資源簡介

(共50張PPT)
第4課時　溫度、催化劑對化學平衡的影響
　
第二章　第二節　化學平衡
1.通過實驗探究，了解溫度、催化劑對化學平衡狀態的影響。
2.能運用溫度對化學平衡的影響規律，推測平衡移動方向及濃度、轉化率等相關物理量的變化。
課程標準
任務　 溫度、催化劑對化學平衡的影響
情境探究
教材實驗現象如下表，完成下列討論：
實驗原理 2NO2(g) N2O4(g)
(紅棕色)　　　(無色)
ΔH＝－56.9 kJ·mol－1
實驗步驟
實驗現象 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氣體紅棕色為什么會加深？由此得出什么實驗結論？
提示：浸泡在熱水中燒瓶內氣體顏色變深，說明升高溫度，平衡向生成NO2方向移動。其他條件不變，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動。
2.浸泡在冰水中的燒瓶內氣體紅棕色為什么會變淺？由此得出什么實驗結論？
提示：浸泡在冰水中的燒瓶內紅棕色的氣體變淺，說明降低溫度，平衡向生成N2O4方向移動。其他條件不變，降低溫度，平衡向放熱反應方向移動。
新知構建
1.實驗探究溫度對化學平衡的影響
(1)任何化學反應都伴隨著能量的變化(放熱或吸熱)，所以任意可逆反應的化學平衡狀態都受溫度的影響。
(2)當其他條件不變時：
溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動；
溫度降低，平衡向放熱反應方向移動。
2.勒夏特列原理
如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強以及參加反應的物質的濃度)，平衡就向著能夠______這種改變的方向移動。
3.催化劑對化學平衡的影響規律
當其他條件不變時，催化劑不能改變達到化學平衡狀態的反應混合物的組成，但是，使用催化劑能改變反應達到化學平衡所需的時間。
減弱
應用評價
1.判斷正誤，錯誤的說明其原因。
(1)升高溫度，反應速率加快，化學平衡向正反應方向移動。
______________________________________________________________
(2)升高溫度，化學平衡常數一定增大。
________________________________________________________________________________________________________________________________
錯誤，升高溫度，反應速率加快，化學平衡向吸熱反應方向移動。
錯誤，升高溫度，K是否增大，取決于反應的焓變，ΔH>0化學平衡常數
增大，ΔH<0化學平衡常數減小。
(3)對于可逆反應，改變外界條件使平衡向正反應方向移動，平衡常數一定增大。
________________________________________________________________
(4)催化劑能加快反應速率，提高物質單位時間內的產量，也能提高反應物的轉化率。
________________________________________________________________________________________________________________________________
錯誤，當改變濃度時，改變的是濃度商Q，化學平衡常數K不變。
錯誤，催化劑能加快反應速率，提高物質單位時間內的產量，但不能提高反應物的轉化率。
2.煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數、投料比及熱值等問題。
已知CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)的平衡常數隨溫度的變化如表所示：
請回答下列問題：
(1)上述反應的正反應是________(填“放熱”或“吸熱”)反應。
溫度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常數K 10 9 1 0.6
由表格可知，升溫，化學平衡常數減小，故正反應為放熱反應。
放熱
(2)某溫度下，各物質的平衡濃度符合下式：
5c(CO2)·c(H2)＝3c(CO)·c(H2O)，試判斷此時的溫度為________。
根據平衡常數的表達式知K＝0.6，平衡常數只與溫度有關，溫度一定，平衡常數為定值，所以此時對應的溫度為1 000 ℃。
溫度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常數K 10 9 1 0.6
1 000 ℃
(3)830 ℃時，在恒容反應器中發生上述反應，按下表中的物質的量投入反應混合物，其中反應向正反應方向進行的有______(填字母)。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
830 ℃時，化學平衡常數為1，若n(CO2)·n(H2)BC
(4)在830 ℃時，在2 L的密閉容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)達到平衡時，CO的轉化率是________。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
60%
830 ℃時，化學平衡常數為1，設CO的轉化濃度為x mol·L－1，
CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)
起始/(mol·L－1) 　 2 　 3 　 0 　 0
轉化/(mol·L－1) 　 x 　 x 　 x 　 x
平衡/(mol·L－1) 　 2－x 3－x x 　 x
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隨堂演練
√
1.在一定條件下，下列可逆反應達到化學平衡H2 (g)＋I2 (g) 2HI (g)　ΔH＞0，要使混合氣體的紫色加深，可以采取的方法是
A.降溫、減壓　　　　　 B.降溫、加壓
C.升溫、加壓 D.升溫、減壓
要使混合氣體的紫色加深，應該使c(I2)增大，可以通過加壓來減小容器的容積，實現物質濃度增大；也可以利用平衡逆向移動的方法實現，由于該反應是反應前后氣體體積不變的吸熱反應，通過降低溫度，使化學平衡向放熱的逆反應方向移動，故使混合氣體的紫色加深，可以采取的方法是降溫、加壓，故選B。
√
2.(2023·天津第二南開學校高二月考)在容積不變的密閉容器中存在如下反應：2A(g)＋B(s) 2C(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的影響，下列分析正確的是

A.圖Ⅰ研究的是t0時刻增大A的濃度對反應速率的影響
B.圖Ⅱ研究的是t0時刻加入催化劑或通入氦氣使壓強增大后對反應速率的影響
C.圖Ⅲ研究的是催化劑對平衡的影響，且甲的催化效率比乙高
D.圖Ⅲ研究的是溫度對化學平衡的影響，且乙的溫度較高
t0時刻增大A的濃度，反應物濃度增大，正反應速率加快，逆反應速率暫時不變，隨之加快，A錯誤；t0時刻加入催化劑，正、逆反應速率同等程度增大，但平衡不發生移動，而通入氦氣使壓強增大，對反應速率不產生影響，B錯誤；催化劑能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，但不能改變反應物的平衡轉化率，C錯誤；從圖中可以看出，乙先達平衡，則乙的溫度較高，由于正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，A的轉化率降低，D正確。
3.反應A(g)＋3B(g) 2C(g)　ΔH＜0達到平衡后，將反應體系的溫度降低，下列敘述中正確的是
A.正反應速率增大，逆反應速率減小，平衡向右移動
B.正反應速率減小，逆反應速率增大，平衡向左移動
C.正反應速率和逆反應速率都減小，平衡向右移動
D.正反應速率和逆反應速率都減小，平衡向左移動
√
降低溫度，v正、v逆均減小，平衡向放熱反應方向移動，即平衡向右移動。
4.人體內存在很多的化學反應，這些化學反應情況復雜且相互影響，而且這些化學反應大都是可逆反應，處于平衡狀態。
例如：O2的運輸。人體血液內的血紅蛋白(Hb)易與O2結合生成HbO2，因此具有輸氧能力。但Hb也可以與CO結合。有關反應如下：
反應a：Hb(aq)＋O2(g) HbO2(aq)　 ΔH1<0
反應b：Hb(aq)＋CO(g) HbCO(aq)　 ΔH2<0
反應c：HbO2(aq)＋CO(g) HbCO(aq)＋O2(g)　 ΔH3
(1)如果發生CO中毒，應采取怎樣救治措施，請從平衡移動的原理角度分析采取的救治措施的原因。
_________________________________________。
應開窗通風或將中毒者轉移至空氣新鮮的地方
應開窗通風或將中毒者轉移至空氣新鮮的地方。CO是反應物，開窗通風能夠降低CO的濃度，使平衡逆向移動，O2是生成物，增大生成物O2的濃度，可以使平衡逆向移動。
(2)已知在人體體溫37 ℃下，反應c的平衡常數為220。已知當血液中的比值大于0.02時，人的智力會很快受到損傷。為避免人的智力受到損傷，環境中的O2與CO的濃度的比值最小是_______。
11 000
練后歸納
1.用v -t圖像分析溫度對化學平衡的影響
已知反應：mA(g)＋nB(g) pC(g)　ΔH＜0，當反應達到平衡后，若改變溫度，其反應速率的變化曲線分別如圖所示。

①t1時刻，升高溫度，v正′、v逆′均增大，但吸熱反應方向的v逆′增大幅度大，則v逆′ ＞v正′ ，平衡向逆反應方向移動(如圖1)。
②t1時刻，降低溫度，v正′ 、v逆′均減小，但吸熱反應方向的v逆′減小幅度大，則v正′ ＞v逆′ ，平衡向正反應方向移動(如圖2)。
練后歸納
2.用v-t圖像分析催化劑對化學平衡的影響
t1時刻，加入催化劑，v正′、v逆′同等倍數增大，則v正′＝v逆′，平衡不移動(如圖3)。

提醒：一般說的催化劑都是指的正催化劑，即可以加快反應速率。特殊情況下，也可使用負催化劑，減慢反應速率。　
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課時測評
√
題點一　溫度對化學平衡的影響
1.(2023·四川宜賓高二期末)可逆反應A(g)＋B C(g)＋D，達到平衡時，下列說法不正確的是
A.若B是氣體，增大A的濃度會使B的轉化率增大
B.若增大A的濃度，平衡體系顏色加深，D不一定是有顏色的氣體
C.升高溫度，C的質量分數減少，說明正反應為放熱反應
D.增大壓強，平衡不移動，說明B、D一定是氣體
增大A的濃度，則平衡向正反應方向移動，B的轉化率將增大，A正確；增大A的濃度時，平衡體系顏色加深，可能是A本身就是有顏色的氣體，故不能說明D是否有顏色，B正確；升高溫度后，平衡向吸熱方向移動，C的質量分數減少，說明平衡向逆反應方向移動，則說明正反應方向是放熱反應，C正確；增大壓強，平衡不移動，則說明反應兩邊的氣體體積相等，但B和D可以同時是氣體，也可以同時不是氣體，D錯誤。
√
2.反應2A(g) 2B(g)＋C(g)　ΔH>0，達平衡時要使v正降低，c(A)增大，應采取的措施是
A.加壓
B.減壓
C.加催化劑
D.降溫
3.在一密閉容器中，發生可逆反應：3A(g) === 3B＋C(正反應為吸熱反應)，平衡時，升高溫度，氣體的平均相對分子質量有變小的趨勢，則下列判斷正確的是
A．B和C可能都是固體 B．B和C一定都是氣體
C．若C為固體，則B一定是氣體 D．B和C不可能都是氣體
√
正反應吸熱，升溫，平衡右移。若B、C都為固體，則氣體的相對分子質量不變，故A錯誤；若C為固體，B為氣體，平衡右移，氣體的總質量減小，總物質的量不變，氣體的平均相對分子質量減小，故B錯誤、C正確；若B、C都是氣體，平衡右移，氣體的總質量不變，總物質的量增加，則平均相對分子質量減小，故D錯誤。
題點二　多因素對化學平衡影響的分析
√
4.已知反應：COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，當反應達到平衡時，下列措施：①升溫　②恒容通入稀有氣體　③增加CO濃度　④減壓　
⑤加催化劑⑥恒壓通入稀有氣體，其中能提高COCl2轉化率的是
A.①②④ B.①④⑥
C.②③⑤ D.③⑤⑥
②恒容通入稀有氣體，平衡不移動；③增加CO濃度，平衡左移，COCl2轉化率降低；⑤加入催化劑，平衡不移動。
√
5.已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同溫、同體積的三個密閉容器中分別充入氣體：(甲) 2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙) 2 mol SO3。恒溫、恒容下反應達平衡時，下列關系一定正確的是
A.容器內壓強p：p甲＝p丙>2p乙
B.SO3的質量m：m甲＝m丙>2m乙
C.c(SO2)與c(O2)之比k：k甲＝k丙>k乙
D.反應放出或吸收熱量的數值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙
三個容器的T、V相同，由三種情況下充入物質的物質的量，可知甲、丙兩種情況下充入的物質相當，達到同一平衡狀態，乙充入的物質比甲少一半，故壓強：p甲＝p丙<2p乙；SO3的質量為：m甲＝m丙>2m乙；c(SO2)與c(O2)之比均相等；甲、丙反應放出或吸收熱量的數值Q不一定相等，所以選B。
√
6.將等物質的量的X、Y氣體充入某密閉容器中，一定條件下，發生如下反應并達到平衡：X(g)＋3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。改變某個條件并維持新條件直至達到新的平衡，下表中關于新平衡與原平衡的比較正確的是
選項 改變的條件 新平衡與原平衡比較
A 升高溫度 X的轉化率變小
B 增大壓強(壓縮體積) X的濃度變小
C 充入一定量Y Y的轉化率增大
D 使用適當催化劑 X的體積分數變小
升高溫度，平衡向吸熱反應的方向移動，即逆向移動，X的轉化率變小，A項正確；增大壓強，平衡向氣體分子數減小的方向移動，即正向移動，X的物質的量減小，但由于容器體積減小，各組分的濃度均比原平衡時的大，B項錯誤；增大一種反應物的濃度，能夠提高另一種反應物的轉化率，而其本身的轉化率降低，C項錯誤；催化劑只能改變反應速率，不能影響平衡狀態，故各物質的體積分數不變，D項錯誤。
√
加入KI固體，c(I－)增大，平衡正向移動，A項正確；由圖可知，溫度越高，c(I )越小，則升高溫度，平衡逆向移動，正反應為放熱反應，ΔH＜0，B項正確；T1時，反應進行到狀態d時，c(I )小于平衡時濃度，則平衡向正反應方向移動，則一定有v正＞v逆，C項正確；a、b均為平衡點，a點溫度低，該反應為放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，則狀態a時I2的轉化率更高，D項錯誤。
√
8.(2023·河南省鄭州外國語學校檢測)一定條件下，反應2NH3(g)
N2(g)＋3H2(g)達到平衡時N2的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是
A.壓強：p1>p2
B.b、c兩點對應的平衡常數：Kc>Kb
C.a點：2v正(NH3)＝3v逆(H2)
D.a點：NH3的轉化率為
從圖分析，在相同的溫度下，增大壓強，平衡逆向移動，氮氣的體積分數減小，故可以推知p1Kb，B正確；a點為該溫度和壓強下的平衡點，故有3v正(NH3)＝2v逆(H2)，C錯誤；假設起始氨氣的物質的量為1 mol，氨氣的改變量為2x mol，則有
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)
起始量(mol) 1 0 0
改變量(mol) 2x x 3x
平衡量(mol) 1－2x x 3x
＝0.1，解x＝0.125, NH3的轉化率為 ×100%＝25%，D錯誤；故選B。
題點四　勒夏特列原理的應用
9.(2023·吉林江城中學高二期中)下列事實中，能用勒夏特列原理解釋的是
①夏天，打開啤酒瓶時會從瓶口逸出氣體　②濃氨水中加入氫氧化鈉固體時產生較多的刺激性氣味的氣體　③實驗室可用排飽和食鹽水的方法收集氯氣　④將盛有二氧化氮和四氧化二氮混合氣體的密閉容器置于冷水中，混合氣體的顏色變淺　⑤使用催化劑可加快SO2轉化為SO3的速率　⑥合成氨時，將氨液化分離，可提高原料利用率
A.①②③④⑥ B.④⑤⑥
C.①③④⑤ D.③④⑥
√
10.氨是一種重要的化工原料，在工農業生產中有廣泛的應用。
(1)在一定溫度下，在固定容積的密閉容器中進行可逆反應：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。該可逆反應達到平衡的標志是____(填字母)。
A.3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B.單位時間生成m mol N2的同時生成3m mol H2
C.容器內的總壓強不再隨時間而變化
D.混合氣體的密度不再隨時間變化
C
3v逆(NH3)＝2v正(H2)時反應達到平衡，A項錯誤；生成m mol N2，必生成3m mol H2，但反應不一定達到平衡，B項錯誤；此反應為反應前后氣體分子數不相等的反應，壓強不變可以說明反應達到平衡狀態，C項正確；混合氣體總質量不變，容器容積不變，所以混合氣體的密度始終不變，故混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡狀態，D項錯誤。
(2)工業上可用天然氣為原料來制取合成氨的原料氣氫氣。某研究性學習小組的同學模擬工業制取氫氣的原理，在一定溫度下，容積為2 L的恒容密閉容器中測得如下表所示數據。請回答下列問題：
①分析表中數據，判斷5 min時反應是否處于平衡狀態？________(填“是”或“否”)，前5 min反應的平均反應速率v(CH4)＝__________________。
時間/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
是
0.02 mol·L－1·min－1
根據反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，結合表中數據5 min時H2為0.60 mol，可知CO為0.20 mol，即c＝0.20，則a＝0.20，7 min時，各物質的物質的量與5 min時相同，所以5 min時反應達到平衡狀態；
v(CH4)＝ ＝0.02 mol·L－1·min－1。
時間/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
②反應在7～10 min內，CO的物質的量減少的原因可能是____(填字母)。
A.減少CH4的物質的量 B.降低溫度
C.升高溫度 D.充入H2
時間/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
10 min時，只有CO的物質的量減少，其他物質的物質的量都增加，所以原因只能是充入氫氣，使平衡逆向移動，故選D。
D
(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)是工業制硝酸的重要反應。在1 L密閉容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g)，保持其他條件不變，測得c(NO)與溫度的關系如圖所示。該反應的ΔH______(填“＞”、“＜”或“＝”)0；T0 ℃下，NH3的轉化率為________。
＜
75%
由圖像可知，NO的濃度達到最大值后，隨溫度升高，NO的濃度又逐漸減小，所以該反應的ΔH＜0；T0 ℃時，c(NO)＝3.0 mol·L－1，則反應消耗的n(NH3)＝3.0 mol，NH3的轉化率為 ×100%＝75%。
11.現有反應：mA(g)＋nB(g) pC(g)，達到平衡后，當升高溫度時，B的轉化率變大；當減小壓強時，混合體系中C的質量分數減小，則：(1)該反應的逆反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應，且m＋n______(填“＞”、“＝”或“＜”)p。
放熱
＞
(2)減壓使容器體積增大時，A的質量分數______(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)。
增大
(3)若容積不變加入B，則A的轉化率________，B的轉化率__________。
增大
減小
(4)若升高溫度，則平衡時B、C的濃度之比 將__________。
減小
(5)若加入催化劑，平衡時氣體混合物的總物質的量__________。
不變
反應mA(g)＋nB(g) pC(g)達到平衡后，升高溫度時，B的轉化率變大，說明平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，逆反應為放熱反應；減小壓強時，混合體系中C的質量分數減小，說明減小壓強平衡向逆反應方向移動，即m＋n>p，A的質量分數增大；若容積不變加入B，平衡向正反應方向移動，A的轉化率增大；升高溫度，平衡向正反應方向移動，c(C)增大，c(B)減小，即 減小；加入催化劑，平衡不移動，混合物的總物質的量不變。
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