2.2.2　反应条件对化学平衡的影响 课件(共49张PPT)2023-2024学年高二化学鲁科版选择性必修1

(共49张PPT)
第2章　化学反应的方向、限度与速率
第2节　第2课时　反应条件对化学平衡的影响
素 养 目 标
1.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度、转化率等物理量的变化,从而形成变化观念与平衡思想的学科核心素养。
2.理解勒·夏特列原理的内容并学会应用,体验科学态度与社会责任的学科核心素养。
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
必备知识
一、化学平衡移动
1.定义
由于温度、压强或浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程。
2.化学平衡移动的原因
反应条件的改变,使正、逆反应速率发生改变,平衡混合物中各组分的含量发生相应的改变。
3.化学平衡移动图示分析
二、反应条件对化学平衡的影响
1.温度的影响
(1)
(2)原因:温度改变使化学平衡常数改变。
所有可逆反应的化学平衡都受温度的影响
2.浓度的影响
(1)
(2)原因:浓度的改变导致浓度商Q的改变。
改变固体或液体的用量,Q不变,平衡不移动
3.压强的影响
(1)
(2)原因:压强的改变导致体系中各成分浓度的变化,从而使平衡发生移动。
【微思考1】可逆反应达平衡,改变条件平衡向正方向移动,反应物转化率一定增大吗
提示不一定。若有两种反应物,增大其中一种反应物的浓度,另一种反应物转化率增大,浓度增大的反应物的转化率减小。
三、平衡移动原理(勒·夏特列原理)
1.内容
在封闭体系中,如果仅改变影响平衡体系的一个条件(如浓度、温度、压强),平衡就将向减弱这个改变的方向移动。
2.对平衡移动原理的理解
【微思考2】催化剂会影响化学平衡吗
提示催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率,因此它对化学平衡移动无影响。
自我检测
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动。(　　)
(2)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v(放)减小,v(吸)增大。(　　)
(3)对于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)向平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。(　　)
(5)对于2NO2(g) N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。(　　)
×
×
重难探究 能力素养全提升
探究一　温度对化学平衡的影响
问题探究
将装有相同量的NO2和N2O4混合气体的两个球状容器分别浸入热水和冷水中,分析容器中气体颜色的变化,并解释原因。
提示 热水中的球状容器颜色变深,冷水中的球状容器颜色变浅;温度改变了化学平衡常数,导致平衡发生移动,出现颜色的变化。
归纳拓展
1.温度对化学平衡影响的实验探究
实验 原理
实验 装置
实验 现象 热水中红棕色加深;冰水中红棕色变浅
实验 结论 体系受热颜色加深,说明c(NO2)增大,即平衡向吸热反应方向移动;体系冷却颜色变浅,说明c(NO2)减小,即平衡向放热反应方向移动
该反应为放热反应,升高温度,平衡左移
降低温度,平衡右移
2.温度对化学平衡影响的解释
从化学平衡的影响因素和Q与K的关系角度分析,填写下表:
反应类型 温度变化 K值变化 Q与K的关系 平衡移动方向
放热反应 升温 减小 Q>K 逆向移动
降温 增大 Q吸热反应 升温 增大 Q降温 减小 Q>K 逆向移动
应用体验
视角1温度对化学平衡影响的规律
1.在某温度下,有反应ClF(g)+F2(g) ClF3(g)　ΔH=+268 kJ·mol-1,在密闭容器中达到平衡,下列说法中正确的是(　　)
A.升高温度,K值不变,平衡向正反应方向移动
B.升高温度,平衡常数变小
C.升高温度,平衡向正反应方向移动,F2的转化率提高
D.降低温度,ClF3的产率提高
C
解析题给反应为吸热反应,升高温度时K值增大,平衡向右移动,F2的转化率提高,降低温度,平衡向左移动,ClF3的产率降低。
规律方法 解答化学平衡移动类判断题的思维过程
2.在一密闭烧瓶中,25 ℃时存在着平衡:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。把烧瓶置于100 ℃的水中,则下列几项性质中不会改变的是(　　)
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;烧瓶容积不变,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。
3.如图所示的直形石英玻璃封管中充有CO气体。左端放置不纯的镍(Ni)粉。在一定条件下,Ni可以与CO(g)发生如下反应:
Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)　ΔH<0,但Ni粉中的杂质不与CO(g)发生反应,玻璃管内左右两端的温度分别稳定在350 K和470 K,经过足够长的时间后,右端的主要物质是(　　)
A.纯Ni(s)和Ni(CO)4(g) B.纯Ni(s)和CO(g)
C.不纯Ni(s)和CO(g) D.不纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
B
解析温度升高,平衡左移,生成Ni和CO,由于右端温度稳定在470 K,所以右端主要物质是纯Ni(s)和CO(g)。
视角2 温度对化学平衡影响的图像
4.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:vA>vC
D.30 ℃时,B点对应状态的v(正)>v(逆)
D
解析 由题图可知: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:vA>vC,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)5.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(　　)
图1
图9
A.m+n>p,ΔH>0 B.m+n>p,ΔH<0
C.m+n0 D.m+nB
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进行,则m+n>p;故答案选B。
探究二　浓度对化学平衡影响的实验探究
问题探究
在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当数量的一氧化碳。有的工程师认为,这是由于一氧化碳和铁矿石的接触时间不够长造成的,于是英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉,以增加一氧化碳和铁矿石的接触时间。可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中的一氧化碳并没有减少,其原因是什么 如果继续增大铁矿石的量能减少一氧化碳的含量吗
提示 高炉炼铁的原理是利用CO还原氧化铁,此反应为可逆反应,当反应达到平衡时,增加反应时间不能改变各种物质的百分含量;增加铁矿石的量不能减少一氧化碳的含量。
归纳拓展
1.浓度对化学平衡影响的定量解释
在一定条件下,反应aA+bB cC+dD达到平衡状态,温度一定,平衡常数K为一定值。
浓度变化 Q值变化 Q与K的关系 平衡移动方向
增大反应物浓度 减小 Q减小反应产成物浓度
减小反应物浓度 增大 Q>K 向逆反应方向移动
增大反应产物浓度
2.若其他条件不变,一次性改变浓度对化学平衡的影响
化学平衡 aA+bB cC+dD(A、B、C、D均为气体)
物质浓度的 变化 增大反应物浓度 增大反应产物浓度 减小反应物浓度 减小反应产物浓度
平衡移动的 方向 正向移动 逆向移动 逆向移动 正向移动
图像
应用体验
视角1 浓度对化学平衡的影响规律
1.反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况下,不会使平衡发生移动的是(　　)
A.温度、容积不变,通入SO2气体
B.温度、容积不变,通入HCl气体
C.移走一部分NH4HS固体
D.容器容积不变,通入NH3
C
解析A项,SO2+2H2S==3S↓+2H2O,c平(H2S)减小,平衡右移;B项,HCl+NH3== NH4Cl,c平(NH3)减小,平衡右移;C项,NH4HS为固体,浓度视为常数,移走后平衡不移动;D项,通入NH3,c平(NH3)增大,平衡左移。
易错警示 化学平衡移动中浓度的“决定性”作用
(1)恒温、恒容条件:原平衡体系体系 总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。
(2)恒温、恒压条件:
2.有甲、乙、丙三支试管,分别加入下列物质后,观察这三支试管的颜色,其中颜色最浅的是(　　)
甲:10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液
乙:5 mL 水、10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和5 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液丙:10 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.1 mol·L-1的KSCN溶液
A.甲试管 B.乙试管 C.丙试管 D.无法判断
B
解析 三支试管中均存在如下平衡:Fe3++3SCN- Fe(SCN)3(红色),由于丙试管中Fe3+和SCN-的浓度最大,故其颜色最深;甲与乙相比,甲中SCN-的浓度大于乙,故乙中颜色最浅。
视角2 浓度对化学平衡的影响图像
3.下图是恒温条件下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是(　　)
A.反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率相等
B.该反应达到平衡状态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
C.该反应达到平衡状态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
D.同一种反应物在平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ时浓度不相等
C
解析 条件改变后,v'(正)>v'(逆),根据图像分析应是增大了反应物的浓度。
探究三　压强对化学平衡移动的影响
问题探究
下图是反应2NO2(g) N2O4(g)平衡体系的压强、透光率与时间关系的图像,你能用平衡移动的原理解释原因吗 (已知透光率与气体颜色有关,气体颜色越深,透光率越小)
NO2-N2O4体系体积变化过程中透光率的变化
提示 压缩针筒时体系内压强增大,体积减小,气体颜色加深,透光率减小,但平衡会向正反应方向移动,所以透光率又会有所增大;拉伸针筒时体系压强又减小,气体颜色变浅,透光率增大,但平衡又会向逆反应方向移动,所以透光率又会有所减小。
归纳拓展
1.压强对化学平衡影响的定量解释
在一定条件下,反应aA+bB cC+dD达到平衡状态,温度一定,平衡常数K为一定值[Δνg=(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)-(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和)]。
压强与系数差变化 Q与K的关系 平衡移动方向
Δνg<0 增大压强 QΔνg>0 Q>K 气体物质系数减小的方向
结论:Δνg=0,改变压强,化学平衡状态不变;
Δνg≠0,增大压强,化学平衡向气态物质系数减小的方向移动。
2.以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)为例,分析压强的变化对平衡移动的影响
化学平衡 a+b>c+d a+bc+d
体系压强改变 加压 加压 减压 减压
平衡移动方向 正向移动 逆向移动 正向移动 逆向移动
速率变化 v(正)、v(逆)同时增大 v(正)、v(逆)同时增大 v(正)、v(逆)同时减小 v(正)、v(逆)同时减小
图像
3.勒·夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动,但不会抵消改变。
【微点拨】分析化学平衡移动问题的注意事项
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v(正)>v(逆)时,才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强,不管平衡是否移动,体系中各成分的浓度均增大。
应用体验
视角1 压强对化学平衡影响的规律
1.(压强对化学平衡影响规律考查)对已达到化学平衡的反应
2X(g)+Y(g) 2Z(g),当其他条件不变时,减小压强,对反应产生的影响是
(　　)
A.K值增大,平衡向正反应方向移动
B.K值减小,平衡向逆反应方向移动
C.K值不变,平衡向逆反应方向移动
D.K值不变,平衡向正反应方向移动
C
解析 平衡常数K只与温度有关,温度不变K不变。上述反应是一个气体体积减小的反应,减小压强平衡逆向移动,故答案选C。
2.(根据压强的影响规律判断物质的状态)已知化学反应2A( )+B(g) 2C( )达到平衡,当增大压强时,平衡向逆反应方向移动,则该条件下A、C两种物质的聚集状态可能的是(　　)
A.A是气体,C是固体
B.A、C均为气体
C.A、C均为固体
D.A是固体,C是气体
D
解析 当增大压强时,平衡向逆反应方向移动,则该反应是气体体积增大的可逆反应,由于B是气态,所以根据反应方程式可知,A是固体或液体,而C一定是气体,故D正确。
3.对于密闭容器中的可逆反应:mX(g)+nY(s) pZ(g)　ΔH<0,达化学平衡后,改变条件,下列表达不正确的是(　　)
A.增大压强,化学平衡不一定发生移动
B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动
C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动
D.其他条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动
C
解析 由于该反应前后气体体积变化不明确,故改变压强不能确定化学平衡是否移动,A项正确;恒容条件下充入氦气,没有改变平衡体系中各物质的浓度,平衡不移动,恒压条件下充入氦气,相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,B项正确;由于Y为固体,改变其用量不影响化学平衡,C项不正确;该反应的正反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,D项正确。
解题技巧　分析改变压强对气体浓度影响时,应注意分成两步进行理解
(1)改变压强,引起气体体积的改变,则气体浓度改变,此时气体浓度的变化是由压强的改变引起的。
(2)平衡发生移动,气体浓度在改变后的浓度基础上发生改变。
4.在一密闭容器中,反应aA(g)+bB(s) cC(g)+dD(g)达到平衡后,保持温度不变,将容积缩小为原来的一半,当达到新的平衡时,A的浓度是原来的1.6倍,则下列说法正确的是(　　)
A.平衡向逆反应方向移动
B.aC.物质A的转化率减小
D.物质D的浓度减小
B
解析 容器缩小为原来的一半,这一瞬间A的浓度应变为原来的2倍,平衡移动后变为原来的1.6倍,说明平衡正向移动,选项A错误;a>c+d,选项B正确;A的转化率增大,选项C错误;D的浓度增大,选项D错误。
5.容积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y,进行如下可逆反应:X(g)+Y(g) Z(g)+W(s)　ΔH>0。下列叙述正确的是(　　)
A.若继续充入X,平衡向正反应方向移动,Y的转化率增大
B.若继续充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数减小
C.若移走部分W,平衡正向移动
D.平衡后移走X,上述反应的ΔH减小
A
解析 B项,通入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数增大。C项,W为固体,改变其用量,平衡不移动。D项,ΔH的大小与反应方程式中各物质的化学式前系数及状态有关,与加入反应物的量无关。
视角3 压强对化学平衡影响的图像考查
6.符合图像的反应为(　　)
B
解析 题图中交点v(正)=v(逆),即该点达到化学平衡状态,增大压强,v(正)、v(逆)均增大,v(正)>v(逆),平衡正向移动,说明反应是气体体积减小的反应,故只有B正确。
7.如图为某化学反应的速率与时间的关系示意图。在t1时刻增大压强,速率的变化都符合示意图的反应是(　　)
B
8.对于反应N2O4(g) 2NO2(g)在温度一定时,平衡体系中NO2的体积分数φ(NO2)随压强的变化情况如图所示(实线上的每个点为对应压强下的平衡点),下列说法正确的是(　　)
A.A、C两点的正反应速率的关系为A>C
B.A、B、C、D、E各状态中,v(正)C.维持p1不变,E→A所需时间为x;维持p2不变,D→C所需时间为y,则xD.使E状态从水平方向到达C状态,再沿平衡曲线到达A状态,从理论上来讲可选用的条件是从p1突然加压至p2,再由p2无限缓慢降压至p1
D
解析 增大压强,反应速率加快,由题图知C点压强大于A点压强,所以v(A)v(逆),因此,v(正)p1,所以所需时间x>y,C错误;从p1突然加压至p2,瞬间平衡没有移动,NO2的体积分数不变,反映在图像上就是E状态从水平方向到达C状态,再缓慢降压时,平衡向正反应方向移动,NO2的体积分数逐渐增大,反映在图像上就是C状态沿平衡曲线到达A状态,D正确。
本 课 结 束