2024年高中化學新教材同步 選擇性必修第一冊 第2章　第2節(jié)　第4課時　溫度、催化劑對化學平衡的影響　勒夏特列原理

第4課時溫度、催化劑對化學平衡的影響勒夏特列原理[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.從變化的角度認識化學平衡的移動，即可逆反應達到平衡后，溫度改變，平衡將會發(fā)生移動而建立新的平衡。2.通過實驗論證說明溫度、催化劑的改變對化學平衡移動的影響，構建分析判斷化學平衡移動方向的思維模型(勒夏特列原理)。一、溫度、催化劑對化學平衡的影響1．溫度對化學平衡的影響(1)實驗探究溫度對化學平衡的影響按表中實驗步驟要求完成實驗，觀察實驗現象，填寫下表：實驗原理2NO2g(N2O4g紅棕色無色ΔH＝－56.9kJ·mol－1實驗步驟實驗現象熱水中混合氣體顏色加深；冰水中混合氣體顏色變淺實驗結論混合氣體受熱時顏色加深，說明NO2濃度增大，即平衡向逆反應方向移動；混合氣體被冷卻時顏色變淺，說明NO2濃度減小，即平衡向正反應方向移動(2)溫度對化學平衡的影響規(guī)律當其他條件不變時，升高溫度，會使化學平衡向吸熱反應的方向移動；降低溫度，會使化學平衡向放熱反應的方向移動。提醒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。(3)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．催化劑對化學平衡的影響(1)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)時反應混合物的組成，但是使用催化劑能改變反應達到化學平衡所需的時間。(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。(1)溫度可以影響任意可逆反應的化學平衡狀態(tài)()(2)升高溫度，反應速率加快，化學平衡向正反應方向移動()(3)升高溫度，反應速率加快，但反應物的轉化率可能降低()(4)升高溫度，化學平衡常數一定增大()(5)對于可逆反應，改變外界條件使平衡向正反應方向移動，平衡常數一定增大()(6)平衡移動，平衡常數不一定改變，但平衡常數改變，平衡一定發(fā)生移動()(7)催化劑能加快反應速率，提高物質單位時間內的產量，也能提高反應物的轉化率()答案(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√(7)×1．在已建立平衡的體系中，改變溫度，化學平衡是否移動？提示任何化學反應都伴隨著能量的變化(放熱或吸熱)，所以任何可逆反應的化學平衡狀態(tài)，都受溫度的影響而發(fā)生移動。2．若反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的條件改變，平衡不移動但反應速率加快，改變的條件一定是使用催化劑嗎？提示若反應aA(g)＋bBcC(g)＋dD(g)的a＋b＝c＋d，改變條件，平衡不移動但反應速率加快，可能是使用催化劑，或增大壓強(反應前后氣體體積不變)。3．催化劑對化學平衡沒有影響，工業(yè)生產往往使用催化劑，其目的是什么？提示催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動，但可以改變達到平衡所需的時間。工業(yè)生產往往使用催化劑，其目的是增大化學反應速率，提高單位時間內的產量。1．在容積不變的密閉容器中存在如下反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(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表示的是t1時刻增大O2的濃度對反應速率的影響B(tài)．圖Ⅱ表示的是t1時刻加入催化劑對反應速率的影響C．圖Ⅲ表示的是催化劑對平衡的影響，且甲的催化劑效率比乙高D．圖Ⅲ表示的是壓強對化學平衡的影響，且乙的壓強較高答案B解析A項錯誤，圖Ⅰ改變的條件應是增大壓強；B項正確，由于同等程度地加快正、逆反應速率，所以應是加入了催化劑；C項錯誤，由于平衡發(fā)生了移動，所以改變的條件不是加入催化劑；D項錯誤，改變的條件應是溫度，且乙的溫度高。2．煤化工中常需研究不同溫度下的平衡常數、投料比及熱值等問題。已知CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常數隨溫度的變化如表所示：溫度/℃4005008301000平衡常數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，化學平衡常數減小，故正反應為放熱反應。(2)根據平衡常數的表達式知K＝0.6，平衡常數只與溫度有關，溫度一定，平衡常數為定值，所以此時對應的溫度為1000℃。(3)830℃時，化學平衡常數為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，化學平衡常數為1，設CO的轉化濃度為xmol·L－1，CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始/mol·L－12300轉化/mol·L－1xxxx平衡/mol·L－12－x3－xxx平衡常數K＝eq\f(cH2·cCO2,cCO·cH2O)＝eq\f(x2,2－x3－x)＝1，解得x＝1.2，則CO的轉化率＝eq\f(1.2mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝60%。溫度與化學平衡常數的關系溫度變化反應焓變ΔH平衡常數K升高＞0增大＜0減小降低＞0減?。?增大二、勒夏特列原理1．勒夏特列原理如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應的物質的濃度)，平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動。2．適用范圍及應用(1)勒夏特列原理適用于已達到平衡的反應體系，不可逆過程或未達到平衡的可逆過程均不能使用該原理。(2)勒夏特列原理中的“減弱”不等于“消除”，更不是“扭轉”，即平衡移動不能將外界影響完全消除，而只能減弱。對于以下體系，增大壓強eq\o(2NO2g,\s\do14(紅棕色))eq\o(N2O4g,\s\do14(無色))混合氣體顏色先加深，后變淺。但比原平衡時顏色深。(1)對于可逆反應，升高溫度，若v正增大，則v逆減小，平衡正向移動()(2)勒夏特列原理適用于所有的動態(tài)平衡()(3)其他條件不變，若增大某反應物的濃度，則平衡向減少該物質濃度的方向移動，最終該物質的濃度減小()(4)光照時，氯水顏色變淺，可用勒夏特列原理解釋()答案(1)×(2)√(3)×(4)√1．下列事實中，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，當加入NaOH溶液后顏色變淺B．對2H2O22H2O＋O2的反應，使用MnO2可加快制備O2的反應速率C．反應：CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)ΔH<0，升高溫度，平衡向逆反應方向移動D．合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，為使氨的產率提高，理論上應采取低溫高壓的措施E．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，縮小體積加壓顏色加深答案BE解析催化劑只能改變反應速率，對化學平衡的移動無影響。2．在一密閉容器中發(fā)生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，在某一時刻達到平衡，測得c(N2)＝1mol·L－1，容器內壓強為p，溫度為T。(1)再向容器中通入N2，使其濃度變?yōu)?mol·L－1，并保持容積不變，再次達到平衡時c(N2)的范圍是________________。(2)將容器體積縮小至平衡時的一半，并保持溫度不變，再次達到平衡時壓強p′的范圍是________________________________________________________________________。(3)迅速升溫至T1，并保持容積不變，且不與外界進行熱交換，再次達到平衡時，溫度T′的范圍是________________________________________________________________________。答案(1)1mol·L－1<c(N2)<2mol·L－1(2)p<p′<2p(3)T<T′<T11．對可逆反應：2A(s)＋3B(g)2C(g)＋2D(g)ΔH<0，在一定條件下達到平衡，下列有關敘述正確的是()①增加A的量，平衡向正反應方向移動②升高溫度，平衡向逆反應方向移動，v正減?、蹓簭娫龃笠槐叮胶獠灰苿?，v正、v逆不變④增大B的濃度，v正>v逆⑤加入催化劑，平衡向正反應方向移動A．①②B．④C．③D．④⑤答案B解析①A是固體，增大A的量對平衡無影響，錯誤；②升高溫度，v正、v逆均增大，v逆增大的程度大，平衡向逆反應方向移動，錯誤；③壓強增大平衡逆向移動，且v正、v逆都增大，錯誤；④增大B的濃度，平衡向正反應方向移動，v正>v逆，正確；⑤加入催化劑，平衡不移動，錯誤。2．在密閉容器中進行如下反應：CO2(g)＋C(s)2CO(g)ΔH＞0，達到平衡后，若改變下列條件，則指定物質的濃度及平衡如何變化。(1)增加C(s)，則平衡__________(填“逆向移動”“正向移動”或“不移動”，下同)，c(CO2)________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)。(2)保持溫度不變，增大反應容器的容積，則平衡_____，c(CO)________，n(CO)________。(3)保持反應容器的容積和溫度不變，通入He，則平衡________，c(CO2)________。(4)保持反應容器的容積不變，升高溫度，則平衡_____，c(CO)________。答案(1)不移動不變(2)正向移動減小增大(3)不移動不變(4)正向移動增大解析(1)C為固體，增加C的量，各物質的濃度不變，平衡不移動，c(CO2)不變。(2)增大反應容器的容積，即減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動，c(CO)減小，但n(CO)增大。(3)通入He，但容積和溫度不變，平衡不移動，c(CO2)不變。(4)容積不變，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，即正向移動，c(CO)增大。用速率分析化學平衡移動的一般思路題組一溫度對化學平衡的影響1．將H2(g)和Br2(g)充入恒容密閉容器，恒溫下發(fā)生反應：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)ΔH<0，平衡時Br2(g)的轉化率為a；若初始條件相同，絕熱下進行上述反應，平衡時Br2(g)的轉化率為b。a與b的關系是()A．a>b B．a＝bC．a<b D．無法確定答案A解析該反應為放熱反應，絕熱下進行反應，溫度升高，平衡左移，所以絕熱條件下平衡時Br2(g)的轉化率低于恒溫平衡時的轉化率，即a>b。2．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，氣體的總質量減小，總物質的量不變，氣體的平均相對分子質量減小，故B錯誤、C正確；若B、C都是氣體，平衡右移，氣體的總質量不變，總物質的量增加，則平均相對分子質量減小，故D錯誤。3.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)的物質的量濃度c(Ieq\o\al(－,3))與溫度T的關系如圖所示(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．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))小于平衡時的濃度，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點均為平衡點，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的轉化率更高，D項錯誤。4.在體積為VL的恒容密閉容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)發(fā)生反應：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)ΔH<0。當溫度分別為T1、T2，平衡時H2的體積分數與Br2(g)的物質的量的變化關系如圖所示。下列說法正確的是()A．由圖可知：T2<T1B．a、b兩點的反應速率：a>bC．為了提高Br2(g)的轉化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法D．a點比b點體系的顏色深答案A解析根據反應：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)ΔH<0，升溫，平衡向逆反應方向移動，H2的體積分數增大，根據圖示變化，可知T1>T2，A正確；b點Br2的濃度比a點Br2的濃度大，反應速率也大，B錯誤；增加Br2(g)的通入量，Br2(g)的轉化率減小，C錯誤；b點對a點來說，是向a點體系中加入Br2使平衡向正反應方向移動，盡管Br2的量在新基礎上會減小，但是Br2的濃度比原來大，顏色變深，即b點比a點體系的顏色深，D錯誤。題組二勒夏特列原理5．下列事實不能用勒夏特列原理解釋的是()A．夏天，打開啤酒瓶時會從瓶口逸出氣體B．濃氨水中加入氫氧化鈉固體時產生較多的刺激性氣味的氣體C．壓縮氫氣與碘蒸氣反應的平衡混合氣體，顏色變深D．將盛有NO2和N2O4混合氣體的密閉容器置于冷水中，混合氣體的顏色變淺答案C解析B項中考查溫度、濃度對NH3＋H2ONH3·H2ONHeq\o\al(＋,4)＋OH－平衡移動的影響；D項中考查溫度對2NO2N2O4的影響；C項中顏色加深的根本原因是體積減小，c(I2)濃度增大，由于是反應前后氣體體積不變的反應，不涉及平衡的移動，則不能用勒夏特列原理解釋。6．(2021·遼寧，11)某溫度下，在恒容密閉容器中加入一定量X，發(fā)生反應2X(s)Y(s)＋Z(g)，一段時間后達到平衡。下列說法錯誤的是()A．升高溫度，若c(Z)增大，則ΔH>0B．加入一定量Z，達新平衡后m(Y)減小C．加入等物質的量的Y和Z，達新平衡后c(Z)增大D．加入一定量氬氣，平衡不移動答案C解析根據勒夏特列原理可知，升高溫度，化學平衡向著吸熱反應的方向移動，而c(Z)增大，說明平衡正向移動，故ΔH>0，A正確；加入一定量Z，Z的濃度增大，平衡逆向移動，故達新平衡后m(Y)減小，B正確；加入等物質的量的Y和Z，Z的濃度增大，平衡逆向移動，由于X、Y均為固體，故K＝c(Z)，達新平衡后c(Z)不變，C錯誤；加入一定量氬氣，Z的濃度保持不變，故正、逆反應速率不變，平衡不移動，D正確。7．(2022·云南保山高二期中)反應X(g)＋Y(g)3Z(g)ΔH<0達到平衡時，下列說法正確的是()A．減小容器體積，平衡向正反應方向移動B．恒容時充入氦氣，Z的產率增大C．增大c(X)，X的轉化率增大D．降低溫度，Y的轉化率增大答案D解析該反應氣態(tài)物質反應前后總物質的量不相等，減小容器體積平衡向逆反應方向移動，故A錯誤；恒容時充入氦氣，各物質的濃度不變，平衡不移動，產率不變，故B錯誤；增大X物質的量濃度，平衡正向移動，但X的轉化率減小，故C錯誤；降低溫度，平衡正向移動，Y的轉化率增大，故D正確。8．(2022·?？诟叨谥?利用CO2和CH4反應制備合成氣(CO、H2)的原理是CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH>0。溫度為T℃時，該反應的平衡常數為K。下列說法正確的是()A．K越大，說明反應速率、CO2的平衡轉化率越大B．增大壓強，平衡向逆反應方向移動，K減小C．升高溫度，反應速率和平衡常數K都增大D．加入催化劑，能提高合成氣的平衡產率答案C解析K越大，說明反應越完全，CO2的平衡轉化率越大，但反應速率不一定越大，A錯誤；K只受溫度影響，溫度不變，則K不變，B錯誤；升高溫度，活化分子百分數增大，反應速率增大，該反應ΔH>0為吸熱反應，則升溫平衡常數K增大，C正確；加入催化劑，只能改變反應速率，平衡不移動，則不能提高合成氣的平衡產率，D錯誤。9.如圖是可逆反應A＋2B2C＋3D的化學反應速率與化學平衡隨外界條件改變(先降溫后加壓)而變化的情況。由此可推斷下列說法正確的是()A．正反應是放熱反應B．D可能是氣體C．逆反應是放熱反應D．A、B、C、D均為氣體答案A10.已知反應：3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)ΔH<0，如圖a、b曲線分別表示在不同條件下，A與B反應生成D的體積分數隨時間t的變化情況。若想使曲線b(實線)變?yōu)榍€a(虛線)，可采取的措施是()①增大A的濃度②升高溫度③增大D的濃度④加入催化劑⑤恒溫下，縮小反應容器體積⑥加入稀有氣體，保持容器內壓強不變A．①②③B．④⑤C．③④⑤D．④⑤⑥答案B解析根據題圖可知曲線b(實線)變?yōu)榍€a(虛線)時，平衡未發(fā)生移動且反應速率加快了。①增大A的濃度、②升高溫度、③增大D的濃度，平衡均發(fā)生了移動，D的體積分數會發(fā)生改變；⑥加入稀有氣體，保持容器內壓強不變，因為壓強不變，體積變大，所以濃度、速率變小，與圖像不一致；④加入催化劑，反應速率加快了，同時平衡不移動，與圖像一致；⑤恒溫下，縮小反應容器體積，濃度增大，速率加快，又因為方程式左右兩邊氣體的化學計量數之和相等，所以平衡不移動，與圖像一致。11．(2022·廣州高二期中)為探究外界條件對反應aA(g)＋bB(g)cC(g)ΔH的影響，以A和B的物質的量之比為a∶b反應，通過實驗得到不同條件下反應達到平衡時A的物質的量分數隨溫度、壓強的變化如圖所示。下列判斷正確的是()A．a＋b>cB．平衡后增大容器體積，反應放出熱量C．升高溫度，正、逆反應速率都增大，平衡常數也增大D．平衡后再充入amolA，平衡正向移動，再次達到平衡后，A的物質的量分數減小答案C解析由圖可知，同一溫度下，增大壓強，A的物質的量分數增大，平衡逆向移動，說明a＋b＜c，A項錯誤；由圖可知，同一壓強下，升高溫度，A的物質的量分數減小，平衡正向移動，即正反應為吸熱反應，平衡后增大容器體積，相當于減小壓強，平衡正向移動，需要吸收熱量，B項錯誤；升高溫度，正、逆反應速率都增大，平衡常數也增大，C項正確；平衡后再充入amolA，平衡正向移動，再次達到平衡后，A的物質的量分數增大，D項錯誤。12．(2022·廣州高二期末)2NO2(紅棕色)N2O4(無色)ΔH<0。將一定量的NO2充入注射器中并密封，改變活塞位置，氣體透光率隨時間的變化如圖所示(顏色越深，透光率越小)。下列說法正確的是()A．a、b、c點：處于平衡狀態(tài)B．b點操作：將注射器的活塞向外拉C．若在c點將溫度降低，其透光率將減小D．d點：v正＜v逆答案D解析a、b點透光率沒有變化，說明處于平衡狀態(tài)，而c點前后透光率在變化，說明沒有處于平衡狀態(tài)，故A錯誤；根據圖中信息，b點后透光率突然降低，說明二氧化氮濃度突然增大，因此b點操作：將注射器的活塞向里推，故B錯誤；若在c點將溫度降低，平衡正向移動，二氧化氮濃度減小，其透光率將增大，故C錯誤；d點透光率在減小，二氧化氮濃度增大，平衡逆向移動，因此v正＜v逆，故D正確。(1)下列時刻所改變的外界條件分別是：t1________________；t3________________；t4________________。(2)物質A的體積分數最大的時間段是_______________________________________。(3)上述圖像中C的體積分數相等的時間段是______________________________。(4)反應速率最大的時間段是________。(5)t0～t1、t3～t4、t5～t6時間段的平衡常數K0、K3、K5的關系為________________________。答案(1)升高溫度使用催化劑減小壓強(2)t5～t6(3)t2～t3、t3～t4(4)t3～t4(5)K0>K3＝K514．現有反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)，達到平衡后，當升高溫度時，B的轉化率變大；當減小壓強時，混合體系中C的質量分數減小，則：(1)該反應的逆反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應，且m＋n______(填“＞”“＝”或“＜”)p。(2)減壓使容器體積增大時，A的質量分數________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)。(3)若容積不變加入B，則A的轉化率__________，B的轉化率__________。(4)若升高溫度，則平衡時B、C的濃度之比eq\f(cB,cC)將__________。(5)若加入催化劑，平衡時氣體混合物的總物質的量__________。答案(1)放熱＞(2)增大(3)增大減小(4)減小(5)不變解析反應mA(g)＋nB(g)pC(g)達到平衡后，升高溫度時，B的轉化率變大，說明平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應；減小壓強時，混合體系中C的質量分數減小，說明平衡向逆反應方向移動，即m＋n>p，A的質量分數增大；若容積不變加入B，平衡向正反應方向移動，A的轉化率增大；升高溫度，平衡向正反應方向移動，c(C)增大，c(B)減小，即eq\f(cB,cC)減??；加入催化劑，平衡不移動，混合氣體的總物質的量不變。15．(2022·重慶高二期末)氮元素的單質及其化合物在農業(yè)生產、生活、國防和科技方面都有著重要作用，但一些氮的化合物又會對環(huán)境造成污染。因此，如何利用氮及氮的化合物是科研人員的重要研究課題。已知：N2O4(無色)2NO2(紅棕色)。請回答下列有關問題：(1)將兩只燒瓶