高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第三节 化学平衡第3课时影响化学平衡移动的因素二学.docx
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高中化学第二章化学反应速率和化学平衡第三节化学平衡第3课时影响化学平衡移动的因素二学
第3课时 影响化学平衡移动的因素
（二）
温度、催化剂对化学平衡移动的影响
[目标导航] 1.通过温度对可逆反应速率的影响，理解并掌握温度影响化学平衡移动的规律。
2.了解催化剂影响化学反应速率的实质，并进一步探讨对化学平衡的影响，从而了解催化剂在化工生产中的应用。
3.根据外界条件对化学平衡的影响，归纳勒夏特列原理。
一、温度对化学平衡移动的影响
1．温度对化学平衡影响的实验探究
实验原理
2NO2（g）N2O4（g） ΔH＝－56.9kJ·mol－1
红棕色无色
实验装置
实验现象
热水中红棕色加深；冰水中红棕色变浅
实验结论
体系受热颜色加深，说明c（NO2）增大，即平衡向吸热反应方向移动；体系冷却颜色变浅，说明c（NO2）减小，即平衡向放热反应方向移动
2.温度对化学平衡移动的影响规律
【合作探究】
1．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，是因为升高温度，吸热反应的反应速率增大，放热反应的反应速率减小，这种说法对吗？
答案 不对。
对于同一化学反应，升高温度，使v（吸）和v（放）都增大，但吸热反应速率增大的程度更大，即v（吸）＞v（放），所以平衡向吸热反应方向移动；反之，降低温度，v（吸）和v（放）都减小，但吸热反应速率减小的程度更大，即v（吸）＜v（放），平衡向放热反应方向移动。
2．温度变化，任何一个化学平衡都会发生移动吗？
为什么？
答案 发生移动，因为任何化学反应都伴随能量的变化（放热或吸热），所以任意可逆反应的化学平衡状态，都会受温度影响而发生移动。
3．以正反应放热的反应为例，画出升温、降温时速率变化图像。
答案
二、催化剂对化学平衡的影响
1．加入催化剂可以大大地加快化学反应速率，是因为它可以降低反应的活化能，从而提高活化分子百分数，从而增大反应速率，但是由于催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率，因此它对化学平衡移动无影响。
2．催化剂不能改变达到化学平衡状态时的反应混合物中的组成含量，但是使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。
【合作探究】
1．对于平衡aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g） ΔH＜0
试画出使用催化剂的速率随时间的变化曲线。
答案
2．对于化学平衡体系I2（g）＋H2（g）2HI（g） ΔH＜0，试根据下图判断由曲线m变为曲线n改变的条件可能是______________________________________________________________。
答案 使用催化剂或缩小容器体积
三、勒夏特列原理
1．原理
如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度），则平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
2．注意事项
（1）研究对象一定是处于平衡状态的可逆反应。
（2）勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时的平衡移动方向。
（3）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。
【合作探究】
1．一密闭容器中建立N2＋3H22NH3 ΔH＜0的平衡体系，此时，N2的浓度为c（N2），体系的温度为T1，压强为p1，按要求回答下列问题：
（1）保持温度、体积不变，通入N2，使N2的浓度变为2c（N2），平衡向________方向移动，重新平衡后，N2的浓度为________________。
（2）保持温度不变，压缩体积变为原来的
，使压强变为2p1，平衡向________方向移动，重新平衡后体系的压强变为______________。
（3）保持体积不变，升高体系的温度至2T1，平衡向________方向移动，重新平衡后，体系的温度变为____________。
答案
（1）正反应 c（N2）＜c′（N2）＜2c（N2）
（2）正反应 p1＜p′＜2p1
（3）逆反应 T1＜T′＜2T1
2．分别画出1题中条件改变时N2浓度、体系压强、温度的变化曲线。
答案
一、速率变化与改变条件的综合分析
【例1】 如图所示是表示反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＜0在某一时间段内反应速率与反应过程的曲线关系图。
（1）氨的质量分数最高的一段时间是________（填字母）。
A．t0～t1B．t2～t3C．t3～t4D．t5～t6
（2）t1、t3、t4改变的条件分别是
t1________________；t3________________；
t4________________。
解析
（1）化学平衡都是向左移动，所以最初时的NH3的质量分数最高。
（2）t1时，v正、v逆均增大且v逆＞v正，改变的条件是升温；t3时，v正、v逆均增大，且v正＝v逆，改变的条件是使用催化剂；t4时，v正、v逆均减小且v逆＞v正，改变的条件是减小压强。
答案
（1）A
（2）升高温度 使用催化剂 减小压强
【思维模型】
变式训练1 一定温度下，在2L的密闭容器中发生如下反应：
A（s）＋2B（g）2C（g） ΔH＜0，反应过程中B、C的物质的量随时间变化的关系如图1；反应达到平衡后在t1、t2、t3、t4时分别都只改变了一种条件，逆反应速率随时间变化的关系如图2。
下列有关说法正确的是（ ）
A．反应开始2min内，v（B）＝0.1mol·L－1·min－1
B．t1时改变的条件可能是升高温度
C．t3时改变的条件可能是加压，此时c（B）不变
D．t4时可能是使用了催化剂，此时c（B）不变
答案 D
解析 A项，v（B）＝
＝0.05mol·L－1·min－1；B项，升温，逆反应速率应比原平衡大；C项，t3时反应速率减小，平衡不移动，可能是减压。
二、勒夏特列原理在化工生产中的应用
【例2】
（1）在合成氨工业生产中，通常通过以下途径来提高合成氨的产量或产率。
请分析采取这些措施的原因。
①在反应器中注入过量N2 ②采用适当的催化剂 ③在高压下进行反应 ④在较高温度下进行反应
（2）已知2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g） ΔH＜0，其实验数据如下：
压强（×105Pa）
1.01
5.05
10.1
50.5
101
SO2的转化率/%（450℃）
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
SO2的转化率/%（550℃）
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
则工业上生产硫酸的合成塔中应选择的适宜温度是________，适宜压强是________。
解析
（1）根据合成氨的反应特点，从反应的限度来考虑，使用过量的N2和高压可以使平衡向正反应方向移动，提高原料转化率、氨的产率；从反应的速率来考虑，采用催化剂和较高温度能保证反应较快地进行，且使催化剂的活性最佳。
（2）从方程式和表中数据可以看出，温度越高，SO2的转化率越低；压强越大，SO2的转化率越高。
但在1.01×105Pa即常压条件下，SO2已经有较高的转化率，并且考虑到成本、设备等方面的情况，故采用常压；450℃时反应虽然比550℃时反应慢一些，但其转化率很理想（且催化剂活性最佳），故选择450℃、1.01×105Pa。
答案
（1）①为了提高H2的转化率，提高产率；②使反应具有较快的反应速率；③为了提高N2和H2的转化率，提高产率；④为了加快反应速率，且使催化剂（铁触媒）的活性最佳。
（2）450℃ 1.01×105Pa（常压）
【易错警示】
1．平衡移动原理不仅能用于判断化学平衡的移动方向，也能用于判断溶解平衡等其他平衡移动的方向，可以说，平衡移动原理对所有的动态平衡都适用。
2．平衡移动原理能用来判断平衡移动的方向，但不能用来判断建立新平衡所需要的时间。
变式训练2 随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了各国的普遍关注，目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。
为探究反应原理，现进行如下实验：
在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，一定条件下发生反应：
CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）
ΔH＝－49.0kJ·mol－1
测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图所示。
（1）反应开始到平衡，H2的平均反应速率v（H2）＝________mol·L－1·min－1。
（2）H2的转化率为________。
（3）下列措施中能使n（CH3OH）/n（CO2）增大的是________（填字母）。
A．升高温度
B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H2O（g）从体系中分离
D．使用催化剂
E．缩小容器体积
答案
（1）0.225
（2）75% （3）CE
解析
（1）v（H2）＝3v（CO2）＝3×
＝0.225mol·L－1·min－1。
（2）α（H2）＝
×100%＝75%。
（3）A项，升温，平衡左移，n（CH3OH）/n（CO2）减小；B项充入He（g），平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO2）不变；C项，分离出H2O（g），平衡右移，n（CH3OH）/n（CO2）增大；D项，使用催化剂，平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO2）不变；E项，缩小容器体积，平衡右移，n（CH3OH）/n（CO2）增大。
1．下列事实能用勒夏特列原理解释的是（ ）
A．加入催化剂有利于合成氨的反应
B．压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体，颜色变深
C．500℃时比室温更有利于合成氨的反应
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
答案 D
解析 A、B两项，改变条件平衡均不移动，不能用勒夏特列原理解释；C项，根据勒夏特列原理，温度越低，NH3%越高，采取500℃，主要考虑催化剂的活性和反应速率问题；D项，将混合气体中的氨液化，相当于减小了生成物的浓度，平衡正向移动，有利于合成氨反应。
2．已知反应A2（g）＋2B2（g）2AB2（g）的ΔH<0，下列说法正确的是（ ）
A．升高温度，A2的转化率增大
B．升高温度有利于反应速率增大，从而缩短达到平衡的时间
C．达到平衡后，升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动
D．达到平衡后，降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动
答案 B
解析 升高温度，化学平衡逆向移动，A2的转化率减小；增大压强，平衡正向移动。
3．在容积不变的密闭容器中，一定条件下发生反应：
2AB（g）＋2C（g），且达到平衡。
当升高温度时气体的密度增大，则下列叙述中正确的是（ ）
A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
B．若正反应是放热反应，则A为气态
C．物质A一定为非气态，且正反应是吸热反应
D．若向容器中充入惰性气体，则平衡向右移动
答案 C
解析 升高温度，正、逆反应速率均增大，A错；升高温度，气体的密度增大，由于容器的容积不变，则容器内气体的质量一定增大，则平衡只能向正反应方向移动，且A一定为非气体，B错；由于升高温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，C对；若向容器中充入惰性气体，虽然容器的压强增大，但各物质的浓度不变，平衡不移动，D错。
4．放热反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）达平衡后，若分别采取下列措施：
①增大压强 ②减小NO2的浓度
③增大O2浓度 ④升高温度 ⑤加入催化剂，能使平衡向正反应方向移动的是（ ）
A．①②③B．②③④
C．③④⑤D．①②⑤
答案 A
解析 ①增大压强，平衡向气态系数减小的方向即正向移动；②减小NO2的浓度，平衡向生成NO2的方向即正向移动；③增大O2的浓度，平衡向消耗O2的方向即正向移动；④升温，平衡向吸热方向即逆向移动；⑤使用催化剂，平衡不移动。
5．一定条件下，在一个体积可变的密闭容器中充入2mol的气体A和1mol的气体B发生反应：
2A（g）＋B（g）3C（g）
ΔH>0。
t1时刻反应达到平衡，并测得
C在容器中的体积分数为φ1。
t2时刻改变某一条件（其他条件不变），C在容器中的体积分数的变化如图所示，则t2时刻改变的条件是（ ）
A．加入1mol氦气B．加入1molC
C．增大压强D．升高温度
答案 D
解析 氦气与该反应无关，在恒压条件下加入氦气相当于减小压强，但反应前后气体分子数相等，平衡不移动，气体C的体积分数不变，A错；增加C的物质的量，恒压条件下或恒容条件下都是等效平衡，C的体积分数不变，B错；增大压强平衡不移动，C的体积分数不变，C错；升高温度，平衡正向移动，C的体积分数增大，故D正确。
[基础过关]
一、勒夏特列原理的应用
1．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取氨气
D．增大压强，有利于SO2与O2反应生成SO3
答案 B
解析 勒夏特列原理只能解释与平衡移动有关的问题。
氯水中存在平衡Cl2（g）＋H2O
H＋＋Cl－＋HClO、2HClO
2H＋＋2Cl－＋O2↑，光照能促使平衡向右移动，使c（H＋）逐渐增大，A项正确；催化剂只能加快反应速率，而与平衡是否移动无关，B项错；在氨水中存在平衡：
NH3（g）＋H2O
NH3·H2O
NH
＋OH－，在浓氨水中加入NaOH固体，增大的
c（OH－）使平衡向左移动，使气体在水中的溶解度减小，所以利于NH3的挥发，C项正确。
2．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是（ ）
A．打开汽水瓶时，有大量气泡溢出
B．在配制硫酸亚铁溶液时往往要加入一定量铁粉
C．氨水应密闭保存于低温处
D．实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气
答案 B
解析 配制FeSO4溶液时，加入铁粉是为了防止Fe2＋被氧化。
二、温度对化学平衡移动的影响
3．在一定条件下，发生反应CO（g）＋NO2（g）CO2（g）＋NO（g），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（ ）
A．该反应为吸热反应
B．该反应为放热反应
C．降温后一氧化碳的浓度增大
D．降温后各物质的浓度不变
答案 B
解析 降低温度，平衡向放热反应方向移动，混合物的颜色变浅，说明平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，只有B项正确。
4．如图所示，三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯（烧杯内有水）中：
在①中加入CaO，在②中不加其他任何物质，在③中加入NH4Cl晶体，发现①中红棕色变深，③中红棕色变浅。
下列叙述正确的是（ ）
A．2NO2N2O4是放热反应
B．NH4Cl溶于水时放出热量
C．烧瓶①中平衡混合气的平均相对分子质量增大
D．烧瓶③中气体的压强增大
答案 A
解析 2NO2（g）
N2O4（g），NO2为红棕色气体，N2O4为无色气体。
①中红棕色变深说明平衡左移，平均相对分子质量减小，而CaO和水反应放热，则该反应为放热反应，A对，C错；③中红棕色变浅，说明平衡右移，而正反应为放热反应，则证明NH4Cl溶于水要吸收热量，平衡右移时，气体的物质的量减小，压强减小，B、D均错。
5．如图曲线a表示放热反应2X（g）Z（g）＋M（g）＋N（s）进行过程中X的转化率随时间变化的关系。
若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，不可能采取的措施是（ ）
A．升高温度B．X的投入量增加
C．加催化剂D．减小容器体积
答案 A
解析 因为N为固体，所以该反应为等体反应，所以加催化剂或减小容器体积均能使a曲线变为b曲线；B项，X的投入量增加，相当于缩小体积，所以能使a曲线变为b曲线；升温，平衡左移，X的转化率降低。
三、采取措施使化学平衡定向移动
6．利用反应：
2NO（g）＋2CO（g）2CO2（g）＋N2（g） ΔH＝－746.8kJ·mol－1，可净化汽车尾气，如果要同时提高该反应的速率和NO的转化率，采取的措施是（ ）
A．降低温度
B．增大压强同时加催化剂
C．升高温度同时充入N2
D．及时将CO2和N2从反应体系中移走
答案 B
解析 A项，降温，平衡右移，NO的转化率提高，但反应速率降低，A错；B项，增大压强，平衡右移，NO的转化率提高，加入催化剂，可大幅度加快反应速率，B对；C项，升温，充入N2，平衡左移，NO的转化率降低，C错；D项，移走CO2和N2，平衡右移，但反应速率降低，D错。
7．已知反应COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g） ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体，其中能提高COCl2转化率的是（ ）
A．①②④B．①④⑥
C．②③⑤D．③⑤⑥
答案 B
解析 ①该反应的正反应是吸热反应，升温平衡向正反应方向移动，故可提高COCl2的转化率；②恒容通入惰性气体，由于与反应有关的物质的浓度未改变，所以对反应无影响，平衡不移动，故COCl2的转化率不变；③增加CO浓度，平衡逆向移动，故COCl2的转化率变小；④减压平衡正向移动，所以COCl2的转化率变大；⑤使用催化剂只能影响化学反应速率，对化学平衡无影响；⑥相当于减压，同④。
综上所述，能提高COCl2转化率的有①④⑥，故B正确。
8．对于平衡CO2（g）CO2（aq） ΔH＝－19.75kJ·mol－1，为增大二氧化碳气体在水中的溶解度，应采用的方法是（ ）
A．升温增压B．降温减压
C．升温减压D．降温增压
答案 D
解析 该平衡体积缩小，放出热量，所以降温增压，能促使平衡向右移动。
四、条件改变对化学反应速率和化学平衡的综合影响
9．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。
2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g）
下列叙述错误的是（ ）
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．反应需在300℃下进行可推测该反应是吸热反应
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
答案 B
解析 B项，加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，故不正确。
10．在容积不变的密闭容器中存在如下反应：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g） ΔH＜0。
某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是（ ）
A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响
C．图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化剂效率比乙高
D．图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高
答案 B
解析 A项，图Ⅰ改变的条件应是增大压强；B项，由于同等程度地加快正、逆反应速率，所以加入的应是催化剂；C项，由于平衡发生了移动，所以加入的不是催化剂；D项，改变的应是温度，且乙的温度高。
[能力提升]
11．现有反应：
mA（g）＋nB（g）pC（g），达到平衡后，当升高温度时，B的转化率变大；当减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，则：
（1）该反应的逆反应为______（填“吸热”或“放热”）反应，且m＋n______（填“>”、“＝”或“<”）p。
（2）减压使容器体积增大时，A的质量分数________。
（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）
（3）若容积不变加入B，则A的转化率__________，B的转化率________。
（4）若升高温度，则平衡时B、C的浓度之比
将________。
（5）若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量__________________________________。
答案
（1）放热 >
（2）增大 （3）增大 减小
（4）减小 （5）不变
解析 对反应：
mA（g）＋nB（g）pC（g）达平衡后，升高温度时，B的转化率变大，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应；减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，即m＋n>p，A的质量分数增大；加入B时平衡向正反应方向移动，A的转化率增大；升高温度时，平衡向正反应方向移动，c（C）增大，c（B）减小，即
减小；加入催化剂，平衡不移动，混合物的总物质的量不变。
12．某化学反应2A（g）B（g）＋D（g）在四个不同条件下进行。
B、D起始时均为0mol，反应物A的浓度（mol·L－1）随反应时间（min）的变化情况如下表：
实验序号
温度/℃
反应时间/min
0
10
20
30
40
50
60
1
800
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
2
800
c2
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
3
800
c3
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
4
820
1.0
0.40
0.25
0.20
0.20
0.20
0.20
根据表中数据完成下列填空：
（1）实验1，反应在10min至20min内用A表示的平均反应速率为________mol·L－1·
min－1。
（2）实验2，c2＝________，反应经20min就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是________________________________________________________________________。
（3）设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3________v1，且c3________（填“<”“>”或“＝”）1.0。
（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是________（填“吸热”或“放热”）反应，理由是_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案
（1）0.013
（2）1.0 使用催化剂 （3）> >
（4）吸热 温度升高，平衡向右移动
解析
（1）实验1，反应在10min至20min内的平均反应速率v（A）＝（0.80－0.67）mol·L－1÷10min＝0.013mol·L－1·min－1。
（2）实验2，由于反应的温度相同，达到平衡时A的浓度相等，所以开始时A的初始浓度也相等，即c2＝1.0，反应在20min时就已经达到平衡，而实验1在20min时还未达到平衡，所以可推测实验2中还隐含的条件是使用催化剂。
（3）由于实验3的温度与实验1相同，而平衡时实验3中A的浓度高，而且在10min时A的浓度也较高，说明在反应开始时c3>1.0，则v3>v1。
（4）比较实验4和实验1，由于实验4的温度高于实验1，且开始时A的浓度相同，达到平衡时实验1中A的浓度高，说明升高温度，平衡向正反应方向移动。
由于升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以正反应是吸热反应。
[拓展探究]
13．在一个体积为2L的密闭容器中，高温下发生反应：
Fe（s）＋CO2（g）FeO（s）＋CO
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