第9讲温度催化剂对化学平衡移动的影响

第9讲温度、催化剂对化学平衡移动的影响知识梳理知识梳理一、温度、催化剂对化学平衡移动的影响1．温度对化学平衡移动的影响(1)实验探究温度对化学平衡移动的影响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eq\o(2NO2g,\s\do16(红棕色))⇌eq\o(N2O4g,\s\do16(无色))ΔH＝－56.9kJ·mol－1实验步骤实验现象热水中混合气体颜色；冰水中混合气体颜色实验结论混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度，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，即平衡向正反应方向移动(2)温度对化学平衡移动的影响规律①任何化学反应都伴随着的变化(放热或吸热)，所以任意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，平衡向反应方向移动；温度降低，平衡向反应方向移动。(3)用v—t图像分析温度对化学平衡移动的影响已知反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)ΔH＜0，当反应达平衡后，若温度改变，其反应速率的变化曲线分别如下图所示。t1时刻，升高温度，v′正、v′逆均，但吸热反应方向的v′逆增大幅度，则v′逆v′正，平衡逆向移动。t1时刻，降低温度，v′正、v′逆均，但吸热反应方向的v′逆减小幅度。则v′正v′逆，平衡正向移动。2．催化剂对化学平衡的影响(1)催化剂对化学平衡的影响规律当其他条件不变时：催化剂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。(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′逆同等增大，则v′正v′逆，平衡。【参考答案】加深变浅增大减小能量可逆吸热放热增大大＞减小大＞不能时间倍数＝不移动二、勒夏特列原理1．定义：如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等)，平衡将向着能够这种改变的方向移动。简单记忆：改变→减弱这种改变。2．适用范围(1)勒夏特列原理仅适用于的反应体系，过程或未达到平衡的均不能使用该原理。此外，勒夏特列原理对所有的(如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等)都适用。(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的。若同时改变影响平衡移动的条件，则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的对平衡移动的方向影响时，才能根据勒夏特列原理进行判断。【参考答案】减弱已达到平衡不可逆可逆过程动态平衡方向几个条件一致典例分析典例分析考点一：温度对化学平衡移动的影响【典例1】1，3丁二烯与HBr发生的加成反应是可逆反应。加成反应分两步：第一步生成碳正离子()；第二步碳正离子进行1，2加成或1，4加成。反应进程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是（）A．1，2加成产物比1，4加成产物稳定B．与0℃相比，40℃时1，3丁二烯的转化率增大C．从0℃升至40℃，1，2加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度D．从0℃升至40℃，1，2加成正反应速率增大，1，4加成正反应速率减小【答案】C【解析】A．能量越低越稳定，1，4加成产物比1，2加成产物稳定，故A错误；B．1，3丁二烯与HBr发生的加成反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，与0℃相比，40℃时1，3丁二烯的转化率减小，故B错误；C．1，3丁二烯与HBr发生的加成反应是放热反应，从0℃升至40℃，平衡逆向移动，1，2加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，故C正确；D．从0℃升至40℃，反应速率都加快，故D错误；选C。考点二：催化剂对化学平衡移动的影响【典例2】CO2催化加氢制CO技术是兼顾新能源和实现碳达峰的重要途径之一，该反应机理如图所示。下列说法错误的是（）A．反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH达到平衡后，若升温，c(H2)降低，则ΔH＞0B．催化剂表面易于形成氧空位，有效促进CO2的吸附活化C．图中的a、b、c、d、e五个步骤中，每个步骤都有化学键的断裂与形成D．催化剂(In2O3)能加快催化加氢的速率，是因为降低了反应的活化能【答案】C【解析】A．升高温度，反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)中c(H2)降低，则平衡正向移动，所以ΔH＞0，A正确；B．随着催化剂表面氧空位的形成，催化剂的吸附能力增强，有效促进CO2的吸附与活化，B正确；C．图中e步骤，发生的是CO2的吸附作用，没有化学键的断裂与形成，C错误；D．催化剂(In2O3)可以降低反应的活化能，从而加快催化加氢的速率，D正确；故选C。考点三：勒夏特列原理的应用【典例3】已知：[Co(H2O)6]2+呈粉红色，[CoCl4]2呈蓝色，[ZnCl4]2为无色。现将CoCl2溶于水，加入浓盐酸后，溶液由粉红色变为蓝色，存在以下平衡：[Co(H2O)6]2++4Cl=[CoCl4]2+6H2O，用该溶液做实验，溶液的颜色变化如图所示，以下结论和解释正确的是（）A．由实验①可推知正反应为放热反应B．等物质的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2中σ键数之比为8∶2C．实验②是由于c(H2O)增大，导致平衡逆向移动D．由实验③可知配离子的稳定性：[ZnCl4]2>[CoCl4]2【答案】D【解析】A．置于冰水浴中溶液变成粉红色，说明平衡逆向移动，也说明逆反应为放热反应，则正反应为吸热反应，故A错误；B．1个[Co(H2O)6]2+中σ键数为6+26=18，1个[CoCl4]2中σ键数为4，则等物质的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2中σ键数之比为18:4=9:2，故B错误；C．水溶液中水的浓度可视为定值，平衡移动与c(H2O)没有关系。加水稀释，溶液变成粉红色，加水稀释，溶液的体积增大，导致[Co(H2O)6]2+、[CoCl4]2和Cl的浓度都减小，而Co(H2O)6]2+、Cl的化学计量数之和大于[CoCl4]2的化学计量数，即左侧微粒浓度减小的多，平衡逆向移动，故C错误；D．加少量ZnCl2固体，溶液变成粉红色，说明平衡Co(H2O)6]2++4Cl[CoCl4]2+6H2O逆向移动，是因为Zn2+结合Cl生成了更稳定的配离子[ZnCl4]2，导致溶液中c(Cl)减小，平衡逆向移动，故配离子的稳定性：[ZnCl4]2>[CoCl4]2，故D正确；答案选D。同步训练同步训练一、单选题1．2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)体系中能使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是（）A．及时分离出NO2气体 B．扩大容器体积C．增大O2的浓度 D．选择高效催化剂【答案】C【解析】A．及时分离出NO2气体，平衡向生成二氧化氮的方向移动，正向移动；但是反应物浓度减小，反应速率减小，A错误；B．反应为气体分子数减小的反应，扩大容器体积，平衡逆向移动，且物质的浓度均减小，反应速率减慢，B错误；C．增大O2的浓度，平衡正向移动，反应物浓度变大，反应速率变大，C正确；D．选择高效催化剂可加快反应速率，但不改变平衡移动，D错误；故选C。2．有一处于平衡状态的反应：3A(s)＋2B(g)3C(g)，ΔH>0。为了使平衡向生成C的方向移动，应选择的条件是（）①高温

②低温

③高压

④低压

⑤加催化剂A．①③ B．①③⑤ C．①④ D．②④⑤【答案】C【解析】3A(s)＋2B(g)=3C(g)，ΔH>0，正反应是气体体积增大的吸热反应；①升高温度，平衡向正向（放热）反应移动；②降低温度，平衡向逆向（吸热）反应移动；③压强增大，平衡向逆向（气体体积减小）方向移动；④降低压强，平衡向正向（气体体积增大）方向移动；⑤加催化剂不会引起化学平衡的移动；①④符合题意，故选C。3．一定条件下的可逆反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

△H=92.4kJ·mol1，下列说法正确的是（）A．将氨气液化分离或升高温度，都有利于提高反应物的转化率B．保持容积不变时充入少量Ar气体，压强增大，平衡不移动C．将1molN2(g)和3molH2(g)充入一密闭容器中反应，放出92.4kJ的热量D．加入催化剂，改变了反应的路径，反应的△H也随之改变【答案】B【解析】A．反应为放热的反应，升高温度，反应逆向移动，不利于提高反应物的转化率，A错误；B．保持容积不变时充入少量Ar气体，压强增大，但是各反应物浓度不变，平衡不移动，B正确；C．反应为可逆反应，进行不彻底，故将1molN2(g)和3molH2(g)充入一密闭容器中反应，放出小于92.4kJ的热量，C错误；D．加入催化剂，改变了反应的历程，但不改变反应的△H，D错误；故选B。4．下列实验事实能用平衡移动原理解释的是（）A．工业上用SO2和O2制备SO3时，选择常压而不用高压B．将氯化铝溶液加热蒸干，最终得氢氧化铝固体C．对2HI(g)=H2(g)+I2(g)，减小容器体积，气体颜色变深D．使用铁触媒能加快合成氨的反应速率【答案】B【解析】A．工业上用SO2和O2制备SO3时，选择常压而不用高压是因为常压时SO2的转化率已经很高，若加压对设备要求高，增大投资和能量消耗，不能用平衡移动原理解释，故A不选；B．氯化铝水解生成氢氧化铝胶体和HCl，HCl易挥发，升高温度促进其挥发，水解彻底进行，生成氢氧化铝沉淀，加热至蒸干，得到氢氧化铝固体，可以用平衡移动原理解释，故B选；C．对，减小容器体积，浓度增大，颜色变深，平衡并不发生移动，不能用平衡移动原理解释，故C不选；D．铁触媒为催化剂，使用铁触媒，能加快合成氨的反应速率，但不能使平衡发生移动，不能用平衡移动原理解释，故D不选；答案选B。5．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯()：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如下图所示。下列说法不正确的是（）A．增大压强甲醇转化率增大B．b点反应速率C．平衡常数，反应速率D．生产时反应温度控制在80～85℃为宜【答案】B【解析】A．该反应是体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，则甲醇转化率增大，故A正确；B．根据图中曲线，最高点是达到平衡即，最高点以前的点都是未达到平衡的点，是正在建立平衡的点即b点反应速率，故B错误；C．根据图中最高点以后的点，升高温度，平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则平衡常数，温度越高化学反应速率越快即，故C正确；D．根据图中曲线在80～85℃时，转化率最大，因此生产时反应温度控制在80～85℃为宜，故D正确。综上所述，答案为B。6．在密闭容器中发生反应：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)

△H>0，达到平衡后，其他条件不变时，下列措施能使平衡向逆反应方向移动的是（）A．减小压强 B．降低温度 C．移走CO D．加入催化剂【答案】B【解析】由题干已知C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)

△H>0正反应是一个气体体积增大的吸热反应，结合勒夏特列原理解题即可：A．减小压强，化学平衡向着气体体积增大的方向移动，即向正反应方向移动，A不合题意；B．降低温度，化学平衡向着放热反应方向移动，即向逆反应方向移动，B符合题意；

C．移走CO即减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，C不合题意；D．加入催化剂只改变反应速率，不能是平衡发生移动，D不合题意；故答案为：B。7．一定温度下容积不变的密闭容器中，对于可逆反应。下列说法中正确的是（）A．达到化学平衡时，(正)=(逆)=0B．当体系压强不随时间变化时，C的物质的量浓度保持不变C．达到化学平衡后，减小体系压强，增大，减小，平衡逆向移动D．不变时，反应达到化学平衡状态【答案】B【解析】A．达到化学平衡时，(正)=(逆)0，A错误；B．根据题干方程式可知，反应前后气体的系数之和发生改变，当体系压强不随时间变化时，说明反应达到平衡状态，则C的物质的量浓度保持不变，B正确；C．达到化学平衡后，减小体系压强，生成物和反应物的浓度同时减小，则减小，减小，平衡逆向移动，C错误；D．只与反应的始态和终态有关，与平衡无关，故不变不能说明反应达到化学平衡状态，D错误；故答案为：B。8．下列说法正确的是（）A．一定条件下，在密闭容器中进行反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

△H=−92.4kJ∙mol−1，平衡后，升高温度，正反应速率减小，逆反应速度增大，平衡逆向移动B．当反应达到平衡时各组分浓度不再改变，正、逆反应速率不再变化C．升高温度时，化学反应速率加快，是由于反应的活化能降低，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多D．常温下铁与稀硫酸反应产生氢气，若将稀硫酸改为浓硫酸，产生氢气速率更快【答案】B【解析】A．一定条件下，在密闭容器中进行反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=−92.4kJ∙mol−1，平衡后，升高温度，正反应速率增大，逆反应速度增大，平衡向吸热反应即逆向移动，故A错误；B．当反应达到平衡时各组分浓度不再改变，正、逆反应速率相等且不等于0，故B正确；C．升高温度时，活化能没有变化，故C错误；D．常温下铁与浓硫酸发生钝化，故D错误；综上所述，答案为B。9．已知：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)ΔH，不同条件下反应过程能量变化如图所示。下列说法中不正确的是（）A．反应的ΔH＜0B．过程b发生两步反应，第一步为吸热反应C．过程b使用了催化剂，可以提高SO2的平衡转化率D．反应物断键吸收能量之和小于生成物成键释放能量之和【答案】C【解析】A．根据图象可知，反应物的能量比生成物的能量高，则该反应是放热反应，即ΔH＜0，A正确；B．由图可知，过程b的中间产物的能量比反应物能量高，故第一步为吸热反应，B正确；C．催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高SO2的平衡转化率，C错误；D．该反应为放热反应，反应热=反应键能之和生成物键能之和＜0，即反应物断键吸收能量之和小于生成物成键释放能量之和，D正确；故选C。10．研究表明汽车尾气处理存在反应：N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)，N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示。下列说法不正确的是（）A．升高温度，该反应的平衡常数减小B．Fe+不影响该反应的焓变C．FeO+可以有效提高反应物的平衡转化率D．Fe++N2O→FeO++N2，FeO++CO→Fe++CO2两步反应，前者反应速率慢【答案】C【解析】A．根据反应物的能量高，生成物的能量低，则该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，该反应的平衡常数减小，故A正确；B．根据反应历程图可知，总反应为N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)，实际过程是分两步进行的，第一步由Fe+和N2O经过过渡态得到产物FeO+和N2，第二步反应为FeO++CO→Fe++CO2，Fe+为反应的催化剂，催化剂只能加快反应速率，不影响反应的焓变，故B正确；C．FeO+为中间产物，中间产物与反应物的平衡转化率无关，所以FeO+不能有效提高反应物的平衡转化率，故C错误；D．由图可知，第一步反应Fe++N2O→FeO++N2所需活化能大，所以反应速率慢，故D正确；答案选C。二、综合题11．氢气既是一种优质的能源，又是一种重要化工原料，高纯氢的制备是目前的研究热点。(1)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，甲烷和水蒸气反应的热化学方程式是：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1已知反应器中存在如下反应过程：ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206.4kJ·mol1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2化学键H—HO—HC—HC≡O键能E/(kJ·mol1)436465a1076根据上述信息计算：△H2=____。(2)欲增大CH4转化为H2的平衡转化率，可采取的措施有____(填标号)。A．适当增大反应物投料比n(H2O)：n(CH4)B．提高压强

C．分离出CO2(3)H2用于工业合成氨：N2+3H22NH3。将n(N2)：n(H2)=1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，反应器温度升高NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是____。(4)某温度下，n(N2)：n(H2)=1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×107Pa，平衡时总压为开始的90%，则的转化率为____。【答案】(1)41.4kJ·mol1(2)AC(3)当温度低于T0时，反应未达到平衡状态，则温度越高反应速率越快，相同时间内生成的NH3越多，高于T0时，反应已经达到平衡状态，此时升高温度，化学平衡逆向移动，导致NH3的体积分数减小(4)20%【解析】(1)根据题干信息可知，反应I：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1，反应ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206.4kJ·mol1，则反应I减去反应i可得反应ii，根据盖斯定律可知，△H2=△H△H1=(+165.0kJ·mol1)(+206.4kJ·mol1)=41.4kJ·mol1，故答案为：41.4kJ·mol1；(2)根据题干方程式CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1可知正反应是一个气体体积增大的吸热反应，据此分析解题：A．适当增大反应物投料比n(H2O)：n(CH4)，即增大H2O蒸气的用量，平衡正向移动，CH4的转化率增大，A符合题意；

B．提高压强，上述平衡逆向移动，CH4的平衡转化率减小，B不合题意；、C．分离出CO2即减小生成物的浓度，平衡正向移动，CH4的平衡转化率增大，C符合题意；故答案为：AC；(3)H2用于工业合成氨：N2+3H22NH3。将n(N2)：n(H2)=1：3的混合气体，匀速通过装有催化剂的反应器反应，即气体经过反应器的时间相同，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图，由图示信息可知，当温度低于T0时，反应未达到平衡状态，则温度越高反应速率越快，相同时间内生成的NH3越多，高于T0时，反应已经达到平衡状态，此时升高温度，化学平衡逆向移动，导致NH3的体积分数减小，故答案为：当温度低于T0时，反应未达到平衡状态，则温度越高反应速率越快，相同时间内生成的NH3越多，高于T0时，反应已经达到平衡状态，此时升高温度，化学平衡逆向移动，导致NH3的体积分数减小；(4)某温度下，n(N2)：n(H2)=1：3的混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×107Pa，平衡时总压为开始的90%，根据三段式分析可知：，恒温恒容时气体的压强之比等于气体的物质的量之比，即=90%，即得x=0.2a，则的转化率为=20%，故答案为：20%。12．某化学兴趣小组进行了实验：向2支试管中分别加入0.5gNa2CO3固体和0.5gNaHCO3固体，再分别加入30mL0.3mol·L1盐酸，充分反应后，用手触摸试管，明显感觉到加Na2CO3固体的试管变热了，加NaHCO3固体的试管变冷了。甲同学由此得出结论：(aq)+2H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H1＜0，(aq)+H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H2＞0。回答下列问题：(1)乙同学认为该实验不一定能得到甲同学的结论，因为碳酸钠或碳酸氢钠固体溶于水时会有能量变化，乙同学的观点_______(填“合理”或“不合理”)。(2)查阅资料：反应I：(aq)+2H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H1=12.14kJ·mol1反应II：(aq)+H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H2+12.64kJ·mol1反应III：(aq)+H+(aq)=(aq)

△H3=_______kJ·mol1②向VmLcmol·L1碳酸钠溶液中，逐滴加入2VmLcmol·L1稀盐酸。下列图像中，能正确表示该反应过程中的能量变化的是_______(填标号)。A．B．C．D．(3)该化学兴趣小组用如图所示装置设计实验验证碳酸钠、碳酸氢钠分别与稀盐酸反应的热效应。表格一：试剂1试剂2混合前温度/℃混合后温度/℃0.5gNa2CO340mLHCl19.021.70.5gNaHCO340mLHCl19.018.1表格二：试剂1试剂2混合前温度/℃溶解后温度/℃静置后的温度/℃试剂3混合前温度/℃混合后温度/℃0.5gNa2CO310mLH2O19.022.319.010mLH2O