人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第3课时 影响化学平衡的因素 教案1
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| 名称 | 人教版 A版（2019） 高中化学选择性必修一 第二章 化学反应速率与化学平衡 第二节 化学平衡 第3课时 影响化学平衡的因素 教案1 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 878.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-06-13 14:19:59 | ||
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文档简介
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第二节 化学平衡
第3课时 影响化学平衡的因素
教学目标
1.了解化学平衡移动的含义。
2.理解温度、浓度、压强等对化学平衡的影响,并能判断平衡移动的方向。
3.理解勒夏特列原理,能依据原理分析平衡移动的方向。
评价目标
1.通过实验探究过程的学习,检验学生对外界条件影响平衡移动的认识。
2.通过课堂评价反馈的训练,检测学生对平衡移动原理及判断的掌握情况。
重点、难点
重点:从定性和定量两个角度判断化学平衡移动的方向。
难点:反应条件对化学平衡的影响;对勒夏特列原理的理解。
教法、学法
实验探究法。
课时安排
1课时。
教学准备
多媒体课件、FeCl3溶液、KSCN溶液、Fe粉、NO2和N2O4的混合气体、注射器、烧瓶、烧杯、铁架台、酒精灯等。
【导入新课】
【引入】化学平衡状态的特点有哪些
【设疑】“逆、等、动、定、变”,哪些条件能引起平衡状态的改变呢
【讲授新课】
【实验探究】一、浓度对化学平衡的影响
【实验2-1】向盛有5 mL 0.005 mol·L-1 FeCl3溶液的试管中加入5 mL 0.015 mol·L-1 KSCN溶液,溶液呈红色。将上述溶液平均分装在a、b、c三支试管中,进行下列实验,观察现象并分析。
实验 向试管b中加入少量铁粉 向试管c中滴加4滴1 mol·L-1KSCN溶液
现象
解释 b试管加入Fe粉后,发生反应 ,Fe3+的浓度 ,Fe(SCN)3的浓度 ,颜色 ;c试管中滴加KSCN溶液后,SCN-的浓度 ,Fe(SCN)3浓度 ,颜色 。
现象:b试管红色变浅,c试管红色加深。
解释:b试管加入Fe粉后,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,Fe3+的浓度减小,Fe(SCN)3的浓度减小,颜色变浅;c试管中滴加KSCN溶液后,SCN-的浓度增大,Fe(SCN)3浓度增大,颜色加深。
【思考与讨论】
(1)上述实验中,化学平衡状态是否发生了变化 你是如何判断的
(2)反应物或生成物浓度的改变是怎样影响化学平衡状态的
(3)在一定温度下,当可逆反应达到平衡时,若浓度商增大或减小,化学平衡状态是否会发生变化 如何变化
【讲解】
(1)在【实验2-1】中,向试管b和试管c中分别加入少量铁粉和1 mol·L-1 KSCN溶液后,化学平衡状态均发生了变化。可以通过观察颜色的变化来判断化学平衡状态的变化情况。例如,向试管b中加入少量铁粉,溶液红色变浅,说明平衡向逆反应方向移动;向试管c中加入KSCN溶液后溶液红色加深,说明平衡向正反应方向移动。
(2)在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动;增大生成物的浓度,平衡向逆反应方向移动,减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动。
(3)在一定温度下,当可逆反应达到平衡时,若浓度商改变,化学平衡状态会发生变化。如果浓度商增大,即Q>K,平衡向逆反应方向移动;如果浓度商减小,即Q【总结】浓度改变会使化学平衡发生移动。
化学平衡的移动:
1.含义:在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直到达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
2.实质:改变条件后,v正≠v逆,各组分的百分含量发生改变。
3.过程分析
v正 >v逆v正=v逆v正≠v逆v'正=v'逆
4.方向判断
(1)根据反应速率判断
条件改变
(2)根据化学平衡常数判断
条件改变
【过渡】平衡移动的根本原因是正、逆反应速率不相等,那除了浓度,还有其他条件会使化学反应速率发生改变吗
【实验探究】二、压强对化学平衡的影响
压强对化学平衡的影响
【实验2-2】用50 mL注射器吸入20 mL NO2和N2O4的混合气体(使注射器的活塞位于Ⅰ处),将细管端用橡胶塞封闭。反复将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处再从Ⅱ处推到Ⅰ处,观察管内混合气体颜色的变化并分析。
现象:活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处颜色先变浅又逐渐加深,从Ⅱ处推到Ⅰ处颜色先加深又逐渐变浅。
解释:活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处气体体积增大,压强减小,生成更多NO2;从Ⅱ处推到Ⅰ处气体体积减小,压强增大,生成更多N2O4。
【思考与讨论】
(1)有气体参加的反应可能出现反应后气体体积增大、减小或不变三种情况。请根据这三种情况进行分析,体系压强增大会使化学平衡状态发生怎样的变化
(2)对于只有固体或液体参加的反应,体系压强改变会使化学平衡状态发生变化吗
【总结】对于有气体参加的可逆反应,当达到平衡时,在其他条件不变的情况下,增大压强(减小容器的容积)会使化学平衡向气体体积缩小的方向移动;减小压强(增大容器的容积),会使平衡向气体体积增大的方向移动。反应后气体的总体积没有变化的可逆反应,增大或减小压强平衡都不发生移动。
【实验探究】三、温度对化学平衡的影响
【实验2-3】把NO2和N2O4的混合气体通入两只连通的烧瓶,然后用弹簧夹夹住乳胶管,进行下列实验,观察现象并分析。
装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶(a),
分别浸泡在热水(左)和冰水(右)中(b)
现象:热水中气体红棕色加深;冷水中气体红棕色变浅。
解释:浸泡在热水中,温度升高,NO2的浓度增大,颜色加深;浸泡在冰水中,温度降低,N2O4的浓度增大,颜色变浅。
结论:在其他条件不变的情况下,升高温度,会使化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,会使化学平衡向放热反应方向移动。
【设疑】催化剂可以改变化学反应速率,能不能使化学平衡发生移动呢
【解释】化学平衡移动的原因是正、逆反应速率不相等,催化剂是同等程度的改变正反应速率和逆反应速率,故使用催化剂不会导致化学平衡发生移动。
【总结】
勒夏特列原理:
1.内容: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),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,也称化学平衡移动原理。
2.注意事项
(1)适用范围:只适用于已经达到平衡状态的可逆反应,未达到平衡状态的体系不能用此原理来分析解释。
(2)适用对象:对所有动态平衡(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等)均适用。
(3)适用条件:只改变影响平衡的一个条件,如温度、浓度或压强等。
【讲解】平衡移动原理中的“减弱”具有双重含义:
a.从过程看,平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向,如增大反应物的浓度,平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的正反应方向移动;增大压强,平衡就向减弱这种改变即气体体积缩小、气体物质的量减小、压强减小的方向移动;升高温度平衡就向吸热反应方向移动。
b.从结果看,平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全消除外界条件的改变。如平衡体系的压强为p,若其他条件不变,将体系的压强增大到2p,平衡将向气态物质体积减小的方向移动,达到新平衡时体系的压强为p~2p之间。
【总结】对于化学平衡状态,若改变的条件影响化学反应速率且正、逆反应速率不再相等,化学平衡就会移动。平衡移动的方向由正、逆反应速率的相对大小决定,可通过勒夏特列原理判断。
1.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH<0达平衡后,若分别采取下列措施:①增大压强;②减小NO2的浓度;③增大O2的浓度;④升高温度;⑤加入催化剂,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.①②③ B.②③④ C.③④⑤ D.①②⑤
答案 A
解析 ①该反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即向正反应方向移动,正确:②减小NO2的浓度,平衡向NO2的浓度增大的方向移动,即向正反应方向移动,正确;③增大O2浓度,平衡向O2的浓度减小的方向移动,即向正反应方向移动,正确:④该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,错误;⑤加入催化剂,能缩短达到平衡的时间,但平衡不移动,错误。
2.已建立化学平衡的某可逆反应,当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时,下列叙述正确的是( )
①生成物的质量分数一定增加
②生成物的总量一定增加
③反应物的转化率一定增大
④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥一定使用催化剂
A.①②③ B.③④ C.②⑤ D.④⑥
答案 C
解析 ①总质量不变,向正反应方向移动,生成物的质量分数一定增大,若生成物的质量增大小于混合物的总质量增大,生成物的质量分数可能降低,故①错误;②平衡向正反应方向移动,生成物的物质的量一定增加,故②正确;③降低生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大,但增大某一反应的浓度,平衡向正反应方向移动,其他反应物的转化率增大,自身的转化率降低,故③错误;④如增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,达到平衡时,反应物的浓度比改变条件前大,故④错误;⑤平衡向正反应方向移动,正反应速率一定大于逆反应速率,故⑤正确;⑥加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,故⑥错误。综上所述②⑤正确。
3.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是( )
A.恒容通入“惰性气体” B.恒压时通入“惰性气体”
C.增加CO的浓度 D.加催化剂
答案 B
解析 化学反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,正反应是气体分子数增大的吸热反应,恒容通入“惰性气体”,反应混合物各组分的浓度不变,平衡不移动,COCl2的转化率不变,A错误;恒压通入“惰性气体”,容积增大,压强减小,平衡向气体分子数增大的方向移动,COCl2的转化率增大,B正确;增加CO的浓度,平衡向逆反应方向移动,COCl2的转化率减小,C错误;加催化剂,改变速率,但不改变平衡,COCl2转化率不变,D错误。
(1)浓度:增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;反之向逆反应方向移动。
(2)压强
(3)温度:升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。
化学平衡移动原理在化学工农业和环境保护等领域有十分重要的应用,根据化学平衡移动原理可以更科学、更有效地调控和利用化学反应。汽车为出行提供方便的同时,也带来空气污染,结合研究与实践活动进行调查分析,并与同学讨论。
化学平衡移动是条件改变对平衡状态的影响,勒夏特列原理是判断平衡移动方向的常用方法。理论性强比较抽象不好理解,其本质问题是正、逆反应速率变化。本节课通过三个实验先让学生形成感性认识,然后透过现象看本质,探析产生现象的原因,从而理解化学平衡移动的原因和方向。在课堂教学中,在教学方法上要充分调动学生利用已有的知识来学习新的内容,可采用实验、讲授与讨论相结合的方法进行,在该过程中要注意对学生的启发和引导。
第二节 化学平衡
第3课时 影响化学平衡的因素
1.化学平衡移动
原因:v正≠v逆
方向
2.影响化学平衡移动的因素——浓度、压强、温度
3.勒夏特列原理:向减弱这种改变的方向移动。
影响化学平衡的外界因素(只改变一个条件)
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正突增后渐减,v逆渐增,且v'正>v'逆 正向移动
减小反应物的浓度 v正突减后渐增,v逆渐减,且v'逆>v'正 逆向移动
增大生成物的浓度 v正渐增,v逆突增后逐渐减小,且v'逆>v'正 逆向移动
减小生成物的浓度 v正渐减,v逆突减后渐增,且v'正>v'逆 正向移动
正反应方向为气体物质的量增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v'逆>v'正 逆向移动
减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v'正>v'逆 正向移动
任意平衡 正催化剂 v正、v逆同等程度增大 平衡不移动
负催化剂 v正、v逆同等程度减小
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
反应前后气体物质的量不变的反应 增大压强 v正、v逆同等程度增大 平衡不移动
减小压强 v正、v逆同等程度减小
1.一定条件下:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 该反应是气体分子数减小的放热反应,故适合选择高温、低压的条件,D项符合题意。
2.CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1 H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
ΔH=41.2 kJ·mol-1 。在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
解析 A项,因第一个反应是气体分子数增大的反应,增大压强使平衡逆向移动,不利于提高CH4的平衡转化率,错误;B项,结合两个热化学方程式可以看出两个反应均消耗CO2,所以同温度下CO2的平衡转化率大于CH4的,故曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化曲线,正确;C项,改用高效催化剂,不能影响平衡移动,平衡转化率不改变,错误;D项,图中X点除改变温度外,可向体系中充入CO2气体,会提高CH4的平衡转化率至Y点,正确。
3.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
解析 该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,A不符合题意;该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,升高反应温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B不符合题意;分离出部分氢气,减少了生成物浓度,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C不符合题意;等容下通入惰性气体,体系的总压强增大,物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D符合题意;故合理选项是D。
4.已知反应式:mX(g)+nY( )pQ(s)+2mZ(g),已知反应已达平衡,此时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,c(X)=0.5 mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.反应向逆方向移动 B.Y可能是固体或液体
C.化学计量数:n>m D.Z的体积分数减小
答案 C
解析 已知反应达平衡时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,如果化学平衡不移动,c(X)=0.6 mol·L-1,但实际再次达到平衡时c(X)=0.5 mol·L-1,说明加压后化学平衡正向移动,A项错误;结合题意可知正反应是气体总体积减少的反应,如果Y为固体或液体,则必须满足m>2m,显然不可能成立,所以Y只能是气体,B项错误;由分析可知,Y是气体,要满足m+n>2m,则n>m,C项正确;根据分析知,化学平衡向右移动,Z的体积分数是增大的,D项错误;答案选C。
5.室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr 的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
答案 D
解析 加入NaOH能与HBr反应,平衡左移,可增大乙醇的物质的量,A项正确;增大反应物HBr的浓度,平衡右移,有利于生成C2H5Br,B项正确;由于两种反应物的起始量相等,且反应中两种物质的化学计量数之比为1∶1,则两种反应物平衡转化率之比不变,C项正确;由于C2H5Br的沸点为38.4 ℃,若起始温度提高至60 ℃,则会造成C2H5Br的挥发,因此反应达到平衡的时间会延长,D项错误。
6.已知X(g)+3Y(g)2W(g)+M(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。一定温度下,在体积恒定的密闭容器中,加入1 mol X(g)与1 mol Y(g),下列说法正确的是 ( )
A.充分反应后,放出热量为a kJ
B.当反应达到平衡状态时,X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C.当X的物质的量分数不再改变,表明该反应已达平衡
D.若增大Y的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小
答案 C
解析 A项,该反应为可逆反应,不会完全进行,投入原料并未完全反应,故放出的热量小于a kJ,不正确;B项,X和W分别为反应物和生成物,化学计量数只表示反应过程的转化比例,并不能说明达到平衡后的浓度之比,不正确;C项,当X的物质的量分数不再变化时,反应达到平衡,正确;D项,若增大反应物浓度,正、逆反应速率均会增大,不正确。答案选C。
7.已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是( )
温度/K 压强/(×105Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
答案 B
解析 A项,由表格数据及勒夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低温度,平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,正确;B项,由于在不同温度、压强下,化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等,错误;C项,催化剂对化学平衡移动无影响,但可以缩短到达平衡所花的时间,正确;D项,由图中数据可知,不同温度下,1.01×105 Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%,97.5%,93.5%,已经相当高了,且加压后转化率升高并不明显,所以没有必要通过加压提高转化率,正确。答案选B。
教学分析
教学设计
评价反馈
课堂小结
布置作业
教学反思
板书设计
备课资源
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第二节 化学平衡
第3课时 影响化学平衡的因素
教学目标
1.了解化学平衡移动的含义。
2.理解温度、浓度、压强等对化学平衡的影响,并能判断平衡移动的方向。
3.理解勒夏特列原理,能依据原理分析平衡移动的方向。
评价目标
1.通过实验探究过程的学习,检验学生对外界条件影响平衡移动的认识。
2.通过课堂评价反馈的训练,检测学生对平衡移动原理及判断的掌握情况。
重点、难点
重点:从定性和定量两个角度判断化学平衡移动的方向。
难点:反应条件对化学平衡的影响;对勒夏特列原理的理解。
教法、学法
实验探究法。
课时安排
1课时。
教学准备
多媒体课件、FeCl3溶液、KSCN溶液、Fe粉、NO2和N2O4的混合气体、注射器、烧瓶、烧杯、铁架台、酒精灯等。
【导入新课】
【引入】化学平衡状态的特点有哪些
【设疑】“逆、等、动、定、变”,哪些条件能引起平衡状态的改变呢
【讲授新课】
【实验探究】一、浓度对化学平衡的影响
【实验2-1】向盛有5 mL 0.005 mol·L-1 FeCl3溶液的试管中加入5 mL 0.015 mol·L-1 KSCN溶液,溶液呈红色。将上述溶液平均分装在a、b、c三支试管中,进行下列实验,观察现象并分析。
实验 向试管b中加入少量铁粉 向试管c中滴加4滴1 mol·L-1KSCN溶液
现象
解释 b试管加入Fe粉后,发生反应 ,Fe3+的浓度 ,Fe(SCN)3的浓度 ,颜色 ;c试管中滴加KSCN溶液后,SCN-的浓度 ,Fe(SCN)3浓度 ,颜色 。
现象:b试管红色变浅,c试管红色加深。
解释:b试管加入Fe粉后,发生反应Fe+2Fe3+3Fe2+,Fe3+的浓度减小,Fe(SCN)3的浓度减小,颜色变浅;c试管中滴加KSCN溶液后,SCN-的浓度增大,Fe(SCN)3浓度增大,颜色加深。
【思考与讨论】
(1)上述实验中,化学平衡状态是否发生了变化 你是如何判断的
(2)反应物或生成物浓度的改变是怎样影响化学平衡状态的
(3)在一定温度下,当可逆反应达到平衡时,若浓度商增大或减小,化学平衡状态是否会发生变化 如何变化
【讲解】
(1)在【实验2-1】中,向试管b和试管c中分别加入少量铁粉和1 mol·L-1 KSCN溶液后,化学平衡状态均发生了变化。可以通过观察颜色的变化来判断化学平衡状态的变化情况。例如,向试管b中加入少量铁粉,溶液红色变浅,说明平衡向逆反应方向移动;向试管c中加入KSCN溶液后溶液红色加深,说明平衡向正反应方向移动。
(2)在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动;增大生成物的浓度,平衡向逆反应方向移动,减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动。
(3)在一定温度下,当可逆反应达到平衡时,若浓度商改变,化学平衡状态会发生变化。如果浓度商增大,即Q>K,平衡向逆反应方向移动;如果浓度商减小,即Q
化学平衡的移动:
1.含义:在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直到达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
2.实质:改变条件后,v正≠v逆,各组分的百分含量发生改变。
3.过程分析
v正 >v逆v正=v逆v正≠v逆v'正=v'逆
4.方向判断
(1)根据反应速率判断
条件改变
(2)根据化学平衡常数判断
条件改变
【过渡】平衡移动的根本原因是正、逆反应速率不相等,那除了浓度,还有其他条件会使化学反应速率发生改变吗
【实验探究】二、压强对化学平衡的影响
压强对化学平衡的影响
【实验2-2】用50 mL注射器吸入20 mL NO2和N2O4的混合气体(使注射器的活塞位于Ⅰ处),将细管端用橡胶塞封闭。反复将活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处再从Ⅱ处推到Ⅰ处,观察管内混合气体颜色的变化并分析。
现象:活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处颜色先变浅又逐渐加深,从Ⅱ处推到Ⅰ处颜色先加深又逐渐变浅。
解释:活塞从Ⅰ处拉到Ⅱ处气体体积增大,压强减小,生成更多NO2;从Ⅱ处推到Ⅰ处气体体积减小,压强增大,生成更多N2O4。
【思考与讨论】
(1)有气体参加的反应可能出现反应后气体体积增大、减小或不变三种情况。请根据这三种情况进行分析,体系压强增大会使化学平衡状态发生怎样的变化
(2)对于只有固体或液体参加的反应,体系压强改变会使化学平衡状态发生变化吗
【总结】对于有气体参加的可逆反应,当达到平衡时,在其他条件不变的情况下,增大压强(减小容器的容积)会使化学平衡向气体体积缩小的方向移动;减小压强(增大容器的容积),会使平衡向气体体积增大的方向移动。反应后气体的总体积没有变化的可逆反应,增大或减小压强平衡都不发生移动。
【实验探究】三、温度对化学平衡的影响
【实验2-3】把NO2和N2O4的混合气体通入两只连通的烧瓶,然后用弹簧夹夹住乳胶管,进行下列实验,观察现象并分析。
装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶(a),
分别浸泡在热水(左)和冰水(右)中(b)
现象:热水中气体红棕色加深;冷水中气体红棕色变浅。
解释:浸泡在热水中,温度升高,NO2的浓度增大,颜色加深;浸泡在冰水中,温度降低,N2O4的浓度增大,颜色变浅。
结论:在其他条件不变的情况下,升高温度,会使化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,会使化学平衡向放热反应方向移动。
【设疑】催化剂可以改变化学反应速率,能不能使化学平衡发生移动呢
【解释】化学平衡移动的原因是正、逆反应速率不相等,催化剂是同等程度的改变正反应速率和逆反应速率,故使用催化剂不会导致化学平衡发生移动。
【总结】
勒夏特列原理:
1.内容: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),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,也称化学平衡移动原理。
2.注意事项
(1)适用范围:只适用于已经达到平衡状态的可逆反应,未达到平衡状态的体系不能用此原理来分析解释。
(2)适用对象:对所有动态平衡(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等)均适用。
(3)适用条件:只改变影响平衡的一个条件,如温度、浓度或压强等。
【讲解】平衡移动原理中的“减弱”具有双重含义:
a.从过程看,平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向,如增大反应物的浓度,平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的正反应方向移动;增大压强,平衡就向减弱这种改变即气体体积缩小、气体物质的量减小、压强减小的方向移动;升高温度平衡就向吸热反应方向移动。
b.从结果看,平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全消除外界条件的改变。如平衡体系的压强为p,若其他条件不变,将体系的压强增大到2p,平衡将向气态物质体积减小的方向移动,达到新平衡时体系的压强为p~2p之间。
【总结】对于化学平衡状态,若改变的条件影响化学反应速率且正、逆反应速率不再相等,化学平衡就会移动。平衡移动的方向由正、逆反应速率的相对大小决定,可通过勒夏特列原理判断。
1.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH<0达平衡后,若分别采取下列措施:①增大压强;②减小NO2的浓度;③增大O2的浓度;④升高温度;⑤加入催化剂,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.①②③ B.②③④ C.③④⑤ D.①②⑤
答案 A
解析 ①该反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即向正反应方向移动,正确:②减小NO2的浓度,平衡向NO2的浓度增大的方向移动,即向正反应方向移动,正确;③增大O2浓度,平衡向O2的浓度减小的方向移动,即向正反应方向移动,正确:④该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即向逆反应方向移动,错误;⑤加入催化剂,能缩短达到平衡的时间,但平衡不移动,错误。
2.已建立化学平衡的某可逆反应,当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时,下列叙述正确的是( )
①生成物的质量分数一定增加
②生成物的总量一定增加
③反应物的转化率一定增大
④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥一定使用催化剂
A.①②③ B.③④ C.②⑤ D.④⑥
答案 C
解析 ①总质量不变,向正反应方向移动,生成物的质量分数一定增大,若生成物的质量增大小于混合物的总质量增大,生成物的质量分数可能降低,故①错误;②平衡向正反应方向移动,生成物的物质的量一定增加,故②正确;③降低生成物的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大,但增大某一反应的浓度,平衡向正反应方向移动,其他反应物的转化率增大,自身的转化率降低,故③错误;④如增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,达到平衡时,反应物的浓度比改变条件前大,故④错误;⑤平衡向正反应方向移动,正反应速率一定大于逆反应速率,故⑤正确;⑥加入催化剂,正、逆反应速率同等程度增大,平衡不移动,故⑥错误。综上所述②⑤正确。
3.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是( )
A.恒容通入“惰性气体” B.恒压时通入“惰性气体”
C.增加CO的浓度 D.加催化剂
答案 B
解析 化学反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,正反应是气体分子数增大的吸热反应,恒容通入“惰性气体”,反应混合物各组分的浓度不变,平衡不移动,COCl2的转化率不变,A错误;恒压通入“惰性气体”,容积增大,压强减小,平衡向气体分子数增大的方向移动,COCl2的转化率增大,B正确;增加CO的浓度,平衡向逆反应方向移动,COCl2的转化率减小,C错误;加催化剂,改变速率,但不改变平衡,COCl2转化率不变,D错误。
(1)浓度:增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;反之向逆反应方向移动。
(2)压强
(3)温度:升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动。
化学平衡移动原理在化学工农业和环境保护等领域有十分重要的应用,根据化学平衡移动原理可以更科学、更有效地调控和利用化学反应。汽车为出行提供方便的同时,也带来空气污染,结合研究与实践活动进行调查分析,并与同学讨论。
化学平衡移动是条件改变对平衡状态的影响,勒夏特列原理是判断平衡移动方向的常用方法。理论性强比较抽象不好理解,其本质问题是正、逆反应速率变化。本节课通过三个实验先让学生形成感性认识,然后透过现象看本质,探析产生现象的原因,从而理解化学平衡移动的原因和方向。在课堂教学中,在教学方法上要充分调动学生利用已有的知识来学习新的内容,可采用实验、讲授与讨论相结合的方法进行,在该过程中要注意对学生的启发和引导。
第二节 化学平衡
第3课时 影响化学平衡的因素
1.化学平衡移动
原因:v正≠v逆
方向
2.影响化学平衡移动的因素——浓度、压强、温度
3.勒夏特列原理:向减弱这种改变的方向移动。
影响化学平衡的外界因素(只改变一个条件)
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正突增后渐减,v逆渐增,且v'正>v'逆 正向移动
减小反应物的浓度 v正突减后渐增,v逆渐减,且v'逆>v'正 逆向移动
增大生成物的浓度 v正渐增,v逆突增后逐渐减小,且v'逆>v'正 逆向移动
减小生成物的浓度 v正渐减,v逆突减后渐增,且v'正>v'逆 正向移动
正反应方向为气体物质的量增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v'逆>v'正 逆向移动
减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v'正>v'逆 正向移动
任意平衡 正催化剂 v正、v逆同等程度增大 平衡不移动
负催化剂 v正、v逆同等程度减小
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
反应前后气体物质的量不变的反应 增大压强 v正、v逆同等程度增大 平衡不移动
减小压强 v正、v逆同等程度减小
1.一定条件下:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 该反应是气体分子数减小的放热反应,故适合选择高温、低压的条件,D项符合题意。
2.CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1 H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
ΔH=41.2 kJ·mol-1 。在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
解析 A项,因第一个反应是气体分子数增大的反应,增大压强使平衡逆向移动,不利于提高CH4的平衡转化率,错误;B项,结合两个热化学方程式可以看出两个反应均消耗CO2,所以同温度下CO2的平衡转化率大于CH4的,故曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化曲线,正确;C项,改用高效催化剂,不能影响平衡移动,平衡转化率不改变,错误;D项,图中X点除改变温度外,可向体系中充入CO2气体,会提高CH4的平衡转化率至Y点,正确。
3.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
解析 该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,A不符合题意;该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,升高反应温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B不符合题意;分离出部分氢气,减少了生成物浓度,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C不符合题意;等容下通入惰性气体,体系的总压强增大,物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D符合题意;故合理选项是D。
4.已知反应式:mX(g)+nY( )pQ(s)+2mZ(g),已知反应已达平衡,此时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,c(X)=0.5 mol·L-1,下列说法正确的是( )
A.反应向逆方向移动 B.Y可能是固体或液体
C.化学计量数:n>m D.Z的体积分数减小
答案 C
解析 已知反应达平衡时c(X)=0.3 mol·L-1,其他条件不变,若容器缩小到原来的,如果化学平衡不移动,c(X)=0.6 mol·L-1,但实际再次达到平衡时c(X)=0.5 mol·L-1,说明加压后化学平衡正向移动,A项错误;结合题意可知正反应是气体总体积减少的反应,如果Y为固体或液体,则必须满足m>2m,显然不可能成立,所以Y只能是气体,B项错误;由分析可知,Y是气体,要满足m+n>2m,则n>m,C项正确;根据分析知,化学平衡向右移动,Z的体积分数是增大的,D项错误;答案选C。
5.室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr 的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量
B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
答案 D
解析 加入NaOH能与HBr反应,平衡左移,可增大乙醇的物质的量,A项正确;增大反应物HBr的浓度,平衡右移,有利于生成C2H5Br,B项正确;由于两种反应物的起始量相等,且反应中两种物质的化学计量数之比为1∶1,则两种反应物平衡转化率之比不变,C项正确;由于C2H5Br的沸点为38.4 ℃,若起始温度提高至60 ℃,则会造成C2H5Br的挥发,因此反应达到平衡的时间会延长,D项错误。
6.已知X(g)+3Y(g)2W(g)+M(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。一定温度下,在体积恒定的密闭容器中,加入1 mol X(g)与1 mol Y(g),下列说法正确的是 ( )
A.充分反应后,放出热量为a kJ
B.当反应达到平衡状态时,X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C.当X的物质的量分数不再改变,表明该反应已达平衡
D.若增大Y的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小
答案 C
解析 A项,该反应为可逆反应,不会完全进行,投入原料并未完全反应,故放出的热量小于a kJ,不正确;B项,X和W分别为反应物和生成物,化学计量数只表示反应过程的转化比例,并不能说明达到平衡后的浓度之比,不正确;C项,当X的物质的量分数不再变化时,反应达到平衡,正确;D项,若增大反应物浓度,正、逆反应速率均会增大,不正确。答案选C。
7.已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是( )
温度/K 压强/(×105Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
答案 B
解析 A项,由表格数据及勒夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低温度,平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,正确;B项,由于在不同温度、压强下,化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等,错误;C项,催化剂对化学平衡移动无影响,但可以缩短到达平衡所花的时间,正确;D项,由图中数据可知,不同温度下,1.01×105 Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%,97.5%,93.5%,已经相当高了,且加压后转化率升高并不明显,所以没有必要通过加压提高转化率,正确。答案选B。
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