2022-2023學年魯科版選擇性必修1 第2章 第2節(jié)　第3課時　反應條件對化學平衡的影響 學案

1、第3課時反應條件對化學平衡的影響學習目標通過實驗探究,了解濃度、壓強、溫度對化學平衡的影響。學習任務1化學平衡移動一、化學平衡狀態(tài)及其判斷1.化學平衡狀態(tài)當一個可逆反應進行到v正=v逆0的狀態(tài)時,此時反應物和生成物濃度不再隨時間改變而變化,這種狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài),簡稱化學平衡。2.化學平衡狀態(tài)的判斷(1)動態(tài)標志:v正=v逆0同種物質:同一物質的生成速率等于消耗速率。不同物質:必須標明是“異向”的反應速率關系。如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正(A)v逆(B)=ab時,反應達到平衡狀態(tài)。(2)靜態(tài)標志:各種“量”不變各物質的質量、物質的量或濃度不變。各物質的百分含量(物質的

2、量分數(shù)、質量分數(shù)等)不變。溫度、壓強(化學方程式兩邊氣體體積不相等)或顏色(某組分有顏色)不變?？傊?若物理量由變量變成了不變量,則表明該可逆反應達到平衡狀態(tài);若物理量為“不變量”,則不能作為平衡標志。二、化學平衡移動1.化學平衡移動的概念與實質(1)概念:化學反應由一種平衡狀態(tài)變?yōu)榱硪环N平衡狀態(tài)的過程稱為化學平衡移動。(2)實質:平衡遭到破壞導致v正v逆,致使平衡變?yōu)榱硪粻顟B(tài)。2.化學平衡移動的過程分析微點撥:不平衡(v正v逆)平衡(v正=v逆0),是平衡建立過程,不能稱平衡移動。平衡(v正=v逆0)破壞(v正v逆)再平衡(v正=v逆0)才叫平衡移動。3.化學平衡移動方向的判斷(1)反應速率

3、角度。條件改變若v正=v逆0,平衡不移動若v正v逆,平衡向正反應方向移動若v正v逆,平衡向逆反應方向移動(2)濃度商角度。條件改變若QK,平衡逆向移動若Q=K,平衡不移動工業(yè)廢氣、汽車尾氣排放出的氮氧化物是形成酸雨的主要物質,其綜合治理是當前重要的研究課題。汽車尾氣中的NO(g)和CO(g)在一定溫度和催化劑條件下可發(fā)生反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。探究充入惰性氣體對化學平衡的影響問題1:請寫出此反應的濃度商表達式。提示:Q=c2(CO2)c(N2)c2(CO)c2(NO)。問題2:此反應在恒溫、恒容容器內達到平衡后充入惰性氣體(與平衡無關氣體,比如氬氣),平衡向哪

4、個方向移動?提示:恒溫、恒容條件下充入惰性氣體后,各組分物質的量不變,因為容器體積不變,所以各組分濃度不變,由于濃度不變,所以濃度商Q不變,即Q=K仍然成立,所以平衡不移動。問題3:恒溫、恒壓條件下充入惰性氣體,平衡向哪個方向移動?提示:恒溫、恒壓條件下充入惰性氣體后,各組分物質的量不變,但容器體積增大,根據(jù)Q=c2(CO2)c(N2)c2(CO)c2(NO)=n(CO2)V2n(N2)Vn(CO)V2n(NO)V2=n2(CO2)n(N2)n2(CO)n2(NO)V,由于V增大,所以導致QK,平衡逆向移動。充入“惰性氣體”對化學平衡的影響(1)恒容時,通入惰性氣體,壓強增大,平衡不移動;恒壓

5、時,通入惰性氣體,體積增大,平衡向氣體體積增大的方向移動。(2)在恒容容器中,改變其中一種物質的濃度時,必然同時引起壓強的改變,但判斷平衡移動的方向時,應以濃度的影響進行分析。(3)對于反應前后氣體體積相等的反應,如H2(g)+I2(g)2HI(g),當向平衡體系中充入惰性氣體時,無論任何情況下平衡都不發(fā)生移動。題點一化學平衡狀態(tài)判斷1.(2021河南洛陽月考)在一定溫度下,向a L密閉容器中加入1 mol X氣體和2 mol Y氣體,發(fā)生如下反應:X(g)+2Y(g)2Z(g)。此反應達到平衡的標志是(A)A.容器內壓強不隨時間變化B.容器內各物質的濃度相等C.X、Y、Z的速率之比為122D

6、.單位時間消耗0.1 mol X同時生成0.2 mol Z解析:反應正向進行時,氣體體積減小,因此隨著反應的正向進行,容器內壓強減小,當容器內壓強不隨時間變化時,反應達到平衡,A正確;反應達到平衡的標志是各物質的濃度均不再改變,而非相等,B錯誤;因為化學方程式中X、Y、Z的系數(shù)之比為122,故同一個反應方向,X、Y、Z的速率之比為122恒成立,不能用于判定反應是否達到平衡,C錯誤;單位時間消耗0.1 mol X同時生成 0.2 mol Z恒成立,D錯誤。2.(2021安徽蕪湖月考)在兩個恒容的密閉容器中進行下列兩個可逆反應:甲:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)乙:CO(g)+H2O

7、(g)CO2(g)+H2(g)現(xiàn)有下列狀態(tài):混合氣體平均相對分子質量不再改變恒溫時,氣體壓強不再改變各氣體濃度相等絕熱時,反應體系溫度保持不變斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氫鍵速率的2倍混合氣體密度不變單位時間內,消耗的水質量與生成氫氣的質量之比為91其中能表明甲、乙的容器中反應都達到平衡狀態(tài)的是(D)A.B.C.D.解析:乙反應前后氣體的物質的量不變,則無論是否達到平衡狀態(tài),混合氣體平均相對分子質量都不改變,不符合題意;乙反應前后氣體的物質的量不變,恒溫時,無論是否達到平衡狀態(tài),氣體壓強都不改變,不符合題意;平衡常數(shù)未知,各氣體濃度相等,不一定達到平衡狀態(tài),不符合題意;絕熱時反應體系中溫度保持不變,

8、可說明達到平衡狀態(tài),符合題意;斷裂氫氧鍵速率是斷裂氫氫鍵速率的2倍,可說明正、逆反應速率相等,達到平衡狀態(tài),符合題意;乙反應中都是氣體參加反應,無論是否達到平衡狀態(tài),混合氣體密度都不變,不符合題意;單位時間內,消耗水蒸氣的質量與生成氫氣的質量之比為91,為正反應速率關系,不能說明達到平衡狀態(tài),不符合題意。綜上分析可知,能夠說明兩反應均達到化學平衡,故選D。題點二化學平衡移動3.(2021湖北黃岡月考)密閉容器中發(fā)生反應2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。測得在某溫度下達到平衡時,四種物質的物質的量之比為2212。保持容器體積、溫度不變,改變下列條件,平衡一定逆向移動的是(B)

9、A.四種物質的物質的量均變成2倍B.四種物質的物質的量均變成12C.CO、CO2的物質的量均變成2倍D.NO、N2的物質的量均增加1 mol解析:平衡常數(shù)K=c(N2)c2(CO2)c2(NO)c2(CO),保持溫度不變則K不變,當條件改變時,若Q=K,則仍處于平衡狀態(tài);若QK,則平衡左移。保持容器體積、溫度不變,將四種物質的物質的量均變成2倍,則Q=2c(N2)2c(CO2)22c(NO)22c(CO)2=12KK,則平衡左移,B符合題意;保持容器體積、溫度不變,若將CO、CO2的物質的量均變成2倍,則Q=c(N2)2c(CO2)2c2(NO)2c(CO)2=K,則仍處于平衡狀態(tài),C不符合題

10、意;保持容器體積、溫度不變,若將NO、N2的物質的量均增加1 mol,則Q=c(N2)+1Vc2(CO2)c(NO)+1V2c2(CO),難以比較Q與K的相對大小,D不符合題意。4.(2021安徽合肥期中)煤化工通常通過研究不同溫度下平衡常數(shù)以解決各種實際問題?，F(xiàn)將物質的量均為0.04 mol的CO(g)和H2O(g)充入2 L密閉容器中,發(fā)生如下反應:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)。下列說法正確的是(B)溫度/400500800平衡常數(shù)K9.9491A.該反應的正反應是吸熱反應B.若在500 時進行,CO的平衡轉化率為75%C.保持800 不變,向某一體積為1 L的密閉容器

11、中加入該反應中四種物質各2 mol,則此時反應正向進行D.將該反應置于恒容絕熱條件下,更利于氫氣產(chǎn)率的提高解析:根據(jù)表中數(shù)據(jù),隨著溫度升高,化學平衡常數(shù)減小,說明該反應的正反應放熱,故A錯誤;設達到平衡時,消耗CO的物質的量為x mol,則此時消耗H2O的物質的量為x mol,生成H2和CO2的物質的量均為x mol,達到平衡時CO、H2O的物質的量為(0.04-x) mol,500 時K=x2x20.04-x20.04-x2=9,解得x=0.03,CO的平衡轉化率為0.030.04100%=75%,故B正確;此時Q=21212121=1=K,平衡不移動,故C錯誤;恒容絕熱容器中,隨反應進行,

12、溫度升高,平衡向逆反應方向進行,氫氣產(chǎn)率降低,故D錯誤。(1)直接判據(jù)。v正=v逆0或Q=K。反應混合物中各組分質量或濃度或物質的量保持不變。(2)間接判據(jù)。常用物理量:氣體總的物質的量、壓強、混合氣體的平均密度(=mV)、平均摩爾質量(M=mn)。判斷方法:“變量不變即為平”,即假設反應向正反應方向進行時,該物理量若發(fā)生變化,則某時刻該物理量不再改變時,即認為達到平衡狀態(tài);若該物理量為一直不變的量,則無法用于判斷反應是否達到平衡狀態(tài)。學習任務2反應條件對化學平衡的影響1.溫度對化學平衡移動的影響規(guī)律(在其他條件不變時)(1)溫度升高,平衡向吸熱反應方向移動。(2)溫度降低,平衡向放熱反應方向

13、移動。2.濃度對化學平衡移動的影響規(guī)律(在其他條件不變時)(1)c(反應物)增大或c(生成物)減小,平衡向正反應方向移動。(2)c(反應物)減小或c(生成物)增大,平衡向逆反應方向移動。3.壓強對化學平衡移動的影響規(guī)律(在其他條件不變時)(1)增大壓強,化學平衡向化學方程式中氣態(tài)物質化學式前系數(shù)減小(vg0)的方向移動。微點撥:壓強之所以引發(fā)平衡移動,本質上是因為壓強改變影響了濃度,所以壓強是否能使化學平衡發(fā)生移動,要看壓強改變是否使?jié)舛劝l(fā)生改變,從而使v正v逆。vg=0的反應,壓強改變不會引起平衡移動。4.催化劑對化學平衡的影響規(guī)律(在其他條件不變時)催化劑不能引起平衡移動,使用催化劑能改變

14、反應達到化學平衡所需的時間。微點撥:催化劑是“同等程度”改變正、逆反應速率,所以有無催化劑均不會“破壞”平衡,也就是不會導致v正v逆。因此催化劑不會引起平衡移動。5.勒夏特列原理如果改變影響平衡的條件之一(如溫度、濃度、壓強等),平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。簡單記憶:改變減弱這種改變。微點撥:(1)勒夏特列原理僅適用于已達到平衡的反應體系。(2)勒夏特列原理對所有的動態(tài)平衡(如溶解平衡、電離平衡和水解平衡等)都適用。(3)勒夏特列原理只適用于判斷“改變影響平衡的一個條件”時平衡移動的方向。若同時改變影響平衡移動的幾個條件,則不能簡單地根據(jù)勒夏特列原理來判斷平衡移動的方向,只有在改變的

15、條件對平衡移動的方向影響一致時,才能根據(jù)勒夏特列原理進行判斷。某老師運用數(shù)字化實驗器材帶領學生探究化學平衡移動。以2NO2(g)N2O4(g)為研究對象,實驗過程如下:事先將一定量NO2雙聚平衡體系密封在注射器內,利用色度傳感器測定其紅色吸收率,NO2氣體濃度越大,紅棕色越深,吸收率越大,曲線上升,反之,吸收率降低,曲線下降。迅速推動注射器活塞,使壓強迅速增大;迅速外拉注射器活塞,使壓強迅速減小。測得如圖結果,據(jù)此探究。探究影響化學平衡移動的因素問題1:從圖中看出實驗者在t1時刻是向里推動活塞壓縮體積,還是外拉活塞擴大體積?提示:從圖中絕對壓力看出大約在t1時刻絕對壓力減小,說明是“外拉活塞”

16、。A點開始拉動,B點停止拉動。問題2:從圖中看出絕對壓力到哪一個點時反應再次平衡?從中看出壓強變化特點是什么?提示:C點絕對壓力不再改變,因此此時反應再次平衡。減小壓強時平衡向著壓強增大的方向移動,但再次平衡時壓強比壓強減小前要低。問題3:從溫度圖像看同時刻,從減壓引起平衡移動到再次平衡,溫度如何改變?為什么?提示:溫度降低;因為減小壓強平衡左移,此方向的反應屬于吸熱反應,造成溫度下降。問題4:從吸收率(反映的是濃度)看減小壓強時NO2濃度如何改變?提示:NO2濃度先減小后增大,再次平衡時比原來的小。外界條件對化學平衡移動的影響改變的條件(其他條件不變)化學平衡移動的方向濃度增大反應物濃度或減

17、小生成物濃度向正反應方向移動減小反應物濃度或增大生成物濃度向逆反應方向移動壓強(對有氣體參加的反應)反應前后氣體體積改變增大壓強向氣體分子總數(shù)減小的方向移動減小壓強向氣體分子總數(shù)增大的方向移動反應前后氣體體積不變改變壓強平衡不移動溫度升高溫度向吸熱反應方向移動降低溫度向放熱反應方向移動催化劑同等程度改變v正、v逆,平衡不移動1.(2021河南鄭州月考)下列反應達到平衡后,升高溫度和增大壓強,平衡移動方向一致的是(D)A.C(s)+CO2(g)2CO(g)H0B.O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)H0C.H2(g)+I2(g)2HI(g)H0解析:對于反應C(s)+CO2(g)2CO(g)

18、H0,升高溫度,平衡正向移動,增大壓強,平衡逆向移動,A不符合題意;對于反應O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)H0,升高溫度,平衡逆向移動,增大壓強,平衡正向移動,B不符合題意;對于反應H2(g)+I2(g)2HI(g)H0,升高溫度,平衡正向移動,增大壓強,平衡正向移動,D符合題意。2.(2021浙江諸暨期中)采用以下措施一定會使一個平衡體系發(fā)生移動的是(C)A.加入一種反應物B.對平衡體系增加壓強C.改變溫度D.使用催化劑解析:加入一種反應物,若該物質狀態(tài)是固體,則加入該反應物時化學平衡不發(fā)生移動,A不符合題意;若可逆反應是在溶液中進行,或沒有氣體物質參加,則對平衡體系增加壓強,化學

19、平衡不發(fā)生移動,B不符合題意;化學反應過程中一定會伴隨放熱或吸熱現(xiàn)象,因此改變反應溫度,化學平衡一定會發(fā)生移動,C符合題意;使用催化劑可以使化學反應速率發(fā)生改變,但由于對正、逆反應速率的影響相同,因此使用催化劑,化學平衡不發(fā)生移動,D不符合題意。3.(2021河南安陽月考)下列現(xiàn)象不能用勒夏特列原理解釋的是(B)A.紅棕色NO2加壓后顏色先變深后變淺B.H2、I2、HI平衡加壓后顏色變深C.用排飽和食鹽水的方法收集Cl2D.打開啤酒瓶蓋,瓶口冒出大量氣泡解析:紅棕色NO2剛加壓時,NO2的濃度增大,氣體顏色變深,加壓后,依據(jù)勒夏特列原理,化學平衡向氣體體積減小的方向移動,NO2的濃度有所減小,

20、氣體顏色又變淺,A不符合題意;H2、I2、HI平衡加壓后,平衡沒有發(fā)生移動,但由于氣體體積減小,有色的I2的濃度增大,氣體的顏色變深,所以不能用勒夏特列原理解釋,B符合題意;由于飽和食鹽水中c(Cl-)大,必然對Cl2與水的反應起抑制作用,從而降低Cl2在水中的溶解度,所以可用排飽和食鹽水的方法收集Cl2,能用勒夏特列原理解釋,C不符合題意;打開啤酒瓶蓋,壓強減小,CO2等氣體的溶解度降低,瓶口冒出大量氣泡,能用勒夏特列原理解釋,D不符合題意。化學平衡移動方向判斷的思維過程【知識整合】1.化學平衡狀態(tài)的判斷(1)兩方法正逆相等、變量不變?！罢嫦嗟取?兩反應速率必須一個是正反應的速率,一個是逆反應的速率,且經(jīng)過換算后同一種物質的減少速率和生成速率相等?！白兞坎蛔儭?如果一個量是隨反應進行