高中 化学 选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡《第二节 第4课时 温度、催化剂对化学平衡的影响》教学设计

第4课时温度、催化剂对化学平衡的影响[课程标准]1.通过实验探究，了解温度、催化剂对化学平衡状态的影响。2.能运用温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化。任务温度、催化剂对化学平衡的影响教材实验现象如下表，完成下列讨论：实验原理2NO2(g)N2O4(g)(红棕色)(无色)ΔH＝－56.9kJ·mol－1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1.浸泡在热水中的烧瓶内气体红棕色为什么会加深？由此得出什么实验结论？提示：浸泡在热水中烧瓶内气体颜色变深，说明升高温度，平衡向生成NO2方向移动。其他条件不变，升高温度，平衡向吸热反应方向移动。2.浸泡在冰水中的烧瓶内气体红棕色为什么会变浅？由此得出什么实验结论？提示：浸泡在冰水中的烧瓶内红棕色的气体变浅，说明降低温度，平衡向生成N2O4方向移动。其他条件不变，降低温度，平衡向放热反应方向移动。1.实验探究温度对化学平衡的影响(1)任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热)，所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。(2)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。2.勒夏特列原理如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强以及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。3.催化剂对化学平衡的影响规律当其他条件不变时，催化剂不能改变达到化学平衡状态的反应混合物的组成，但是，使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。1.判断正误，错误的说明其原因。(1)升高温度，反应速率加快，化学平衡向正反应方向移动。________________________________________________________________________答案：错误，升高温度，反应速率加快，化学平衡向吸热反应方向移动。(2)升高温度，化学平衡常数一定增大。________________________________________________________________________答案：错误，升高温度，K是否增大，取决于反应的焓变，ΔH>0化学平衡常数增大，ΔH<0化学平衡常数减小。(3)对于可逆反应，改变外界条件使平衡向正反应方向移动，平衡常数一定增大。________________________________________________________________________答案：错误，当改变浓度时，改变的是浓度商Q，化学平衡常数K不变。(4)催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，也能提高反应物的转化率。________________________________________________________________________答案：错误，催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，但不能提高反应物的转化率。2.煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及热值等问题。已知CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表所示：温度/℃4005008301000平衡常数K10910.6请回答下列问题：(1)上述反应的正反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。(2)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：5c(CO2)·c(H2)＝3c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。(3)830℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中反应向正反应方向进行的有______(填字母)。ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)达到平衡时，CO的转化率是________。答案：(1)放热(2)1000℃(3)BC(4)60%解析：(1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)根据平衡常数的表达式知K＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为1000℃。(3)830℃时，化学平衡常数为1，若n(CO2)·n(H2)<n(CO)·n(H2O)，则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。(4)830℃时，化学平衡常数为1，设CO的转化浓度为xmol·L－1，CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始/(mol·L－1)2300转化/(mol·L－1)xxxx平衡/(mol·L－1)2－x3－xxx平衡常数K＝eq\f(c(H2)·c(CO2),c(CO)·c(H2O))＝eq\f(x2,(2－x)(3－x))＝1，解得x＝1.2，则CO的转化率＝eq\f(1.2mol·L－1,2mol·L－1)×100%＝60%。1.在一定条件下，下列可逆反应达到化学平衡H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH＞0，要使混合气体的紫色加深，可以采取的方法是()A.降温、减压 B.降温、加压C.升温、加压 D.升温、减压答案：B解析：要使混合气体的紫色加深，应该使c(I2)增大，可以通过加压来减小容器的容积，实现物质浓度增大；也可以利用平衡逆向移动的方法实现，由于该反应是反应前后气体体积不变的吸热反应，通过降低温度，使化学平衡向放热的逆反应方向移动，故使混合气体的紫色加深，可以采取的方法是降温、加压，故选B。2.(2023·天津第二南开学校高二月考)在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2A(g)＋B(s)2C(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研究的是t0时刻增大A的浓度对反应速率的影响B.图Ⅱ研究的是t0时刻加入催化剂或通入氦气使压强增大后对反应速率的影响C.图Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高答案：D解析：t0时刻增大A的浓度，反应物浓度增大，正反应速率加快，逆反应速率暂时不变，随之加快，A错误；t0时刻加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，但平衡不发生移动，而通入氦气使压强增大，对反应速率不产生影响，B错误；催化剂能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，但不能改变反应物的平衡转化率，C错误；从图中可以看出，乙先达平衡，则乙的温度较高，由于正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，A的转化率降低，D正确。3.反应A(g)＋3B(g)2C(g)ΔH＜0达到平衡后，将反应体系的温度降低，下列叙述中正确的是()A.正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向右移动B.正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向左移动C.正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向右移动D.正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向左移动答案：C解析：降低温度，v正、v逆均减小，平衡向放热反应方向移动，即平衡向右移动。4.人体内存在很多的化学反应，这些化学反应情况复杂且相互影响，而且这些化学反应大都是可逆反应，处于平衡状态。例如：O2的运输。人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。但Hb也可以与CO结合。有关反应如下：反应a：Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)ΔH1<0反应b：Hb(aq)＋CO(g)HbCO(aq)ΔH2<0反应c：HbO2(aq)＋CO(g)HbCO(aq)＋O2(g)ΔH3(1)如果发生CO中毒，应采取怎样救治措施，请从平衡移动的原理角度分析采取的救治措施的原因。________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知在人体体温37℃下，反应c的平衡常数为220。已知当血液中eq\f(c(HbCO),c(HbO2))的比值大于0.02时，人的智力会很快受到损伤。为避免人的智力受到损伤，环境中的O2与CO的浓度的比值最小是_________________________________________________________________________________。答案：(1)应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方(2)11000解析：(1)应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方。CO是反应物，开窗通风能够降低CO的浓度，使平衡逆向移动，O2是生成物，增大生成物O2的浓度，可以使平衡逆向移动。(2)根据化学平衡常数表达式：K＝eq\f(c(O2)·c(HbCO),c(CO)·c(HbO2))＝220，而eq\f(c(HbCO),c(HbO2))>0.02时人的智力会受到损伤，因此只有eq\f(c(HbCO),c(HbO2))≤0.02时人的智力才不会受到损伤，代入平衡常数表达式有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时，人的智力不受损伤。练后归纳1.用v-t图像分析温度对化学平衡的影响已知反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)ΔH＜0，当反应达到平衡后，若改变温度，其反应速率的变化曲线分别如图所示。①t1时刻，升高温度，v正′、v逆′均增大，但吸热反应方向的v逆′增大幅度大，则v逆′＞v正′，平衡向逆反应方向移动(如图1)。②t1时刻，降低温度，v正′、v逆′均减小，但吸热反应方向的v逆′减小幅度大，则v正′＞v逆′，平衡向正反应方向移动(如图2)。2.用v-t图像分析催化剂对化学平衡的影响t1时刻，加入催化剂，v正′、v逆′同等倍数增大，则v正′＝v逆′，平衡不移动(如图3)。提醒：一般说的催化剂都是指的正催化剂，即可以加快反应速率。特殊情况下，也可使用负催化剂，减慢反应速率。课时测评10温度、催化剂对化学平衡的影响(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)题点一温度对化学平衡的影响1.(2023·四川宜宾高二期末)可逆反应A(g)＋BC(g)＋D，达到平衡时，下列说法不正确的是()A.若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大B.若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是有颜色的气体C.升高温度，C的质量分数减少，说明正反应为放热反应D.增大压强，平衡不移动，说明B、D一定是气体答案：D解析：增大A的浓度，则平衡向正反应方向移动，B的转化率将增大，A正确；增大A的浓度时，平衡体系颜色加深，可能是A本身就是有颜色的气体，故不能说明D是否有颜色，B正确；升高温度后，平衡向吸热方向移动，C的质量分数减少，说明平衡向逆反应方向移动，则说明正反应方向是放热反应，C正确；增大压强，平衡不移动，则说明反应两边的气体体积相等，但B和D可以同时是气体，也可以同时不是气体，D错误。2.反应2A(g)2B(g)＋C(g)ΔH>0，达平衡时要使v正降低，c(A)增大，应采取的措施是()A.加压 B.减压C.加催化剂 D.降温答案：D3.在一密闭容器中，发生可逆反应：3A(g)3B＋C(正反应为吸热反应)，平衡时，升高温度，气体的平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是()A.B和C可能都是固体B.B和C一定都是气体C.若C为固体，则B一定是气体D.B和C不可能都是气体答案：C解析：正反应吸热，升温，平衡右移。若B、C都为固体，则气体的相对分子质量不变，故A错误；若C为固体，B为气体，平衡右移，气体的总质量减小，总物质的量不变，气体的平均相对分子质量减小，故B错误、C正确；若B、C都是气体，平衡右移，气体的总质量不变，总物质的量增加，则平均相对分子质量减小，故D错误。题点二多因素对化学平衡影响的分析4.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恒容通入稀有气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入稀有气体，其中能提高COCl2转化率的是()A.①②④ B.①④⑥C.②③⑤ D.③⑤⑥答案：B解析：②恒容通入稀有气体，平衡不移动；③增加CO浓度，平衡左移，COCl2转化率降低；⑤加入催化剂，平衡不移动。5.已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2molSO2和1molO2；(乙)1molSO2和0.5molO2；(丙)2molSO3。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是()A.容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙B.SO3的质量m：m甲＝m丙>2m乙C.c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙>k乙D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙答案：B解析：三个容器的T、V相同，由三种情况下充入物质的物质的量，可知甲、丙两种情况下充入的物质相当，达到同一平衡状态，乙充入的物质比甲少一半，故压强：p甲＝p丙<2p乙；SO3的质量为：m甲＝m丙>2m乙；c(SO2)与c(O2)之比均相等；甲、丙反应放出或吸收热量的数值Q不一定相等，所以选B。6.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g)ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是()选项改变的条件新平衡与原平衡比较A升高温度X的转化率变小B增大压强(压缩体积)X的浓度变小C充入一定量YY的转化率增大D使用适当催化剂X的体积分数变小答案：A解析：升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，即逆向移动，X的转化率变小，A项正确；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正向移动，X的物质的量减小，但由于容器体积减小，各组分的浓度均比原平衡时的大，B项错误；增大一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率降低，C项错误；催化剂只能改变反应速率，不能影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D项错误。题点三化学平衡移动的相关图像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)的物质的量浓度c(Ieq\o\al(－,3))与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是()A.温度为T1时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动B.I2(aq)＋I－(aq)Ieq\o\al(－,3)(aq)的ΔH＜0C.若T1时，反应进行到状态d时，一定有v正＞v逆D.状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高答案：D解析：加入KI固体，c(I－)增大，平衡正向移动，A项正确；由图可知，温度越高，c(Ieq\o\al(－,3))越小，则升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，B项正确；T1时，反应进行到状态d时，c(Ieq\o\al(－,3))小于平衡时浓度，则平衡向正反应方向移动，则一定有v正＞v逆，C项正确；a、b均为平衡点，a点温度低，该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，则状态a时I2的转化率更高，D项错误。8.(2023·河南省郑州外国语学校检测)一定条件下，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是()A.压强：p1>p2B.b、c两点对应的平衡常数：Kc>KbC.a点：2v正(NH3)＝3v逆(H2)D.a点：NH3的转化率为eq\f(1,3)答案：B解析：从图分析，在相同的温度下，增大压强，平衡逆向移动，氮气的体积分数减小，故可以推知p1<p2，A错误；从图分析，随着温度升高，氮气的体积分数增大，则正反应为吸热反应，随着温度升高，平衡常数增大，故有b、c两点对应的平衡常数：Kc>Kb，B正确；a点为该温度和压强下的平衡点，故有3v正(NH3)＝2v逆(H2)，C错误；假设起始氨气的物质的量为1mol，氨气的改变量为2xmol，则有2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)起始量(mol)100改变量(mol)2xx3x平衡量(mol)1－2xx3xeq\f(x,1－2x＋x＋3x)＝0.1，解x＝0.125,NH3的转化率为eq\f(0.125×2,1)×100%＝25%，D错误；故选B。题点四勒夏特列原理的应用9.(2023·吉林江城中学高二期中)下列事实中，能用勒夏特列原理解释的是()①夏天，打开啤酒瓶时会从瓶口逸出气体②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③实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气④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，混合气体的颜色变浅⑤使用催化剂可加快SO2转化为SO3的速率⑥合成氨时，将氨液化分离，可提高原料利用率A.①②③④⑥ B.④⑤⑥C.①③④⑤ D.③④⑥答案：A10.氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。(1)在一定温度下，在固定容积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是________(填字母)。A.3v正(H2)＝2v逆(NH3)B.单位时间生成mmolN2的同时生成3mmolH2C.容器内的总压强不再随时间而变化D.混合气体的密度不再随时间变化(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理，在一定温度下，容积为2L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：时间/minCH4/molH2O/molCO/molH2/mol00.401.00005a0.80c0.6070.20b0.20d100.210.810.190.64①分析表中数据，判断5min时反应是否处于平衡状态？________(填“是”或“否”)，前5min反应的平均反应速率v(CH4)＝________________。②反应在7～10min内，CO的物质的量减少的原因可能是________(填字母)。A.减少CH4的物质的量B.降低温度C.升高温度D.充入H2(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1L密闭容器中充入4molNH3(g)和5molO2(g)，保持其他条件不变，测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH______(填“＞”、“＜”或“＝”)0；T0℃下，NH3的转化率为________。答案：(1)C(2)①是0.02mol·L－1·min－1②D(3)＜75%解析：(1)3v逆(NH3)＝2v正(H2)时反应达到平衡，A项错误；生成mmolN2，必生成3mmolH2，但反应不一定达到平衡，B项错误；此反应为反应前后气体分子数不相等的反应，压强不变可以说明反应达到平衡状态，C项正确；混合气体总质量不变，容器容积不变，所以混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。(2)①根据反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)