2.3.3 温度变化对化学平衡的影响 课件(共18张PPT)

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选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第三单元 化学平衡的移动
3 温度变化对化学平衡的影响
将CoCl2溶于浓盐酸中能形成[CoCl4 ] 2－，溶液中存在如下平衡：
基础实验
探究温度对化学平衡移动的影响
取一支试管，向其中加入少量氯化钴晶体（CoCl2·6H2O），再逐滴加入浓盐酸至晶体完全溶解，然后滴加水至溶液呈紫色为止。将所得溶液分装于三支试管中，并分别置于热水、冰水和室温条件下，观察实验现象，把观察到的现象填入表2-13。
试根据实验事实说明：升高温度，平衡向吸热反应方向移动还是向放热反应方向移动？
大量实验研究表明，在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
通过分析浓度、压强、温度三大因素对化学平衡移动的影响，综合得出如下结论：
增大（减小）反应物浓度或减小（增大）生成物浓度，平衡向正（逆）反应方向移动；
通过改变容器体积，增大（减小）体系压强，平衡向气态物质减少（增多）的方向移动；
升高（降低）体系温度，平衡向吸（放）热反应方向移动。
可见，改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。这就是著名的“勒夏特列原理”，也称为化学平衡移动原理。
勒夏特列与化学平衡移动原理
科学史话
勒夏特列是一位法国化学教授，曾担任过矿业工程师。当时，如何使炼铁高炉中的一氧化碳尽可能反应完，一直是炼铁工程师心中的未解之谜。对高炉气的分析表明，逸出气体中还存在一定量的一氧化碳。有人试图将炉子加高使反应完全，结果无济于事。
勒夏特列提出炼铁反应是一个可逆反应，必须研究其平衡的条件。在他深入研究温度对化学平衡的影响时，同时代的化学家范霍夫发现，温度升高时化学平衡向使体系温度降低的方向移动。1884年，勒夏特列根据大量事实和已有研究基础，提出了“化学平衡移动原理”，成功地解释了高炉炼铁反应和其他的一些气相反应不完全的原因。1888年，勒夏特列又用简洁的语言阐明了这一原理：“每一种影响平衡因素的变化，都会使平衡向减弱这种影响的方向移动。”为纪念勒夏特列的贡献，后人将化学平衡移动原理命名为“勒夏特列原理”。
勒夏特列还是研究合成氨反应的先驱。1900年，勒夏特列运用化学平衡移动原理推算，以氮气、氢气为原料在高压下可以生成氨。可惜的是，因原料气中混有少量空气，导致实验中发生爆炸，在未查明事故原因前他就放弃该项研究，错失了更伟大的科学发现。
化学平衡移动原理的提出，为化学反应获得较高产量提供了重要的理论基础，在化工生产中得到了广泛的应用。例如，在合成氨工业中，人们就充分应用化学平衡移动原理来选择和优化反应条件，改进工艺和装置，提高氨的产率。
选择决策
1909年，德国化学家哈伯在一定条件下将N2和H2直接化合成氨：
这是一个放热反应。当产生少量氨气后，反应就达到了平衡状态。哈伯和他的合作者们希望通过影响化学平衡移动来增加平衡时氨的产量，综合考虑各种因素，最终研制出一套切实可行的方案，也称为合成氨工艺或哈伯工艺（图2-23）。
后来，化学工作者在实际生产中尝试通过各种措施来努力提高合成氨的生产效率。请你利用有关知识分析、论证这些措施是否可行，并说明理由。
1.在反应器中注入过量的N2。
2.采用适当的催化剂。
3.在高压下进行反应。
4.在较高温度下进行反应。
5.不断将氨液化，并移去液氨。
在实际生产过程中，工艺条件的选择往往会受到反应原料、反应温度和压强、反应速率、反应限度、催化剂选择、装置设备、产物分离、环境保护等诸多因素的制约。在不同的化工生产中，对这些因素的要求往往是各异的，并非与化学平衡移动原理所预测的结果一致。此时，必须针对不同的生产实际进行具体分析，综合考虑各种因素的影响，比较、权衡后设计最优的工艺方案。
化学平衡原理的广泛适用性
学科提炼
在对化学反应的研究中发现，化学平衡是一个涵盖面很广的概念，无论何种类型的化学反应，无论在气相、液相或固相中发生的化学反应，只要达到化学平衡，均可应用化学平衡概念、化学平衡移动原理去解释有关的化学反应现象。如后续即将讨论的在溶液中发生的电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等。
衡量上述平衡可用不同的平衡常数来表达，如水的离子积常数Kw、弱酸的电离常数Ka、难溶电解质的沉淀溶解平衡常数Ksp等。但它们的本质与化学平衡常数K一样，仅随温度的变化而改变，都可以用来表示上述过程的限度，K越大，正向进行的程度也越大。有关化学平衡和平衡转化率计算的规则，在不同的平衡中均可适用。
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