資源簡介

2.3 第2課時　溫度變化對化學平衡的影響　化學平衡移動原理
【學習目標】
1.通過實驗探究,了解溫度的改變對化學平衡移動的影響,并能正確判斷化學平衡移動的方向。
2.了解催化劑影響化學反應速率的實質,并進一步探討外界條件對化學平衡的影響,從而了解催化劑在化工生產中的應用。
3.根據外界條件對化學平衡的影響,歸納勒夏特列原理。
【合作探究】
任務1　探究溫度對化學平衡移動的影響
【新知生成】
1.溫度變化對化學平衡的影響
(1)任何化學反應都伴隨著能量的變化(放熱或吸熱),所以任意可逆反應的化學平衡狀態都受溫度的影響。
(2)當其他條件不變時:
升高溫度,平衡向　　　　　　方向移動;
降低溫度,平衡向　　　　　　方向移動。
2.催化劑對化學平衡的影響
當其他條件不變時,催化劑能夠　　　　　　地改變正、逆反應速率,因此它對化學平衡移動無影響,即不能改變平衡混合物的組成,但可縮短達到化學平衡所需的時間。
【答案】1.吸熱反應　放熱反應　2.同等程度
【活動探究】
1.實驗探究溫度對化學平衡移動的影響
按表中實驗步驟完成實驗,觀察實驗現象,填寫下表:
實驗 原理 [Co(H2O](aq)+4Cl-(aq)[CoC](aq)+6H2O(l)　ΔH>0 (粉紅色) (藍色)
實驗步驟
實驗現象 溶液變為　　色 溶液不變色 溶液變為　　色
結論 (平衡移動的方向) 升高溫度,平衡向　　　方向(　　熱方向)移動,降低溫度,平衡向　　　方向(　　熱方向)移動
　　【答案】藍　粉紅　正反應　吸　逆反應　放
2.用v-t圖像分析溫度對化學平衡的影響
已知反應:mA(g)+nB(g)pC(g)　ΔH<0,當反應達平衡后,若溫度改變,其反應速率的變化曲線分別如下圖所示。
①　　?、?br/>(1)t1時刻,升高溫度,v'正、v'逆均增大,但吸熱反應方向的v'逆增大幅度大,則v'逆　　　　v'正,平衡　　　　移動。
(2)t1時刻,降低溫度,v'正、v'逆均減小,但吸熱反應方向的v'逆減小幅度大,則v'正　　　　v'逆,平衡　　　　移動。
【答案】(1)>　逆向　(2)>　正向
3.用v-t圖像分析催化劑對化學平衡的影響
t1時刻,加入催化劑,v'正、v'逆同等倍數增大,則v'正　　　　v'逆,平衡　　　　移動。
【答案】=　不
【核心突破】
典例1　可逆反應2NO2(g)N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1,在平衡移動時的顏色變化可以用來指示放熱過程和吸熱過程,某同學的部分實驗報告如表所示。下列說法不正確的是(　　)
1.向左側燒杯中加入NH4NO3晶體,甲瓶的紅棕色變淺。 2.向右側燒杯中加入CaO固體,乙瓶的紅棕色變深
A.甲瓶的紅棕色變淺,說明平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反應方向移動
B.可根據現象判斷NH4NO3晶體溶于水吸熱,CaO固體溶于水放熱
C.甲瓶中反應的化學平衡常數(K)增大
D.乙瓶中由于反應的化學平衡常數(K)改變,使Qc【解析】甲瓶的紅棕色變淺,說明NO2濃度降低,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反應方向移動,A項正確;由平衡移動可知,NH4NO3晶體溶于水吸熱,CaO固體溶于水放熱,B項正確;甲瓶平衡正向移動,則反應的化學平衡常數增大,C項正確;乙平衡逆向移動,則Qc>K,D項錯誤。
【答案】D
歸納總結：用速率分析化學平衡移動的一般思路
訓練1　將H2(g)和Br2(g)充入恒容密閉容器中,恒溫下發生反應:H2(g)+Br2(g)2HBr(g)　ΔH<0,平衡時Br2(g)的轉化率為a;若初始條件相同,絕熱下進行上述反應,平衡時Br2(g)的轉化率為b。a與b的關系是(　　)
A.a>b　 B.a=b C.a【解析】該反應為放熱反應,絕熱下進行反應,溫度升高,平衡逆向移動,所以絕熱平衡時轉化率低于恒溫平衡時轉化率,即a>b。
【答案】A
訓練2　密閉的燒瓶里盛放氣體A,在25 ℃時建立平衡:2A(g)B(g)　ΔH<0,把燒瓶置于100 ℃的沸水中,在建立新平衡的過程中,燒瓶內混合氣體的物理量始終不變的是(　　)
A.平均相對分子質量
B.密度
C.容器內的壓強
D.物質的量
【解析】A項,若反應未達到平衡,則氣體的物質的量就會發生變化,由于總質量不變,則氣體的平均摩爾質量會發生變化,所以平均相對分子質量也會發生變化,錯誤;B項,由于該反應混合物都是氣體,在任何時刻氣體的質量不變,且燒瓶的容積不變,則根據氣體的密度計算公式ρ=可知,氣體的密度始終不變,正確;C項,若反應未達到平衡,則氣體的物質的量會發生變化,容器內的壓強也會發生變化,錯誤;D項,由于該反應是反應前后氣體體積不等的反應,若反應未達到平衡,則氣體的物質的量就會發生變化,錯誤。
【答案】B
任務2　勒夏特列原理及其應用
【新知生成】
1.勒夏特列原理
如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應的物質的濃度),平衡就向著能夠　　　　這種改變的方向移動。
2.注意事項
(1)研究對象一定是處于平衡狀態的　　　　　　　　　　。
(2)勒夏特列原理只適用于判斷“改變影響平衡的　　　　個條件”時的平衡移動方向。
(3)平衡移動的結果只能是“　　　　”外界條件的改變,但不能完全“　　　　”這種改變。
【答案】1.減弱　2.(1)可逆反應　(2)一　(3)減弱 消除
【核心突破】
典例2　下列事實中,不能用勒夏特列原理解釋的是(　　)
A.開啟啤酒瓶后,瓶中馬上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)組成的平衡體系,壓縮容器體積后顏色加深
C.實驗室中常用排飽和食鹽水的方法收集氯氣
D.工業上生產硫酸的過程中使用適當過量的空氣以提高二氧化硫的利用率
【解析】由H2、I2(g)、HI氣體組成的平衡,壓縮容器體積后,各組分的濃度都變大,顏色加深,但平衡不移動,不能用勒夏特列原理解釋。
【答案】B
典例3　CH4-CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2),有利于減緩溫室效應,其主要反應為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1,同時存在以下反應:積碳反應　CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH=+75kJ·mol-1,消碳反應　CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH=+172 kJ·mol-1,積碳會影響催化劑的活性,一定時間內積碳量和反應溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.高壓利于提高CH4的平衡轉化率并減少積碳
B.增大CO2與CH4的物質的量之比有助于減少積碳
C.升高溫度,積碳反應的化學平衡常數K減小,消碳反應的K增大
D.溫度高于600℃,積碳反應的化學反應速率減慢,消碳反應的化學反應速率加快,積碳量減少
【解析】反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)C(s)+2H2(g),正反應是氣體體積增大的反應,增大壓強,平衡逆向移動,可減少積碳,但CH4的平衡轉化率降低,A項錯誤;假設CH4的物質的量不變,增大CO2的物質的量,CO2與CH4的物質的量之比增大,對于反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)平衡正向移動,CH4的濃度減小,對于積碳反應CH4(g)C(s)+2H2(g),由于甲烷濃度減小,平衡逆向移動,碳含量減少;增大CO2的物質的量,對于消碳反應CO2(g)+C(s)2CO(g),平衡正向移動,碳含量也減少,綜上分析,增大CO2與CH4的物質的量之比,有助于減少積碳,B項正確;平衡常數只與溫度有關,積碳反應和消碳反應都是吸熱反應,升高溫度,平衡向吸熱的方向移動,即正向移動,兩個反應的平衡常數K都增大,C項錯誤;根據圖像,溫度高于600℃,積碳量減少,但溫度升高,體系中反應速率都加快,D項錯誤。
【答案】B
歸納總結：(1)勒夏特列原理只能解決與平衡移動有關的問題。不涉及平衡移動的問題都不能用勒夏特列原理解釋,常見的有:
①使用催化劑不能使化學平衡發生移動。
②反應前后氣體體積不變的可逆反應,改變壓強可以改變化學反應速率,但不能使化學平衡發生移動。
③發生的化學反應本身不是可逆反應。
④外界條件的改變對平衡移動的影響與生產要求不完全一致的反應。
(2)解答化學平衡移動類題的思維過程
(3)反應物轉化率小結
①對兩種或兩種以上的反應物,增大一種反應物濃度,平衡向正反應方向移動,增加的反應物本身的轉化率降低,其他反應物的轉化率增大。
②溫度、壓強引起的平衡向正反應方向移動,反應物的轉化率均增大。
③對于分解的可逆反應(恒溫、恒容)aA(g)bB(g)+cC(g),A分解建立平衡后,增大A的濃度,平衡正向移動。當a=b+c時,α(A)不變,φ(A)不變;當a>b+c時,α(A)增大,φ(A)減小;當a訓練3　下列說法正確的是(　　)
A.光照時,氯水顏色變淺,可用勒夏特列原理解釋
B.對2HBr(g)H2(g)+Br2(g),壓強增大,體系氣體顏色加深,可用勒夏特列原理解釋
C.向酸性KMnO4溶液中通入少量SO2氣體,溶液顏色變淺,利用了勒夏特列原理
D.工業生產中,為提高生產效率,常使用高效催化劑和過量便宜原料,這些措施都可用勒夏特列原理解釋
【答案】A
訓練4　已知可逆反應aA+bBcC中,5分鐘時分別測得在不同溫度下物質的含量A%和C%,繪制變化曲線如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A.該反應在T1、T3溫度時達到過化學平衡
B.該反應在T2溫度時達到過化學平衡
C.該反應的逆反應是放熱反應
D.升高溫度,平衡會向正反應方向移動
【解析】T2℃之前,A%變小,C%從0逐漸增大,而T2℃之后A%變大,C%變小,說明T2℃之前該反應未達到平衡狀態,而T2℃時為化學平衡狀態,T2℃ 之后溫度升高使平衡向左移動,所以逆反應是吸熱反應,正反應為放熱反應。
【答案】B
課堂小結
【隨堂檢測】
1.合成氨工業中,原料氣中的雜質CO在進入合成塔之前需經過銅氨溶液處理,其反應為Cu(NH3+CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+　ΔH<0,吸收CO后的醋酸銅氨溶液經過適當處理又可再生,再生的適宜條件是(　　)
A.高溫、低壓 B.高溫、高壓 C.低溫、低壓 D.低溫、高壓
【解析】醋酸銅氨溶液經過適當處理又可再生,說明平衡逆向移動。A項,高溫、低壓,平衡逆向移動,正確;B項,高溫,平衡逆向移動,高壓,平衡正向移動,錯誤;C項,低溫,平衡正向移動,低壓,平衡逆向移動,錯誤;D項,低溫、高壓,平衡正向移動,錯誤。
【答案】A
2.將1 mol N2和3 mol H2充入某固定體積的密閉容器中,在一定條件下,發生反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0并達到平衡,改變條件,下列關于平衡移動說法正確的是(　　)
選項 改變條件 平衡移動方向
A 使用適當催化劑 平衡向正反應方向移動
B 升高溫度 平衡向逆反應方向移動
C 再向容器中充入1 mol N2和3 mol H2 平衡不移動
D 向容器中充入氦氣 平衡向正反應方向移動
　　【答案】B
3.一定溫度下,可逆反應:aX(g)+bY(g)cZ(g)在一密閉容器內達到平衡后,t0時刻改變某一外界條件,化學反應速率(v)隨時間(t)的變化如圖所示。則下列說法正確的是(　　)
A.若a+b=c,則t0時刻只能是增大了容器的壓強
B.若a+b=c,則t0時刻只能是加入了催化劑
C.若a+b≠c,則t0時刻只能是增大了容器的壓強
D.若a+b≠c,則t0時刻只能是加入了催化劑
【答案】D
4.某溫度下,在密閉容器中SO2、O2、SO3三種氣態物質建立化學平衡后,改變條件對反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的正、逆反應速率的影響如圖所示:
A　　　　B
C　　　　D
(1)加催化劑對反應速率影響的圖像是　　　　(填字母),平衡　　　　移動。
(2)升高溫度對反應速率影響的圖像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移動。
(3)增大反應容器體積對反應速率影響的圖像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移動。
(4)增大O2的濃度對反應速率影響的圖像是　　　　(填字母),平衡向　　　　方向移動。
【答案】(1)C　不　(2)A　逆反應　(3)D　逆反應　(4)B
正反應
2

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