专题2 第3单元 第2课时 温度变化对化学平衡的影响 勒夏特列原理(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

第2课时　温度变化对化学平衡的影响　勒夏特列原理 [学习目标]　1.理解温度、催化剂对化学平衡的影响。2.学会用图示的方法分析化学平衡移动的问题。3.能运用化学平衡移动原理解释相关的化学问题。 知识点一　温度变化对化学平衡移动的影响 1．实验探究温度变化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 [Co(H2O)6]2＋＋4Cl－[CoCl4]2－＋6H2O　ΔH＞0 (粉红色) (蓝色) 实验步骤 实验现象 溶液变为蓝色 溶液不变色 溶液变为粉红色 结论(平衡 移动的方向) 升高温度，平衡向正反应方向移动(即吸热方向)，降低温度，平衡向逆反应方向移动(即放热方向) 2.温度变化对化学平衡移动的影响规律 (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： 升高温度，平衡向吸热反应方向移动； 降低温度，平衡向放热反应方向移动。 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，即不能改变平衡混合物的组成，但可缩短达到化学平衡所需的时间。 1．温度升高，正、逆反应速率都加快吗？化学平衡一定向正反应方向移动吗？ 提示　温度升高，v正、v逆都增大，但吸热反应方向的速率增大得快，即v吸＞v放，化学平衡应当向吸热反应方向移动。 2．催化剂能加快反应速率，能提高反应物的转化率吗？ 提示　催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率。平衡不移，故不能提高反应物的转化率。 1．温度对化学平衡的影响 (1)在其他条件不变的情况下温度对化学平衡的影响 升高温度，平衡向吸热反应的方向移动； 降低温度，平衡向放热反应的方向移动。 (2)平衡移动图像(v­t图) ①若aA＋bBcC＋dD　ΔH＜0 ②若aA＋bBcC＋dD　ΔH＞0 (3)注意事项 ①若某反应的正反应为放热反应，则逆反应必为吸热反应，且吸收的热量与放出的热量相等，但反应热符号相反。 ②对同一化学反应，若正反应为吸热反应，升高温度，使v(正)、v(逆)都增大，但v(正)增大的倍数更大，即v′(正)＞v′(逆)，平衡向吸热反应方向移动。反之，降低温度，使v(正)、v(逆)都减小，但v(正)减小的倍数更大，即v′(正)＜v′(逆)，平衡向放热反应方向移动。 2．催化剂对化学平衡的影响 (1)虽然催化剂不能使化学平衡发生移动，但催化剂可缩短可逆反应达到平衡的时间，因此，很多可逆反应仍选择使用催化剂。 (2)催化剂对平衡的影响 图像(v­t图) 1．已知：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0，把烧瓶置于冰水中，下列说法正确的是(　　) A．气体颜色变深　　　 B．正反应速率增大 C．气体的总质量不变 D．烧瓶的压强增大 解析　A错误，温度降低，平衡正向移动，NO2的浓度减小，颜色变浅；B错误，温度降低，正、逆反应速率均减小；C正确，平衡虽然正向移动，但气体的总质量不变；D错误，平衡正向移动，气体的总物质的量减小，烧瓶的压强减小。 答案　C 2．固氮的其中一种方法：N2＋O22NO，温度和化学平衡常数(K)关系如下表，下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 25 2 000 化学平衡常数/(K) 3.84×10－34 0.100 A.该反应为放热反应 B．K与温度、压强均有关系 C．NO与H2O、O2生成铵态氮肥 D．不宜用此方法大规模生成NO 解析　温度升高化学平衡常数增大，是吸热反应，故A错误；K与温度有关，与压强无关系，故B错误；NO与H2O、O2生成硝酸，不是铵态氮肥，故C错误；2 000 ℃平衡常数还很小，不宜用此方法大规模生成NO，能耗过多，故D正确。 答案　D 知识点二　化学平衡移动原理 平衡移动过程中的量变分析 向一密闭容器中通入1 mol N2、3 mol H2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__________；达新平衡时，氮气的浓度与改变时相比较，其变化是____________。但新平衡时的浓度____________原平衡时的浓度。 (2)若升高温度，平衡移动的方向是________________；达新平衡时的温度与改变时相比较，其变化是____________。但新平衡时的温度____________原平衡时的温度。 (3)若增大压强，平衡移动的方向是________________；达新平衡时的压强与改变时相比较，其变化是____________。但新平衡时的压强________原平衡时的压强。 提示　(1)正向移动　减小　大于 (2)逆向移动　降低　高于 (3)正向移动　减小　大于 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)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。简单记忆：改变―→减弱这种改变。 2．勒夏特列原理的适用条件 (1)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。 (2)勒夏特列原理不仅适用于化学平衡，也适用于其他平衡体系，如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。 化学平衡移动规律 1．一般规律 　 2．特殊情况 (1)压强的改变只有导致浓度的改变才会导致化学反应速率的改变，进而影响平衡移动。所以“惰性气体”的加入一定要看清“恒容”还是“恒压”。 (2)溶液中发生的可逆反应，一定要依据“离子反应方程式”进行分析判断。 1．对可逆反应2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)　ΔH＜0，在一定条件下达到平衡，下列有关叙述正确的是(　　) ①增加A的量，平衡向逆反应方向移动　②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v(正)减小　③压强增大一倍，平衡不移动，v(正)、v(逆)不变　④增大B的浓度，v(正)>v(逆)　⑤加入催化剂，B的转化率提高 A．①②　　　　　　　　 B．④ C．③ D．④⑤ 解析　①A是固体，其量的变化对平衡无影响；②升温，v(正)、v(逆)均应增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反应方向移动；③压强增大，平衡不移动，但v(正)、v(逆)都增大；④增大B的浓度，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)；⑤催化剂不能使化学平衡发生移动，B的转化率不变。 答案　B 2．下列事实中，不能用勒夏特列原理加以解释的是(　　) A．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色变深 B．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 C．硫酸工业中，为提高SO2的转化率，向SO2、O2、SO3混合体系中加O2 D．合成氨工业中，加压更有利于氨气的生成 解析　A正确：加压后碘的浓度增大，但平衡没有发生移动，因此不能用勒夏特列原理解释；B错误：因为温度改变，平衡发生移动，能用勒夏特列原理解释；C错误：增加一种反应物浓度，平衡正向移动，另一种反应物转化率增大，能用勒夏特列原理解释；D错误：该反应为反应前后气体化学计量数之和减小的反应，因此加压平衡正向移动，能用勒夏特列原理解释。 答案　A 勒夏特列原理的应用范围 勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题，不涉及平衡移动的问题都不能用勒夏特列原理解释，常见的有： (1)使用催化剂不能使化学平衡发生移动；　 2反应前后气体体积不变的可逆反应，改变压强可以改变化学反应速率，但不能使化学平衡发生移动； 3化学反应本身不是可逆反应； 4外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不完全一致的反应。 知识点三　化工生产中实际反应条件的选择 2024年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖106周年。工业合成氨工艺流程如图所示： 已知在不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。 压强/MPa 氨的平衡含量/% 温度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 则： 1．合成氨反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，该反应有何特点？ 提示　该反应有以下三个特点： ①可逆反应，②正反应为放热反应，③正反应是气体总体积缩小的反应。 2．从影响反应速率的角度考虑，增大合成氨反应速率的措施有哪些？ 提示　措施主要有：①增大反应物(N2和H2)的浓度，②升高温度，③增大压强，④使用催化剂。 3．从影响化学平衡的角度考虑，提高平衡混合气体中氨含量的措施有哪些？ 提示　采取的措施有：①增大反应物(N2、H2)的浓度，②降低温度，③增大压强。 4．根据理论分析，结合表中数据，氨的含量最高的反应条件是什么？实际工业生产中为什么不选择该反应条件？ 提示　生成物中NH3的含量最高(即为98.8%)的条件为200 ℃、100 MPa。但实际生产中压强不能太大，因压强过高，对生产设备的要求也高，难以实现。 5．合成氨反应条件的选择原则是什么？合成氨生产的适宜条件是什么？ 提示　(1)原则：①尽量提高反应物的转化率，充分利用原料，②选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量。(2)适宜条件为温度：700 K；浓度：N2、H2投料比1∶2.8；压强：1×107～1×108 Pa；催化剂：选择铁作催化剂。 合成氨生产的适宜条件 1．合成氨条件的选择原则 (1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。 (2)选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。 (3)考虑设备和技术条件。 2．合成氨的适宜条件 反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨的含量的影响 合成氨条件的选择 增大压强 有利于提高反应速率 有利于提高平衡混合物中氨的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等要求高，因此，工业上一般采用的压强为1×107～1×108 Pa 升高温度 有利于提高反应速率 不利于提高平衡混合物中氨的含量 合成氨时温度要适宜。工业上一般控制反应温度在700 K左右 增大 反应 物浓 度 有利于提高反应速率 N2和H2的浓度之比为1∶3时，平衡转化率最高 实验表明，N2和H2的浓度比为1∶2.8时，更能促进合成氨反应的进行。工业上通常用N2与H2物质的量之比为1∶2.8的比例投料，并且及时分离出NH3，促使平衡正向移动 使用 催化 剂 有利于提高反应速率 没有影响 工业上一般选择铁作催化剂，使反应能在较低温度下较快进行 1．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　) A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以合成氨工厂的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨工厂采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为在该压强下铁触媒的活性最大 解析　虽然反应出来的混合气体中NH3的含量比较低，但原料循环使用，连续化生产，所以生产氨的工厂效率不低，A错误；由于氨易液化，可以分离出氨气，使平衡正向移动，提高原料转化率，而且N2、H2循环使用，所以总体来说氨的产率很高，B正确；合成氨是放热反应，所以低温时有利于平衡正向移动，但反应速率跟温度有关，温度越高速率越大，所以在选择温度时既保证一定速率，又保证平衡尽量向正反应移动，同时还要确保催化剂活性，因为催化剂活性跟温度关系极大，一般合成氨反应控制在500 ℃是为了保证催化剂活性最大，不是为了使化学平衡向正反应方向移动，C错误；合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于平衡向正反应方向移动，且能提高正反应速率，跟催化剂无关，D错误。 答案　B 2．对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是(　　) ①高温　②低温　③低压　④高压　⑤催化剂　⑥加氨　⑦除氨 A．②④⑤　　　　　　　 B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥ 解析　N2＋3H22NH3　ΔH＜0，反应是气体体积减小的放热反应，根据勒夏特列原理分析可知高温下，平衡逆向移动，反应物转化率减小，①错误；低温条件下，平衡正向移动，反应物转化率增大，②正确；反应是气体体积减小的反应，低压平衡逆向移动，反应物转化率减小，③错误；在高压条件下，平衡正向移动，反应物转化率增大，④正确；催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应物转化率不变，⑤错误；加入氨气，平衡逆向移动，反应物转化率减小，⑥错误；除氨，减小生成物浓度，平衡正向移动，反应物转化率增大，⑦正确。 答案　B 1．一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是(　　) A．温度0 ℃、压强50 kPa B．温度130 ℃、压强300 kPa C．温度25 ℃、压强100 kPa D．温度130 ℃、压强50 kPa 解析　测定二氧化氮的相对分子质量，要使测定结果误差最小，应该使混合气体中NO2的含量越多越好，为了实现该目的，应该改变条件使平衡尽可能地逆向移动。该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热反应，可以通过减小压强、升高温度使平衡逆向移动，则选项中，温度高的为130 ℃，压强低的为50 kPa，结合二者选D。 答案　D 2．已知反应：COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH＞0，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．①②④　　　　　　　 B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥ 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，COCl2转化率降低，⑤加入催化剂，平衡不移动。 答案　B 3．某密闭容器中发生如下反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)　ΔH＜0。如下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2时一定加入了催化剂 B．t3时减小了压强 C．t5时可能升高了温度 D．t4～t5时间内转化率最低 解析　由图可知，t2时刻改变条件，正、逆反应速率增大且相等，若增大压强平衡也不发生移动，则t2时不一定加入了催化剂，A错误；若减小压强，平衡不发生移动，t3时刻改变条件，正、逆反应速率均减小，且逆反应速率大于正反应速率，与图像不符，B错误；t5时刻改变条件，正、逆反应速率增大，且逆反应速率大于正反应速率，若升高温度，平衡逆向移动，与图像符合，C正确；催化剂对平衡移动无影响，t3～t4时间内平衡逆向移动，转化率减小，t5～t6时间内平衡逆向移动，转化率继续减小，显然t5～t6时间内转化率比t4～t5时间内转化率低，D错误。 答案　C 4．下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是(　　) A．新制氯水久置后颜色变浅 B．反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH<0，采取高压措施可提高NH3的产量 C．反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)　ΔH<0，达平衡后，升高温度体系颜色变深 D．对于平衡体系2HI(g)H2(g)＋I2(g)，缩小容积可使颜色变深 解析　新制氯水久置，次氯酸分解，次氯酸浓度减小，氯气和水的反应平衡正向移动，氯气浓度降低，能用勒夏特列原理解释溶液颜色变浅，故不选A；反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)　ΔH<0，增大压强平衡正向移动，能用勒夏特列原理解释采取高压措施可提高NH3的产量，故不选B；反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)　ΔH<0，正反应放热，达平衡后，升高温度，平衡逆向移动，NO2浓度增大，能用勒夏特列原理解释体系颜色变深，故不选C；对于平衡体系2HI(g)H2(g)＋I2(g)，缩小容积，平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释体系颜色变深，故选D。 答案　D 5．一定条件下，A(g)＋B(g)C(g)　ΔH＜0，达到平衡后根据下列图像判断： (1)升高温度，达到新平衡的是________(填“A”“B”“C”“D”或“E”，下同)，新平衡中C的体积分数________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。 (2)减小压强，达到新平衡的是__________，A的转化率________。 (3)减小C的量，达到新平衡的是________。 (4)增加A的量，达到新平衡的是________，此时B的转化率________，A的转化率________。 (5)使用催化剂，达到新平衡的是________，C的质量分数________。 解析　A图v′(正)突增，v′(逆)从原平衡渐增，故为增大反应物浓度；B图v′(逆)、v′(正)均突增且v′(逆)＞v′(正)，故为升温[若加压v′(正)＞v′(逆)]；C图v′(逆)、v′(正)均突减，故为改变温度或压强，由v′(逆)＞v′(正)知为减压；D图v′(逆)＝v′(正)，故为使用催化剂；E图v′(逆)突减，v′(正)从原平衡逐渐减小，故为减小生成物浓度。 答案　(1)B　减小　(2)C　减小　(3)E　(4)A　增大　减小　(5)D　不变 学科网（北京）股份有限公司 $$