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课时导学案新人教版选修4.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课时导学案新人教版选修4
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
[学习目标定位] 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。
一 温度对化学平衡移动的影响
1.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
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.已知反应:
mA(g)+nB(g)pC(g) m+n
(1)图①表示的温度变化是升高,平衡移动方向是向逆反应方向。
(2)图②表示的温度变化是降低,平衡移动方向是向正反应方向。
(3)正反应是放热反应,逆反应是吸热反应。
归纳总结
1.温度对v放、v吸的影响规律
升温,v放、v吸均增大,但v吸增大程度大;降温,v放、v吸均减小,但v吸减小程度大。
2.温度对化学平衡移动的影响规律
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。
1.利用下图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连接的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。
可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的__________________________(填“深”或“浅”),其原因是______________________________________________________________________。
答案 深 H2O2分解放热,使B瓶的温度升高,2NO2(g)N2O4(g)平衡向左移动,NO2浓度增大,气体颜色加深
解析 由本小题给出的能量变化图像可知,双氧水的分解和二氧化氮生成四氧化二氮的反应都属于放热反应,由此可知(c)装置中右边烧杯的温度应高于左边烧杯的温度,温度升高,使平衡2NO2(g)N2O4(g)向左移动,所以B瓶中二氧化氮浓度增大,气体颜色加深。
2.对于①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
②2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH>0
其中v-t图像为
(1)反应①
t1时刻改变的条件为______________________________________________________;
t2时刻改变的条件为______________________________________________________。
(2)反应②
t1时刻改变的条件为______________________________________________________;
t2时刻改变的条件为_______________________________________________________。
答案
(1)增大压强 降低温度
(2)升高温度 减小压强
解析 t1时刻反应速率增大,说明是升温或增大压强,而t2时刻反应速率又减小,说明是降温或减小压强。
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反应速率,是因为它可以降低反应所需活化能,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.对于N2+3H22NH3反应,NH3的体积分数如图所示:
其中m表示使用催化剂情况,n表示未使用催化剂情况。
归纳总结
催化剂对化学平衡的影响
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。
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=bC.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,所以绝热平衡时转化率低于恒温平衡时转化率,即a>b。 4.如图所示,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________(填字母序号)。 A.t0~t1B.t2~t3C.t3~t4D.t5~t6 (2)t1、t3、t4改变的条件分别是 t1________________________________________________________________________; t3________________________________________________________________________; t4________________________________________________________________________。 答案 (1)A (2)升高温度 使用催化剂 减小压强 解析 (1)平衡移动时,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,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。 三 勒夏特列原理 1.向一密闭容器中通入1molN2、3molH2发生反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡,当改变下列条件后,请填写下列内容: (1)若增大N2的浓度,平衡移动的方向是向右移动;达新平衡时,氮气的浓度与改变时相比较,其变化是减小。 但平衡时的浓度大于原平衡时的浓度。 (2)若升高温度,平衡移动的方向是向左移动;达新平衡时的温度与改变时相比较,其变化是降低。 但平衡时的温度高于原平衡时的温度。 (3)若增大压强,平衡移动的方向是向右移动;达新平衡时的压强与改变时相比较,其变化是减小。 但平衡时的压强大于原平衡时的压强。 2.根据以上分析,得知如果改变影响平衡的条件之一,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 该结论就是勒夏特列原理。 归纳总结 1.勒夏特列原理的适用范围 化学反应平衡等所有的动态平衡。 2.对“减弱这种改变”的正确理解 (1)定性角度: 用于判断平衡移动的方向。 (2)定量角度: “减弱”不等于“消除”,更不是“扭转”。 5.下列事实中,不能用勒夏特列原理加以解释的是( ) A.夏天,打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体 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,混合气体颜色变浅 答案 C 解析 A中考查溶解平衡CO2(g)CO2(aq),压强减小,则平衡向逆反应方向移动,形成大量气体逸出;B中考查温度、浓度、酸碱性对NH3+H2ONH3·H2ONH +OH-平衡移动的影响;D中考查温度对2NO2N2O4的影响;C中颜色加深的根本原因是因为体积减小,c(I2)浓度增大,由于是等体反应,不涉及平衡的移动,则不能用勒夏特列原理解释。 6.反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( ) A.减小容器体积,平衡向右移动 B.加入催化剂,Z的产率增大 C.增大c(X),X的转化率增大 D.降低温度,Y的转化率增大 答案 D 解析 由X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0可知,反应前后气体分子数不变,故减小容器体积,即压强增大,平衡不移动,A项错误;加入催化剂,平衡不移动,故Z的产率不变,B项错误;增大c(X),X的转化率减小,C项错误;降低温度,平衡向放热反应方向(正向)移动,Y的转化率增大,D项正确。 1.反应2A(g)2B(g)+E(g) ΔH>0,达到平衡时,要使正反应速率降低,A的浓度增大,应采取的措施是( ) A.加压B.降温C.减小E的浓度D.加催化剂 答案 B 解析 加压,使v正增大,平衡向左移,A的浓度增大,A错误;降温,v正减小,平衡向左移,c(A)增大,B正确;减小E的浓度,平衡向右移,c(A)减小,C错误;加入催化剂,v正增大,平衡不移动,c(A)不变,D错误。 2.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0 反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( ) A.增加压强B.降低温度 C.增大CO的浓度D.更换催化剂 答案 B 解析 一般来说,有两种及两种以上反应物的可逆反应中,在其他条件不变时,增大其中一种反应物的浓度,能使其他反应物的转化率升高,但其本身的转化率反而降低,故C项错误;A项,因该反应为反应前后气体物质的量相等的反应,故增加压强只能缩短反应达到平衡的时间,并不能使该平衡发生移动,因而无法提高CO的转化率;B项,因该反应为放热反应,降低温度能使平衡向右移动,从而提高CO的转化率;D项,催化剂只能影响化学反应的速率,改变可逆反应达到平衡的时间,不能提高CO的转化率。 3.某温度下,对可逆反应: 2X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0,则下列叙述正确的是( ) A.加入少量W,逆反应速率增大 B.升高温度时,正反应速率增大,逆反应速率减小 C.压强不变,充入与反应体系不反应的N2,Z的物质的量减少 D.平衡后加入X,上述反应的ΔH增大 答案 C 解析 加少量固体W,逆反应速率不变,A项不正确;升温,v正和v逆都增大,B项不正确;压强不变,充入不反应气体N2,容器体积变大,平衡向左移动,Z的物质的量减少,C项正确;平衡后加入X,平衡右移,但ΔH表示2molX(g)和1molY(g)完全反应时的热效应,故ΔH不变,D项不正确。 4.下图所示的直型石英玻璃封管中充有CO气体,左端放置不纯的镍(Ni)粉。 在一定条件下,Ni可以与CO(g)发生如下反应: Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g) ΔH<0,但Ni粉中的杂质不与CO(g)发生反应,玻璃管内左右两端的温度分别稳定在350K和470K,经过足够长时间后,右端的主要物质是( ) A.纯Ni(s)和Ni(CO)4(g) B.纯Ni(s)和CO(g) C.不纯Ni(s)和CO(g) D.不纯Ni(s)和Ni(CO)4(g) 答案 B 解析 温度升高,平衡左移,生成Ni和CO,由于右端温度稳定在470K,所以右端主要物质是纯Ni(s)和CO(g)。 5.在体积为1L的溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)=0.100mol·L-1、c(B)=0.200mol·L-1及c(C)=0mol·L-1。 反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。 请回答下列问题: (1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。 所改变的条件和判断的理由是: ②_______________________________________________________________________; ③_______________________________________________________________________。 (2)实验②平衡时B的转化率为________;实验③平衡时C的浓度为________。 (3)该反应的ΔH________0,其判断理由是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)该反应进行到4.0min时的平均反应速率: 实验②: v(B)=________; 实验③: v(C)=________。 答案 (1)②加催化剂;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度未变 ③温度升高;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度减小 (2)40%(或0.4) 0.060mol·L-1 (3)> 温度升高平衡向正反应方向移动,故该反应是吸热反应 (4)0.014mol·L-1·min-1 0.009mol·L-1·min-1 解析 (1)②使用了(正)催化剂;理由: 因为从图可看出,两者最终的平衡浓度相同,即最终的平衡状态相同,而②比①所需要的时间短,显然反应速率加快了,故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入了(正)催化剂。 ③升高温度;理由: 因为该反应是在溶液中进行的反应,所以不可能是改变压强引起速率的改变,又由于各物质起始浓度相同,故不可能是改变浓度影响反应速率,再由于③和①相比达到平衡所需时间短,平衡时浓度更小,故不可能是使用催化剂,故改变条件只能是升高温度。 (2)②中达到平衡时A转化了0.040mol,由反应计量数可知B转化了0.080mol,所以B的转化率为 ×100%=40.0%;同样在③中A转化了0.060mol,则生成C为0.060mol,体积不变,即平衡时c(C)=0.060mol·L-1。 (3)ΔH>0;理由: 由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小,即A的转化率升高,平衡向正反应方向移动,所以正反应是吸热反应,ΔH>0。 (4)从图上读数,反应进行到4.0min时,实验②中A的浓度为0.072mol·L-1,则Δc(A)=0.100mol·L-1-0.072mol·L-1=0.028mol·L-1,v(A)=Δc(A)/Δt= =0.007mol·L-1·min-1,所以vB=2vA=0.014mol·L-1·min-1;反应进行到4.0min实验③中A的浓度为0.064mol·L-1,Δc′(A)=0.100mol·L-1-0.064mol·L-1=0.036mol·L-1,v′(A)=Δc′(A)/Δt= =0.009mol·L-1·min-1,所以v(C)=v(A)=0.009mol·L-1·min-1。 40分钟课时作业 [经典基础题] 题组1 勒夏特列原理的广泛应用 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.由H2(g)、I2(g)和HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深 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的转化率越高,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.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 加入催化剂,平衡不移动。 题组2 温度、催化剂对化学平衡的影响 3.对于任何一个化学平衡体系,采取以下措施,一定会使平衡发生移动的是( ) A.加入一种反应物B.增大体系的压强 C.升高温度D.使用催化剂 答案 C 解析 A项中,若反应物是固体,增加其用量对平衡移动无影响;B项中,若气体体积反应前后相等,或无气体参与的反应,改变压强,平衡都不会移动;D项,加入催化剂,平衡不移动。 4.在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下反应: 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=-373.2kJ·mol-1。 如图曲线a表示该反应过程中NO的转化率与反应时间的关系。 若改变起始条件,使反应过程按照曲线b进行,可采取的措施是( ) A.降低温度 B.向密闭容器中通入氩气 C.加催化剂 D.增大反应物中NO的浓度 答案 D 解析 由化学方程式知,降低温度,平衡向右移动,α(NO)增大,但由图像知,b温度先达到平衡,故温度b>a,且升温α(NO)减小,二者矛盾,故A项不正确;B项和C项平衡不移动,α(NO)不变,图像不符,故B、C项不正确;增大NO浓度,v增大,且平衡正向移动,但α(NO)降低,图像符合,故D项正确。 5.已知反应3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g) ΔH<0,右图中,a、b曲线分别表示在不同条件下,A与B反应时D的体积分数随时间t的变化情况。 若想使曲线b(实线)变为曲线a(虚线),可采取的措施是( ) ①增大A的浓度 ②升高温度 ③增大D的浓度 ④加入催化剂 ⑤恒温下,缩小反应容器体积 ⑥加入稀有气体,保持容器内压强不变 A.①②③B.④⑤C.③④⑤D.④⑤⑥ 答案 B 6.电镀废液中Cr2O 可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4): Cr2O (aq)+2Pb2+(aq)+H2O(l)2PbCrO4(s)+2H+(aq) ΔH<0。 该反应达平衡后,改变横坐标表示的反应条件,下列示意图正确的是( ) 答案 A 解析 该反应的正反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,Cr2O 的转化率减小,A项正确;pH增大,H+浓度减小,平衡正向移动,Cr2O 的转化率增大,B项错误;温度升高,正反应速率增大,C项错误;增大Pb2+物质的量浓度,平衡正向移动,Cr2O 的物质的量减小,D项错误。 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.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥ 答案 B 解析 ②恒容通入惰性气体,平衡不移动;③增加CO浓度,平衡左移;⑤加入催化剂,平衡不移动。 8.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。 9.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,所以改变的条件不是加入催化剂;D项,改变的应是温度,且乙的温度高。 10.在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应: A(g)+B(g)2C(g) ΔH1<0 X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH2>0 进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是( ) A.恒压时,通入惰性气体,C的物质的量不变 B.恒压时,通入Z气体,反应器中温度升高 C.恒容时,通入惰性气体,各反应速率不变 D.恒容时,通入Z气体,Y的物质的量浓度增大 答案 A 解析 对化学平衡体系恒压条件下通入惰性气体,为保持恒压,体积增大,相当于压强减小,对第二个反应导致平衡向左移动,则放热,使体系温度升高,对第一个反应平衡左移,C的物质的量减小;恒压条件下通入Z气体,第二个反应平衡向左移动,放热,反应容器中温度升高。 恒容条件下通入惰性气体,总压增大而分压不变,平衡不移动,速率不变;通入Z气体,导致第二个反应平衡左移,Y的物质的量浓度增大。 11.一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是( ) A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0 B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0 C.CH3CH2OH(g)CH2===CH2(g)+H2O(g) ΔH>0 D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CH===CH2(g)+2H2O(g) ΔH<0 答案 A 解析 由温度-时间图像可知,T2先达到平衡,因此T2>T1,温度升高,水蒸气含量减少,正反应是放热反应,因此B、C不符合题意;由压强-时间图像可知,p1先达到平衡,即p1>p2,随着压强的增加,水蒸气含量增加,因此正反应是气体体积减小的反应,因此D不符合题意,只有A符合题意。 [能力提升题] 12.将0.40molN2O4气体充入2L固定容积的密闭容器中发生如下反应: N2O4(g)2NO2(g) ΔH。 在T1℃和T2℃时,测得NO2的物质的量随时间变化如下图所示: (1)T1℃,40~80s内用N2O4表示该反应的平均反应速率为________mol·L-1·s-1。 (2)ΔH________(填“>”、“<”或“=”)0。 (3)改变条件重新达到平衡时,要使 的比值变小,可采取的措施有________(填字母,下同)。 A.增大N2O4的起始浓度 B.升高温度 C.向混合气体中通入NO2 D.使用高效催化剂 (4)在温度为T3、T4时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。 下列说法正确的是________。 A.a、c两点的反应速率: a>c B.a、b两点N2O4的转化率: a>b C.a、c两点气体的颜色: a深,c浅 D.由a点到b点,可以用加热的方法 答案 (1)0.00125 (2)> (3)AC (4)B 解析 (1)T1℃时v(N2O4)= v(NO2)= × =0.00125mol·L-1·s-1。 (2)由图可知反应在T1℃比T2℃先到达平衡状态,所以T1℃>T2℃,由于T1℃平衡时n(NO2)多于T2℃平衡时,故升高温度,平衡向生成NO2的方向移动,即向吸热方向移动,所以ΔH>0。 (3)A项,增大N2O4起始浓度相当于增大压强,平衡向左移动, 减小;B项,升高温度,平衡向右移动, 增大;C项,通入NO2相当于增大压强, 减小;D项,平衡不移动, 不变。 (4)A项,由图可知: a、c两点平衡时温度相同,c点对应压强大,反应速率大;B项,由图可知: a、b两点平衡时压强相同,温度不同,a点NO2的体积分数大于b点,而反应N2O42NO2 ΔH>0,温度升高,平衡向右移动,NO2体积分数增大,温度T4>T3,转化
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