2.2.4 温度、催化剂对化学平衡的影响 讲义 -2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章　化学反应速率与化学平衡 第二节　化学平衡　第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响 教师版（含答案与解析） 一、核心素养目标 1．宏观辨识与微观探析 ●　通过 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 平衡体系在热水、冰水中颜色变化的宏观现象，认识温度对化学平衡的影响； ●　从反应速率变化与分子碰撞的微观视角，理解化学平衡移动的实质。 2．变化观念与平衡思想 ●　知道升高温度平衡向吸热反应方向移动、降低温度向放热反应方向移动，能依据勒夏特列原理判断平衡移动方向； ●　理解催化剂不能改变平衡混合物的组成，但能改变反应达到化学平衡所需的时间。 3．证据推理与模型认知 ●　能依据平衡常数 K 随温度的变化规律推理平衡移动方向，建构“改变条件—K 变化—平衡移动”的思维模型； ●　会分析温度、催化剂影响下 v-t 图像、c-t 图像及能量变化图像，发展模型认知能力。 4．科学探究与创新意识 ●　通过实验探究温度对化学平衡的影响，体会“实验—现象—结论”的科学探究方法； ●　能设计简单实验方案探究温度对平衡的影响，并对实验结果作出预测与解释。 5．科学态度与社会责任 ●　通过勒夏特列原理在合成氨、低温脱硝、汽车尾气催化转化等生产生活中的应用，体会化学理论对生产实践的指导价值； ●　在图像与实验数据的分析中养成严谨求实、规范细致的科学态度。 二、教学重点与难点 教学重点 温度、催化剂对化学平衡移动的影响规律；勒夏特列原理的内容与应用。 教学难点 用 K 与温度的关系解释温度对平衡的影响；对勒夏特列原理中“减弱这种改变”的理解；温度、催化剂影响下 v-t 图像、c-t 图像的分析。 三、教学过程　知识梳理与典例探究 知识点一　温度对化学平衡的影响 1．实验探究温度对化学平衡的影响 常温下，反应 2NO₂(g)（红棕色）⇌N₂O₄(g)（无色）ΔH＝−56.9 kJ·mol⁻¹ 达到平衡，将平衡体系分别置于热水、冰水中，观察实验现象，填写下表： 热水中 冰水中 实验现象 混合气体颜色加深 混合气体颜色变浅 实验结论 说明 NO₂ 浓度增大，平衡向逆反应方向移动，即升高温度，平衡向吸热反应的方向移动 说明 NO₂ 浓度减小，平衡向正反应方向移动，即降低温度，平衡向放热反应的方向移动 图1　温度对 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 化学平衡的影响（实验示意） 2．从平衡常数 K 的角度解释 该反应为放热反应，升高温度，K 减小，平衡逆向移动；降低温度，K 增大，平衡正向移动，与实验结论一致。 3．温度对化学平衡的影响规律 ●　改变温度，任意可逆反应的化学平衡一定会发生移动； ●　当其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应的方向移动。 图2　温度对放热反应、吸热反应平衡转化率的影响 【方法点拨】 利用平衡常数判断温度对平衡的影响：升温时，K 增大的方向即吸热方向，平衡向该方向移动；降温时相反。 K 只随温度改变而改变；改变浓度、压强使平衡移动时，K 保持不变。判断平衡是否移动，本质是比较浓度商 Q 与 K。 【易错警示】 升温时 v(正)、v(逆) 都增大，只是吸热方向增大得更多，不能说“升温只加快吸热方向的速率”。 “升高温度平衡正向移动，则 K 增大”只在正反应为吸热反应时成立；正反应为放热反应时，升温 K 减小。 温度改变时，任何可逆反应的平衡都会移动（K 必变）；而改变浓度、压强，平衡不一定移动。 【教学提示】 建议用 NO₂ 平衡球演示：将两个盛有等量 NO₂ 的密闭玻璃球分别浸入热水、冰水中，引导学生观察颜色变化并推断平衡移动方向，再上升为“K 随温度变化”的定量解释。 注意纠正“升温使平衡正向移动”的先入之见：移动方向取决于 ΔH，与反应是吸热还是放热有关。 【例题 1】判断下列说法是否正确： （1）温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态（　　） （2）升高温度，反应速率加快，化学平衡向正反应方向移动（　　） （3）升高温度，反应速率加快，但反应物的转化率可能降低（　　） （4）升高温度，化学平衡常数一定增大（　　） （5）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（　　） （6）平衡移动，平衡常数不一定改变，但平衡常数改变，平衡一定发生移动（　　） （7）催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，也能提高反应物的平衡转化率（　　） 【答案】（1）√　（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）× 【解析】（1）改变温度，任意可逆反应的平衡常数均会改变，平衡一定发生移动，正确；（2）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，不一定是正反应方向，错误；（3）升高温度，反应速率加快，但若正反应为放热反应，升温平衡逆向移动，反应物的转化率可能降低，正确；（4）升高温度，对放热反应 K 减小、对吸热反应 K 增大，错误；（5）改变浓度、压强使平衡正向移动时，K 不变，错误；（6）浓度、压强引起的平衡移动 K 不变；平衡常数改变（温度改变引起）时平衡一定移动，正确；（7）催化剂不能改变平衡混合物的组成，不能提高反应物的平衡转化率，错误。 【变式 1-1】一定条件下，在密闭容器中发生反应 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ΔH＞0，达平衡后： （1）容积不变，升高温度，平衡向______方向移动，c(CO₂)______，氢气的转化率______，CO 的体积分数______，混合气体的平均相对分子质量______。 （2）在图中补全 t₁ 时升高温度后的 v-t 图像： （3）在图中画出 t₁ 时降低温度、t₂ 时重新达到平衡的 v-t 图像： 【答案】（1）正反应　减小　增大　增大　不变 图3　升高温度时 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)（ΔH＞0）的 v-t 图像（答案） 图4　降低温度时 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)（ΔH＞0）的 v-t 图像（答案） 【解析】（1）该反应正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，c(CO₂) 减小、氢气的转化率增大、CO 的体积分数增大；反应前后气体分子数相等（2＝2），气体总质量不变，故混合气体的平均相对分子质量不变。（2）（3）升高温度，v(正)、v(逆) 均突然增大且 v(正) 增大幅度更大，随后 v(正) 逐渐减小、v(逆) 逐渐增大，至 t₂ 时刻重新达到平衡，新平衡速率大于原平衡；降低温度，v(正)、v(逆) 均突然减小且 v(正) 减小幅度更大，随后 v(正) 逐渐增大、v(逆) 逐渐减小，至 t₂ 时刻重新达到平衡，新平衡速率小于原平衡。 【变式 1-2】已知某可逆反应在密闭容器中进行：A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s) ΔH＞0，C 的浓度与时间 t 的关系如图 5 所示。若使 a 曲线变为 b 曲线，可能采取的措施是______。 图5　A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s)（ΔH＞0）中 c(C) 随时间的变化 【答案】使用催化剂 【解析】由图可知，曲线 b 比曲线 a 先达到平衡，且两条曲线最终对应的平衡浓度相同，即反应速率加快而平衡不发生移动。加入催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，只能改变反应达到平衡所需的时间，不能改变平衡时反应混合物的组成，故可能采取的措施是使用催化剂。 知识点二　催化剂对化学平衡的影响 1．催化剂对化学平衡的影响 催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率（其 v-t 图像如图 6 所示），因此使用催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成，但能改变反应达到化学平衡所需的时间。 图6　加入催化剂时正、逆反应速率随时间的变化 2．催化剂对化学平衡的影响规律 ●　催化剂能同等程度地增大（或减小）正、逆反应速率，化学平衡不发生移动； ●　使用催化剂不能提高反应物的平衡转化率，但能缩短（或延长）反应达到化学平衡所需的时间，从而提高单位时间内的产量。 【易错警示】 催化剂不能使化学平衡发生移动，不能提高反应物的平衡转化率，也不能改变 ΔH 与 K。 催化剂同等程度地改变正、逆反应速率（v-t 图像“同幅跃升”），只缩短（或延长）达到平衡的时间。 “催化剂中毒”会使催化剂活性降低、反应速率减小，但平衡状态并不改变。 【素养拓展·真实情境】 汽车尾气三效催化转化器：内装以铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）为主的三效催化剂，可将尾气中的 CO、氮氧化物（NO、NO₂）和碳氢化合物转化为 CO₂、N₂、H₂O。 以 2NO(g)＋2CO(g)⇌N₂(g)＋2CO₂(g)（ΔH＜0）为例：催化剂能显著加快反应速率、缩短达到平衡的时间，使尾气在极短时间内达标排放；但它不能改变反应的平衡转化率——转化率由反应本性（K）与温度等条件决定。这正体现了“催化剂影响速率、不影响限度”。 【教学提示】 结合图6（加入催化剂时 v-t 图像）强调“同幅跃升、平衡点不变”，可让学生先画后判，纠正“催化剂提高转化率”的常见误区。 素养拓展中的汽车尾气催化转化器贴近生活，可作为课堂收尾素材，引导学生体会催化剂在环保中的应用。 【例题 2】向一密闭容器中充入 N₂ 和 H₂ 发生反应：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，t₁ 时刻达到平衡状态Ⅰ，t₂ 时刻改变某一条件，t₃ 时刻重新达到平衡状态Ⅱ，反应速率（v）随时间（t）的变化如图 7 所示。下列说法正确的是（　　） 图7　N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g)（ΔH＜0）中反应速率随时间的变化 【例题 2】选项 A．t₁ 时，v正(N₂)＝2v逆(NH₃) B．t₂ 时改变的条件：向容器中加入 NH₃(g) C．N₂ 的平衡转化率：α(Ⅰ)＞α(Ⅱ) D．平衡常数 K：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ) 【答案】C 【解析】t₁ 时刻达到平衡状态Ⅰ，各物质反应速率之比等于化学计量数之比，v正(N₂)＝v逆(N₂)＝½v逆(NH₃)，A 项错误；改变条件后，正、逆反应速率都增大，且逆反应速率大于正反应速率，故平衡逆向移动，若改变的条件为向容器中加入 NH₃(g)，则加入 NH₃(g) 的瞬间逆反应速率增大、正反应速率不变，与图像不符，故改变的条件为升高温度，B 项错误；升高温度平衡逆向移动，N₂ 的平衡转化率减小，故 α(Ⅰ)＞α(Ⅱ)，C 项正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡常数减小，K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)，D 项错误。 【变式 2-1】羰基硫（COS）是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中充入 2 mol CO 和 2 mol H₂S 发生反应：CO(g)＋H₂S(g)⇌COS(g)＋H₂(g) ΔH，平衡时 COS 的体积分数随温度的变化如图 8 所示。下列说法正确的是（　　） 图8　平衡时 COS 的体积分数随温度的变化（CO(g)＋H₂S(g)⇌COS(g)＋H₂(g)） 【变式 2-1】选项 A．ΔH＞0 B．T₁ ℃ 时，CO 的平衡转化率为 70% C．a 点正反应速率小于 b 点逆反应速率 D．增大压强可使 COS 的体积分数由 c 点增加到 b 点 【答案】C 【解析】由图可知，升高温度，平衡时 COS 的体积分数减小，即升高温度平衡逆向移动，故该反应为放热反应，ΔH＜0，A 项错误；设 T₁ ℃ 达到平衡时转化的 n(CO)＝x mol，列三段式如下： CO(g) H₂S(g) COS(g) H₂(g) 起始/mol 2 2 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol 2−x 2−x x x 由该温度下平衡时 COS 的体积分数为 30% 可得 x/4×100%＝30%，解得 x＝1.2，CO 的平衡转化率 α(CO)＝1.2/2×100%＝60%，B 项错误；a 点和 b 点是不同温度下的平衡状态，b 点温度高于 a 点，温度越高反应速率越快，故 a 点正反应速率小于 b 点逆反应速率，C 项正确；该反应反应前后气体分子数相等，增大压强平衡不移动，COS 的体积分数不变，D 项错误。 知识点三　勒夏特列原理 1．外因对化学平衡的影响 条件的改变（其他条件不变） 化学平衡的移动 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强（对有气体参加的反应） 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体分子数目减小的方向移动 减小压强 向气体分子数目增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 使用催化剂 平衡不移动 2．勒夏特列原理 内容：如果改变影响平衡的一个因素（如温度、压强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。 ●　适用范围：勒夏特列原理适用于已达到平衡的反应体系，不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理； ●　对原理中“减弱这种改变”的理解：“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”。如对于 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 的平衡体系，若缩小体积增大压强，混合气体颜色先加深，后变浅，达到新的平衡后混合体系颜色比原平衡时深。 【方法点拨】 勒夏特列原理是定性表述，其本质是“改变条件后 Q 与 K 的比较”：浓度、压强改变使 Q≠K，平衡移动但 K 不变；温度改变使 K 变化，平衡移动。 判断平衡移动方向，可先用“改变条件→Q 与 K 相对大小→移动方向”的模型分析，再用勒夏特列原理“减弱而不消除”的表述快速检验。 【素养拓展·真实情境】 实验室保存 FeCl₃ 溶液：Fe³⁺＋3H₂O⇌Fe(OH)₃＋3H⁺（水解），为防止溶液变浑浊，常加入少量盐酸，增大 c(H⁺)，使水解平衡逆向移动，抑制 Fe³⁺ 水解。 工业合成氨：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，按勒夏特列原理低温、高压有利于提高氨的产率，但低温时反应速率太慢，实际生产中须综合考虑速率、催化剂活性（约 500 ℃）与设备成本，选取适宜条件，体现了“速率与限度的辩证统一”。 【教学提示】 用变式 3-2 的三种“范围”结论（1＜c(N₂)＜2、p＜p′＜2p、T＜T′＜T₁）帮助学生理解“减弱而不消除”，这是本课最难突破的点。 将勒夏特列原理与 K 判据统一：告知学生 K 判据更本质，勒夏特列原理是记忆口诀，二者结论一致。 【例题 3】下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是______（填字母）。 A．溴水中存在如下平衡：Br₂＋H₂O⇌HBr＋HBrO，当加入 NaOH 溶液后颜色变浅 B．对于 2H₂O₂⇌2H₂O＋O₂ 的反应，使用 MnO₂ 可加快制备 O₂ 的反应速率 C．反应 CO(g)＋NO₂(g)⇌CO₂(g)＋NO(g) ΔH＜0，升高温度，平衡向逆反应方向移动 D．合成氨反应 N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，为使氨的产率提高，理论上应采取低温高压的措施 E．H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g)，缩小体积加压颜色加深 【答案】BE 【解析】A 项加入 NaOH 溶液消耗 HBr、HBrO，平衡正向移动，颜色变浅，能用勒夏特列原理解释；B 项催化剂只能改变反应速率，对化学平衡的移动无影响，不能用勒夏特列原理解释；C 项升高温度平衡向吸热方向即逆反应方向移动，能用勒夏特列原理解释；D 项低温高压有利于合成氨，能用勒夏特列原理解释；E 项 H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g) 反应前后气体分子数不变，缩小体积加压平衡不移动，颜色加深只是浓度增大所致，不能用勒夏特列原理解释。 【变式 3-1】可逆反应 A(g)＋2B(g)⇌2C(g) ΔH＜0，在一定条件下达到平衡。若改变条件，将变化情况（填“增大”“减小”或“不变”）填入空格： （1）升高温度：v正______，v逆______，B 的转化率______。 （2）使用催化剂：v正______，v逆______，A 的物质的量______。 （3）保持温度和压强不变通入 Ne 气，则 C 的物质的量______，A 的转化率______。 （4）保持温度和容积不变通入稀有气体，则 A 的转化率______。 （5）若温度和容积不变，反应从正反应开始至平衡，在这个变化过程中，容器内气体的密度______。 【答案】（1）增大　增大　减小　（2）增大　增大　不变　（3）减小　减小　（4）不变　（5）不变 【解析】（1）该反应为放热反应，升高温度，v(正)、v(逆) 均增大，平衡向吸热的逆反应方向移动，B 的转化率减小；（2）使用催化剂，v(正)、v(逆) 同等程度增大，平衡不移动，A 的物质的量不变；（3）恒温恒压通入 Ne，容器体积增大，各组分浓度等比例减小，相当于减小压强，该反应正反应气体分子数减小，平衡向气体体积增大的逆反应方向移动，C 的物质的量减小、A 的转化率减小；（4）恒温恒容通入稀有气体，各组分浓度不变，平衡不移动，A 的转化率不变；（5）温度和容积不变，气体总质量不变，容器内气体的密度不变。 【变式 3-2】在一密闭容器中发生反应：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，在某一时刻达到平衡，测得 c(N₂)＝1 mol·L⁻¹，容器内压强为 p，温度为 T。 （1）再向容器中通入 N₂，使其浓度变为 2 mol·L⁻¹，并保持容积不变，再次达到平衡时 c(N₂) 的范围是______。 （2）将容器体积缩小至平衡时的一半，并保持温度不变，再次达到平衡时压强 p′ 的范围是______。 （3）迅速升温至 T₁，并保持容积不变，且不与外界进行热交换，再次达到平衡时，温度 T′ 的范围是______。 【答案】（1）1 mol·L⁻¹＜c(N₂)＜2 mol·L⁻¹　（2）p＜p′＜2p　（3）T＜T′＜T₁ 【解析】勒夏特列原理指出平衡移动只能“减弱”这种改变，而不能“消除”这种改变：（1）通入 N₂ 使 c(N₂) 增大到 2 mol·L⁻¹，平衡正向移动会消耗 N₂，使 c(N₂) 减小，但不可能减小到原来的 1 mol·L⁻¹，故 1 mol·L⁻¹＜c(N₂)＜2 mol·L⁻¹；（2）体积缩小至一半的瞬间，压强增大为原来的 2 倍，平衡向气体分子数减小的正反应方向移动使压强减小，但不可能回到 p，故 p＜p′＜2p；（3）迅速升温至 T₁ 的瞬间，平衡向吸热的逆反应方向移动，放出热量使温度回升，但不可能回到 T，故 T＜T′＜T₁。 【变式 3-3】在密闭容器中的一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)，平衡时测得 C 的浓度为 0.50 mol·L⁻¹。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，再达到平衡时，测得 C 的浓度变为 0.90 mol·L⁻¹。 （1）压缩容积时，平衡是否发生移动？移动的方向如何？ （2）C 的体积分数______（填“增大”“减小”或“不变”）。 （3）x＋y______z（填“＞”“＜”或“＝”）。 【答案】（1）发生移动，平衡逆向移动　（2）减小　（3）＜ 【解析】（1）将容积压缩到原来的一半，若平衡不移动，C 的浓度应为原来的 2 倍，即 1.00 mol·L⁻¹；实际再达到平衡时 C 的浓度为 0.90 mol·L⁻¹，小于 1.00 mol·L⁻¹，说明平衡逆向移动（消耗 C）。（2）平衡逆向移动，C 的物质的量减小，C 的体积分数减小。（3）增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动，逆向移动说明逆反应方向气体分子数少，即 x＋y＜z。 四、课堂练习　限时 12 分钟，检验当堂学习效果 【练习 1】下列事实不能用平衡移动原理解释的是（　　） A．Fe(SCN)₃ 溶液中滴加 KSCN 溶液后颜色变深 B．实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气 C．工业合成氨：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，采用 400~500 ℃ 的高温条件 D．工业制备 TiO₂：TiCl₄＋(x＋2)H₂O⇌TiO₂·xH₂O↓＋4HCl，加入大量水，同时加热 【答案】C 【解析】溶液中存在平衡 Fe³⁺＋3SCN⁻⇌Fe(SCN)₃，滴加 KSCN 溶液后，平衡正向移动，溶液颜色变深，A 项不符合题意；氯气在饱和食盐水中存在平衡 Cl₂＋H₂O⇌HClO＋H⁺＋Cl⁻，氯离子浓度增大，平衡逆向移动，B 项不符合题意；工业合成氨为放热反应，高温平衡逆向移动，该反应在高温下进行是为了提高反应速率，不能用平衡移动原理解释，C 项符合题意；四氯化钛水解产生二氧化钛，加入大量水并加热使水解平衡正向移动，D 项不符合题意。 【练习 2】下列事实能用勒夏特列原理解释的是（　　） A．2SO₂(g)＋O₂(g)⇌2SO₃(g)，高压比常压有利于合成 SO₃ B．密闭容器中发生反应 H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g)，平衡后增大压强（缩小容器容积），气体颜色变深 C．合成氨反应 N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＝−92.4 kJ·mol⁻¹，工业上采用 400~500 ℃ 的高温条件更有利于合成氨 D．汽车尾气中发生反应 2NO(g)＋2CO(g)⇌2CO₂(g)＋N₂(g)，常利用催化技术提升效果 【答案】A 【解析】合成 SO₃ 的反应是气体分子数减小的反应，加压后可以使化学平衡向正反应方向移动，所以高压比常压有利于合成 SO₃，可用勒夏特列原理解释，A 项符合题意；H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g) 反应前后气体分子数不变，增大压强平衡不移动，颜色变深只是浓度增大所致，不能用勒夏特列原理解释，B 项不符合题意；反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于氨气的生成，不能用勒夏特列原理解释，C 项不符合题意；加入催化剂平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，D 项不符合题意。 【练习 3】（原创题）某温度下，恒容密闭容器中充入一定量 NO₂(g)，发生反应 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) ΔH＜0，达到平衡。保持容器容积不变，升高温度，下列说法正确的是（　　） A．化学平衡向正反应方向移动 B．化学平衡常数 K 增大 C．NO₂ 的转化率减小 D．正、逆反应速率均减小 【答案】C 【解析】该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，NO₂ 的转化率减小，A 项错误、C 项正确；放热反应升高温度，平衡常数 K 减小，B 项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，D 项错误。 【练习 4】（改编题）常温下，在三个相同烧瓶中分别充满相同物质的量的 NO₂ 气体并分别放置在烧杯（烧杯内有水）中，然后在（1）中加入 10.0 g 无水 Na₂CO₃ 粉末，在（2）中加入 10 mL 水，在（3）中加入 10.0 g NaHCO₃ 晶体，发现（1）中红棕色变深，（3）中红棕色变浅。下列说法正确的是（　　） A．Na₂CO₃ 粉末溶于水时吸收热量 B．烧瓶（1）中平衡混合气的总压强减小 C．烧瓶（3）中平衡正向移动，气体总物质的量减小 D．烧瓶（3）中气体的平均相对分子质量减小 【答案】C 【解析】反应 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) ΔH＜0，红棕色变深说明平衡逆向移动、温度升高，则 Na₂CO₃ 粉末溶于水时放出热量，A 项错误；由上述分析可知（1）中平衡逆向移动，气体分子数增多且温度升高，总压强增大，B 项错误；（3）中红棕色变浅，说明平衡正向移动，气体分子数减少，气体总物质的量减小，C 项正确；气体总质量不变，气体总物质的量减小，平均相对分子质量增大，D 项错误。 【练习 5】（原创题）某同学利用 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g)（ΔH＝−56.9 kJ·mol⁻¹，NO₂ 为红棕色气体、N₂O₄ 为无色气体）设计实验探究温度对化学平衡的影响：将两个盛有等量 NO₂ 气体的密闭玻璃球分别浸入热水和冰水中，一段时间后观察颜色变化。 （1）预期现象：置于热水中的玻璃球内气体颜色______，置于冰水中的玻璃球内气体颜色______。 （2）解释原因：该反应的正反应为______（填“吸”或“放”）热反应，升高温度，平衡向______（填“正”或“逆”）反应方向移动；降低温度，平衡向______方向移动。 （3）若随后将两个玻璃球同时取出，恢复至实验前的室温（温度与实验前相同），两球内气体颜色______（填“变深”“变浅”或“与实验前相同”），理由是______。 【答案】（1）加深　变浅　（2）放　逆　正　（3）与实验前相同　温度相同，平衡常数 K 相同，平衡状态与实验前相同（合理即可） 【解析】（1）热水使体系温度升高，2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 为放热反应，升温平衡向吸热的逆反应方向移动，NO₂ 浓度增大，颜色加深；冰水使体系温度降低，平衡向放热的正反应方向移动，NO₂ 浓度减小，颜色变浅。（2）见（1）。（3）平衡状态由温度、浓度等条件决定，温度恢复后 K 恢复原值，两球内气体组成恢复到实验前的平衡状态，颜色与实验前相同。 五、课后作业　A 组·基础巩固　B 组·能力提升 A 组　基础巩固 【作业 1】低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为 2NH₃(g)＋NO(g)＋NO₂(g)⇌2N₂(g)＋3H₂O(g) ΔH＜0，在恒容密闭容器中，下列有关说法正确的是（　　） A．平衡时，其他条件不变，升高温度，平衡向正反应方向移动 B．平衡时，其他条件不变，增加 NH₃ 的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小 C．单位时间内消耗 NO 和 N₂ 的物质的量之比为 1∶2 时，反应达到平衡 D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 【答案】C 【解析】该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向即逆反应方向移动，A 项错误；增加 NH₃ 的浓度，平衡正向移动，同时 NO、NO₂ 被消耗，因此废气中氮氧化物的转化率增大，B 项错误；单位时间内消耗 NO 和 N₂，一个表示正反应方向、一个表示逆反应方向，且两者消耗的物质的量之比为 1∶2，满足速率之比等于化学计量数之比，说明反应达到平衡，C 项正确；使用高效催化剂，平衡不移动，废气中氮氧化物的转化率不变，D 项错误。 【作业 2】某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量 X，发生反应 2X(s)⇌Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（　　） A．升高温度，若 c(Z) 增大，则 ΔH＞0 B．加入一定量 Z，达新平衡后 m(Y) 减小 C．加入等物质的量的 Y 和 Z，达新平衡后 c(Z) 增大 D．加入一定量氩气，平衡不移动 【答案】C 【解析】根据勒夏特列原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，而 c(Z) 增大说明平衡正向移动，故 ΔH＞0，A 项正确；加入一定量 Z，Z 的浓度增大，平衡逆向移动，故达新平衡后 m(Y) 减小，B 项正确；加入等物质的量的 Y 和 Z，Z 的浓度增大，平衡逆向移动，由于 X、Y 均为固体，K＝c(Z)，温度不变 K 不变，达新平衡后 c(Z) 不变，C 项错误；加入一定量氩气，Z 的浓度保持不变，正、逆反应速率不变，平衡不移动，D 项正确。 【作业 3】COCl₂ 分解反应为 COCl₂(g)⇌Cl₂(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·mol⁻¹。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图 9 所示（10~14 min c(COCl₂) 变化曲线未画出）。下列说法正确的是（　　） 图9　COCl₂(g)⇌Cl₂(g)＋CO(g) 平衡体系中各物质浓度的变化 【作业 3】选项 A．第 10 min 时，只是向反应容器中加入了少量 COCl₂ B．4~20 min 反应达到平衡后的平衡常数 K 相同，且 K 值为 4.21 C．14~20 min 各物质的浓度变化，说明升高温度化学平衡向吸热方向移动 D．Cl₂ 在 3~4 min、5~6 min 和 13~14 min 时平均反应速率：(5~6)＞(3~4)＝(13~14) 【答案】D 【解析】由图可知：第 4~8 min 时，生成物浓度逐渐增大、反应物浓度逐渐减小，说明平衡向正反应方向移动，这是因为改变了反应温度，正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动；第 10 min 时 CO 的浓度瞬时减小，而另一种生成物 Cl₂ 的浓度却瞬时不变，随后逐渐增大，说明改变的条件为移出部分 CO（或减小 CO 的浓度）；第 14 min 时，各成分浓度均瞬间减小到原来的三分之二，说明第 14 min 时采取的措施为扩大体积、减小压强。A 项错误；由分析可知，4~8 min 升高温度使平衡常数改变，4~20 min 内温度并非全程不变，各平衡状态对应的 K 不相同，且由图中数据计算的 K 值远小于 4.21，B 项错误；第 14 min 时采取的措施为扩大体积、减小压强，由图可知 14~20 min 生成物浓度逐渐增大、反应物浓度逐渐减小，说明减小压强平衡向正反应方向移动，C 项错误；3~4 min 和 13~14 min 时 Cl₂ 的浓度变化量为 0，这两段时间内平均速率为 0；5~6 min 时温度升高、反应速率加快，故 Cl₂ 平均反应速率：(5~6)＞(3~4)＝(13~14)，D 项正确。 【作业 4】一定温度下，在某恒容密闭容器中加入一定量 X（？）发生反应：2X(？)⇌2Y(g)＋Z(s)，反应达到平衡后，仅降低温度，容器内气体的密度增大。下列叙述正确的是（　　） A．若正反应是吸热反应，则 X 为非气态 B．若正反应是放热反应，则 X 为气态 C．若 X 为气态，则向平衡体系中加入少量 X，X 的平衡转化率不变 D．若 X 为非气态，则向平衡体系中加入少量 X，反应的平衡常数增大 【答案】C 【解析】仅降低温度，容器内气体的密度增大，说明平衡移动使容器内气体总质量增大。若正反应是吸热反应，降低温度平衡逆向移动使气体总质量增大，则 X 一定为气态，A 项错误；若正反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，若 X 为气态，平衡后气体的总质量减少，故 X 一定为非气态，B 项错误；若 X 为气态，反应前后气体物质的量不变（2＝2），向平衡体系中加入少量 X，平衡正向移动，由于压强对该反应的平衡无影响，再次平衡时 X 的平衡转化率不变，C 项正确；平衡常数只与反应本身及温度有关，温度不变，平衡常数不变，D 项错误。 B 组　能力提升 【作业 5】NO 氧化反应：2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 分两步进行，其反应历程能量变化示意图如图 10 所示：Ⅰ．2NO(g)⇌N₂O₂(g) ΔH₁；Ⅱ．N₂O₂(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) ΔH₂。下列说法不正确的是（　　） 图10　2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 分两步进行的反应历程能量变化 【作业 5】选项 A．由于 Ea₁＜Ea₂，决定该化学反应速率快慢的是反应Ⅱ B．图示过程中，反应物断键吸收的能量小于生成物成键所释放的能量 C．升高温度，2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 反应速率一定加快 D．其他条件不变，升高温度，2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 平衡一定逆向移动 【答案】C 【解析】决定化学总反应速率快慢的是反应速率最慢的反应，由于 Ea₁＜Ea₂，决定该化学反应速率快慢的是反应Ⅱ，A 项正确；由图可知，2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 是放热反应，则反应物断键吸收的能量小于生成物成键所释放的能量，B 项正确；升高温度，反应Ⅰ平衡逆向移动，c(N₂O₂) 减小，反应Ⅱ的反应速率可能减小，而反应Ⅱ决定该化学反应的快慢，则 2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 的反应速率不一定加快，C 项错误；由图可知该总反应是放热反应，其他条件不变，升高温度，平衡一定逆向移动，D 项正确。 【作业 6】在体积为 V L 的恒容密闭容器中盛有一定量 H₂，通入 Br₂(g) 发生反应：H₂(g)＋Br₂(g)⇌2HBr(g) ΔH＜0。当温度分别为 T₁、T₂ 时，平衡时 H₂ 的体积分数与 Br₂(g) 的物质的量的变化关系如图 11 所示。下列说法正确的是（　　） 图11　平衡时 H₂ 的体积分数与 Br₂(g) 通入量的关系（H₂(g)＋Br₂(g)⇌2HBr(g)，ΔH＜0） 【作业 6】选项 A．T₂＜T₁ B．a、b 两点的反应速率：a＞b C．为了提高 Br₂(g) 的转化率，可采取增加 Br₂(g) 通入量的方法 D．a 点比 b 点体系的颜色深 【答案】A 【解析】根据反应 H₂(g)＋Br₂(g)⇌2HBr(g) ΔH＜0，升温平衡向逆反应方向移动，H₂ 的体积分数增大，根据图示变化可知 T₁＞T₂，即 T₂＜T₁，A 项正确；b 点 Br₂ 的浓度比 a 点 Br₂ 的浓度大，反应速率也大，B 项错误；增加 Br₂(g) 的通入量，Br₂(g) 的转化率减小，C 项错误；b 点相对 a 点，是向 a 点体系中加入 Br₂ 使平衡向正反应方向移动，尽管 Br₂ 的量在新平衡基础上会减小，但 Br₂ 的浓度比原来大，颜色变深，即 b 点比 a 点体系的颜色深，D 项错误。 【作业 7】现有反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)，达到平衡后，当升高温度时，B 的转化率变大；当减小压强时，混合体系中 C 的质量分数减小。 （1）该反应的逆反应为______（填“吸热”或“放热”）反应，且 m＋n______（填“＞”“＝”或“＜”）p。 （2）减压使容器体积增大时，A 的质量分数______（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。 （3）若容积不变加入 B，则 A 的转化率______，B 的转化率______。 （4）若升高温度，则平衡时 B、C 的浓度之比将______。 （5）若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量______。 【答案】（1）放热　＞　（2）增大　（3）增大　减小　（4）减小　（5）不变 【解析】反应 mA(g)＋nB(g)⇌pC(g) 达到平衡后，升高温度时 B 的转化率变大，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；减小压强时混合体系中 C 的质量分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，即 m＋n＞p；减压使容器体积增大时，平衡逆向移动，A 的质量分数增大；若容积不变加入 B，平衡向正反应方向移动，A 的转化率增大，B 的转化率减小；升高温度，平衡向正反应方向移动，c(C) 增大、c(B) 减小，B、C 的浓度之比减小；加入催化剂，平衡不移动，混合气体的总物质的量不变。 【作业 8】（原创题）某温度下，向 1 L 恒容密闭容器中充入 1 mol CO(g) 和 1 mol H₂O(g)，发生反应 CO(g)＋H₂O(g)⇌CO₂(g)＋H₂(g) ΔH＞0，达到平衡后 CO 的转化率为 50%。保持容器容积不变，升高温度，再次达到平衡，下列说法正确的是（　　） A．CO 的转化率减小 B．化学平衡常数 K 减小 C．平衡向正反应方向移动，c(CO₂) 增大 D．正、逆反应速率均不变 【答案】C 【解析】起始 c(CO)＝c(H₂O)＝1.0 mol·L⁻¹，转化率 50% 时，平衡时 c(CO)＝c(H₂O)＝0.5 mol·L⁻¹、c(CO₂)＝c(H₂)＝0.5 mol·L⁻¹，该温度下 K＝0.5×0.5/(0.5×0.5)＝1。该反应正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO 的转化率增大，c(CO₂) 增大，K 增大（吸热反应升温 K 增大），A、B 项错误、C 项正确；升高温度，正、逆反应速率均增大，D 项错误。 【作业 9】（原创题）某温度下，恒容密闭容器中发生反应 2A(g)＋B(g)⇌2C(g) ΔH＜0，达到平衡。下列说法正确的是（　　） A．加入催化剂，A 的转化率增大 B．升高温度，化学平衡常数 K 增大 C．升高温度，C 的体积分数减小 D．恒容条件下充入 He，平衡正向移动 【答案】C 【解析】催化剂不能改变平衡混合物的组成，加入催化剂，A 的转化率不变，A 项错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，平衡常数 K 减小，B 项错误；升高温度平衡逆向移动，C 的体积分数减小，C 项正确；恒容条件下充入 He，各组分浓度不变，Q＝K，平衡不移动，D 项错误。 【作业 10】（改编题）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量 X，发生反应 2X(s)⇌Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（　　） A．升高温度，若 c(Z) 减小，则 ΔH＞0 B．加入一定量 Z，达新平衡后 m(Y) 减小 C．向容器中加入少量 Y(s)，达新平衡后 c(Z) 不变 D．加入一定量氩气，平衡不移动 【答案】A 【解析】升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，若 c(Z) 减小说明平衡逆向移动，逆向为吸热方向，则正反应 ΔH＜0，A 项错误；加入一定量 Z，Z 的浓度增大，平衡逆向移动，m(Y) 减小，B 项正确；X、Y 均为固体，K＝c(Z) 只与温度有关，加入少量 Y(s)，各组分浓度不变，平衡不移动，c(Z) 不变，C 项正确；恒容条件下加入氩气，Z 的浓度保持不变，正、逆反应速率不变，平衡不移动，D 项正确。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章　化学反应速率与化学平衡 第二节　化学平衡　第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响 学生版（课后核对·独立作答） 一、核心素养目标 1．宏观辨识与微观探析 ●　通过 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 平衡体系在热水、冰水中颜色变化的宏观现象，认识温度对化学平衡的影响； ●　从反应速率变化与分子碰撞的微观视角，理解化学平衡移动的实质。 2．变化观念与平衡思想 ●　知道升高温度平衡向吸热反应方向移动、降低温度向放热反应方向移动，能依据勒夏特列原理判断平衡移动方向； ●　理解催化剂不能改变平衡混合物的组成，但能改变反应达到化学平衡所需的时间。 3．证据推理与模型认知 ●　能依据平衡常数 K 随温度的变化规律推理平衡移动方向，建构“改变条件—K 变化—平衡移动”的思维模型； ●　会分析温度、催化剂影响下 v-t 图像、c-t 图像及能量变化图像，发展模型认知能力。 4．科学探究与创新意识 ●　通过实验探究温度对化学平衡的影响，体会“实验—现象—结论”的科学探究方法； ●　能设计简单实验方案探究温度对平衡的影响，并对实验结果作出预测与解释。 5．科学态度与社会责任 ●　通过勒夏特列原理在合成氨、低温脱硝、汽车尾气催化转化等生产生活中的应用，体会化学理论对生产实践的指导价值； ●　在图像与实验数据的分析中养成严谨求实、规范细致的科学态度。 二、教学重点与难点 教学重点 温度、催化剂对化学平衡移动的影响规律；勒夏特列原理的内容与应用。 教学难点 用 K 与温度的关系解释温度对平衡的影响；对勒夏特列原理中“减弱这种改变”的理解；温度、催化剂影响下 v-t 图像、c-t 图像的分析。 三、教学过程　知识梳理与典例探究 知识点一　温度对化学平衡的影响 1．实验探究温度对化学平衡的影响 常温下，反应 2NO₂(g)（红棕色）⇌N₂O₄(g)（无色）ΔH＝−56.9 kJ·mol⁻¹ 达到平衡，将平衡体系分别置于热水、冰水中，观察实验现象，填写下表： 热水中 冰水中 实验现象 混合气体颜色加深 混合气体颜色变浅 实验结论 说明 NO₂ 浓度增大，平衡向逆反应方向移动，即升高温度，平衡向吸热反应的方向移动 说明 NO₂ 浓度减小，平衡向正反应方向移动，即降低温度，平衡向放热反应的方向移动 图1　温度对 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 化学平衡的影响（实验示意） 2．从平衡常数 K 的角度解释 该反应为放热反应，升高温度，K 减小，平衡逆向移动；降低温度，K 增大，平衡正向移动，与实验结论一致。 3．温度对化学平衡的影响规律 ●　改变温度，任意可逆反应的化学平衡一定会发生移动； ●　当其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应的方向移动。 图2　温度对放热反应、吸热反应平衡转化率的影响 【方法点拨】 利用平衡常数判断温度对平衡的影响：升温时，K 增大的方向即吸热方向，平衡向该方向移动；降温时相反。 K 只随温度改变而改变；改变浓度、压强使平衡移动时，K 保持不变。判断平衡是否移动，本质是比较浓度商 Q 与 K。 【易错警示】 升温时 v(正)、v(逆) 都增大，只是吸热方向增大得更多，不能说“升温只加快吸热方向的速率”。 “升高温度平衡正向移动，则 K 增大”只在正反应为吸热反应时成立；正反应为放热反应时，升温 K 减小。 温度改变时，任何可逆反应的平衡都会移动（K 必变）；而改变浓度、压强，平衡不一定移动。 【例题 1】判断下列说法是否正确： （1）温度可以影响任意可逆反应的化学平衡状态（　　） （2）升高温度，反应速率加快，化学平衡向正反应方向移动（　　） （3）升高温度，反应速率加快，但反应物的转化率可能降低（　　） （4）升高温度，化学平衡常数一定增大（　　） （5）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（　　） （6）平衡移动，平衡常数不一定改变，但平衡常数改变，平衡一定发生移动（　　） （7）催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，也能提高反应物的平衡转化率（　　） 【变式 1-1】一定条件下，在密闭容器中发生反应 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ΔH＞0，达平衡后： （1）容积不变，升高温度，平衡向______方向移动，c(CO₂)______，氢气的转化率______，CO 的体积分数______，混合气体的平均相对分子质量______。 （2）在图中补全 t₁ 时升高温度后的 v-t 图像： （3）在图中画出 t₁ 时降低温度、t₂ 时重新达到平衡的 v-t 图像： 图3　升高温度时 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)（ΔH＞0）的 v-t 图像 图4　降低温度时 CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g)（ΔH＞0）的 v-t 图像 【变式 1-2】已知某可逆反应在密闭容器中进行：A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s) ΔH＞0，C 的浓度与时间 t 的关系如图 5 所示。若使 a 曲线变为 b 曲线，可能采取的措施是______。 图5　A(g)＋B(g)⇌3C(g)＋D(s)（ΔH＞0）中 c(C) 随时间的变化 知识点二　催化剂对化学平衡的影响 1．催化剂对化学平衡的影响 催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率（其 v-t 图像如图 6 所示），因此使用催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成，但能改变反应达到化学平衡所需的时间。 图6　加入催化剂时正、逆反应速率随时间的变化 2．催化剂对化学平衡的影响规律 ●　催化剂能同等程度地增大（或减小）正、逆反应速率，化学平衡不发生移动； ●　使用催化剂不能提高反应物的平衡转化率，但能缩短（或延长）反应达到化学平衡所需的时间，从而提高单位时间内的产量。 【易错警示】 催化剂不能使化学平衡发生移动，不能提高反应物的平衡转化率，也不能改变 ΔH 与 K。 催化剂同等程度地改变正、逆反应速率（v-t 图像“同幅跃升”），只缩短（或延长）达到平衡的时间。 “催化剂中毒”会使催化剂活性降低、反应速率减小，但平衡状态并不改变。 【素养拓展·真实情境】 汽车尾气三效催化转化器：内装以铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）为主的三效催化剂，可将尾气中的 CO、氮氧化物（NO、NO₂）和碳氢化合物转化为 CO₂、N₂、H₂O。 以 2NO(g)＋2CO(g)⇌N₂(g)＋2CO₂(g)（ΔH＜0）为例：催化剂能显著加快反应速率、缩短达到平衡的时间，使尾气在极短时间内达标排放；但它不能改变反应的平衡转化率——转化率由反应本性（K）与温度等条件决定。这正体现了“催化剂影响速率、不影响限度”。 【例题 2】向一密闭容器中充入 N₂ 和 H₂ 发生反应：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，t₁ 时刻达到平衡状态Ⅰ，t₂ 时刻改变某一条件，t₃ 时刻重新达到平衡状态Ⅱ，反应速率（v）随时间（t）的变化如图 7 所示。下列说法正确的是（　　） 图7　N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g)（ΔH＜0）中反应速率随时间的变化 【例题 2】选项 A．t₁ 时，v正(N₂)＝2v逆(NH₃) B．t₂ 时改变的条件：向容器中加入 NH₃(g) C．N₂ 的平衡转化率：α(Ⅰ)＞α(Ⅱ) D．平衡常数 K：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ) 【变式 2-1】羰基硫（COS）是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中充入 2 mol CO 和 2 mol H₂S 发生反应：CO(g)＋H₂S(g)⇌COS(g)＋H₂(g) ΔH，平衡时 COS 的体积分数随温度的变化如图 8 所示。下列说法正确的是（　　） 图8　平衡时 COS 的体积分数随温度的变化（CO(g)＋H₂S(g)⇌COS(g)＋H₂(g)） 【变式 2-1】选项 A．ΔH＞0 B．T₁ ℃ 时，CO 的平衡转化率为 70% C．a 点正反应速率小于 b 点逆反应速率 D．增大压强可使 COS 的体积分数由 c 点增加到 b 点 知识点三　勒夏特列原理 1．外因对化学平衡的影响 条件的改变（其他条件不变） 化学平衡的移动 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强（对有气体参加的反应） 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体分子数目减小的方向移动 减小压强 向气体分子数目增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 使用催化剂 平衡不移动 2．勒夏特列原理 内容：如果改变影响平衡的一个因素（如温度、压强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。 ●　适用范围：勒夏特列原理适用于已达到平衡的反应体系，不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理； ●　对原理中“减弱这种改变”的理解：“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”。如对于 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) 的平衡体系，若缩小体积增大压强，混合气体颜色先加深，后变浅，达到新的平衡后混合体系颜色比原平衡时深。 【方法点拨】 勒夏特列原理是定性表述，其本质是“改变条件后 Q 与 K 的比较”：浓度、压强改变使 Q≠K，平衡移动但 K 不变；温度改变使 K 变化，平衡移动。 判断平衡移动方向，可先用“改变条件→Q 与 K 相对大小→移动方向”的模型分析，再用勒夏特列原理“减弱而不消除”的表述快速检验。 【素养拓展·真实情境】 实验室保存 FeCl₃ 溶液：Fe³⁺＋3H₂O⇌Fe(OH)₃＋3H⁺（水解），为防止溶液变浑浊，常加入少量盐酸，增大 c(H⁺)，使水解平衡逆向移动，抑制 Fe³⁺ 水解。 工业合成氨：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，按勒夏特列原理低温、高压有利于提高氨的产率，但低温时反应速率太慢，实际生产中须综合考虑速率、催化剂活性（约 500 ℃）与设备成本，选取适宜条件，体现了“速率与限度的辩证统一”。 【例题 3】下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是______（填字母）。 A．溴水中存在如下平衡：Br₂＋H₂O⇌HBr＋HBrO，当加入 NaOH 溶液后颜色变浅 B．对于 2H₂O₂⇌2H₂O＋O₂ 的反应，使用 MnO₂ 可加快制备 O₂ 的反应速率 C．反应 CO(g)＋NO₂(g)⇌CO₂(g)＋NO(g) ΔH＜0，升高温度，平衡向逆反应方向移动 D．合成氨反应 N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，为使氨的产率提高，理论上应采取低温高压的措施 E．H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g)，缩小体积加压颜色加深 【变式 3-1】可逆反应 A(g)＋2B(g)⇌2C(g) ΔH＜0，在一定条件下达到平衡。若改变条件，将变化情况（填“增大”“减小”或“不变”）填入空格： （1）升高温度：v正______，v逆______，B 的转化率______。 （2）使用催化剂：v正______，v逆______，A 的物质的量______。 （3）保持温度和压强不变通入 Ne 气，则 C 的物质的量______，A 的转化率______。 （4）保持温度和容积不变通入稀有气体，则 A 的转化率______。 （5）若温度和容积不变，反应从正反应开始至平衡，在这个变化过程中，容器内气体的密度______。 【变式 3-2】在一密闭容器中发生反应：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，在某一时刻达到平衡，测得 c(N₂)＝1 mol·L⁻¹，容器内压强为 p，温度为 T。 （1）再向容器中通入 N₂，使其浓度变为 2 mol·L⁻¹，并保持容积不变，再次达到平衡时 c(N₂) 的范围是______。 （2）将容器体积缩小至平衡时的一半，并保持温度不变，再次达到平衡时压强 p′ 的范围是______。 （3）迅速升温至 T₁，并保持容积不变，且不与外界进行热交换，再次达到平衡时，温度 T′ 的范围是______。 【变式 3-3】在密闭容器中的一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)，平衡时测得 C 的浓度为 0.50 mol·L⁻¹。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，再达到平衡时，测得 C 的浓度变为 0.90 mol·L⁻¹。 （1）压缩容积时，平衡是否发生移动？移动的方向如何？ （2）C 的体积分数______（填“增大”“减小”或“不变”）。 （3）x＋y______z（填“＞”“＜”或“＝”）。 四、课堂练习　限时 12 分钟，检验当堂学习效果 【练习 1】下列事实不能用平衡移动原理解释的是（　　） A．Fe(SCN)₃ 溶液中滴加 KSCN 溶液后颜色变深 B．实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气 C．工业合成氨：N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＜0，采用 400~500 ℃ 的高温条件 D．工业制备 TiO₂：TiCl₄＋(x＋2)H₂O⇌TiO₂·xH₂O↓＋4HCl，加入大量水，同时加热 【练习 2】下列事实能用勒夏特列原理解释的是（　　） A．2SO₂(g)＋O₂(g)⇌2SO₃(g)，高压比常压有利于合成 SO₃ B．密闭容器中发生反应 H₂(g)＋I₂(g)⇌2HI(g)，平衡后增大压强（缩小容器容积），气体颜色变深 C．合成氨反应 N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g) ΔH＝−92.4 kJ·mol⁻¹，工业上采用 400~500 ℃ 的高温条件更有利于合成氨 D．汽车尾气中发生反应 2NO(g)＋2CO(g)⇌2CO₂(g)＋N₂(g)，常利用催化技术提升效果 【练习 3】（原创题）某温度下，恒容密闭容器中充入一定量 NO₂(g)，发生反应 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g) ΔH＜0，达到平衡。保持容器容积不变，升高温度，下列说法正确的是（　　） A．化学平衡向正反应方向移动 B．化学平衡常数 K 增大 C．NO₂ 的转化率减小 D．正、逆反应速率均减小 【练习 4】（改编题）常温下，在三个相同烧瓶中分别充满相同物质的量的 NO₂ 气体并分别放置在烧杯（烧杯内有水）中，然后在（1）中加入 10.0 g 无水 Na₂CO₃ 粉末，在（2）中加入 10 mL 水，在（3）中加入 10.0 g NaHCO₃ 晶体，发现（1）中红棕色变深，（3）中红棕色变浅。下列说法正确的是（　　） A．Na₂CO₃ 粉末溶于水时吸收热量 B．烧瓶（1）中平衡混合气的总压强减小 C．烧瓶（3）中平衡正向移动，气体总物质的量减小 D．烧瓶（3）中气体的平均相对分子质量减小 【练习 5】（原创题）某同学利用 2NO₂(g)⇌N₂O₄(g)（ΔH＝−56.9 kJ·mol⁻¹，NO₂ 为红棕色气体、N₂O₄ 为无色气体）设计实验探究温度对化学平衡的影响：将两个盛有等量 NO₂ 气体的密闭玻璃球分别浸入热水和冰水中，一段时间后观察颜色变化。 （1）预期现象：置于热水中的玻璃球内气体颜色______，置于冰水中的玻璃球内气体颜色______。 （2）解释原因：该反应的正反应为______（填“吸”或“放”）热反应，升高温度，平衡向______（填“正”或“逆”）反应方向移动；降低温度，平衡向______方向移动。 （3）若随后将两个玻璃球同时取出，恢复至实验前的室温（温度与实验前相同），两球内气体颜色______（填“变深”“变浅”或“与实验前相同”），理由是______。 五、课后作业　A 组·基础巩固　B 组·能力提升 A 组　基础巩固 【作业 1】低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为 2NH₃(g)＋NO(g)＋NO₂(g)⇌2N₂(g)＋3H₂O(g) ΔH＜0，在恒容密闭容器中，下列有关说法正确的是（　　） A．平衡时，其他条件不变，升高温度，平衡向正反应方向移动 B．平衡时，其他条件不变，增加 NH₃ 的浓度，废气中氮氧化物的转化率减小 C．单位时间内消耗 NO 和 N₂ 的物质的量之比为 1∶2 时，反应达到平衡 D．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 【作业 2】某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量 X，发生反应 2X(s)⇌Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（　　） A．升高温度，若 c(Z) 增大，则 ΔH＞0 B．加入一定量 Z，达新平衡后 m(Y) 减小 C．加入等物质的量的 Y 和 Z，达新平衡后 c(Z) 增大 D．加入一定量氩气，平衡不移动 【作业 3】COCl₂ 分解反应为 COCl₂(g)⇌Cl₂(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·mol⁻¹。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图 9 所示（10~14 min c(COCl₂) 变化曲线未画出）。下列说法正确的是（　　） 图9　COCl₂(g)⇌Cl₂(g)＋CO(g) 平衡体系中各物质浓度的变化 【作业 3】选项 A．第 10 min 时，只是向反应容器中加入了少量 COCl₂ B．4~20 min 反应达到平衡后的平衡常数 K 相同，且 K 值为 4.21 C．14~20 min 各物质的浓度变化，说明升高温度化学平衡向吸热方向移动 D．Cl₂ 在 3~4 min、5~6 min 和 13~14 min 时平均反应速率：(5~6)＞(3~4)＝(13~14) 【作业 4】一定温度下，在某恒容密闭容器中加入一定量 X（？）发生反应：2X(？)⇌2Y(g)＋Z(s)，反应达到平衡后，仅降低温度，容器内气体的密度增大。下列叙述正确的是（　　） A．若正反应是吸热反应，则 X 为非气态 B．若正反应是放热反应，则 X 为气态 C．若 X 为气态，则向平衡体系中加入少量 X，X 的平衡转化率不变 D．若 X 为非气态，则向平衡体系中加入少量 X，反应的平衡常数增大 B 组　能力提升 【作业 5】NO 氧化反应：2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 分两步进行，其反应历程能量变化示意图如图 10 所示：Ⅰ．2NO(g)⇌N₂O₂(g) ΔH₁；Ⅱ．N₂O₂(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) ΔH₂。下列说法不正确的是（　　） 图10　2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 分两步进行的反应历程能量变化 【作业 5】选项 A．由于 Ea₁＜Ea₂，决定该化学反应速率快慢的是反应Ⅱ B．图示过程中，反应物断键吸收的能量小于生成物成键所释放的能量 C．升高温度，2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 反应速率一定加快 D．其他条件不变，升高温度，2NO(g)＋O₂(g)⇌2NO₂(g) 平衡一定逆向移动 【作业 6】在体积为 V L 的恒容密闭容器中盛有一定量 H₂，通入 Br₂(g) 发生反应：H₂(g)＋Br₂(g)⇌2HBr(g) ΔH＜0。当温度分别为 T₁、T₂ 时，平衡时 H₂ 的体积分数与 Br₂(g) 的物质的量的变化关系如图 11 所示。下列说法正确的是（　　） 图11　平衡时 H₂ 的体积分数与 Br₂(g) 通入量的关系（H₂(g)＋Br₂(g)⇌2HBr(g)，ΔH＜0） 【作业 6】选项 A．T₂＜T₁ B．a、b 两点的反应速率：a＞b C．为了提高 Br₂(g) 的转化率，可采取增加 Br₂(g) 通入量的方法 D．a 点比 b 点体系的颜色深 【作业 7】现有反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)，达到平衡后，当升高温度时，B 的转化率变大；当减小压强时，混合体系中 C 的质量分数减小。 （1）该反应的逆反应为______（填“吸热”或“放热”）反应，且 m＋n______（填“＞”“＝”或“＜”）p。 （2）减压使容器体积增大时，A 的质量分数______（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。 （3）若容积不变加入 B，则 A 的转化率______，B 的转化率______。 （4）若升高温度，则平衡时 B、C 的浓度之比将______。 （5）若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量______。 【作业 8】（原创题）某温度下，向 1 L 恒容密闭容器中充入 1 mol CO(g) 和 1 mol H₂O(g)，发生反应 CO(g)＋H₂O(g)⇌CO₂(g)＋H₂(g) ΔH＞0，达到平衡后 CO 的转化率为 50%。保持容器容积不变，升高温度，再次达到平衡，下列说法正确的是（　　） A．CO 的转化率减小 B．化学平衡常数 K 减小 C．平衡向正反应方向移动，c(CO₂) 增大 D．正、逆反应速率均不变 【作业 9】（原创题）某温度下，恒容密闭容器中发生反应 2A(g)＋B(g)⇌2C(g) ΔH＜0，达到平衡。下列说法正确的是（　　） A．加入催化剂，A 的转化率增大 B．升高温度，化学平衡常数 K 增大 C．升高温度，C 的体积分数减小 D．恒容条件下充入 He，平衡正向移动 【作业 10】（改编题）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量 X，发生反应 2X(s)⇌Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（　　） A．升高温度，若 c(Z) 减小，则 ΔH＞0 B．加入一定量 Z，达新平衡后 m(Y) 减小 C．向容器中加入少量 Y(s)，达新平衡后 c(Z) 不变 D．加入一定量氩气，平衡不移动 学科网（北京）股份有限公司 $