新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1學(xué)案：2.3.2 溫度變化對(duì)化學(xué)平衡的影響　勒夏特列原理

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第2課時(shí)溫度變化對(duì)化學(xué)平衡的影響勒夏特列原理[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.變化觀念與平衡思想：從變化的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡的移動(dòng)，即可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后，溫度改變，平衡將會(huì)發(fā)生移動(dòng)而建立新的平衡。2.證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證說(shuō)明溫度、催化劑的改變對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，構(gòu)建分析判斷化學(xué)平衡移動(dòng)方向的思維模型(勒夏特列原理)。一、溫度變化對(duì)化學(xué)平衡的影響1．實(shí)驗(yàn)探究溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響按表中實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，填寫下表：實(shí)驗(yàn)原理[Co(H2O)6]2＋＋4Cl－[CoCl4]2－＋6H2OΔH>0(粉紅色)(藍(lán)色)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象溶液變?yōu)樗{(lán)色溶液不變色溶液變?yōu)榉奂t色實(shí)驗(yàn)結(jié)論其他條件一定時(shí)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向(即吸熱反應(yīng)方向)移動(dòng)；降低溫度，平衡向逆反應(yīng)方向(即放熱反應(yīng)方向)移動(dòng)2.溫度變化對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響規(guī)律(1)任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化(放熱或吸熱)，所以任意可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)都受溫度的影響。(2)當(dāng)其他條件不變時(shí)：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。3．用v—t圖像分析溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響已知反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)ΔH＜0，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡后，若溫度改變，其反應(yīng)速率的變化曲線分別如圖所示：①t1時(shí)刻，升高溫度，v′正、v′逆均增大，但吸熱反應(yīng)方向的v′逆增大幅度大，則v′逆＞v′正，平衡逆向移動(dòng)。②t1時(shí)刻，降低溫度，v′正、v′逆均減小，但吸熱反應(yīng)方向的v′逆減小幅度大。則v′正＞v′逆，平衡正向移動(dòng)。4．催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響(1)催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律當(dāng)其他條件不變時(shí)：催化劑不能改變達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)混合物的組成，但是使用催化劑能改變反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡所需的時(shí)間。(2)用v—t圖像分析催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響t1時(shí)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(dòng)。提醒一般情況下，催化劑都是正催化劑，即可以加快反應(yīng)速率，特殊情況下，也使用負(fù)催化劑，減慢反應(yīng)速率。(1)溫度可以影響任意可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)()(2)升高溫度，反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡正向移動(dòng)()(3)升高溫度，反應(yīng)速率加快，但反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率可能降低()(4)化學(xué)平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大()(5)C(s)＋CO2(g)2CO(g)ΔH>0，其他條件不變時(shí)，升高溫度，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大()(6)催化劑能加快反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，也能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×1．已知反應(yīng)：2NO2(g)(紅棕色)N2O4(g)(無(wú)色)ΔH＝－56.9kJ·mol－1，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溫度對(duì)上述平衡有什么影響？提示(1)把NO2、N2O4的混合氣體盛裝在兩個(gè)連通的燒瓶里，然后用彈簧夾夾住橡膠管，把燒瓶A放入熱水中，把燒瓶B放入冰水中，與常溫時(shí)燒瓶C內(nèi)氣體的顏色進(jìn)行對(duì)比，如圖所示：(2)現(xiàn)象：放在熱水中的氣體顏色變深，放在冰水中的氣體顏色變淺。(3)結(jié)論：其他條件不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)。2．已知反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)m＋n<p，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡后，若溫度改變，其反應(yīng)速率的變化曲線分別如圖所示：(1)圖①表示的溫度變化是升溫，平衡移動(dòng)的方向是逆反應(yīng)方向。(2)圖②表示的溫度變化是降溫，平衡移動(dòng)的方向是正反應(yīng)方向。(3)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。3.一定溫度下，可逆反應(yīng)aX(g)＋bY(g)cZ(g)在一密閉容器內(nèi)達(dá)到平衡后，t0時(shí)刻改變某一外界條件，化學(xué)反應(yīng)速率(v)隨時(shí)間(t)的變化如圖所示。(1)若a＋b＝c，則t0時(shí)刻改變的外界條件可能是增大壓強(qiáng)或者加入催化劑。(2)若a＋b≠c，則t0時(shí)刻改變的外界條件只能是加入催化劑。1．關(guān)節(jié)炎首次發(fā)作一般在寒冷季節(jié)，原因是關(guān)節(jié)滑液中形成了尿酸鈉晶體(NaUr)，易誘發(fā)關(guān)節(jié)疼痛，其化學(xué)機(jī)理是①HUr(aq)＋H2O(l)Ur－(aq)＋H3O＋(aq)②Ur－(aq)＋Na＋(aq)NaUr(s)ΔH。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．降低溫度，反應(yīng)②平衡正向移動(dòng)B．反應(yīng)②正方向是吸熱反應(yīng)C．降低關(guān)節(jié)滑液中HUr及Na＋的含量是治療方法之一D．關(guān)節(jié)保暖可以緩解疼痛，原理是反應(yīng)②平衡逆向移動(dòng)答案B解析由題意知，寒冷季節(jié)即降溫使反應(yīng)②平衡正向移動(dòng)形成NaUr(s)，所以反應(yīng)②正向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，要減少NaUr(s)，應(yīng)使反應(yīng)②平衡逆向移動(dòng)。2．如圖所示，在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，達(dá)到甲平衡。在僅改變某一條件后，達(dá)到乙平衡，改變的條件是()A．加入適當(dāng)催化劑 B．升高的溫度C．增大反應(yīng)物的濃度 D．增大壓強(qiáng)答案B解析加入催化劑，正、逆反應(yīng)速率同時(shí)增大且相等，平衡不移動(dòng)，與圖像不符，A錯(cuò)誤；升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，但是逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡逆向移動(dòng)，與圖像相符，B正確；增大反應(yīng)物濃度，在t時(shí)刻逆反應(yīng)速率不變，正反應(yīng)速率增大，與圖像不符，C錯(cuò)誤；增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率均增大，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，與圖像不符，D錯(cuò)誤。(1)升高溫度：K值增大→正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；K值減小→正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(2)降低溫度：K值增大→正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；K值減小→正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。(3)升高溫度，正、逆反應(yīng)速率均增大，但增大的幅度不同；同理，降低溫度，正、逆反應(yīng)速率均減小，減小的幅度也不同。二、化學(xué)平衡移動(dòng)原理(勒夏特列原理)1．平衡移動(dòng)過(guò)程中的量變分析向一密閉容器中通入1molN2、3molH2發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，一段時(shí)間后達(dá)到平衡，當(dāng)改變下列條件后，請(qǐng)?zhí)顚懴铝袃?nèi)容：(1)若增大N2的濃度，平衡移動(dòng)的方向是正向移動(dòng)；達(dá)到新平衡時(shí)，氮?dú)獾臐舛扰c改變時(shí)相比較，其變化是減??；但新平衡時(shí)的濃度大于原平衡時(shí)的濃度。(2)若升高溫度，平衡移動(dòng)的方向是逆向移動(dòng)；達(dá)到新平衡時(shí)的溫度與改變時(shí)相比較，其變化是降低；但新平衡時(shí)的溫度高于原平衡時(shí)的溫度。(3)若增大壓強(qiáng)，平衡移動(dòng)的方向是正向移動(dòng)；達(dá)到新平衡時(shí)的壓強(qiáng)與改變時(shí)相比較，其變化是減小；但新平衡時(shí)的壓強(qiáng)大于原平衡時(shí)的壓強(qiáng)。2．化學(xué)平衡移動(dòng)原理(勒夏特列原理)(1)定義如果改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)因素(如參加反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度、壓強(qiáng)或溫度)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。(2)對(duì)平衡移動(dòng)原理的理解3．化學(xué)平衡移動(dòng)原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)選擇和優(yōu)化反應(yīng)條件；(2)改進(jìn)工藝和裝置等。(1)光照時(shí)，氯水顏色變淺，可用勒夏特列原理解釋()(2)對(duì)于化學(xué)反應(yīng)：2HBr(g)H2(g)＋Br2(g)，壓強(qiáng)增大，體系氣體顏色加深，可用勒夏特列原理解釋()(3)向酸性KMnO4溶液中通入少量SO2氣體，溶液顏色變淺，利用了勒夏特列原理()(4)工業(yè)生產(chǎn)中，為提高生產(chǎn)效率，常使用高效催化劑和過(guò)量便宜原料，這些措施都可用勒夏特列原理解釋()(5)實(shí)驗(yàn)室可以用排飽和NaHCO3溶液的方法收集CO2()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√1．已知N2與H2合成NH3的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，其熱化學(xué)方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以通過(guò)以下途徑來(lái)提高合成氨的產(chǎn)率，請(qǐng)利用有關(guān)知識(shí)分析采取這些措施的原因。(1)向反應(yīng)器中注入過(guò)量N2：______________________________________________________；(2)采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎篲__________________________________________________________；(3)在高壓下進(jìn)行反應(yīng)：___________________________________________________________；(4)在較高溫度下進(jìn)行反應(yīng)：_______________________________________________________；(5)不斷將氨液化，并移去液氨：___________________________________________________。答案(1)增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，提高氫氣的利用率(2)加快反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率(3)增大壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)，增大化學(xué)反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量和原料的轉(zhuǎn)化率(4)加快化學(xué)反應(yīng)速率(5)減小生成物濃度，平衡正向移動(dòng)，提高氨氣的產(chǎn)率2．在工業(yè)合成硫酸中，其中一步反應(yīng)為2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(V2O5),\s\do5(△))2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(1)根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，利用原理分析，增大反應(yīng)速率的措施有________________，增大原料轉(zhuǎn)化率的措施有________。答案增大SO2和O2的濃度、增大壓強(qiáng)、升高溫度、選用合適的催化劑增大壓強(qiáng)、降低溫度(合理即可)(2)利用下表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回答問(wèn)題：溫度平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3①應(yīng)選擇的溫度是________，理由是________________________。②應(yīng)采用的壓強(qiáng)是________，理由是___________________________________。答案①450℃該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低，且在450℃時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率較高②1×105Pa該壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用更大的壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動(dòng)力更大，對(duì)設(shè)備的要求更高1．(2021·杭州高二月考)將NO2裝入帶活塞的密閉容器中，當(dāng)反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)達(dá)到平衡后，改變下列一個(gè)條件，其中敘述錯(cuò)誤的是()A．慢慢壓縮氣體體積，平衡向右移動(dòng)，混合氣體顏色較原來(lái)淺B．保持容器容積不變，升高溫度，氣體顏色加深，則此正反應(yīng)為放熱反應(yīng)C．慢慢壓縮氣體使體積減小一半，壓強(qiáng)增大，但小于原來(lái)的兩倍D．恒溫恒容時(shí)，充入惰性氣體，壓強(qiáng)增大，平衡不會(huì)移動(dòng)答案A解析壓縮氣體體積即加壓，平衡向右移動(dòng)，但新平衡的c(NO2)比原平衡大，混合氣體顏色較原來(lái)深，A錯(cuò)誤；NO2(g)為紅棕色，N2O4(g)為無(wú)色，升高溫度使氣體顏色加深，則平衡左移，說(shuō)明正反應(yīng)放熱，B正確；假設(shè)體積減半時(shí)平衡不移動(dòng)，則壓強(qiáng)加倍，實(shí)際平衡右移，使壓強(qiáng)小于原來(lái)的兩倍，C正確；恒溫恒容時(shí)，充入惰性氣體，雖然容器內(nèi)總壓強(qiáng)變大，但沒(méi)有改變c(NO2)、c(N2O4)，正、逆反應(yīng)速率均不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，D正確。2．下列事實(shí)，不能用勒夏特列原理解釋的是______________(填字母)。A．溴水中存在如下平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，當(dāng)加入NaOH溶液后顏色變淺B．對(duì)于反應(yīng)：2H2O22H2O＋O2↑，使用MnO2可加快制O2的反應(yīng)速率C．對(duì)于反應(yīng)：CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)ΔH<0，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)D．合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，為使氨的產(chǎn)