2.3 第2课时 温度变化对化学平衡的影响 化学平衡移动原理 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2课时　温度变化对化学平衡的影响　化学平衡移动原理
【学习目标】
1.通过实验探究,了解温度的改变对化学平衡移动的影响,并能正确判断化学平衡移动的方向。
2.了解催化剂影响化学反应速率的实质,并进一步探讨外界条件对化学平衡的影响,从而了解催化剂在化工生产中的应用。
3.根据外界条件对化学平衡的影响,归纳勒夏特列原理。
【合作探究】
任务1　探究温度对化学平衡移动的影响
【新知生成】
1.温度变化对化学平衡的影响
(1)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。
(2)当其他条件不变时:
升高温度,平衡向　　　　　　方向移动;
降低温度,平衡向　　　　　　方向移动。
2.催化剂对化学平衡的影响
当其他条件不变时,催化剂能够　　　　　　地改变正、逆反应速率,因此它对化学平衡移动无影响,即不能改变平衡混合物的组成,但可缩短达到化学平衡所需的时间。
【答案】1.吸热反应　放热反应　2.同等程度
【活动探究】
1.实验探究温度对化学平衡移动的影响
按表中实验步骤完成实验,观察实验现象,填写下表:
实验 原理 [Co(H2O](aq)+4Cl-(aq)[CoC](aq)+6H2O(l)　ΔH>0 (粉红色) (蓝色)
实验步骤
实验现象 溶液变为　　色 溶液不变色 溶液变为　　色
结论 (平衡移动的方向) 升高温度,平衡向　　　方向(　　热方向)移动,降低温度,平衡向　　　方向(　　热方向)移动
　　【答案】蓝　粉红　正反应　吸　逆反应　放
2.用v-t图像分析温度对化学平衡的影响
已知反应:mA(g)+nB(g)pC(g)　ΔH<0,当反应达平衡后,若温度改变,其反应速率的变化曲线分别如下图所示。
①　　　②
(1)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　　　　移动。
(2)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　　　　移动。
【答案】(1)>　逆向　(2)>　正向
3.用v-t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　　　　移动。
【答案】=　不
【核心突破】
典例1　可逆反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1,在平衡移动时的颜色变化可以用来指示放热过程和吸热过程,某同学的部分实验报告如表所示。下列说法不正确的是(　　)
1.向左侧烧杯中加入NH4NO3晶体,甲瓶的红棕色变浅。 2.向右侧烧杯中加入CaO固体,乙瓶的红棕色变深
A.甲瓶的红棕色变浅,说明平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反应方向移动
B.可根据现象判断NH4NO3晶体溶于水吸热,CaO固体溶于水放热
C.甲瓶中反应的化学平衡常数(K)增大
D.乙瓶中由于反应的化学平衡常数(K)改变,使Qc【解析】甲瓶的红棕色变浅,说明NO2浓度降低,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反应方向移动,A项正确;由平衡移动可知,NH4NO3晶体溶于水吸热,CaO固体溶于水放热,B项正确;甲瓶平衡正向移动,则反应的化学平衡常数增大,C项正确;乙平衡逆向移动,则Qc>K,D项错误。
【答案】D
归纳总结：用速率分析化学平衡移动的一般思路
训练1　将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器中,恒温下发生反应:H2(g)+Br2(g)2HBr(g)　ΔH<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是(　　)
A.a>b　 B.a=b C.a【解析】该反应为放热反应,绝热下进行反应,温度升高,平衡逆向移动,所以绝热平衡时转化率低于恒温平衡时转化率,即a>b。
【答案】A
训练2　密闭的烧瓶里盛放气体A,在25 ℃时建立平衡:2A(g)B(g)　ΔH<0,把烧瓶置于100 ℃的沸水中,在建立新平衡的过程中,烧瓶内混合气体的物理量始终不变的是(　　)
A.平均相对分子质量
B.密度
C.容器内的压强
D.物质的量
【解析】A项,若反应未达到平衡,则气体的物质的量就会发生变化,由于总质量不变,则气体的平均摩尔质量会发生变化,所以平均相对分子质量也会发生变化,错误;B项,由于该反应混合物都是气体,在任何时刻气体的质量不变,且烧瓶的容积不变,则根据气体的密度计算公式ρ=可知,气体的密度始终不变,正确;C项,若反应未达到平衡,则气体的物质的量会发生变化,容器内的压强也会发生变化,错误;D项,由于该反应是反应前后气体体积不等的反应,若反应未达到平衡,则气体的物质的量就会发生变化,错误。
【答案】B
任务2　勒夏特列原理及其应用
【新知生成】
1.勒夏特列原理
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。
2.注意事项
(1)研究对象一定是处于平衡状态的　　　　　　　　　　。
(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的　　　　个条件”时的平衡移动方向。
(3)平衡移动的结果只能是“　　　　”外界条件的改变,但不能完全“　　　　”这种改变。
【答案】1.减弱　2.(1)可逆反应　(2)一　(3)减弱 消除
【核心突破】
典例2　下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是(　　)
A.开启啤酒瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系,压缩容器体积后颜色加深
C.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气
D.工业上生产硫酸的过程中使用适当过量的空气以提高二氧化硫的利用率
【解析】由H2、I2(g)、HI气体组成的平衡,压缩容器体积后,各组分的浓度都变大,颜色加深,但平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释。
【答案】B
典例3　CH4-CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2),有利于减缓温室效应,其主要反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1,同时存在以下反应:积碳反应　CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH=+75kJ·mol-1,消碳反应　CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH=+172 kJ·mol-1,积碳会影响催化剂的活性,一定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.高压利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳
B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳
C.升高温度,积碳反应的化学平衡常数K减小,消碳反应的K增大
D.温度高于600℃,积碳反应的化学反应速率减慢,消碳反应的化学反应速率加快,积碳量减少
【解析】反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)C(s)+2H2(g),正反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,可减少积碳,但CH4的平衡转化率降低,A项错误;假设CH4的物质的量不变,增大CO2的物质的量,CO2与CH4的物质的量之比增大,对于反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)平衡正向移动,CH4的浓度减小,对于积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g),由于甲烷浓度减小,平衡逆向移动,碳含量减少;增大CO2的物质的量,对于消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g),平衡正向移动,碳含量也减少,综上分析,增大CO2与CH4的物质的量之比,有助于减少积碳,B项正确;平衡常数只与温度有关,积碳反应和消碳反应都是吸热反应,升高温度,平衡向吸热的方向移动,即正向移动,两个反应的平衡常数K都增大,C项错误;根据图像,温度高于600℃,积碳量减少,但温度升高,体系中反应速率都加快,D项错误。
【答案】B
归纳总结：(1)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。
(2)解答化学平衡移动类题的思维过程
(3)反应物转化率小结
①对两种或两种以上的反应物,增大一种反应物浓度,平衡向正反应方向移动,增加的反应物本身的转化率降低,其他反应物的转化率增大。
②温度、压强引起的平衡向正反应方向移动,反应物的转化率均增大。
③对于分解的可逆反应(恒温、恒容)aA(g)bB(g)+cC(g),A分解建立平衡后,增大A的浓度,平衡正向移动。当a=b+c时,α(A)不变,φ(A)不变;当a>b+c时,α(A)增大,φ(A)减小;当a训练3　下列说法正确的是(　　)
A.光照时,氯水颜色变浅,可用勒夏特列原理解释
B.对2HBr(g)H2(g)+Br2(g),压强增大,体系气体颜色加深,可用勒夏特列原理解释
C.向酸性KMnO4溶液中通入少量SO2气体,溶液颜色变浅,利用了勒夏特列原理
D.工业生产中,为提高生产效率,常使用高效催化剂和过量便宜原料,这些措施都可用勒夏特列原理解释
【答案】A
训练4　已知可逆反应aA+bBcC中,5分钟时分别测得在不同温度下物质的含量A%和C%,绘制变化曲线如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡
B.该反应在T2温度时达到过化学平衡
C.该反应的逆反应是放热反应
D.升高温度,平衡会向正反应方向移动
【解析】T2℃之前,A%变小,C%从0逐渐增大,而T2℃之后A%变大,C%变小,说明T2℃之前该反应未达到平衡状态,而T2℃时为化学平衡状态,T2℃ 之后温度升高使平衡向左移动,所以逆反应是吸热反应,正反应为放热反应。
【答案】B
课堂小结
【随堂检测】
1.合成氨工业中,原料气中的杂质CO在进入合成塔之前需经过铜氨溶液处理,其反应为Cu(NH3+CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+　ΔH<0,吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生,再生的适宜条件是(　　)
A.高温、低压 B.高温、高压 C.低温、低压 D.低温、高压
【解析】醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生,说明平衡逆向移动。A项,高温、低压,平衡逆向移动,正确;B项,高温,平衡逆向移动,高压,平衡正向移动,错误;C项,低温,平衡正向移动,低压,平衡逆向移动,错误;D项,低温、高压,平衡正向移动,错误。
【答案】A
2.将1 mol N2和3 mol H2充入某固定体积的密闭容器中,在一定条件下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0并达到平衡,改变条件,下列关于平衡移动说法正确的是(　　)
选项 改变条件 平衡移动方向
A 使用适当催化剂 平衡向正反应方向移动
B 升高温度 平衡向逆反应方向移动
C 再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2 平衡不移动
D 向容器中充入氦气 平衡向正反应方向移动
　　【答案】B
3.一定温度下,可逆反应:aX(g)+bY(g)cZ(g)在一密闭容器内达到平衡后,t0时刻改变某一外界条件,化学反应速率(v)随时间(t)的变化如图所示。则下列说法正确的是(　　)
A.若a+b=c,则t0时刻只能是增大了容器的压强
B.若a+b=c,则t0时刻只能是加入了催化剂
C.若a+b≠c,则t0时刻只能是增大了容器的压强
D.若a+b≠c,则t0时刻只能是加入了催化剂
【答案】D
4.某温度下,在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条件对反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示:
A　　　　B
C　　　　D
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是　　　　(填字母),平衡　　　　移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移动。
【答案】(1)C　不　(2)A　逆反应　(3)D　逆反应　(4)B
正反应
2