2.3 第1课时 浓度、压强变化对化学平衡的影响 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册

2.3 第1课时　浓度、压强变化对化学平衡的影响
【学习目标】
1.了解化学平衡移动的概念,会根据速率变化判断化学平衡移动的方向。
2.通过实验探究,了解浓度、压强的改变对化学平衡移动的影响,并能够利用这些因素的影响正确判断化学平衡移动的方向。
3.了解浓度商的概念,学会根据浓度商、平衡常数判断化学平衡移动的方向。
【合作探究】
任务1　探究浓度变化对化学平衡的影响
【学习情境】
德国化学家弗雷兹·哈伯用N2和 H2直接合成氨气:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4kJ·mol-1。这是一个放热反应,但当产生少量氨气后,反应就达到了平衡状态。哈伯和他的合作者希望通过影响化学平衡移动来增加平衡时氨气的产量。他们研制出一套切实可行的方案来合成氨气,人们称该过程为合成氨工艺或哈伯工艺。如今,合成氨工艺成为人工固氮最重要的途径,用该工艺制造的氮肥使全球数以亿计的人免于饥饿。改变哪些条件可以使该平衡向着生成氨的方向移动呢
【新知生成】
1.化学平衡移动的定义
当平衡体系条件改变时,原有平衡状态被　　　,一段时间后会达到　　　　平衡状态。从一个平衡状态变为另一个平衡状态,称为化学平衡的移动。
2.化学平衡移动图示
3.浓度变化对化学平衡的影响
当其他条件不变时:
(1)c(反应物)增大或c(生成物)减小,平衡向　　　　　　方向移动。
(2)c(反应物)减小或c(生成物)增大,平衡向　　　　　　方向移动。
【答案】1.破坏　新的　3.(1)正反应　(2)逆反应
【活动探究】
1.实验探究浓度对化学平衡的影响
已知黄色的铬酸根离子(Cr)和橙色的重铬酸根离子(Cr2)在溶液中存在如下平衡:
2Cr+2H+Cr2+H2O
填写下表。
实验步骤 实验现象 结论
(1)向试管中加入4 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液,再滴加数滴1 mol·L-1HNO3溶液,观察溶液颜色的变化 在其他条件不变时,增大反应物的浓度,平衡　　移动
(2)将上述溶液分成两份,向其中一份中滴加1 mol·L-1NaOH溶液,观察溶液颜色的变化,并与另一份溶液作对比 在其他条件不变时,减小反应物的浓度,平衡　　移动
　　2.用浓度商、平衡常数分析浓度对化学平衡移动的影响
判断化学平衡移动的方向:对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Qc=。
当Qc=K时:体系处于平衡状态,v正　　v逆;
当Qc当Qc>K时:平衡向　　　　方向移动,v正　　v逆。
(1)Qc　　　,则Qc　　　K,平衡向　　　　方向移动
(2)Qc　　　,则Qc　　　K,平衡向　　　　方向移动
(3)用v-t图像分析浓度变化对正、逆反应速率的影响
已知反应:mA(g)+nB(g)pC(g),当反应达到平衡后,有关物质的浓度发生改变,其反应速率的变化曲线分别如图所示:
①　　　②
③　　　④
填写下表:
序号 改变条件 v'正　　(填“>”或“<”)v'逆 平衡移动方向
①
②
③
④
　　【答案】1.(1)溶液由黄色变为橙色　正向　(2)溶液由橙色变为黄色　逆向　2.=　正反应　>　逆反应　<　(1)减小　<　正反应　(2)增大　>　逆反应　(3)①增大反应物浓度　>　正反应　②减小生成物浓度　>　正反应　③增大生成物浓度　<　逆反应
④减小反应物浓度　<　逆反应
【核心突破】
典例1　一定温度下,反应I2(g)+H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时,测得c(I2)=c(H2)=0.11 mmol·L-1,c(HI)=0.78 mmol·L-1。相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是(　　)(注:1 mmol·L-1=10-3 mol·L-1)
选项 A B C D
c(I2)/(mmol·L-1) 0.44 0.22 2.00 0.11
c(H2)/(mmol·L-1) 0.44 0.22 2.00 0.44
c(HI)/(mmol·L-1) 4.00 1.56 2.00 1.56
　　【解析】此温度下平衡常数K==≈50.28,Qc=≈82.64,Qc>K,反应逆向进行,A项正确;Qc=≈50.28,Qc=K,反应处于平衡状态,B项错误;Qc==1,Qc【答案】A
方法技巧
1.浓度对化学平衡移动的影响中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中参加反应的离子的浓度。
2.对于离子平衡体系,注意离子浓度的改变方式,排除不参与反应的离子干扰。
3.固体或纯液体的浓度是常数,改变固体或纯液体的量并不影响v正、v逆的大小,平衡不移动。
4.反应速率——时间图像中出现“渐变”时,可判断是浓度变化的影响。
5.浓度变化对平衡移动影响在实际生产中的应用:工业上用适当增加相对廉价的反应物或及时分离出生成物的方法提高产量、降低生产成本。
6.在一定温度下,可用浓度商、平衡常数判断化学反应进行的方向,正、逆反应速率的大小。
训练1　反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3达到平衡后,其他条件不变时,下列措施能使平衡向正反应方向移动的是(　　)
A.增大Fe3+浓度　　　　
B.减小SCN-浓度
C.增大Fe(SCN)3浓度
D.滴加NaOH溶液
【解析】增大反应物Fe3+、SCN-浓度或减少生成物Fe(SCN)3浓度,都可以使平衡向正反应移动,滴加NaOH溶液,NaOH溶液与Fe3+反应生成Fe(OH)3,Fe3+浓度降低,平衡向逆反应方向移动。
【答案】A
训练2　已知800℃时,化学反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)达到平衡,K=1。试推断在下列情况下,该平衡移动的方向,填写下表。
序 号 c(CO)/ (mol·L-1) c(H2O)/ (mol·L-1) c(CO2)/ (mol·L-1) c(H2)/ (mol·L-1) 平衡移动 的方向
1 0.3 0.5 0.4 0.4
2 1.0 0.3 0.5 0.6
3 0.8 1.6 0.7 1.7
　　【答案】1.逆向　2.不移动　3.正向
任务2　探究压强变化对化学平衡的影响
【新知生成】
压强变化对化学平衡的影响规律
在其他条件不变时:
(1)增大压强,化学平衡向气体物质分子数　　　　的方向移动。
(2)减小压强,化学平衡向气体物质分子数　　　　的方向移动。
(3)对于反应前后气体分子数目不变的反应,改变压强平衡　　　　　。
(4)充入不参加反应的气体,如果是恒温恒容,充入气体使压强增大,实际上参加反应气体的浓度　　　　,v正　　　　,v逆　　　　,平衡不移动。若是恒温恒压,充入气体保持压强不变,实际上参加反应气体的浓度　　　　,v正　　　　,v逆　　　　,平衡向　　　　方向移动。
【答案】(1)减少　(2)增多　(3)不移动　(4)不变　不变
不变　变小　变小　变小　气体分子数增大的
【活动探究】
1.下图是在合成氨过程中测得的不同温度、压强下反应达到平衡时氨在体系中的物质的量分数。试分析压强改变对合成氨平衡的影响。(氮气、氢气起始物质的量之比为1∶3)。
【答案】增大压强,氨的物质的量分数增大,平衡正向移动。
2.实验探究压强对化学平衡的影响
按表中实验步骤完成实验,观察实验现象,将有关实验现象及结论填入表中:
实验原理
实验步骤
活塞Ⅱ处→Ⅰ处, 压强增大 活塞Ⅰ处→Ⅱ处, 压强减小
实验现象 混合气体的颜色先　　　又逐渐　　　　 混合气体的颜色先　　　　又逐渐　　　　
实验结论 活塞往里推,体积减小,压强　　　　,c(NO2)增大,颜色变深,但颜色又变浅,说明c(NO2)减小,平衡向　　　　方向移动。 活塞往外拉,体积增大,压强　　　　,c(NO2)减小,颜色变浅,但气体颜色又变深,说明c(NO2)增大,平衡向　　　　方向移动
　　【答案】变深　变浅　变浅　变深　增大　正反应　减小
逆反应
3.用v-t图像分析压强变化对正、逆反应速率的影响
(1)对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)　m+nt1时刻,增大容积,压强　　　　,v'正、v'逆均减小,体积缩小方向的v'逆减小幅度更大,则v'正　　　　v'逆,平衡向　　　　方向移动。
t1时刻,缩小容积,压强　　　　,v'正、v'逆均增大,体积缩小方向的v'逆增大幅度更大,则v'逆　　　　v'正,平衡向　　　　方向移动。
(2)对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)　m+n=p,当反应达到平衡后,其他条件不变,在t1时刻改变压强,图像如下:
t1时刻,若缩小容积,压强增大,v'正、v'逆均增大,且v'正　　　　v'逆,平衡　　　　移动,如图上线。t1时刻,若增大容积,压强减小,v'正、v'逆均减小,且v'正　　　　v'逆,平衡　　　　移动,如图下线。
【答案】(1)减小　>　正反应　增大　>　逆反应　(2)=　不　=　不
【核心突破】
典例2　在密闭容器中,反应xA(g)+yB(g)zC(g),在一定条件下达到平衡状态,试回答下列问题:
(1)若x+y>z,缩小体积,增大压强,则平衡向　　　　方向移动。
(2)若保持体积不变,通入He,则平衡　　　　移动。
(3)若保持压强不变,通入He,平衡向正反应方向移动,则x、y、z的关系为　　　　　　　。
(4)若x+y=z,缩小体积,增大压强,则平衡　　　移动。
【答案】(1)正反应　(2)不　(3)x+y归纳总结：
(1)压强对平衡移动的影响:只适用于有气体参与的反应。对于只涉及固体或液体的反应,压强的影响不予考虑。
(2)压强是否能使化学平衡发生移动,要看压强改变是否使气体浓度发生改变,从而使v'正≠v'逆。
(3)充入“惰性”气体对化学平衡的影响
①恒容时,通入“惰性”气体,压强增大,平衡不移动;恒压时,通入“惰性”气体,体积增大,平衡向气体体积增大的方向移动。
②对于反应前后气体体积相等的反应[如H2(g)+I2(g)2HI(g)],当向平衡体系中充入“惰性”气体时,平衡不移动。
训练3　一定温度下的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡。缩小容器容积,对反应产生影响的叙述不正确的是(　　)
A.使平衡常数K增大
B.使平衡向正反应方向移动
C.使SO3的浓度增大
D.使正反应速率大于逆反应速率
【答案】A
训练4　一定条件下,某可逆反应在密闭容器中建立化学平衡,在t1时刻改变某一个条件,建立新的平衡,其v-t图像如下:
A B
C D
(1)对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),t1时刻缩小容器体积,其图像为　　　　(填字母),平衡　　　　　　(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。
(2)对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g),t1时刻增大容器体积,其图像为　　　　(填字母),平衡　　　　　　(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。
(3)对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),t1时刻缩小容器体积,其图像为　　　　(填字母),平衡　　　　　　　(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。
【答案】(1)D　向正反应方向　(2)C　向正反应方向　(3)A　不
课堂小结
【随堂检测】
1.在一密闭容器中发生反应2A(g)+2B(g)C(s)+3D(g)
ΔH<0,达到平衡时采取下列措施,可以使正反应速率v正增大、D的物质的量浓度c(D)也增大的是(　　)
A.移走少量C
B.扩大容积,减小压强
C.缩小容积,增大压强
D.体积不变,充入惰性气体
【解析】A项,C为固体,改变其量,对反应速率无影响,错误;B项,扩大容积,v正减小,c(D)也减小,错误;C项,缩小容积,浓度增大,速率也增大,平衡右移,c(D)也增大,正确;D项,体积不变,充入惰性气体,反应物浓度不变,速率不变,平衡不移动,错误。
【答案】C
2.在一定温度下,CO与H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。平衡后将容器的容积压缩到原来的一半,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是(　　)
A.c(H2)减小
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.反应物的转化率增大
D.重新平衡增大
【答案】C
3.K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2(橙色)+H2O(黄色)+2H+。用K2Cr2O7溶液进行下列实验。下列说法错误的是(　　)
A.①中Cr2和浓度相等说明反应达平衡
B.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
C.②中Cr2被C2H5OH还原为Cr3+
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量,溶液变为绿色
【答案】A
4.利用平衡常数可判断反应进行的方向。
(1)CH4可用于制备氢气:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)　ΔH=+165.0 kJ·mo1-1。830℃时,该反应的平衡常数K=1.2,该温度下,测得密闭容器中各物质的浓度为c(CH4)=2.0 mol·L-1、c(H2O)=4.0 mol·L-1、c(CO2)=2.0 mol·L-1、c(H2)=2.0 mol·L-1,则此时v正　　　　(填“>”、“<”或“=”)v逆。
(2)已知2500K时,CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g)
ΔH=-33.5 kJ·mo1-1的平衡常数为0.40。某时刻该反应体系中各物质浓度满足:c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O),则此时反应　　　　　　(填“向左”或“向右”)进行。
【解析】(1)该时刻Qc==1<1.2,所以正反应速率大于逆反应速率。(2)某时刻该反应体系中各物质浓度满足:c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O),则Qc==1>K=0.40,则反应向左进行。
【答案】(1)>　(2)向左
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