影响化学平衡的因素(温度、催化剂)(二) 高二化学人教版（2019）选择性必修1

2.2.4影响化学平衡的因素(温度、催化剂)(二)课标定向1.从宏观与微观相结合的视角分析外界条件变化对化学平衡的影响,解释或预测化学平衡的移动方向。(宏观辨识与微观探析)2.能根据外界条件对化学平衡的影响,设计实验方案,独立完成实验,收集实验证据,基于现象和数据进行分析,并得出结论。(科学探究与创新意识)【教材认知·内化必备知识】 一、影响化学平衡的因素1.温度对化学平衡的影响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2.催化剂对化学平衡的影响催化剂能够同等程度地改变正、逆反应的速率,所以使用催化剂不能使平衡发生移动,但是可以改变达到平衡所需要的时间。二、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),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,这就是勒夏特列原理。【质疑辨析】(1)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大。 (×)提示:只要升高温度,v放、v吸均增大。(2)对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0,降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大。 (×)提示:降低温度,吸热方向速率变化程度较大。(3)加入催化剂,可以提高反应物的平衡转化率。 (×)提示:催化剂不影响平衡的移动,加入催化剂不能提高反应物的平衡转化率。(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率一定增大。 (×)提示:两种反应物发生反应,加入其中一种反应物,平衡正向移动,但是该物质的平衡转化率降低。【合作探究·形成关键能力】探究任务一:温度、催化剂对化学平衡的影响【导学探究】探究点一:学会用实验探究温度对化学平衡的影响原理2NO2(g,红棕色)N2O4(g,无色)ΔH=-56.9kJ·mol-1实验步骤实验现象热水中混合气体颜色加深;冰水中混合气体颜色变浅1.浸泡在热水中的烧瓶内气体红棕色为什么会加深?由此得出的实验结论是什么?提示:浸泡在热水中的烧瓶内的气体红棕色加深,说明升高温度,使2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0的平衡向逆反应方向移动,c(NO2)增大,颜色加深。得出的实验结论:其他条件不变,升高温度,平衡向逆反应方向(即吸热反应方向)移动。2.浸泡在冰水中的烧瓶内气体红棕色为什么会变浅?由此得出的实验结论是什么?提示:浸泡在冰水中的烧瓶内的气体红棕色变浅,说明降低温度,使2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0的平衡向正反应方向移动,c(NO2)减小,颜色变浅。得出的实验结论:其他条件不变,降低温度,平衡向正反应方向(即放热反应方向)移动。探究点二:理解催化剂对化学平衡的影响3.工业上制备硫酸需要将SO2氧化为SO3,转化时需要加入V2O5作催化剂。加入V2O5后,如何影响化学平衡移动,能不能提高平衡时SO3的产率?提示:加入V2O5后,不影响化学平衡移动,也不能提高平衡时SO3的产率,但可以加快化学反应速率,缩短达到平衡的时间。【归纳总结】1.从v-t图像认识温度对平衡的影响aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)ΔH计量关系v-t图像平衡移动方向ΔH>0升温正向移动降温逆向移动ΔH<0升温逆向移动降温正向移动2.催化剂对化学平衡的影响因为催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率,所以加入催化剂只能改变化学反应速率,化学平衡不移动。加入正催化剂图像(v-t图)如下:【针对训练】在容积一定的密闭容器中,置入一定量的NO(g)和足量C(s),发生反应C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),平衡状态时NO(g)的物质的量浓度c(NO)与温度T的关系如图所示。则下列说法中正确的是()A.该反应的ΔH>0B.若该反应在T1℃、T2℃时的平衡常数分别为K1、K2,则K1<K2C.在T2℃时,若反应体系处于状态D,则此时一定有v正<v逆D.在T3℃时,若混合气体的密度不再变化,则可以判断反应达到平衡状态C【解析】选D。由图可知,温度越高平衡时c(NO)越大,即升高温度平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,即ΔH<0,A错误;该反应正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,所以升温化学平衡常数减小,故K1>K2,B错误;T2℃时反应进行到状态D,c(NO)高于平衡浓度,故反应向正反应方向进行,则一定有v正>v逆,C错误;在容积一定的密闭容器中,发生反应C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),固体生成气体,气体的质量增大,混合气体的密度是一个变量,T3℃时,若混合气体的密度不再变化,则可以判断反应达到平衡状态C,D正确。【补偿训练】(2023·泉州高二检测)2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH=-748.6kJ·mol-1。有关该反应的说法正确的是()A.降温,可提高反应物的转化率B.升温,增大逆反应速率,降低正反应速率C.使用催化剂,可以使反应速率增大,平衡向正反应方向移动D.增大压强,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大【解析】选A。降温,平衡向放热反应方向移动,该反应的正反应为放热反应,所以平衡正向移动,则可提高反应物的转化率,故A正确;升温,正、逆反应速率均增大,只是逆反应速率增大的程度比正反应速率增大的程度大,平衡逆向移动,故B错误;使用催化剂,可以同等程度增大正逆反应速率,平衡不移动,故C错误;平衡常数只与温度有关,增大压强,平衡常数不变,故D错误。[借题发挥](1)若该反应在恒温恒容条件下进行,再通入一定量CO,则平衡如何移动?NO转化率如何变化?提示:平衡正向移动;NO转化率增大。(2)若该反应在恒温恒容条件下进行,当平均相对分子质量不再变化时,能否说明该反应达到平衡状态?提示:能。反应前后气体总质量不变,气体物质的量减小,则平均相对分子质量为变量,变量不变即达到平衡状态。探究任务二:勒夏特列原理的理解与应用【导学探究】生命过程与化学平衡移动密切相关。例如,在人体利用氧气的过程中,血红蛋白与氧气的结合过程中,就涉及化学平衡的移动。人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb(O2),这一过程可以表示为Hb+O2Hb(O2)。煤气中的CO也能与血红蛋白分子结合,即:Hb+COHb(CO)。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气分子强。探究点:理解勒夏特列原理及其应用1.阅读材料并解释为什么空气中一氧化碳浓度增大时会发生一氧化碳中毒?提示:空气中一氧化碳浓度增大,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人体缺氧,导致一氧化碳中毒。2.思考并讨论如何利用平衡移动原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的病人?简述你的理由。提示:如果有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳来源并将中毒者移至空气流通处,必要时可以将其放到高压氧舱中,增大氧气浓度。【归纳总结】勒夏特列原理的理解与应用(1)适用范围:适用于任何动态平衡体系(如电离平衡),非平衡状态不适用。(2)平衡移动的结果是“减弱”外界因素的影响,而不是“消除”外界因素的影响,更不是“扭转”外界因素的影响。[易错提醒](1)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个因素”时平衡移动的方向。若同时改变几个影响平衡的因素,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的因素对平衡移动的方向影响一致时,才能根据原理进行判断。(2)应用勒夏特列原理时要判明是否真的改变了影响化学平衡的条件。如改变平衡体系中固体或纯液体物质的量、对于气体存在的化学平衡体系在恒温恒容条件下充入与反应无关的气体,未改变影响化学平衡的条件。【针对训练】体积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y,进行如下可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)ΔH>0。下列叙述正确的是()A.若继续充入X,平衡向正反应方向移动,Y的转化率增大B.若继续充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数减小C.若移走部分W,平衡正向移动D.平衡后移走X,上述反应的ΔH减小【解析】选A。充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数增大,B项错误;W为固体,改变其用量,平衡不移动,C项错误;ΔH只和热化学方程式中的化学计量数及状态有关,与反应物的量无关,D项错误。方法导引判断化学平衡移动问题的思维步骤(1)关注特点。①容器特点:恒温恒容,恒温恒压。②反应特点:物质状态,ΔV(g)是否为0,ΔH的正负等。(2)分析条件变化,如浓度、温度、压强等。(3)联想原理(平衡移动原理)→综合判断得结论。【补偿训练】2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是()A.及时分离出NO2气体B.扩大容器体积C.增大O2的浓度D.选择高效催化剂【解析】选C。A.及时分离出NO2气体,平衡向生成二氧化氮的方向移动,正向移动,但是浓度减小,反应速率减小,A错误;B.反应为气体分子数减小的反应,扩大容器体积,平衡逆向移动,且物质的浓度均减小,反应速率减慢,B错误;C.增大O2的浓度,平衡正向移动,反应物浓度变大,反应速率变大,C正确;D.选择高效催化剂可加快反应速率,但不影响平衡移动,D错误。【链接高考·明晰高考方向】【真题示例】【典例】(2023·北京等级考)下列事实能用平衡移动原理解释的是()A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生[解题思维]解答本题的思维流程如下:提取关键点(1)能用平衡移动原理解释;(2)受热后颜色加深转化知识点(1)掌握勒夏特列原理的应用;(2)明确化学平衡研究对象——可逆反应排除障碍点化学平衡移动原理研究对象为可逆反应,所以应明确每个选项的化学方程式【解析】选B。MnO2会催化H2O2分解,与平衡移动无关,A项错误;NO2转化为N2O4的反应是放热反应,升温平衡逆向移动,NO2浓度增大,混合气体颜色加深,B项正确;铁在浓硝酸中钝化,加热会使表面的氧化膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关,C项错误;加入硫酸铜以后,锌置换出铜,构成原电池,从而使反应速率加快,与平衡移动无关,D项错误。【对点演练】1.(2023·阜阳高二检测)下列事实不能用勒夏特列原理来解释的是()A.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集Cl2B.鼓入过量空气有利于SO2转化为SO3C.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡沫D.煅烧硫铁矿时先将矿石粉碎【解析】选D。A.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,该反应存在溶解平衡,饱和食盐水中含有氯化钠电离出的氯离子,饱和食盐水抑制了氯气的溶解,所以实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;B.鼓入过量的空气会增大氧气的浓度,有利于平衡正向移动,提高二氧化硫的转化率,能用勒夏特列原理解释,B不符合题意;C.存在平衡H2CO3CO2(g)+H2O,开启啤酒瓶后,压强减小,二氧化碳逸出,可以用勒夏特列原理解释,C不符合题意;D.煅烧硫铁矿时先将矿石粉碎,目的是增大接触面积,使反应速率加快,不能用勒夏特列原理解释,D符合题意。2.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()A.工业合成氨时采用500℃左右高温而不采用常温B.向氯水中加入CaCO3固体提高HClO的浓度C.用排饱和NaHCO3溶液的方法收集CO2气体D.将浓氨水滴入碱石灰中能快速产生氨气【解析】选A。A.合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,升高温度,平衡逆向移动,不能用勒夏特列原理解释工业上采用高温条件合成氨,A选;B.氯水中存在平衡:Cl2+H2OHCl+HClO,加入的CaCO3与HCl反应,促使平衡正向移动,HClO的浓度增大,与勒夏特列原理有关,B不选;C.NaHCO3在溶液中完全电离,所以NaHCO3溶液中含有大量的HCO3-,CO2溶于水生成碳酸,碳酸是弱酸,存在电离平衡:H2CO3HCO3-+H+,由于NaHCO3溶液中含有大量的HCO3-,平衡向逆反应方向移动,CO2溶解量减小,能用勒夏特列原理解释,C不选;D.NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-,加入碱石灰,增大氢氧根离子浓度,平衡逆向移动,有利于氨气的生成,3.在一定温度下、1L密闭容器中,3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如下表所示,下列有关说法正确的是()项目XYWn(起始)/mol210n(平衡)/mol10.51.5A.该温度下,此反应的平衡常数表达式是K=cB.升高温度,若W的体积分数减小,则此反应ΔH>0C.增大压强,正、逆反应速率均增大,平衡向正反应方向移动D.该温度下,再向容器中通入3molW,达到平衡时,n(X)=2mol【解析】选D。由表中数据可知X的物质的量减少1mol,Y减少0.5mol,W增加1.5mol,则反应的化学方程式为2X(g)+Y(g)3W(g),反应前后气体的体积不变,则压强对平衡移动没有影响,以此解答该题。A.该温度下,此反应的平衡常数表达式是K=c3(W)c2(X)×c(Y),A错误;B.升高温度,若W的体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动,则此反应ΔH<0,B错误;C.反应前后气体的体积不变,则压强对平衡移动没有影响,C错误;D.反应前后气体的体积不变,则压强对平衡移动没有影响,该温度下,再向容器中通入3molW,达到平衡时等效于加入4molX、【课堂检测·诊断学习效果】1.有一处于平衡状态的反应:3A(s)+2B(g)3C(g)ΔH>0。为了使平衡向生成C的方向移动,应选择的条件是()①高温②低温③高压④低压⑤加催化剂A.①③ B.①③⑤C.①④ D.②④⑤【解析】选C。3A(s)+2B(g)3C(g)ΔH>0正反应是气体体积增大的吸热反应。①升高温度,平衡向正反应(吸热)方向移动;②降低温度,平衡向逆反应(放热)方向移动;③压强增大,平衡向逆反应(气体体积减小)方向移动;④降低压强,平衡向正反应(气体体积增大)方向移动;⑤加催化剂不会引起化学平衡的移动。①④符合题意,故选C。2.如图为某化学反应的速率与时间的关系图,在t1时刻升高温度或者增大压强,速率的变化都符合图示的反应的是()A.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0B.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH>0C.H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH>0D.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)ΔH<0【解析】选D。根据图像可知,该反应的正反应是放热、气体体积增大的反应,只有D项符合。3.(2024·珠海高二联考)煤化工是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ·mol-1。一定温度下,在一个容积可变的密闭容器中发生上述反应,下列能判断该反应达到化学平衡状态的是___________(填字母)。

A.容器中的压强不变B.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键C.v正(CO)=v逆(H2O)D.c(CO)=c(H2)(2)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入容积为2L的恒容密闭容器中,进行反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/minH2OCOH2CO1650241.62.452900120.41.633900abcdt①实验1中以v(CO2)表示的反应速率为____________________。

②该反应的逆反应为________(填“吸”或“放”)热反应。

③若实验3