学案：2.3.3 影响化学平衡移动的因素（二）温度、催化剂对化学平衡移动的影响

第3课时 影响化学平衡移动的因素(二) 温度、催化剂对化学平衡移动的影响

[目标导航] 1.通过温度对可逆反应速率的影响，理解并掌握温度影响化学平衡移动的规律。2.了解催化剂影响化学反应速率的实质，并进一步探讨对化学平衡的影响，从而了解催化剂在化工生产中的应用。3.根据外界条件对化学平衡的影响，归纳勒夏特列原理。

一、温度对化学平衡移动的影响 1．温度对化学平衡影响的实验探究

实验 原理 2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ·mol1 － 红棕色 无色 实验 装置 实验 现象 实验 结论 热水中红棕色______；冰水中红棕色______ 体系受热颜色加深，说明c(NO2)增大，即平衡向__________方向移动；体系冷却颜色变浅，说明c(NO2)减小，即平衡向__________方向移动 2.温度对化学平衡移动的影响规律 升高温度，平衡向____________方向移动； 降低温度，平衡向____________方向移动。 议一议

1．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，是因为升高温度，吸热反应的反应速率增大，放热反应的反应速率减小，这种说法对吗？

1

2．温度变化，任何一个化学平衡都会发生移动吗？为什么？

3．以正反应放热的反应为例，画出升温、降温时速率变化图像。

二、催化剂对化学平衡的影响

1．加入催化剂可以大大地加快化学反应速率，是因为它可以降低反应的________，从而提高活化分子________，从而增大反应速率，但是由于催化剂能够____________地改变正、逆反应速率，因此它对化学平衡移动无影响。

2．催化剂________改变达到化学平衡状态时的反应混合物中的________含量，但是使用催化剂______改变反应达到平衡所需的________。 议一议

1．对于平衡aA(g)＋bB(g)

cC(g)＋dD(g) ΔH＜0

试画出使用催化剂的速率随时间的变化曲线。

2．对于化学平衡体系I2(g)＋H2(g)

2HI(g) ΔH＜0，试根据下图判断由曲线m变为曲线n

改变的条件可能是__________________________________________。

三、勒夏特列原理 1．原理

如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度)，则平衡将向着能够________这种改变的方向移动。 2．注意事项

2

(1)研究对象一定是处于平衡状态的__________。

(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的______条件”时的平衡移动方向。 (3)平衡移动的结果只能是“________”外界条件的改变，但不能完全“________”这种改变。 议一议

1．一密闭容器中建立N2＋3H2

2NH3 ΔH＜0的平衡体系，此时，N2的浓度为c(N2)，体

系的温度为T1，压强为p1，按要求回答下列问题：

(1)保持温度、体积不变，通入N2，使N2的浓度变为2c(N2)，平衡向________方向移动，重新平衡后，N2的浓度为________________。

1

(2)保持温度不变，压缩体积变为原来的，使压强变为2p1，平衡向________方向移动，重新

2平衡后体系的压强变为______________。

(3)保持体积不变，升高体系的温度至2T1，平衡向____________方向移动，重新平衡后，体系的温度变为________________。

2．分别画出1题中条件改变时N2浓度、体系压强、温度的变化曲线。

一、速率变化与改变条件的综合分析 例1 如图所示是表示反应N2(g)＋3H2(g)反应过程的曲线关系图。

2NH3(g) ΔH＜0在某一时间段内反应速率与

(1)氨的质量分数最高的一段时间是________(填字母)。 A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6 (2)t1、t3、t4改变的条件分别是 t1______________________

t3________________________________________________________________________；

；

3

t4______________________。

方法归纳 (1)依据v正和v逆的相对大小判断平衡移动的方向。

(2)依据渐变、突变判断改变条件，浓度影响从原平衡点渐变，而温度、压强影响发生突变后再渐变，催化剂影响时，v正、v逆同等程度突变。

变式训练1 一定温度下，在2 L的密闭容器中发生如下反应：A(s)＋2B(g)

2C(g) ΔH

＜0，反应过程中B、C的物质的量随时间变化的关系如图1；反应达到平衡后在t1、t2、t3、t4时分别都只改变了一种条件，逆反应速率随时间变化的关系如图2。下列有关说法正确的是( )

A．反应开始2 min内，v(B)＝0.1 mol·L1·min1

－

－

B．t1时改变的条件可能是升高温度

C．t3时改变的条件可能是加压，此时c(B)不变 D．t4时可能是使用了催化剂，此时c(B)不变 二、勒夏特列原理在化工生产中的应用

例2 (1)在合成氨工业生产中，通常通过以下途径来提高合成氨的产量或产率。请分析采取这些措施的原因。

①在反应器中注入过量N2 ②采用适当的催化剂 ③在高压下进行反应 ④在较高温度下进行反应

(2)已知2SO2(g)＋O2(g)

压强(×105 Pa) SO2的转化率/%(450 ℃) SO2的转化率/%(550 ℃) 1.01 97.5 85.6 5.05 98.9 92.9 10.1 99.2 94.9 50.5 99.6 97.7 101 99.7 98.3 2SO3(g) ΔH＜0，其实验数据如下：

则工业上生产硫酸的合成塔中应选择的适宜温度是________，适宜压强是________。 反思归纳 化学平衡移动原理有着广泛的适用性，可用于研究所有的化学动态平衡。平衡移动原理是指导工农业生产和科学研究的重要规律。合成氨生产中合成塔内的反应和硫酸生产中接触室内的反应的特点是相似的(放热、气体体积减小)，两种工业生产中在浓度、温度、

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催化剂等方面选择条件所依据的原理是相似的，但压强的选择却大不相同，要依具体情况而定。

变式训练2 随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了各国的普遍关注，目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应： CO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g)

－

ΔH＝－49.0 kJ·mol1

测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

(1)反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝________________mol·L1·min1。

－

－

(2)H2的转化率为________。

(3)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的是________(填字母)。 A．升高温度

B．充入He(g)，使体系压强增大 C．将H2O(g)从体系中分离 D．使用催化剂 E．缩小容器体积

1．下列事实能用勒夏特列原理解释的是( ) A．加入催化剂有利于合成氨的反应

B．压缩氢气与碘蒸气反应的平衡混合气体，颜色变深 C．500 ℃时比室温更有利于合成氨的反应 D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 2．已知反应A2(g)＋2B2(g)

2AB2(g)的ΔH<0，下列说法正确的是( )

A．升高温度，A2的转化率增大

B．升高温度有利于反应速率增大，从而缩短达到平衡的时间 C．达到平衡后，升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动 D．达到平衡后，降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动

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3．在容积不变的密闭容器中，一定条件下发生反应：2A升高温度时气体的密度增大，则下列叙述中正确的是( ) A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 B．若正反应是放热反应，则A为气态 C．物质A一定为非气态，且正反应是吸热反应 D．若向容器中充入惰性气体，则平衡向右移动 4．放热反应2NO(g)＋O2(g)减小NO2的浓度

B(g)＋2C(g)，且达到平衡。当

2NO2(g)达平衡后，若分别采取下列措施：①增大压强 ②

③增大O2浓度 ④升高温度 ⑤加入催化剂，能使平衡向正反应方向移动的是( ) A．①②③ C．③④⑤

B．②③④ D．①②⑤

5．一定条件下，在一个体积可变的密闭容器中充入2 mol的气体A和1 mol的气体B发生反应：2A(g)＋B(g)

3C(g)

ΔH>0。t1时刻反应达到平衡，并测得C在容器中的体积分数为φ1。t2时刻改变某一条件(其他条件不变)，C在容器中的体积分数的变化如图所示，则t2时刻改变的条件是( ) A．加入1 mol氦气 C．增大压强

B．加入1 mol C D．升高温度

答案精析

基础知识导学 一、

1．加深 变浅 吸热反应 放热反应 2．吸热反应 放热反应 议一议

1．不对。对于同一化学反应，升高温度，使v(吸)和v(放)都增大，但吸热反应速率增大的程度更大，即v(吸)＞v(放)，所以平衡向吸热反应方向移动；反之，降低温度，v(吸)和v(放)都减小，但吸热反应速率减小的程度更大，即v(吸)＜v(放)，平衡向放热反应方向移动。 2．发生移动，因为任何化学反应都伴随能量的变化(放热或吸热)，所以任意可逆反应的化学平衡状态，都会受温度影响而发生移动。 3.

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二、

1．活化能 百分数 同等程度 2．不能 组成 能 时间 议一议 1.

2．使用催化剂或缩小容器体积 三、 1．减弱

2．(1)可逆反应 (2)一个 (3)减弱 消除 议一议

1．(1)正反应 c(N2)＜c′(N2)＜2c(N2)

(2)正反应 p1＜p′＜2p1 (3)逆反应 T1＜T′＜2T1 2.

重点难点探究 一、

例1 (1)A (2)升高温度 使用催化剂 减小压强

?0.3－0.1?mol

变式训练1 D [A项，v(B)＝＝0.05 mol·L－1·min－1；B项，升温，逆反应速

2 L·2 min率应比原平衡大；C项，t3时反应速率减小，平衡不移动，可能是减压。] 二、

例2 (1)①为了提高H2的转化率，提高产率；②使反应具有较快的反应速率；③为了提高N2和H2的转化率，提高产率；④为了加快反应速率，且使催化剂(铁触媒)的活性最佳。 (2)450 ℃ 1.01×105 Pa(常压) 变式训练2 (1)0.225 (2)75% (3)CE

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解析 (1)v(H2)＝3v(CO2)＝3×

?1.00－0.25?mol·L－1

＝0.225 mol·L－1·min－1。

10 min3×0.75 mol

(2)α(H2)＝×100%＝75%。

3 mol

(3)A项，升温，平衡左移，n(CH3OH)/n(CO2)减小；B项充入He(g)，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO2)不变；C项，分离出H2O(g)，平衡右移，n(CH3OH)/n(CO2)增大；D项，使用催化剂，平衡不移动，n(CH3OH)/n(CO2)不变；E项，缩小容器体积，平衡右移，n(CH3OH)/n(CO2)增大。 随堂达标检测 1．D

2．B [升高温度，化学平衡逆向移动，A2的转化率减小；增大压强，平衡正向移动。] 3．C [升高温度，正、逆反应速率均增大，A错；升高温度，气体的密度增大，由于容器的容积不变，则容器内气体的质量一定增大，则平衡只能向正反应方向移动，且A一定为非气体，B错；由于升高温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，C对；若向容器中充入惰性气体，虽然容器的压强增大，但各物质的浓度不变，平衡不移动，D错。] 4．A [①增大压强，平衡向气态系数减小的方向即正向移动；②减小NO2的浓度，平衡向生成NO2的方向即正向移动；③增大O2的浓度，平衡向消耗O2的方向即正向移动；④升温，平衡向吸热方向即逆向移动；⑤使用催化剂，平衡不移动。]

5．D [氦气与该反应无关，在恒压条件下加入氦气相当于减小压强，但反应前后气体分子数相等，平衡不移动，气体C的体积分数不变，A错；增加C的物质的量，恒压条件下或恒容条件下都是等效平衡，C的体积分数不变，B错；增大压强平衡不移动，C的体积分数不变，C错；升高温度，平衡正向移动，C的体积分数增大，故D正确。]

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