p'的范围是多少 c(N2)的范围是多少
(3)升高温度,平衡如何移动 平衡常数K如何变化
提示 p提示 升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小。
方法突破
外界条件对化学平衡影响的过程
应用体验
视角1勒夏特列原理的理解
1.[2023北京海淀高二期末]下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是(　　)
A.气体在热水中比在冰水中颜色深 B.制备氢氧化铁胶体 C.加压后气体颜色变深 D.用浓氨水和NaOH固体制取氨气
C
解析 气体在热水中比在冰水中颜色深,说明升高温度平衡向生成二氧化氮的方向移动,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;加热促进 水解,反应向生成氢氧化铁胶体的方向移动,能用勒夏特列原理解释,B不符合题意;平衡体系加压后,体积缩小,各物质浓度变大,颜色变深,不能用勒夏特列原理解释,C符合题意;用浓氨水和NaOH固体制取氨气,氢氧化钠固体溶于水放出大量的热,增大了OH-的浓度,导致平衡NH3+H2O NH3·H2O逆向移动,能用勒夏特列原理解释,D不符合题意。
归纳总结　应用勒夏特列原理的常见易错点
(1)应用勒夏特列原理时,首先应明确研究的内容是不是平衡问题。如合成氨反应为放热反应,工业生产中一般选择400~500 ℃进行反应而不是常温,是为了加快反应速率,不能用勒夏特列原理解释。
(2)对于研究对象是化学平衡问题时,应弄清是否真的改变了影响化学平衡的因素。如改变平衡体系中固体或纯液体的物质的量,或对有气体参与的化学平衡体系中,恒温恒容条件下充入“惰性气体”,则均未改变影响化学平衡的因素;对于反应前后气体体积不变的可逆反应,改变压强,化学平衡不发生移动,不能用勒夏特列原理解释。
视角2外界条件对化学平衡的影响综合考查
2.一定温度下,某气态平衡体系的平衡常数表达式为K= ,有关该平衡体系的说法正确的是(　　)
A.该反应的化学方程式为A(g)+2B(g) 2C(g)+2D(g)
B.增大A浓度,平衡向正反应方向移动
C.增大压强,C体积分数增加
D.升高温度,若B的百分含量减少,则正反应是放热反应
D
解析 根据平衡常数表达式可知反应方程式为2C(g)+2D(g) A(g)+2B(g),故A错误;增大A浓度,平衡向逆反应方向移动,故B错误;增大压强,平衡向正反应方向移动,C的体积分数减少,故C错误;升高温度,B的百分含量减少,则该平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,故D正确。
视角3化学平衡的图像考查
3.乙酸甲酯转化为乙醇的反应原理为CH3COOCH3(g)+2H2(g) C2H5OH(g)+CH3OH(g)　ΔH<0。该反应中反应速率随时间变化的关系如图所示,t1、t3、t4时刻分别改变某一外界条件。下列说法错误的是(　　)
A.t1时升高温度
B.t3时加入催化剂
C.t4时增大反应容器的容积,使体系压强减小
D.在反应保持化学平衡的时间段中,C2H5OH的
体积分数最小的时间段是t2~t3
D
解析 升高温度,正、逆反应速率均增大,平衡逆向移动,因此t1时改变的条件是升高温度,故A正确;加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,因此t3时改变的条件是加入高效催化剂,故B正确;当温度一定时,扩大反应容器容积,则压强减小,平衡逆向移动,正、逆反应速率都会减小,平衡逆向移动,故C正确;题图中t1和t4时改变外界条件,都使平衡逆向移动,t3时改变条件,平衡不移动,则C2H5OH的体积分数最小的一段时间是t5~t6,故D错误。
4.[2021湖南卷改编]已知:A(g)+2B(g) 3C(g)　ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)B
解析 容器内发生的反应为A(g)+2B(g) 3C(g),该反应是气体分子数不变的可逆反应,所以在恒温恒容条件下,气体的压强始终保持不变,则容器内压强不变,不能说明反应达到平衡状态,A错误;根据图像变化曲线可知,t2~t3过程中,t2时v'(正)瞬间不变,平衡过程中不断增大,则说明反应向逆反应方向移动,改变的条件为向容器中加入C,B正确;根据上述分析可知,t2~t3时间段,改变条件使正反应速率逐渐增大,平衡向逆反应方向移动,达到新的平衡状态后,生成A的量增大,总的物质的量不变,所以A的体积分数φ增大,即A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),C错误;平衡常数K与温度有关,因该反应在恒温条件下进行,所以K保持不变,D错误。
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