2025年高中化学新教材同步 选择性必修第一册 第2章 第2节 第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响　勒夏特列原理

第4课时温度、催化剂对化学平衡的影响勒夏特列原理[核心素养发展目标]1.通过实验论证说明温度的改变和催化剂对化学平衡移动的影响，构建分析判断化学平衡移动方向的思维模型。2.理解勒夏特列原理，能依据原理分析平衡移动的方向，体会理论对实践的指导作用。一、温度、催化剂对化学平衡的影响1．实验探究温度对化学平衡的影响(1)常温下，反应2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色)ΔH＝－56.9kJ·mol－1达到平衡，按图示装置实验，观察实验现象，填写下表：热水中冰水中实验现象混合气体颜色加深混合气体颜色变浅实验结论说明NO2浓度增大，平衡向逆反应方向移动，即升高温度，平衡向吸热反应的方向移动说明NO2浓度减小，平衡向正反应方向移动，即降低温度，平衡向放热反应的方向移动(2)从温度对平衡常数K影响的角度解释上述实验平衡的移动方向：该反应为放热反应，升高温度，K减小，平衡逆向移动；降低温度，K增大，平衡正向移动，与实验结论一致。2．温度对化学平衡的影响规律(1)改变温度，任意可逆反应的化学平衡一定会发生移动。(2)当其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应的方向移动。3．催化剂对化学平衡的影响规律(1)催化剂能同等程度的改变正、逆反应速率。其图像(v－t图)如图。(2)当其他条件不变时，催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成，催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。(1)温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态()(2)升高温度，反应速率加快，化学平衡向正反应方向移动()(3)升高温度，反应速率加快，但反应物的转化率可能降低()(4)升高温度，化学平衡常数一定增大()(5)对于可逆反应，改变外界条件使平衡向正反应方向移动，平衡常数一定增大()(6)平衡移动，平衡常数不一定改变，但平衡常数改变，平衡一定发生移动()(7)催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，也能提高反应物的转化率()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×1．一定条件下，在密闭容器中，发生反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH>0，达平衡后：(1)容积不变，升高温度，平衡正向移动，c(CO2)减小，氢气的转化率增大，CO的体积分数增大，混合气体的平均相对分子质量不变。(2)在下图中补全，t1时，升高温度后的v－t图像。答案(3)在下图中画出，t1时，降低温度，t2时重新达到平衡的v－t图像。答案2．已知某可逆反应在密闭容器中进行：A(g)＋B(g)3C(g)＋D(s)ΔH>0，C的浓度与时间t的关系如图所示。若使a曲线变为b曲线，可能采取的措施是________________。答案使用催化剂3．向一密闭容器中充入N2和H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，t1时刻达到平衡状态Ⅰ，t2时刻改变某一条件，t3时刻重新达到平衡状态Ⅱ，反应速率(v)随时间(t)的变化如图所示。下列说法正确的是()A．t1时，v正(N2)＝2v逆(NH3)B．t2时改变的条件：向容器中加入NH3(g)C．N2的平衡转化率：α(Ⅰ)＞α(Ⅱ)D．平衡常数K：K(Ⅰ)<K(Ⅱ)答案C解析t1时刻达到平衡状态Ⅰ，各物质反应速率之比等于化学计量数之比，A错误；改变条件后，正、逆反应速率都增大，且逆反应速率大于正反应速率，故平衡逆向移动，若改变的条件为向容器中加入NH3(g)，则加入NH3(g)的瞬间，逆反应速率增大，正反应速率不变，故改变的条件为升高温度，B错误；平衡逆向移动，N2的平衡转化率减小，故α(Ⅰ)＞α(Ⅱ)，C正确；升高温度，放热反应的平衡常数减小，平衡常数K：K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)，D错误。4．羧基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中充入2molCO和2molH2S发生反应：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)ΔH，平衡时COS的体积分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是()A．ΔH＞0B．T1℃，CO的平衡转化率为70%C．a点正反应速率小于b点逆反应速率D．增大压强可使COS的体积分数由c点增加到b点答案C解析由图可知，升高温度，平衡时COS的体积分数减小，即升高温度平衡逆向移动，故该反应为放热反应，ΔH＜0，A错误；设T1℃达到平衡时转化的n(CO)＝xmol，可列三段式：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)始/mol2200转/molxxxx平/mol2－x2－xxx由该温度下平衡时COS的体积分数为30%可列式，eq\f(x,2－x＋2－x＋x＋x)×100%＝30%，解得x＝1.2，CO的平衡转化率α(CO)＝eq\f(1.2mol,2mol)×100%＝60%，B错误；a点和b点是不同温度下的平衡状态，结合温度越高，化学反应速率越快和b点温度高于a点温度可知，a点正反应速率小于b点逆反应速率，C正确；该反应反应前后气体分子数不变，增大压强平衡不移动，COS的体积分数不变，D错误。二、勒夏特列原理1．外因对化学平衡的影响条件的改变(其他条件不变)化学平衡的移动浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向________方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向________方向移动压强(对有气体参加的反应)反应前后气体分子数改变增大压强向________的方向移动减小压强向________的方向移动反应前后气体分子数不变改变压强温度升高温度向________反应方向移动降低温度向________反应方向移动催化剂使用催化剂答案正反应逆反应气体分子数目减小气体分子数目增大平衡不移动吸热放热平衡不移动2．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。(2)适用范围勒夏特列原理适用于已达到平衡的反应体系，不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。(3)对原理中“减弱这种改变”的理解勒夏特列原理中的“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”。如，对于2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色)的平衡体系，若缩小体积增大压强，混合气体颜色先加深，后变浅，达到新的平衡后混合体系颜色比原平衡时颜色深。1．下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是______(填字母)。A．溴水中存在如下平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，当加入NaOH溶液后颜色变浅B．对于2H2O22H2O＋O2的反应，使用MnO2可加快制备O2的反应速率C．反应：CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)ΔH<0，升高温度，平衡向逆反应方向移动D．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，为使氨的产率提高，理论上应采取低温高压的措施E．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，缩小体积加压颜色加深答案BE解析催化剂只能改变反应速率，对化学平衡的移动无影响。2．(2023·乌鲁木齐高二月考)可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g)ΔH＜0，在一定条件下达到平衡，若改变条件，将变化情况(填“增大”“减小”或“不变”)填入空格：(1)升高温度：v正__________，v逆__________，B的转化率__________。(2)使用催化剂，v正__________，v逆__________，A的物质的量____________。(3)保持温度和压强不变通入Ne气，则C的物质的量________，A的转化率__________。(4)保持温度和容积不变通入稀有气体，则A的转化率____________。(5)若温度和容积不变，反应从正反应开始至平衡，在这个变化过程中，容器内气体的密度________。答案(1)增大增大减小(2)增大增大不变(3)减小减小(4)不变(5)不变3．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，在某一时刻达到平衡，测得c(N2)＝1mol·L－1，容器内压强为p，温度为T。(1)再向容器中通入N2，使其浓度变为2mol·L－1，并保持容积不变，再次达到平衡时c(N2)的范围是________________。(2)将容器体积缩小至平衡时的一半，并保持温度不变，再次达到平衡时压强p′的范围是________________________________________________________________________。(3)迅速升温至T1，并保持容积不变，且不与外界进行热交换，再次达到平衡时，温度T′的范围是________________________________________________________________________。答案(1)1mol·L－1<c(N2)<2mol·L－1(2)p<p′<2p(3)T<T′<T14．在密闭容器中的一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，平衡时测得C的浓度为0.50mol·L－1。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，再达到平衡时，测得C的浓度变为0.90mol·L－1。(1)压缩容积时，平衡是否发生移动？移动的方向如何？(2)C的体积分数__________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)x＋y________z(填“>”“<”或“＝”)。答案(1)发生移动，平衡逆向移动(2)减小(3)＜(选择题1～7题，每小题6分，8～12题，每小题7分，共77分)题组一实验探究温度对化学平衡的影响1．如图所示，三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中：在①中加入CaO，在②中不加其他任何物质，在③中加入NH4Cl晶体，发现①中红棕色变深，③中红棕色变浅[已知反应2NO2(红棕色)N2O4(无色)]。下列叙述不正确的是()A．2NO2N2O4是放热反应B．NH4Cl溶于水时吸收热量C．烧瓶①中平衡混合气体的相对分子质量增大D．烧瓶③中气体的压强减小答案C解析在①中加入CaO，发现①中红棕色变深，说明二氧化氮浓度增大，氧化钙溶于水是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，逆向是吸热反应，则2NO2N2O4是放热反应，故A正确；在③中加入NH4Cl晶体，③中红棕色变浅，说明向生成四氧化二氮的方向移动即温度降低，因此NH4Cl溶于水时吸收热量，故B正确；烧瓶①中平衡逆向移动，气体质量不变，气体物质的量增大，则混合气体的相对分子质量减小，故C错误；温度降低，烧瓶③中平衡向生成四氧化二氮的方向移动，气体物质的量减小，则气体的压强减小，故D正确。2．在K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2Oeq\o\al(2－,7)(aq)(橙色)＋H2O(l)2CrOeq\o\al(2－,4)(aq)(黄色)＋2H＋(aq)，某同学研究外界条件对化学平衡的影响，具体实验如图，下列叙述错误的是()A．试管a中溶液的颜色橙色加深，说明该反应的ΔH<0B．实验b和c探究的是c(H＋)对化学平衡的影响C．与试管e比较，试管d溶液中eq\f(c2CrO\o\al(2－,4)·c2H＋,cCr2O\o\al(2－,7))的值不变D．试管e溶液中，平衡正向移动，Cr2Oeq\o\al(2－,7)的浓度增大答案A解析试管a中溶液的颜色橙色加深，说明降温该反应逆向移动，该反应的ΔH>0，A错误；实验b加入2mol·L－1NaOH溶液，使c(H＋)减小，实验c加入2mol·L－1硫酸溶液，使c(H＋)增大，所以实验b、c探究的是溶液中c(H＋)对化学平衡的影响，B正确；平衡常数K＝eq\f(c2CrO\o\al(2－,4)·c2H＋,cCr2O\o\al(2－,7))，K的值只受温度影响，温度不变，K不变，C正确；试管e溶液中加入K2Cr2O7固体，使Cr2Oeq\o\al(2－,7)的浓度增大，平衡正向移动，D正确。题组二温度、催化剂对化学平衡的影响规律3．关节炎是因为在关节滑液中形成尿酸钠晶体，尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛，其化学机理如下：①HUr(aq)＋H2O(l)Ur－(aq)＋H3O＋(aq)，尿酸尿酸根离子②Ur－(aq)＋Na＋(aq)NaUr(s)。下列对反应②的叙述正确的是()A．正反应为吸热反应B．正反应为放热反应C．升高温度，平衡向正反应方向移动D．降低温度，平衡向逆反应方向移动答案B解析题意中明确指出“尤其是寒冷季节易诱发关节疼痛”，说明温度降低，反应②Ur－(aq)＋Na＋(aq)NaUr(s)的平衡向正反应方向移动，可知其正反应为放热反应。4．已知恒温恒容条件下进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH<0。下列说法正确的是()A．加入高效催化剂，既可增大反应速率，也可增大反应物的平衡转化率B．若将容器改为恒压，通入惰性气体，平衡不移动C．达到平衡后，保持O2的浓度不变，扩大容器体积，平衡正向移动D．若将容器改为绝热恒容，则到达平衡的时间缩短答案D解析加入高效催化剂，可增大反应速率，但不能改变反应物的平衡转化率，故A错误；若将容器改为恒压，通入惰性气体，容器体积增大，相当于减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动，故B错误；达到平衡后，保持O2的浓度不变，扩大容器体积，二氧化硫和三氧化硫的浓度同等程度地减小，浓度商等于化学平衡常数，平衡不移动，故C错误；若将容器改为绝热恒容，反应的正反应为放热反应，体系温度升高，到达平衡的时间缩短，故D正确。题组三勒夏特列原理的应用5．(2023·北京，4)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的产生答案B解析MnO2会催化H2O2分解，与平衡移动无关，A项不符合题意；NO2转化为N2O4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项符合题意；常温下铁在浓硝酸中钝化，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项不符合题意；加入少量硫酸铜后，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项不符合题意。6．低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)eq\o(,\s\up7(180℃),\s\do5(催化剂))2N2(g)＋3H2O(g)ΔH<0，在恒容密闭容器中，下列有关说法正确的是()A．平衡时，其他条件不变，升高温度，平衡向正反应方向移动B．平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小C．单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时，反应达到平衡D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大答案C解析升高温度，平衡向吸热反应方向即逆向移动，A错误；增加NH3的浓度，平衡正向移动，同时NO、NO2被消耗，因此废气中氮氧化物的转化率增大，B错误；单位时间内消耗NO和N2，一个正向，一个逆向，满足两个不同方向，且两者消耗的物质的量之比为1∶2，满足速率之比等于化学计量数之比，因此反应达到平衡，C正确；使用高效催化剂，平衡不移动，废气中氮氧化物的转化率不变，D错误。7．反应X(g)＋Y(g)3Z(g)ΔH<0达到平衡时，下列说法正确的是()A．减小容器体积，平衡向正反应方向移动B．恒容时充入氦气，Z的产率增大C．增大c(X)，X的转化率增大D．降低温度，Y的转化率增大答案D解析该反应气态物质反应前后总物质的量增大，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动，故A错误；恒容时充入氦气，各物质的浓度不变，平衡不移动，产率不变，故B错误；增大X物质的量浓度，平衡正向移动，但X的转化率减小，故C错误；降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大，故D正确。8．(2021·辽宁，11)某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(s)Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是()A．升高温度，若c(Z)增大，则ΔH>0B．加入一定量Z，达新平衡后m(Y)减小C．加入等物质的量的Y和Z，达新平衡后c(Z)增大D．加入一定量氩气，平衡不移动答案C解析根据勒夏特列原理可知，升高温度，化学平衡向着吸热反应的方向移动，而c(Z)增大，说明平衡正向移动，故ΔH>0，A正确；加入一定量Z，Z的浓度增大，平衡逆向移动，故达新平衡后m(Y)减小，B正确；加入等物质的量的Y和Z，Z的浓度增大，平衡逆向移动，由于X、Y均为固体，故K＝c(Z)，达新平衡后c(Z)不变，C错误；加入一定量氩气，Z的浓度保持不变，故正、逆反应速率不变，平衡不移动，D正确。9．利用CO2和CH4反应制备合成气(CO、H2)的原理是CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH>0。温度为T℃时，该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是()A．K越大，说明反应速率、CO2的平衡转化率越大B．增大压强，平衡向逆反应方向移动，K减小C．升高温度，反应速率和平衡常数K都增大D．加入催化剂，能提高合成气的平衡产率答案C解析K越大，说明反应越完全，CO2的平衡转化率越大，但反应速率不一定越大，A错误；K只受温度影响，温度不变，则K不变，B错误；升高温度，活化分子百分数增大，反应速率增大，该反应ΔH>0为吸热反应，则升温平衡常数K增大，C正确；加入催化剂，只能改变反应速率，平衡不移动，则不能提高合成气的平衡产率，D错误。10．(2023·江西赣州高二期中)一定温度下，在某恒容密闭容器中加入一定量X(？)发生反应：2X(？)2Y(g)＋Z(s)，反应达到平衡后，仅降低温度，容器内气体的密度增大。下列叙述正确的是()A．若正反应是吸热反应，则X为非气态B．若正反应是放热反应，则X为气态C．若X为气态，则向平衡体系中加入少量X，X的平衡转化率不变D．若X为非气态，则向平衡体系中加入少量X，反应的平衡常数增大答案C解析根据题意可知，仅降低温度，容器内气体的密度增大，平衡移动使容器内气体总质量增大。若正反应是吸热反应，降低温度，平衡逆向移动使气体总质量增大，则X一定为气态，A错误；若正反应是放热反应，则降低温度，平衡正向移动，若X为气态，平衡后气体的总质量减少，故X一定为非气态，B错误；若X为气态，则反应前后气体的物质的量不变，向平衡体系中加入少量X，平衡正向移动，由于压强对该反应的平衡无影响，故再次平衡时X的平衡转化率不变，C正确；平衡常数只与反应本身及温度有关，由于温度不变，平衡常数不变，D错误。11．取5等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0，反应相同时间后，分别测定体系中NO2的百分含量[φ(NO2)]，并画出其随反应温度(T)变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是()A．①② B．②④C．①③ D．②③答案B解析由题给条件可知，反应一段时间后，分别测定体系中NO2的百分含量，此时反应可能还未达到平衡，也可能已经达到平衡。因为该反应是放热反应，若该反应已达平衡状态，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，NO2的百分含量增大，则②图符合题意；若反应还未达到平衡状态，则v正>v逆，即NO2的百分含量先减小，当反应达到平衡后，继续升高温度，平衡逆向移动，NO2的百分含量又增大，则④图符合题意。12.在体积为VL的恒容密闭容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)发生反应：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)ΔH<0。当温度分别为T1、T2，平衡时H2的体积分数与Br2(g)的物质的量的变化关系如图所示。下列说法正确的是()A．由图可知：T2<T1B．a、b两点的反应速率：a>bC．为了提高Br2(g)的转化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法D．a点比b点体系的颜色深答案A解析根据反应：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)ΔH<0，升温，平衡向逆反应方向移动，H2的体积分数增大，根据图示变化，可知T1>T2，A正确；b点Br2的浓度比a点Br2的浓度大，反应速率也大，B错误；增加Br2(g)的通入量，Br2(g)的转化率减小，C错误；b点对a点来说，是向a点体系中加入Br2使平衡向正反应方向移动，尽管Br2的量在新基础上会减小，但是Br2的浓度比原来大，颜色变深，即b点比a点体系的颜色深，D错误。13．(14分)现有反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)，达到平衡后，当升高温度时，B的转化率变大；当减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，则：(1)该反应的逆反应为________(填“吸热”或“放热”)反应，且m＋n______(填“＞”“＝”或“＜”)p。(2)减压使容器体积增大时，A的质量分数________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。(3)若容积不变加入B，则A的转化率__________，B的转化率__________。(4)若升高温度，则平衡时B、C的浓度之比eq\f(cB,cC)将__________。(5)若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量__________。答案(1)放热＞(2)增大(3)增大减小(4)减小(5)不变解析反应mA(g)＋nB(g)pC(g)达到平衡后，升高温度时，B的转化率变大，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应；减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，即m＋n>p，A的质量分数增大；若容积不变加入B，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B