資源簡介

第二節(jié) 化學(xué)平衡
第3課時 影響化學(xué)平衡的因素
教學(xué)目標
1.通過實驗探究，了解濃度、壓強、溫度、催化劑等條件對化學(xué)平衡移動的影響。
2.學(xué)會用圖像表示化學(xué)平衡移動的方法,并判斷化學(xué)平衡移動的方向。
3.能夠畫出簡單的化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動的圖形、圖表。
4.理解勒夏特列原理的含義。
教學(xué)重難點
平衡移動概念及濃度、壓強、溫度對平衡移動的影響，勒夏特列原理
教學(xué)過程
【新課導(dǎo)入】
炎炎夏日，冰鎮(zhèn)啤酒、雪碧汽水是不錯的選擇。你是否仔細觀察過,瓶裝啤酒倒入杯中會立即泛起大量泡沫，是什么原因呢？
已知啤酒中存在CO2溶解平衡: CO2(g) CO2(aq)，是什么條件讓平衡向CO2氣體增多的方向變化了呢？
我們將這種變化叫做化學(xué)平衡的移動，這一節(jié)我們共同學(xué)習(xí)，影響化學(xué)平衡移動的條件。
【新知講解】
【閱讀理解】閱讀課本P35、36、37頁，思考化學(xué)平衡移動的概念與實質(zhì)。
一、化學(xué)平衡的移動
【復(fù)習(xí)】化學(xué)平衡定義：在一定條件下，可逆反應(yīng)當(dāng)V正=V逆，且各組分濃度保持恒定,這時達到化學(xué)反應(yīng)的最大限度，這種限度叫化學(xué)平衡。
【思考】V正=V逆是達到化學(xué)平衡的重要標志，對于一個已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)，如果我們改變條件，該反應(yīng)還能繼續(xù)保持平衡嗎？經(jīng)過一段時間以后，,平衡會一直被打破么？CO2泡沫會一直增多么？
【分析】反應(yīng)開始后，一定時間時V正=V逆 ，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，外界條件改變后，化學(xué)平衡被破壞V正≠V逆，化學(xué)平衡被破壞，一定時間后，V’正=V’逆 達到新的平衡狀態(tài)。
定義：在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)后，如果改變反應(yīng)條件，平衡狀態(tài)被破壞，平衡體系的物質(zhì)組成也會隨著改變，直至達到新的平衡狀態(tài)。這種由原有的平衡狀態(tài)達到新的平衡狀態(tài)的過程叫做化學(xué)平衡的移動。
【說明】平衡移動的條件：反應(yīng)條件改變。平衡移動的結(jié)果：平衡體系的物質(zhì)組成改變
【交流討論】外界條件的改變，一定會引起化學(xué)平衡的移動么？
【分析】平衡移動的方向由v(正)、v(逆)的相對大小來決定：
(1)若外界條件的改變引起v(正)>v(逆)，則化學(xué)平衡將向正反應(yīng)方向移動。
(2)若外界條件的改變引起v(正)(3)若外界條件的改變雖引起v(正)和v(逆)的變化,但v(正)和v(逆)仍保持相等,則稱化學(xué)平衡不移動。
【思考】既然外界條件改變，會引起化學(xué)反應(yīng)速率的變化,進而導(dǎo)致化學(xué)平衡的移動。那么影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？
二、濃度對化學(xué)平衡的影響
【小組實驗】完成課本34頁實驗2—1
實驗步驟：向盛有5ml0.05mol/LFeCl3溶液的試管中加入5ml0.15KSCN溶液，溶液呈紅色。
講上述溶液平均分裝在a、b、c三支試管中，向試管b中加入少量鐵粉，向試管c中加入4滴1mol/LKSCN溶液，觀察試管b、c中溶液顏色的變化，并均與a對比。
實驗 向試管b中加入少量鐵粉 向試管c中滴加1mol/LKSCN溶液
現(xiàn)象 顏色變淺 顏色變深
【交流討論】
上述實驗中化學(xué)平衡狀態(tài)是否發(fā)生了變化？你是如何判斷的？
反應(yīng)物和生成物濃度的改變是如何影響化學(xué)平衡狀態(tài)的？
在一定溫度下，當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡時，若濃度商增大或減小，化學(xué)平衡狀態(tài)是否會發(fā)生變化？如何變化？
【學(xué)生1】溶液顏色發(fā)生了變化，說明Fe(SCN)3濃度發(fā)生了變化，所以平衡狀態(tài)發(fā)生了變化。
【學(xué)生2】從上述現(xiàn)象中可以看出，加入鐵粉，發(fā)生反應(yīng)2Fe3+ + Fe = 3Fe2+，F(xiàn)e3+濃度減小，溶液紅色變淺，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動；加入1mol/LKSCN溶液，SCN—濃度增大，溶液紅色加深，說明平衡向正反應(yīng)方向移動。
【學(xué)生3】減小Fe3+濃度，Q增大，Q＞K，平衡逆向移動；增大SCN—濃度，Q減小，Q＜K，平衡正向移動。
【交流討論】
結(jié)合上述實驗結(jié)論，以反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)為例，思考：
【問題1】當(dāng)反應(yīng)達到平衡后，其它條件不變時，改變反應(yīng)體系中某種物質(zhì)的濃度對平衡移動的影響，并完成下表內(nèi)容。
改變條件 v正、v逆相對大小 平衡移動方向
① 增大反應(yīng)物A或B的濃度 v′正＞v′逆 向正反應(yīng)方向移動
② 減小生成物C的濃度 v′正＞v′逆 向正反應(yīng)方向移動
③ 增大生成物C的濃度 v′正＜v′逆 向逆反應(yīng)方向移動
④ 減小反應(yīng)物A或B的濃度 v′正＜v′逆 向逆反應(yīng)方向移動
【問題2】當(dāng)反應(yīng)達到平衡后，如何利用v-t圖像分析濃度變化對正、逆反應(yīng)速率的影響過程。
【學(xué)生交流】其反應(yīng)速率的變化曲線分別如下圖所示：
【結(jié)論】當(dāng)可逆反應(yīng)達到平衡時，在其他條件不變的情況下，如果增大反應(yīng)物濃度（或減小生成物濃度），平衡向正反應(yīng)方向移動；同理，如果減小反應(yīng)物濃度（或增大生成物濃度），反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動。
三、壓強對化學(xué)平衡的影響
【小組實驗】完成課本36頁實驗2—2
實驗步驟：用50ml注射器吸入約20mlNO2與N2O4的混合氣體（使注射器的活塞處于Ⅰ處），將細管端用橡皮塞封閉。然后把活塞拉到Ⅱ處，觀察管內(nèi)混合氣體顏色的變化。當(dāng)反復(fù)將活塞從Ⅱ處推到Ⅰ及從Ⅰ處拉到Ⅱ處時，觀察管內(nèi)混合氣體顏色的變化。
實驗 體系壓強增大 體系壓強減小
現(xiàn)象 氣體顏色先變深又變淺 氣體顏色先變淺又變深
結(jié)論 增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動；減小壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動。
【交流討論】
有氣體參加的反應(yīng)可能出現(xiàn)反應(yīng)后氣體體積增大、減小或不變的三種情況，請根據(jù)三種不同的情況進行分析，體系增大壓強，濃度商怎樣變化，化學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生怎樣的變化？
對于只有固體或液體參加的反應(yīng)，體系壓強的改變，會使化學(xué)平衡的狀態(tài)發(fā)生改變嗎？
【分析】
1.對于氣體體積減小的反應(yīng)，如N2 (g)+ 3H2 (g)= 2NH3(g)，增大壓強，三種氣體濃度都增大，，濃度商減小，Q2.只有固體或液體參加的反應(yīng)，體系壓強改變，物質(zhì)濃度不變，平衡不移動。
【交流討論】
利用v-t圖像分析壓強變化對不同氣體體積變化的反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率的影響過程。
【分析1】增大壓強對于等體積反應(yīng)（反應(yīng)前后氣體物質(zhì)計量系數(shù)之和相等），正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)增大，平衡不移動，如下圖A；對于非等體積（反應(yīng)前后氣體物質(zhì)計量系數(shù)之和不相等）反應(yīng)，正、逆反應(yīng)速率同時增大，但計量系數(shù)之和大的方向增大的倍數(shù)更大，所以，平衡向總體積減小的方向移動，如下圖B或C；
【分析2】減小壓強（增大容器體積），對于等體積反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率同倍數(shù)減小，平衡不移動，如下圖D；對于非等體積反應(yīng)，正、逆反應(yīng)速率同時減小，但計量系數(shù)之和大的方向減小的倍數(shù)更大，所以，平衡向總體積增大的方向移動，如下圖E或F。
【總結(jié)】對于有氣體參加的可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，在其他條件不變的情況下，增大壓強（減小容器的容積）會使化學(xué)平衡向氣體體積縮小的方向移動；減小壓強（增大容器的容積）會使化學(xué)平衡向氣體體積增大的方向移動；反應(yīng)后氣體總體積沒有變化的可逆反應(yīng)，增大或減小壓強都不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動。
四、溫度對化學(xué)平衡的影響
【小組實驗】完成課本37頁實驗2—3
實驗步驟：如圖所示，把NO2和N2O4的混合氣體通入兩只連通的燒瓶里，然后用夾子夾住乳膠管；把一只燒瓶放進熱水中，一只燒瓶放進冰水中。觀察混合氣體的顏色變化。
實驗 放進熱水中 放進冰水中
現(xiàn)象 紅棕色加深 紅棕色變淺
結(jié)論 升高溫度平衡向NO2濃度增大的方向移動，降低溫度平衡向NO2濃度減小的方向移動，
【交流討論】
已知反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－56.9 kJ·mol－1 ，分析溫度變化時平衡移動的方向？
分析溫度變化對K的影響，根據(jù)濃度商判斷平衡移動方向？
【分析】
溫度升高，顏色加深，NO2濃度增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即升高溫度，平衡向吸熱方向移動。溫度降低，顏色變淺，NO2濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，即降低溫度，平衡向放熱方向移動。
若正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)，升高溫度，K減小，Q不變，Q＞K，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即升高溫度，平衡向吸熱方向移動。降低溫度，K增大，Q不變，Q＜K，平衡向正反應(yīng)方向移動，即降低溫度，平衡向放熱方向移動。
【交流討論】
利用v-t圖像分析溫度變化對不同吸、放熱反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率的影響過程。提示：改變溫度對活化能較大的速率影響大。
【分析】
如圖①所示，改變溫度對活化能較大的速率影響大，對于正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)的可逆反應(yīng)，升高溫度，正逆反應(yīng)速率同時增大，逆反應(yīng)速率增大的多，v逆＞v正 ，平衡逆向移動，即向吸熱方向移動；如圖②所示，降低溫度，正逆反應(yīng)速率同時減小，逆反應(yīng)速率減小的多，v正＞v逆 ，平衡正向移動，即向放熱方向移動。
【總結(jié)】在其他條件不變的情況下，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；降低溫度，平衡向放熱反應(yīng)方向移動。
催化劑對化學(xué)平衡的影響
【交流討論】
催化劑對反應(yīng)速率的影響，如何利用v-t圖像分析？
如圖所示，加入催化劑可以大大地加快反應(yīng)速率，是因為它可以降低反應(yīng)所需活化能，從而提高活化分子百分數(shù)，增大反應(yīng)速率，但是由于催化劑能夠同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率，因此它對化學(xué)平衡移動無影響。
【總結(jié)】當(dāng)其他條件不變時：催化劑不能改變達到化學(xué)平衡狀態(tài)時反應(yīng)混合物的組成，但是使用催化劑能改變反應(yīng)達到化學(xué)平衡所需的時間。
六、勒夏特列原理
【交流討論】
向一密閉容器中通入1 mol N2、3 mol H2發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，一段時間后達到平衡，當(dāng)分別增大N2的濃度、升高溫度、增大壓強時，化學(xué)平衡移動的方向，達到新平衡時N2濃度、溫度、壓強的變化情況怎樣？
【分析1】若增大N2的濃度，平衡正向移動；達新平衡時，氮氣的濃度與改變時相比較，其變化是減小，但新平衡時的濃度大于原平衡時的濃度。
【分析2】若升高溫度，平衡移動的方向是逆向移動；達新平衡時的溫度與改變時相比較，其變化是降低，但新平衡時的溫度高于原平衡時的溫度。
【分析3】若增大壓強，平衡移動的方向是正向移動；達新平衡時的壓強與改變時相比較，其變化是減小，但新平衡時的壓強大于原平衡時的壓強。
【提問】
總結(jié)上述三種情況，分析如何用一個方法表示，不同條件改變是，平衡移動的方向和結(jié)果。
【總結(jié)】
當(dāng)其它條件不變時，改變影響平衡移動的一個條件，平衡總是向減弱這種改變的方向移動。
【過渡】
這就是著名的勒夏特列原理，我們來認識一下勒夏特列。閱讀課本P38科學(xué)史話。
下面我們研究一下勒夏特列原理。
1.定義：如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應(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，也稱化學(xué)平衡移動原理。
2.適用范圍：化學(xué)反應(yīng)平衡等所有的動態(tài)平衡，只能解釋平衡移動造成的結(jié)果或現(xiàn)象，未處于平衡狀態(tài)的體系不能用此原理分析。
3.對“減弱這種改變”的正確理解：定性角度：用于判斷平衡移動的方向，如升高溫度時，平衡向著吸熱反應(yīng)方向移動；增加反應(yīng)物濃度，平衡向反應(yīng)物濃度減少的方向移動；增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動等；定量角度：用于判斷平衡移動的結(jié)果，“減弱”不等于“消除”，更不是“扭轉(zhuǎn)”。如原平衡體系的壓強為p，若其他條件不變，將體系壓強增大到2p，平衡將向氣體體積減小的方向移動，到達新平衡時的體系壓強將介于p～2p。
【交流討論】
反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，一段時間后達到平衡，在恒溫、恒容條件下，充入He，平衡向那個方向移動，請從反應(yīng)速率、濃度商、勒夏特列原理三個方向分析。
如果改成在恒溫、恒壓條件下呢？
【分析1】在恒溫、恒容條件下，充入He，各物質(zhì)濃度不變，速率、濃度商都不變，平衡不移動。雖然充入了氣體，使體系壓強增大，但各物質(zhì)的分壓不變，影響平衡的條件沒有改變，所以平衡不移動。
【分析2】在恒溫、恒壓條件下，充入He，容器體積增大，各物質(zhì)濃度減小，但反應(yīng)物濃度減小對正反應(yīng)速率影響大，v正＞v逆 ，平衡正向移動；各物質(zhì)濃度減小，增大，Q>K，平衡逆向移動；容器體積增大，對平衡的來說是減小了單位體積內(nèi)的分子數(shù)，平衡向減弱這種改變的方向移動，即向分子數(shù)增多的方向移動。
【思考】瓶裝啤酒倒入杯中會立即泛起大量泡沫,是什么原因呢？
用勒夏特列原理解釋：啤酒中存在CO2溶解平衡: CO2(g) CO2(aq)，減小壓強（打開啤酒瓶），平衡向氣體體積增大方向移動，放出CO2；升高溫度（啤酒瓶冰鎮(zhèn)溫度低），平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，放出CO2。
【課堂小結(jié)】
【課堂檢測】
1.下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是(　　)
A．用濃氨水和氫氧化鈉固體快速制取氨氣
B．將銅粉和鋅粉混合后放入稀硫酸中，產(chǎn)生氣體的速率比不加銅粉快
C．黃綠色的氯水光照后顏色變淺
D．將CO中毒的病人迅速抬到空氣新鮮的地方
【答案】B
【解析】A．濃氨水中加入氫氧化鈉固體，氫氧化鈉固體溶解放熱，使一水合氨分解生成氨氣，且OH-濃度增大，化學(xué)平衡NH3+H2O NH3 H2O NH4++OH-逆向進行，能用化學(xué)平衡移動原理解釋的，故A不符合題意；
B．將銅粉和鋅粉混合后放入稀硫酸中，構(gòu)成原電池，加快反應(yīng)速率，不能用勒夏特列原理解釋，故B符合題意；
C．氯水中存在Cl2+H2O HCl+HClO平衡，生成的次氯酸見光分解，促進平衡正向進行，故氯水光照后顏色變淺，能用勒夏特利原理解釋，故C不符合題意；
D．空氣新鮮的地方，氧氣濃度大，平衡HbO2+COHbCO+O2逆向移動，有利于血紅蛋白和氧氣結(jié)合，可以用勒夏特列原理解釋，故D不符合題意；
答案為B。
2.對可逆反應(yīng)2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)　ΔH＜0，在一定條件下達到平衡，下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
①增加A的量，平衡向逆反應(yīng)方向移動　②升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，v(正)減小　③壓強增大一倍，平衡不移動，v(正)、v(逆)不變　④增大B的濃度，v(正)＞v(逆)　⑤加入催化劑，B的轉(zhuǎn)化率提高
A.①② B.④
C.③ D.④⑤
【答案】B
【解析】A是固體，其量的變化對平衡無影響；增大B的濃度，正反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，v(正)＞v(逆)；升溫，v(正)、v(逆)均應(yīng)增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反應(yīng)方向移動；壓強增大，平衡不移動，但v(正)、v(逆)都增大；催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，B的轉(zhuǎn)化率不變。
3.在容積一定的密閉容器中，反應(yīng)：A(？)＋B(g)C(g)＋D(g)達到平衡后，升高溫度，容器內(nèi)氣體的密度增大，則下列說法正確的是(　　)
A．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．A不是氣態(tài)物質(zhì)，加入A該平衡向正反應(yīng)方向移動
C．其他條件不變，降低溫度該平衡向逆反應(yīng)方向移動
D．改變壓強對該平衡的移動無影響
【答案】C
【解析】因容器體積不變、結(jié)合升溫容器內(nèi)氣體密度增大可知升溫使容器內(nèi)氣體質(zhì)量增加，結(jié)合反應(yīng)可判知A一定不是氣體且正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A項錯誤；在其他條件不變時，加入A(非氣態(tài)物質(zhì))平衡不移動，B項錯誤；降低溫度平衡向放熱的逆反應(yīng)方向移動，C項正確；反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計量數(shù)之和不等，因此改變壓強，平衡移動，D項錯誤。
4.在容積不變的密閉容器中存在如下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0。某研究小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應(yīng)的影響，下列分析正確的是 (　　)
A．圖Ⅰ表示的是t1時刻增大O2的濃度對反應(yīng)速率的影響
B．圖Ⅱ表示的是t1時刻加入催化劑對反應(yīng)速率的影響
C．圖Ⅲ表示的是催化劑對平衡的影響，且甲的催化劑效率比乙高
D．圖Ⅲ表示的是壓強對化學(xué)平衡的影響，且乙的壓強較高
【答案】B
【解析】A項，圖Ⅰ改變的條件應(yīng)是縮小容器體積。B項，由于同等程度地加快正、逆反應(yīng)速率，所以加入的應(yīng)是催化劑。C項，由于平衡發(fā)生了移動，所以加入的不是催化劑。改變的應(yīng)是溫度，且乙的溫度高。
5.有兩個容積相等的密閉容器A和B如圖所示，A容器有一個可上下移動的活塞，能使容器保持恒壓，B容器的容積不變。起始時兩容器中分別充入等量且體積比為2∶1的SO2和O2的混合氣體，并使A和B容積相等。在400 ℃條件下，發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。
（1）達到平衡時，所需的時間t(A)________t(B)，A容器中SO2的轉(zhuǎn)化率__________B容器中SO2的轉(zhuǎn)化率(填“大于”、“小于或“相等”)。
（2）達到（1）所述平衡后，若向兩容器中通入少量的等量氬氣，A容器中化學(xué)平衡________移動，B容器中化學(xué)平衡________移動(填“向左”、“向右”或“不”)。
【答案】（1）小于 大于
（2）向左 不
【解析】（1）因A容器保持恒壓，反應(yīng)過程中體積變小，濃度增大，根據(jù)濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快，到達平衡的時間越短，所以達到平衡所需時間A小于B；A容器體積減少，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以A中SO2的轉(zhuǎn)化率大于B；
（2）達到（1）所述平衡后，若向兩容器通入數(shù)量不多的等量He，A容器體積增大，，參加反應(yīng)的氣體濃度減少，平衡向左移動，而B容器體積不變，濃度不變，平衡不移動；

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