化学 人教版选择性必修1第二章 第二节 第4课时 温度催化剂对化学平衡移动的影响.docx

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化学人教版选择性必修1第二章第二节第4课时温度催化剂对化学平衡移动的影响

第4课时　温度、催化剂对化学平衡移动的影响

[核心素养发展目标]　1.变化观念与平衡思想：

从变化的角度认识化学平衡的移动，即可逆反应达到平衡后，温度、催化剂改变，平衡将会发生移动而建立新的平衡。

2.证据推理与模型认知：

通过实验论证说明温度、催化剂的改变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（勒夏特列原理）。

一、温度、催化剂对化学平衡移动的影响

1．温度对化学平衡移动的影响

（1）实验探究温度对化学平衡移动的影响

按表中实验步骤要求完成实验，观察实验现象，填写下表：

实验原理

　ΔH＝－56.9kJ·mol－1

实验步骤

实验现象

热水中混合气体颜色加深；冰水中混合气体颜色变浅

实验结论

混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度增大，即平衡向逆反应方向移动；混合气体被冷却时颜色变浅，说明NO2浓度减小，即平衡向正反应方向移动

（2）温度对化学平衡移动的影响规律

①任何化学反应都伴随着能量的变化（放热或吸热），所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。

②当其他条件不变时：

温度升高，平衡向吸热反应方向移动；

温度降低，平衡向放热反应方向移动。

（3）用v—t图像分析温度对化学平衡移动的影响

已知反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）　ΔH＜0，当反应达平衡后，若温度改变，其反应速率的变化曲线分别如下图所示。

t1时刻，升高温度，v′正、v′逆均增大，但吸热反应方向的v′逆增大幅度大，则v′逆＞v′正，平衡逆向移动。

t1时刻，降低温度，v′正、v′逆均减小，但吸热反应方向的v′逆减小幅度大。

则v′正＞v′逆，平衡正向移动。

2．催化剂对化学平衡的影响

（1）催化剂对化学平衡的影响规律

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，但是使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。

（2）用v—t图像分析催化剂对化学平衡的影响

t1时刻，加入催化剂，v′正、v′逆同等倍数增大，则v′正＝v′逆，平衡不移动。

提醒　①一般说的催化剂都是指的正催化剂，即可以加快反应速率。

特殊情况下，也使用负催化剂，减慢反应速率。

②用速率分析化学平衡移动的一般思路

（1）温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态（　　）

（2）催化剂能加快反应速率，提高单位时间内的产量，也能提高反应物的转化率（　　）

（3）升高温度，反应速率加快，化学平衡正向移动（　　）

（4）升高温度，反应速率加快，但反应物的转化率可能降低（　　）

（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）升高温度，化学平衡常数增大（　　）

（7）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（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）×　（7）√

1．反应：

A（g）＋3B（g）2C（g）　ΔH＜0，达平衡后，将反应体系的温度降低，下列叙述中正确的是（　　）

A．正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向右移动

B．正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向左移动

C．正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向右移动

D．正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向左移动

答案　C

解析　降低温度，v正、v逆均减小，平衡向放热反应方向移动，即平衡正向移动。

2．改变温度可以使化学平衡发生移动，化学平衡常数也会发生改变，通过分析以下两个反应，总结出温度对化学平衡常数的影响规律。

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

化学平衡常数K1＝____________，升温化学平衡逆向移动，K1________（填“增大”或“减小”，下同），ΔH____0（填“>”或“<”，下同）。

（2）CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）

化学平衡常数K2＝______________，升温化学平衡正向移动，K2________，ΔH________0。

答案　

（1）

　减小　<

（2）

　增大　>

3．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：

CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示：

t/℃

700

800

830

1000

1200

K

0.6

0.9

1.0

1.7

2.6

回答下列问题：

（1）该反应为____________（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：

3c（CO2）·c（H2）＝5c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为______。

（3）在1200℃时，某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L－1、2mol·L－1、4mol·L－1、4mol·L－1，则此时上述反应的平衡____________（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）移动。

答案　

（1）吸热　

（2）700℃　（3）向逆反应方向

解析　

（1）根据题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应为吸热反应。

（2）某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系3c（CO2）·c（H2）＝5c（CO）·c（H2O），根据该反应的平衡常数表达式K＝

可知，K＝

＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应温度为700℃。

（3）1200℃时，Q＝

，将各物质的浓度代入可得Q＝4，而此温度下的平衡常数为2.6，即Q＞K，所以平衡向逆反应方向移动。

化学平衡常数的应用

（1）判断反应进行的程度

K值越大，该反应进行得越完全，反应物的转化率越大；反之，就越不完全，转化率越小。

（2）判断反应的热效应

①升高温度：

K值增大→正反应为吸热反应；K值减小→正反应为放热反应。

②降低温度：

K值增大→正反应为放热反应；K值减小→正反应为吸热反应。

（3）判断反应是否达到平衡或反应进行的方向

当Q＝K时，反应处于平衡状态；

当Q＜K时，反应向正反应方向进行；

当Q＞K时，反应向逆反应方向进行。

二、勒夏特列原理

1．定义

如果改变影响平衡的条件之一（如温度、浓度、压强等），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

简单记忆：

改变―→减弱这种改变。

2．适用范围

（1）勒夏特列原理仅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。

此外，勒夏特列原理对所有的动态平衡（如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等）都适用。

（2）勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。

若同时改变影响平衡移动的几个条件，则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时，才能根据勒夏特列原理进行判断。

（1）对于可逆反应，升高温度，若v正增大，则v逆减小，平衡正向移动（　　）

（2）勒夏特列原理适用于所有的动态平衡（　　）

（3）其他条件不变，若增大某反应物的浓度，则平衡向减少该物质浓度的方向移动，最终该物质的浓度减小（　　）

（4）光照时，氯水颜色变浅，可用勒夏特列原理解释（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）√

1．已知：

CO（g）＋NO2（g）CO2（g）＋NO（g）在一定条件下达到化学平衡后，降低温度，混合物的颜色变浅，下列关于该反应的说法正确的是______________（填字母）。

A．该反应为放热反应

B．降温后CO的浓度增大

C．降温后NO2的转化率增大

D．降温后NO的体积分数增大

E．增大压强混合气体的颜色不变

F．恒容时，通入He气体，混合气体颜色不变

G．恒压时，通入He气体，混合气体颜色不变

答案　ACDF

2．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）缩小体积至平衡时的一半，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

（2）p

特别提醒　平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变，但不能完全“消除”这种改变。

可概括为“外变大于内变”。

3．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2H2O22H2O＋O2↑的反应，使用MnO2可加快制O2的反应速率

C．反应：

CO＋NO2CO2＋NO　ΔH<0，升高温度，平衡向逆反应方向移动

D．合成氨反应：

N2＋3H22NH3　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。

勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题。

不涉及平衡移动的问题都不能用勒夏特列原理解释，常见的有：

（1）使用催化剂不能使化学平衡发生移动；

（2）反应前后气体体积不变的可逆反应，改变压强可以改变化学反应速率，但不能使化学平衡发生移动；

（3）发生的化学反应本身不是可逆反应；

（4）外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不完全一致的反应。

随堂演练　知识落实

1．对于反应：

2A（g）＋B（g）2C（g）　ΔH＜0，当温度升高时，平衡向逆反应方向移动，其原因是（　　）

A．正反应速率增大，逆反应速率减小

B．逆反应速率增大，正反应速率减小

C．正、逆反应速率均增大，但是逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度

D．正、逆反应速率均增大，而且增大的程度一样

答案　C

解析　升高温度，正、逆反应速率均增大，但是两者增大的程度不一样，所以升高温度后，正、逆反应速率不再相等，化学平衡发生移动。

当逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度时，平衡向逆反应方向移动。

2．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（　　）

A．光照新制的氯水时，溶液的pH逐渐减小

B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3

C．可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制氨

D．增大压强，有利于SO2与O2反应生成SO3

答案　B

3．（2020·济南高二质检）只改变一个影响因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是（　　）

A．K值不变，平衡可能移动

B．K值变化，平衡一定移动

C．平衡移动，K值可能不变

D．平衡移动，K值一定变化

答案　D

解析　平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡也可能发生移动，则K值不变，平衡可能移动，A正确；K值变化，说明反应的温度一定发生了变化，因此平衡一定移动，B正确；平衡移动，温度可能不变，因此K值可能不变，C正确；平衡移动，温度可能不变，因此K值不一定变化，D错误。

4．在高温、催化剂条件下，某反应达到平衡，平衡常数K＝

。

恒容时，升高温度，H2浓度减小。

下列说法正确的是（　　）

A．该反应的焓变为正值

B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小

C．升高温度，逆反应速率减小

D．该反应的化学方程式为CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）

答案　A

解析　因为K＝

，所以化学方程式为CO2（g）＋H2（g）

CO（g）＋H2O（g）。

由升温，H2浓度减小知，升温平衡右移，所以正向吸热，即ΔH＞0。

5．在密闭容器中进行如下反应：

CO2（g）＋C（s）

2CO（g）

ΔH＞0，达到平衡后，若改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化。

（1）增加C（s），则平衡__________（填“逆向移动”“正向移动”或“不移动”，下同），c（CO2）________（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。

（2）保持温度不变，增大反应容器的容积，则平衡_____，c（CO2）________。

（3）保持反应容器的容积和温度不变，通入He，则平衡________，c（CO2）________。

（4）保持反应容器的容积不变，升高温度，则平衡_____，c（CO）________。

答案　

（1）不移动　不变　

（2）正向移动　减小　（3）不移动　不变　（4）正向移动　增大

解析　

（1）C为固体，增加C的量，其浓度不变，平衡不移动，c（CO2）不变。

（2）增大反应容器的容积，即减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动，c（CO2）减小。

（3）通入He，但容积和温度不变，平衡不会发生移动，c（CO2）不变。

（4）容积不变，升高温度，平衡向吸热方向移动，c（CO）增大。

一、选择题：

每小题只有一个选项符合题意。

1．已知反应：

2NO2（g）N2O4（g），把NO2、N2O4的混合气体盛装在两个连通的烧瓶里，然后用弹簧夹夹住橡皮管，把烧瓶A放入热水里，把烧瓶B放入冰水里，如图所示。

与常温时烧瓶内气体的颜色进行对比发现，A烧瓶内气体颜色变深，B烧瓶内气体颜色变浅。

下列说法错误的是（　　）

A．上述过程中，A烧瓶内正、逆反应速率均加快

B．上述过程中，B烧瓶内c（NO2）减小，c（N2O4）增大

C．上述过程中，A、B烧瓶内气体密度均保持不变

D．反应2NO2（g）N2O4（g）的逆反应为放热反应

答案　D

解析　升高温度，正、逆反应速率都增大，A项正确；B烧瓶内气体颜色变浅，说明平衡向生成N2O4的方向移动，B烧瓶内c（NO2）减小，c（N2O4）增大，B项正确；容器的容积不变，混合气体的质量不变，A、B烧瓶内气体密度都不变，C项正确；放在热水中的A烧瓶内气体颜色变深，放在冰水中的B烧瓶内气体颜色变浅，说明升高温度平衡向生成NO2的方向移动，降低温度平衡向生成N2O4的方向移动，故反应2NO2（g）N2O4（g）的正反应为放热反应，D项错误。

2．在一密闭容器中，发生可逆反应：

3A（g）3B＋C（正反应为吸热反应），平衡时，升高温度，气体的平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断中正确的是（　　）

A．B和C可能都是固体

B．B和C一定都是气体

C．若C为固体，则B一定是气体

D．B和C不可能都是气体

答案　C

解析　正反应吸热，升温，平衡右移。

若B、C都为固体，则气体的相对分子质量不变，故A错误；若C为固体，B为气体，平衡右移，气体的总质量减小，总物质的量不变，气体的平均相对分子质量减小，故B错误、C正确；若B、C都是气体，平衡右移，气体的总质量不变，总物质的量增加，则平均相对分子质量减小，故D错误。

3．将H2（g）和Br2（g）充入恒容密闭容器，恒温下发生反应：

H2（g）＋Br2（g）2HBr（g）　ΔH<0，平衡时Br2（g）的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2（g）的转化率为b。

a与b的关系是（　　）

A．a>bB．a＝b

C．a

答案　A

解析　该反应为放热反应，绝热下进行反应，温度升高，平衡左移，所以绝热平衡时的转化率低于恒温平衡时的转化率，即a>b。

4．在一定条件下，可逆反应达到化学平衡：

I2（g）＋H2（g）2HI（g）（正反应是放热反应）。

要使混合气体的颜色加深，可以采取的方法是（　　）

A．降低温度B．增大H2的浓度

C．减小容器体积D．增大容器体积

答案　C

解析　降低温度，平衡正向移动，混合气体颜色变浅，A项错误；增大H2的浓度，平衡正向移动，c（I2）减小，混合气体颜色变浅，B项错误；减小容器体积相当于增大压强，平衡不移动，但c（I2）增大，气体颜色加深，C项正确；增大容器体积，c（I2）减小，气体颜色变浅，D项错误。

5．COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0。

当反应达到平衡时，下列能提高COCl2转化率的措施是（　　）

①升温　②恒容通入惰性气体　③增加CO的浓度　④减压　⑤加催化剂　⑥恒压通入惰性气体

A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥

答案　B

解析　该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。

恒压通入惰性气体，相当于减压。

恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。

增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。

6．在水溶液中存在反应：

Ag＋（aq）＋Fe2＋（aq）Ag（s）＋Fe3＋（aq）　ΔH<0，达到平衡后，为使平衡体系中析出更多的银，可采取的措施是（　　）

A．升高温度B．加水稀释

C．增大Fe2＋的浓度D．常温下加压

答案　C

解析　正反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，A错误；加水稀释，平衡向离子数目增多的方向移动，即平衡向逆反应方向移动，B错误；增大Fe2＋的浓度，平衡向正反应方向移动，C正确；常温下加压对水溶液中的平衡移动几乎无影响，D错误。

7．一定温度下，在密闭容器中发生反应：

N2O4（g）2NO2（g）　ΔH>0，反应达到平衡时，下列说法不正确的是（　　）

A．若缩小容器的体积，则容器中气体的颜色先变深后又变浅，且比原平衡颜色深

B．若压强不变，向容器中再加入一定量的N2O4，再次达到平衡时各种物质的百分含量不变

C．若体积不变，向容器中再加入一定量的N2O4，相对于原平衡，平衡向正反应方向移动，再次平衡时N2O4的转化率将升高

D．若体积不变，升高温度，再次平衡时体系颜色加深

答案　C

解析　缩小容器体积，NO2的浓度变大，颜色加深，平衡向左移动使混合气体颜色又变浅，但依据“减弱不消除”可知，新平衡时NO2的浓度仍比原平衡大，即气体颜色比原平衡深；若压强不变，再充入N2O4气体，容器体积变大，达到新平衡与原平衡等效，因此新平衡时各物质的百分含量不变；若体积不变，向容器中再加入一定量的N2O4，则相对于原平衡，平衡向逆反应方向移动，再次平衡时N2O4的转化率将降低；若体积不变，升温，平衡正向移动，再次平衡时体系中NO2的浓度增大，气体颜色加深。

8．（2019·牡丹江第一高级中学高二月考）下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（　　）

①工业合成氨，反应条件选择高温　②实验室可以用排饱和食盐水的方法收集氯气　③使用催化剂可加快SO2转化为SO3的速率　④硫酸工业中，增大O2的浓度有利于提高SO2的转化率

A．②③B．②④

C．①③D．①④

答案　C

解析　①工业合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡左移，不利于氨气的生成，不能用勒夏特列原理解释；②氯气溶于水的反应是一个可逆反应：

Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，因为饱和食盐水中含有大量的氯离子，相当于在氯气溶于水的反应中增加了大量的生成物氯离子，平衡向逆反应方向移动，氯气溶解量减小，可以用勒夏特列原理解释；③催化剂不影响平衡移动，只能加快化学反应速率，所以不能用勒夏特列原理解释；④增大反应物O2的浓度，平衡向正反应方向移动，能增大SO2的转化率，可以用勒夏特列原理解释。

综上所述，C项符合题意。

9．（2019·山东潍坊期中）对于反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0已达平衡，在其他条件不变的情况下，如果分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生的影响与图像不相符的是（　　）

答案　C

解析　改变温度会使v正、v逆都发生“突变”且升温向吸热反应方向移动，即逆向移动，

v逆＞v正。

二、选择题：

每小题有一个或两个选项符合题意。

10.I2在KI溶液中存在下列平衡：

I2（aq）＋I－（aq）I

（aq），某I2、KI混合溶液中，I

的物质的量浓度c（I

）与温度T的关系如图所示（曲线上任何一点都表示平衡状态）。

下列说法不正确的是（　　）

A．温度为T1时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动

B．I2（aq）＋I－（aq）I

（aq）的ΔH＞0

C．若T1时，反应进行到状态d时，一定有v正＞v逆

D．状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高

答案　BD

解析　加入KI固体，c（I－）增大，平衡正向移动，A项正确；由图可知，温度越高，c（I

）越小，则升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，B项错误；T1时，反应进行到状态d时，c（I

）小于平衡时浓度，则平衡向正反应方向移动，则一定有v正＞v逆，C项正确；a、b均为平衡点，a点温度低，该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，则状态a时I2的转化率更高，D项错误。

11．（2020·郑州高二检测）N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可以发生以下反应：

2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）　ΔH>0。

T1温度时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：

时间/s

0

500

1000

1500

c（N2O5）/mol·L－1

5.00

3.52

2.50

2.50

下列说法中不正确的是（　　）

A．500s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1

B．T1温度下的平衡常数K1＝125，平衡时N2O5的转化率为50%

C．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1

D．达到平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的

，则再次达到平衡时，c（N2O5）＜5.00mol·L－1

答案　CD

解析　500s内，N2O5的浓度变化量为（5.00－3.52）mol·L－1＝1.48mol·L－1，v（N2O5）＝

＝2.96×10－3mol·L－1·s－1；B项，分析如下：

　　　　　　　　2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）

起始浓度/mol·L－15.0000

转化浓度/mol·L－12.505.001.25

平衡浓度/mol·L－12.505.001.25

K1＝

＝

＝125，平衡时N2O5的转化率为50%；C项，该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，故K1>K2；D项，达到平衡后，其他条件不变，将容器的体积压缩到原来的

，相当于增大压强，平衡向左移动，则c（N2O5）>5.00mol·L－1。

12．（2019·山东潍坊期中）关节炎首次发作一般在寒冷季节，原因是关节滑液中形成了尿酸钠晶体（NaUr），易诱发关节疼痛，其化学机理是：

①HUr（aq）＋H2O（l）Ur－（aq）＋H3O＋（aq）　②Ur－（aq）＋Na＋（aq）NaUr（s）　ΔH。

下列叙述错误的是（　　）

A．降低温度，反应②平衡正向移动

B．反应②正方向是吸热反应

C．降低关节滑液中HUr及Na＋含量是治疗方法之一

D．关节保暖可以缓解疼痛，原理是平衡②逆向移动

答案　B

13．下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是（　　）

A．夏天，打开啤酒瓶时会从瓶口逸出气体

B．浓氨水中加入氢氧化钠固体时产生较多的刺激性气味的气体

C．压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体，颜色变深

D．将盛有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中，混合气体的颜色变浅

答案　C

解析　A