影響化學(xué)平衡的因素(溫度、催化劑)(二) 高二化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

2.2.4影響化學(xué)平衡的因素(溫度、催化劑)(二)課標(biāo)定向1.從宏觀與微觀相結(jié)合的視角分析外界條件變化對化學(xué)平衡的影響,解釋或預(yù)測化學(xué)平衡的移動方向。(宏觀辨識與微觀探析)2.能根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡的影響,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),收集實(shí)驗(yàn)證據(jù),基于現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并得出結(jié)論。(科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)【教材認(rèn)知·內(nèi)化必備知識】 一、影響化學(xué)平衡的因素1.溫度對化學(xué)平衡的影響升高溫度化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動降低溫度化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動2.催化劑對化學(xué)平衡的影響催化劑能夠同等程度地改變正、逆反應(yīng)的速率,所以使用催化劑不能使平衡發(fā)生移動,但是可以改變達(dá)到平衡所需要的時間。二、勒夏特列原理如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強(qiáng)及參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度),平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動,這就是勒夏特列原理?！举|(zhì)疑辨析】(1)升高溫度,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動,此時v放減小,v吸增大。 (×)提示:只要升高溫度,v放、v吸均增大。(2)對于反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0,降低溫度,正反應(yīng)速率減小程度比逆反應(yīng)速率減小程度大。 (×)提示:降低溫度,吸熱方向速率變化程度較大。(3)加入催化劑,可以提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。 (×)提示:催化劑不影響平衡的移動,加入催化劑不能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。(4)化學(xué)平衡正向移動,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大。 (×)提示:兩種反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng),加入其中一種反應(yīng)物,平衡正向移動,但是該物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率降低。【合作探究·形成關(guān)鍵能力】探究任務(wù)一:溫度、催化劑對化學(xué)平衡的影響【導(dǎo)學(xué)探究】探究點(diǎn)一:學(xué)會用實(shí)驗(yàn)探究溫度對化學(xué)平衡的影響原理2NO2(g,紅棕色)N2O4(g,無色)ΔH=-56.9kJ·mol-1實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象熱水中混合氣體顏色加深;冰水中混合氣體顏色變淺1.浸泡在熱水中的燒瓶內(nèi)氣體紅棕色為什么會加深?由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么?提示:浸泡在熱水中的燒瓶內(nèi)的氣體紅棕色加深,說明升高溫度,使2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0的平衡向逆反應(yīng)方向移動,c(NO2)增大,顏色加深。得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論:其他條件不變,升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向(即吸熱反應(yīng)方向)移動。2.浸泡在冰水中的燒瓶內(nèi)氣體紅棕色為什么會變淺?由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么?提示:浸泡在冰水中的燒瓶內(nèi)的氣體紅棕色變淺,說明降低溫度,使2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0的平衡向正反應(yīng)方向移動,c(NO2)減小,顏色變淺。得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論:其他條件不變,降低溫度,平衡向正反應(yīng)方向(即放熱反應(yīng)方向)移動。探究點(diǎn)二:理解催化劑對化學(xué)平衡的影響3.工業(yè)上制備硫酸需要將SO2氧化為SO3,轉(zhuǎn)化時需要加入V2O5作催化劑。加入V2O5后,如何影響化學(xué)平衡移動,能不能提高平衡時SO3的產(chǎn)率?提示:加入V2O5后,不影響化學(xué)平衡移動,也不能提高平衡時SO3的產(chǎn)率,但可以加快化學(xué)反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡的時間?！練w納總結(jié)】1.從v-t圖像認(rèn)識溫度對平衡的影響aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)ΔH計(jì)量關(guān)系v-t圖像平衡移動方向ΔH>0升溫正向移動降溫逆向移動ΔH<0升溫逆向移動降溫正向移動2.催化劑對化學(xué)平衡的影響因?yàn)榇呋瘎┠芡瘸潭鹊馗淖冋⒛娣磻?yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率,所以加入催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率,化學(xué)平衡不移動。加入正催化劑圖像(v-t圖)如下:【針對訓(xùn)練】在容積一定的密閉容器中,置入一定量的NO(g)和足量C(s),發(fā)生反應(yīng)C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),平衡狀態(tài)時NO(g)的物質(zhì)的量濃度c(NO)與溫度T的關(guān)系如圖所示。則下列說法中正確的是()A.該反應(yīng)的ΔH>0B.若該反應(yīng)在T1℃、T2℃時的平衡常數(shù)分別為K1、K2,則K1<K2C.在T2℃時,若反應(yīng)體系處于狀態(tài)D,則此時一定有v正<v逆D.在T3℃時,若混合氣體的密度不再變化,則可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C【解析】選D。由圖可知,溫度越高平衡時c(NO)越大,即升高溫度平衡逆向移動,所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng),即ΔH<0,A錯誤;該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動,所以升溫化學(xué)平衡常數(shù)減小,故K1>K2,B錯誤;T2℃時反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D,c(NO)高于平衡濃度,故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行,則一定有v正>v逆,C錯誤;在容積一定的密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g),固體生成氣體,氣體的質(zhì)量增大,混合氣體的密度是一個變量,T3℃時,若混合氣體的密度不再變化,則可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C,D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2023·泉州高二檢測)2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)ΔH=-748.6kJ·mol-1。有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是()A.降溫,可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率B.升溫,增大逆反應(yīng)速率,降低正反應(yīng)速率C.使用催化劑,可以使反應(yīng)速率增大,平衡向正反應(yīng)方向移動D.增大壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動,平衡常數(shù)增大【解析】選A。降溫,平衡向放熱反應(yīng)方向移動,該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以平衡正向移動,則可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,故A正確;升溫,正、逆反應(yīng)速率均增大,只是逆反應(yīng)速率增大的程度比正反應(yīng)速率增大的程度大,平衡逆向移動,故B錯誤;使用催化劑,可以同等程度增大正逆反應(yīng)速率,平衡不移動,故C錯誤;平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),增大壓強(qiáng),平衡常數(shù)不變,故D錯誤。[借題發(fā)揮](1)若該反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行,再通入一定量CO,則平衡如何移動?NO轉(zhuǎn)化率如何變化?提示:平衡正向移動;NO轉(zhuǎn)化率增大。(2)若該反應(yīng)在恒溫恒容條件下進(jìn)行,當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不再變化時,能否說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)?提示:能。反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變,氣體物質(zhì)的量減小,則平均相對分子質(zhì)量為變量,變量不變即達(dá)到平衡狀態(tài)。探究任務(wù)二:勒夏特列原理的理解與應(yīng)用【導(dǎo)學(xué)探究】生命過程與化學(xué)平衡移動密切相關(guān)。例如,在人體利用氧氣的過程中,血紅蛋白與氧氣的結(jié)合過程中,就涉及化學(xué)平衡的移動。人體中的血紅蛋白分子(Hb)與氧氣結(jié)合,形成氧合血紅蛋白分子——Hb(O2),這一過程可以表示為Hb+O2Hb(O2)。煤氣中的CO也能與血紅蛋白分子結(jié)合,即:Hb+COHb(CO)。一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的能力比氧氣分子強(qiáng)。探究點(diǎn):理解勒夏特列原理及其應(yīng)用1.閱讀材料并解釋為什么空氣中一氧化碳濃度增大時會發(fā)生一氧化碳中毒?提示:空氣中一氧化碳濃度增大,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人體缺氧,導(dǎo)致一氧化碳中毒。2.思考并討論如何利用平衡移動原理設(shè)計(jì)合理的方法救治一氧化碳中毒的病人?簡述你的理由。提示:如果有人一氧化碳中毒,應(yīng)立即切斷一氧化碳來源并將中毒者移至空氣流通處,必要時可以將其放到高壓氧艙中,增大氧氣濃度。【歸納總結(jié)】勒夏特列原理的理解與應(yīng)用(1)適用范圍:適用于任何動態(tài)平衡體系(如電離平衡),非平衡狀態(tài)不適用。(2)平衡移動的結(jié)果是“減弱”外界因素的影響,而不是“消除”外界因素的影響,更不是“扭轉(zhuǎn)”外界因素的影響。[易錯提醒](1)勒夏特列原理只適用于判斷“改變影響平衡的一個因素”時平衡移動的方向。若同時改變幾個影響平衡的因素,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,只有在改變的因素對平衡移動的方向影響一致時,才能根據(jù)原理進(jìn)行判斷。(2)應(yīng)用勒夏特列原理時要判明是否真的改變了影響化學(xué)平衡的條件。如改變平衡體系中固體或純液體物質(zhì)的量、對于氣體存在的化學(xué)平衡體系在恒溫恒容條件下充入與反應(yīng)無關(guān)的氣體,未改變影響化學(xué)平衡的條件。【針對訓(xùn)練】體積一定的恒溫密閉容器中加入等物質(zhì)的量的X、Y,進(jìn)行如下可逆反應(yīng):X(g)+Y(g)Z(g)+W(s)ΔH>0。下列敘述正確的是()A.若繼續(xù)充入X,平衡向正反應(yīng)方向移動,Y的轉(zhuǎn)化率增大B.若繼續(xù)充入Z,平衡逆向移動,Z的體積分?jǐn)?shù)減小C.若移走部分W,平衡正向移動D.平衡后移走X,上述反應(yīng)的ΔH減小【解析】選A。充入Z,平衡逆向移動,Z的體積分?jǐn)?shù)增大,B項(xiàng)錯誤;W為固體,改變其用量,平衡不移動,C項(xiàng)錯誤;ΔH只和熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)及狀態(tài)有關(guān),與反應(yīng)物的量無關(guān),D項(xiàng)錯誤。方法導(dǎo)引判斷化學(xué)平衡移動問題的思維步驟(1)關(guān)注特點(diǎn)。①容器特點(diǎn):恒溫恒容,恒溫恒壓。②反應(yīng)特點(diǎn):物質(zhì)狀態(tài),ΔV(g)是否為0,ΔH的正負(fù)等。(2)分析條件變化,如濃度、溫度、壓強(qiáng)等。(3)聯(lián)想原理(平衡移動原理)→綜合判斷得結(jié)論?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】2NO(g)+O2(g)2NO2(g)體系中能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大,且平衡向正反應(yīng)方向移動的是()A.及時分離出NO2氣體B.擴(kuò)大容器體積C.增大O2的濃度D.選擇高效催化劑【解析】選C。A.及時分離出NO2氣體,平衡向生成二氧化氮的方向移動,正向移動,但是濃度減小,反應(yīng)速率減小,A錯誤;B.反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),擴(kuò)大容器體積,平衡逆向移動,且物質(zhì)的濃度均減小,反應(yīng)速率減慢,B錯誤;C.增大O2的濃度,平衡正向移動,反應(yīng)物濃度變大,反應(yīng)速率變大,C正確;D.選擇高效催化劑可加快反應(yīng)速率,但不影響平衡移動,D錯誤?！炬溄痈呖肌っ魑呖挤较颉俊菊骖}示例】【典例】(2023·北京等級考)下列事實(shí)能用平衡移動原理解釋的是()A.H2O2溶液中加入少量MnO2固體,促進(jìn)H2O2分解B.密閉燒瓶內(nèi)的NO2和N2O4的混合氣體,受熱后顏色加深C.鐵釘放入濃HNO3中,待不再變化后,加熱能產(chǎn)生大量紅棕色氣體D.鋅片與稀H2SO4反應(yīng)過程中,加入少量CuSO4固體,促進(jìn)H2的產(chǎn)生[解題思維]解答本題的思維流程如下:提取關(guān)鍵點(diǎn)(1)能用平衡移動原理解釋;(2)受熱后顏色加深轉(zhuǎn)化知識點(diǎn)(1)掌握勒夏特列原理的應(yīng)用;(2)明確化學(xué)平衡研究對象——可逆反應(yīng)排除障礙點(diǎn)化學(xué)平衡移動原理研究對象為可逆反應(yīng),所以應(yīng)明確每個選項(xiàng)的化學(xué)方程式【解析】選B。MnO2會催化H2O2分解,與平衡移動無關(guān),A項(xiàng)錯誤;NO2轉(zhuǎn)化為N2O4的反應(yīng)是放熱反應(yīng),升溫平衡逆向移動,NO2濃度增大,混合氣體顏色加深,B項(xiàng)正確;鐵在濃硝酸中鈍化,加熱會使表面的氧化膜溶解,鐵與濃硝酸反應(yīng)生成大量紅棕色氣體,與平衡移動無關(guān),C項(xiàng)錯誤;加入硫酸銅以后,鋅置換出銅,構(gòu)成原電池,從而使反應(yīng)速率加快,與平衡移動無關(guān),D項(xiàng)錯誤?！緦c(diǎn)演練】1.(2023·阜陽高二檢測)下列事實(shí)不能用勒夏特列原理來解釋的是()A.實(shí)驗(yàn)室中常用排飽和食鹽水的方法收集Cl2B.鼓入過量空氣有利于SO2轉(zhuǎn)化為SO3C.開啟啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡沫D.煅燒硫鐵礦時先將礦石粉碎【解析】選D。A.氯氣和水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸,該反應(yīng)存在溶解平衡,飽和食鹽水中含有氯化鈉電離出的氯離子,飽和食鹽水抑制了氯氣的溶解,所以實(shí)驗(yàn)室可用排飽和食鹽水的方法收集氯氣,能用勒夏特列原理解釋,A不符合題意;B.鼓入過量的空氣會增大氧氣的濃度,有利于平衡正向移動,提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率,能用勒夏特列原理解釋,B不符合題意;C.存在平衡H2CO3CO2(g)+H2O,開啟啤酒瓶后,壓強(qiáng)減小,二氧化碳逸出,可以用勒夏特列原理解釋,C不符合題意;D.煅燒硫鐵礦時先將礦石粉碎,目的是增大接觸面積,使反應(yīng)速率加快,不能用勒夏特列原理解釋,D符合題意。2.下列事實(shí)不能用勒夏特列原理解釋的是()A.工業(yè)合成氨時采用500℃左右高溫而不采用常溫B.向氯水中加入CaCO3固體提高HClO的濃度C.用排飽和NaHCO3溶液的方法收集CO2氣體D.將濃氨水滴入堿石灰中能快速產(chǎn)生氨氣【解析】選A。A.合成氨反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,升高溫度,平衡逆向移動,不能用勒夏特列原理解釋工業(yè)上采用高溫條件合成氨,A選;B.氯水中存在平衡:Cl2+H2OHCl+HClO,加入的CaCO3與HCl反應(yīng),促使平衡正向移動,HClO的濃度增大,與勒夏特列原理有關(guān),B不選;C.NaHCO3在溶液中完全電離,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,存在電離平衡:H2CO3HCO3-+H+,由于NaHCO3溶液中含有大量的HCO3-,平衡向逆反應(yīng)方向移動,CO2溶解量減小,能用勒夏特列原理解釋,C不選;D.NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-,加入堿石灰,增大氫氧根離子濃度,平衡逆向移動,有利于氨氣的生成,3.在一定溫度下、1L密閉容器中,3種氣體起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)時的物質(zhì)的量(n)如下表所示,下列有關(guān)說法正確的是()項(xiàng)目XYWn(起始)/mol210n(平衡)/mol10.51.5A.該溫度下,此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式是K=cB.升高溫度,若W的體積分?jǐn)?shù)減小,則此反應(yīng)ΔH>0C.增大壓強(qiáng),正、逆反應(yīng)速率均增大,平衡向正反應(yīng)方向移動D.該溫度下,再向容器中通入3molW,達(dá)到平衡時,n(X)=2mol【解析】選D。由表中數(shù)據(jù)可知X的物質(zhì)的量減少1mol,Y減少0.5mol,W增加1.5mol,則反應(yīng)的化學(xué)方程式為2X(g)+Y(g)3W(g),反應(yīng)前后氣體的體積不變,則壓強(qiáng)對平衡移動沒有影響,以此解答該題。A.該溫度下,此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式是K=c3(W)c2(X)×c(Y),A錯誤;B.升高溫度,若W的體積分?jǐn)?shù)減小,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動,則此反應(yīng)ΔH<0,B錯誤;C.反應(yīng)前后氣體的體積不變,則壓強(qiáng)對平衡移動沒有影響,C錯誤;D.反應(yīng)前后氣體的體積不變,則壓強(qiáng)對平衡移動沒有影響,該溫度下,再向容器中通入3molW,達(dá)到平衡時等效于加入4molX、【課堂檢測·診斷學(xué)習(xí)效果】1.有一處于平衡狀態(tài)的反應(yīng):3A(s)+2B(g)3C(g)ΔH>0。為了使平衡向生成C的方向移動,應(yīng)選擇的條件是()①高溫②低溫③高壓④低壓⑤加催化劑A.①③ B.①③⑤C.①④ D.②④⑤【解析】選C。3A(s)+2B(g)3C(g)ΔH>0正反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)。①升高溫度,平衡向正反應(yīng)(吸熱)方向移動;②降低溫度,平衡向逆反應(yīng)(放熱)方向移動;③壓強(qiáng)增大,平衡向逆反應(yīng)(氣體體積減小)方向移動;④降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)(氣體體積增大)方向移動;⑤加催化劑不會引起化學(xué)平衡的移動。①④符合題意,故選C。2.如圖為某化學(xué)反應(yīng)的速率與時間的關(guān)系圖,在t1時刻升高溫度或者增大壓強(qiáng),速率的變化都符合圖示的反應(yīng)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】選D。根據(jù)圖像可知,該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱、氣體體積增大的反應(yīng),只有D項(xiàng)符合。3.(2024·珠海高二聯(lián)考)煤化工是以煤為原料,經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料以及各種化工產(chǎn)品的工業(yè)過程。(1)將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ·mol-1。一定溫度下,在一個容積可變的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是___________(填字母)。

A.容器中的壓強(qiáng)不變B.1molH—H鍵斷裂的同時斷裂2molH—O鍵C.v正(CO)=v逆(H2O)D.c(CO)=c(H2)(2)將不同量的CO(g)和H2O(g)分別通入容積為2L的恒容密閉容器中,進(jìn)行反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),得到如下三組數(shù)據(jù):實(shí)驗(yàn)組溫度/℃起始量/mol平衡量/mol達(dá)到平衡所需時間/minH2OCOH2CO1650241.62.452900120.41.633900abcdt①實(shí)驗(yàn)1中以v(CO2)表示的反應(yīng)速率為____________________。

②該反應(yīng)的逆反應(yīng)為________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。

③若實(shí)驗(yàn)3