高中 化學 選擇性必修1 第二章 化學反應速率與化學平衡《第二節(jié) 第4課時 溫度、催化劑對化學平衡的影響》教學設(shè)計

第4課時溫度、催化劑對化學平衡的影響[課程標準]1.通過實驗探究，了解溫度、催化劑對化學平衡狀態(tài)的影響。2.能運用溫度對化學平衡的影響規(guī)律，推測平衡移動方向及濃度、轉(zhuǎn)化率等相關(guān)物理量的變化。任務溫度、催化劑對化學平衡的影響教材實驗現(xiàn)象如下表，完成下列討論：實驗原理2NO2(g)N2O4(g)(紅棕色)(無色)ΔH＝－56.9kJ·mol－1實驗步驟實驗現(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？由此得出什么實驗結(jié)論？提示：浸泡在熱水中燒瓶內(nèi)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(nèi)氣體紅棕色為什么會變淺？由此得出什么實驗結(jié)論？提示：浸泡在冰水中的燒瓶內(nèi)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。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(tài)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(zhì)的濃度)，平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。3.催化劑對化學平衡的影響規(guī)律當其他條件不變時，催化劑不能改變達到化學平衡狀態(tài)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。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。________________________________________________________________________答案：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。(2)升高溫度，化學平衡常數(shù)一定增大。________________________________________________________________________答案：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(shù)增大，ΔH<0化學平衡常數(shù)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(shù)一定增大。________________________________________________________________________答案：錯誤，當改變濃度時，改變的是濃度商Q，化學平衡常數(shù)K不變。(4)催化劑能加快反應速率，提高物質(zhì)單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，也能提高反應物的轉(zhuǎn)化率。________________________________________________________________________答案：錯誤，催化劑能加快反應速率，提高物質(zhì)單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，但不能提高反應物的轉(zhuǎn)化率。2.煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數(shù)、投料比及熱值等問題。已知CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表所示：溫度/℃4005008301000平衡常數(shù)K10910.6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。(2)某溫度下，各物質(zhì)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________。(3)830℃時，在恒容反應器中發(fā)生上述反應，按下表中的物質(zhì)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)。ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830℃時，在2L的密閉容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率是________。答案：(1)放熱(2)1000℃(3)BC(4)60%解析：(1)由表格可知，升溫，化學平衡常數(shù)減小，故正反應為放熱反應。(2)根據(jù)平衡常數(shù)的表達式知K＝0.6，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度一定，平衡常數(shù)為定值，所以此時對應的溫度為1000℃。(3)830℃時，化學平衡常數(shù)為1，若n(CO2)·n(H2)<n(CO)·n(H2O)，則反應向正反應方向進行，符合此要求的是B、C。(4)830℃時，化學平衡常數(shù)為1，設(shè)CO的轉(zhuǎn)化濃度為xmol·L－1，CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始/(mol·L－1)2300轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)xxxx平衡/(mol·L－1)2－x3－xxx平衡常數(shù)K＝eq\f(c(H2)·c(CO2),c(CO)·c(H2O))＝eq\f(x2,(2－x)(3－x))＝1，解得x＝1.2，則CO的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(1.2mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝60%。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、減壓答案：B解析：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(xiàn)物質(zhì)濃度增大；也可以利用平衡逆向移動的方法實現(xiàn)，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(tài).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，且乙的溫度較高答案：D解析：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(fā)生移動，而通入氦氣使壓強增大，對反應速率不產(chǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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，平衡向左移動答案：C解析：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(nèi)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(tài)。例如：O2的運輸。人體血液內(nèi)的血紅蛋白(Hb)易與O2結(jié)合生成HbO2，因此具有輸氧能力。但Hb也可以與CO結(jié)合。有關(guān)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(fā)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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知在人體體溫37℃下，反應c的平衡常數(shù)為220。已知當血液中eq\f(c(HbCO),c(HbO2))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(huán)境中的O2與CO的濃度的比值最小是_________________________________________________________________________________。答案：(1)應開窗通風或?qū)⒅卸菊咿D(zhuǎn)移至空氣新鮮的地方(2)11000解析：(1)應開窗通風或?qū)⒅卸菊咿D(zhuǎn)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)根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式：K＝eq\f(c(O2)·c(HbCO),c(CO)·c(HbO2))＝220，而eq\f(c(HbCO),c(HbO2))>0.02時人的智力會受到損傷，因此只有eq\f(c(HbCO),c(HbO2))≤0.02時人的智力才不會受到損傷，代入平衡常數(shù)表達式有eq\f(c(O2),c(CO))＝K×eq\f(c(HbO2),c(HbCO))≥eq\f(220,0.02)＝11000，即eq\f(c(O2),c(CO))≥11000時，人的智力不受損傷。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)。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(shù)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。課時測評10溫度、催化劑對化學平衡的影響(本欄目內(nèi)容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)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)＋BC(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(zhuǎn)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(zhì)量分數(shù)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一定是氣體答案：D解析：增大A的濃度，則平衡向正反應方向移動，B的轉(zhuǎn)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(zhì)量分數(shù)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.降溫答案：D3.在一密閉容器中，發(fā)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(zhì)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不可能都是氣體答案：C解析：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(zhì)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(zhì)量減小，總物質(zhì)的量不變，氣體的平均相對分子質(zhì)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(zhì)量不變，總物質(zhì)的量增加，則平均相對分子質(zhì)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(zhuǎn)化率的是()A.①②④ B.①④⑥C.②③⑤ D.③⑤⑥答案：B解析：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(zhuǎn)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＝－197kJ·mol－1。向同溫、同體積的三個密閉容器中分別充入氣體：(甲)2molSO2和1molO2；(乙)1molSO2和0.5molO2；(丙)2molSO3。恒溫、恒容下反應達平衡時，下列關(guān)系一定正確的是()A.容器內(nèi)壓強p：p甲＝p丙>2p乙B.SO3的質(zhì)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(shù)值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙答案：B解析：三個容器的T、V相同，由三種情況下充入物質(zhì)的物質(zhì)的量，可知甲、丙兩種情況下充入的物質(zhì)相當，達到同一平衡狀態(tài)，乙充入的物質(zhì)比甲少一半，故壓強：p甲＝p丙<2p乙；SO3的質(zhì)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(shù)值Q不一定相等，所以選B。6.將等物質(zhì)的量的X、Y氣體充入某密閉容器中，一定條件下，發(fā)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(guān)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(zhuǎn)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YY的轉(zhuǎn)化率增大D使用適當催化劑X的體積分數(shù)變小答案：A解析：升高溫度，平衡向吸熱反應的方向移動，即逆向移動，X的轉(zhuǎn)化率變小，A項正確；增大壓強，平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動，即正向移動，X的物質(zhì)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(zhuǎn)化率，而其本身的轉(zhuǎn)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(tài)，故各物質(zhì)的體積分數(shù)不變，D項錯誤。題點三化學平衡移動的相關(guān)圖像7.I2在KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)，某I2、KI混合溶液中，Ieq\o\al(－,3)的物質(zhì)的量濃度c(Ieq\o\al(－,3))與溫度T的關(guān)系如圖所示(曲線上任何一點都表示平衡狀態(tài))。下列說法不正確的是()A.溫度為T1時，向該平衡體系中加入KI固體，平衡正向移動B.I2(aq)＋I－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)的ΔH＜0C.若T1時，反應進行到狀態(tài)d時，一定有v正＞v逆D.狀態(tài)a與狀態(tài)b相比，狀態(tài)b時I2的轉(zhuǎn)化率更高答案：D解析：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(Ieq\o\al(－,3))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(tài)d時，c(Ieq\o\al(－,3))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(tài)a時I2的轉(zhuǎn)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(shù)與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A.壓強：p1>p2B.b、c兩點對應的平衡常數(shù)：Kc>KbC.a點：2v正(NH3)＝3v逆(H2)D.a點：NH3的轉(zhuǎn)化率為eq\f(1,3)答案：B解析：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(shù)減小，故可以推知p1<p2，A錯誤；從圖分析，隨著溫度升高，氮氣的體積分數(shù)增大，則正反應為吸熱反應，隨著溫度升高，平衡常數(shù)增大，故有b、c兩點對應的平衡常數(shù)：Kc>Kb，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(shè)起始氨氣的物質(zhì)的量為1mol，氨氣的改變量為2xmol，則有2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)起始量(mol)100改變量(mol)2xx3x平衡量(mol)1－2xx3xeq\f(x,1－2x＋x＋3x)＝0.1，解x＝0.125,NH3的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.125×2,1)×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(chǎn)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(zhuǎn)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.④⑤⑥C.①③④⑤ D.③④⑥答案：A10.氨是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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mmolN2的同時生成3mmolH2C.容器內(nèi)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(2)工業(yè)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(yè)制取氫氣的原理，在一定溫度下，容積為2L的恒容密閉容器中測得如下表所示數(shù)據(jù)。請回答下列問題：時間/minCH4/molH2O/molCO/molH2/mol00.401.00005a0.80c0.6070.20b0.20d100.210.810.190.64①分析表中數(shù)據(jù)，判斷5min時反應是否處于平衡狀態(tài)？________(填“是”或“否”)，前5min反應的平均反應速率v(CH4)＝________________。②反應在7～10min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是________(填字母)。A.減少CH4的物質(zhì)的量B.降低溫度C.升高溫度D.充入H2(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)是工業(yè)制硝酸的重要反應。在1L密閉容器中充入4molNH3(g)和5molO2(g)，保持其他條件不變，測得c(NO)與溫度的關(guān)系如圖所示。該反應的ΔH______(填“＞”、“＜”或“＝”)0；T0℃下，NH3的轉(zhuǎn)化率為________。答案：(1)C(2)①是0.02mol·L－1·min－1②D(3)＜75%解析：(1)3v逆(NH3)＝2v正(H2)時反應達到平衡，A項錯誤；生成mmolN2，必生成3mmolH2，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(shù)不相等的反應，壓強不變可以說明反應達到平衡狀態(tài)，C項正確；混合氣體總質(zhì)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(tài)，D項錯誤。(2)①根據(jù)反應：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)