人教版选修4第二章第三节第二课时化学平衡的移动.docx
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人教版选修4第二章第三节第二课时化学平衡的移动
第二课时化学平衡的移动
—————————————————————————————————————[课标要求]
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响。
2.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
1.增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动。
2.升高温度,平衡向吸热的方向移动;降低温度,平衡向放热的方向移动。
3.对于有气体参与或生成的反应,增大压强,平衡向气体物质体积减小的方向移动;减小压强,平衡向气体物质体积增大的方向移动。
4.催化剂能够同等程度地增大正、逆反应速率,对化学平衡移动没有影响。
5.勒夏特列原理是指如果改变影响平衡的一个条件(如温度、浓度、压强等),平衡就向能够使这种改变减弱的方向移动。
实验探究浓度对化学平衡的影响
[实验1]
(1)实验依据:
依据K2Cr2O7溶液中存在的平衡:
Cr2O
+H2O2CrO
+2H+
(橙色) (黄色)
(2)填写下表。
实验步骤
实验现象
橙黄色变为橙色
橙黄色变为黄色
结论
c(H+)增大,平衡向逆反应方向移动
NaOH溶液使c(H+)变小,平衡向正反应方向移动
[实验2]
(1)实验依据Fe3+与SCN-存在的平衡:
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
(红色)
(2)填写下表。
实验
(1)步骤
现象
溶液颜色变深
溶液颜色变深
实验
(2)步骤
向试管①中滴加0.01mol·L-1NaOH溶液
向试管②中滴加0.01mol·L-1NaOH溶液
现象
溶液颜色变浅
溶液颜色变浅
结论
对可逆反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,分别增大c(Fe3+)和c(SCN-)后,Fe(SCN)3的浓度均增大,即化学平衡均向正反应方向移动。
滴加NaOH溶液,由于3OH-+Fe3+===Fe(OH)3↓,减小了Fe3+的浓度,Fe(SCN)3的浓度也减小,即化学平衡向逆反应方向移动了
[特别提醒] 工业生产上常采用增大廉价反应物的浓度,来提高贵重物质转化率的措施,从而降低生产成本。
1.密闭容器中进行合成氨的反应,当一定温度下,反应达平衡后,增大N2的浓度,平衡怎样移动?
N2、H2的转化率如何变化?
提示:
平衡向正反应方向移动;H2的转化率增大,N2的转化率降低。
2.对于可逆反应:
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),增加固体C的用量,化学平衡是否发生移动?
提示:
增加固体或纯液体的量,由于其浓度不变,所以化学平衡不发生移动。
1.在其他条件不变的情况下,改变参与反应物质的浓度对化学平衡的影响
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度,使得v(正)大于v(逆),化学平衡向正反应方向移动。
(2)减小反应物浓度或增大生成物浓度,使得v(正)小于v(逆),化学平衡向逆反应方向移动。
2.平衡移动图像(vt图)
(1)平衡正向移动
(2)平衡逆向移动
1.如图所示是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图,下列叙述与示意图不相符合的是( )
A.反应达平衡时,正反应速率和逆反应速率相等
B.该反应达到平衡态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ
C.该反应达到平衡态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ
D.同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等
解析:
选C 由题给图像可以看出,平衡态Ⅰ改变的瞬间,逆反应速率未改变,正反应速率突然增大,可知为增大反应物的浓度,B项正确,C项不正确;由于平衡向正反应方向移动,可知两平衡状态同一种反应物的浓度不相等,D项正确;反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率相等,A项正确。
2.在水溶液中橙红色的Cr2O
与黄色的CrO
有下列平衡关系:
Cr2O
+H2O2CrO
+2H+,把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液,溶液呈________色,因为________________________________________________________________________。
(2)向已加入NaOH溶液的
(1)溶液中再加入过量稀H2SO4,则溶液呈________色,因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀),则平衡________(填“向左移动”或“向右移动”),溶液颜色将________________________________。
解析:
加碱中和溶液中的H+,平衡右移,溶液中的c(CrO
)增大;加酸使平衡左移,溶液中的c(Cr2O
)增大;加Ba(NO3)2溶液发生的反应为Ba2++CrO
===BaCrO4(黄色)↓,平衡向右移动,溶液颜色将由橙色逐渐变浅,直至无色。
答案:
(1)黄 OH-与H+结合生成水,使平衡向右移动,CrO
浓度增大,溶液由橙色变为黄色
(2)橙 c(H+)增大,平衡向左移动,Cr2O
浓度增大,溶液又由黄色变为橙色
(3)向右移动 逐渐变浅,直至无色
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0
条件
降低温度
升高温度
平衡移动的
方向
平衡向正反应方向移动
平衡向逆反应方向移动
结论
升高温度,化学平衡向着吸热方向移动;降低温度,化学平衡向着放热方向移动
[特别提醒] 任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),因此,改变温度,化学平衡一定发生移动。
已知:
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9kJ·mol-1,探究改变反应温度对化学平衡的影响。
[问题思考]
1.圆底烧瓶A中气体的颜色如何变化?
其原因是什么?
提示:
颜色变深,原因是A中温度高,平衡逆向移动,c(NO2)增大,颜色加深。
2.圆底烧瓶B中气体的颜色如何变化?
其原因是什么?
提示:
颜色变浅,原因是B中温度低,平衡正向移动,c(NO2)减小,颜色变浅。
1.在其他条件不变的情况下,温度对化学平衡的影响
(1)升高温度,平衡向吸热的方向移动。
(2)降低温度,平衡向放热的方向移动。
2.平衡移动图像(vt图)
(1)若aA+bBcC+dD ΔH<0
(2)若aA+bBcC+dD ΔH>0
1.反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0达平衡后,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,平衡向正反应方向移动
B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向正反应方向移动
D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动
解析:
选C 降低温度,v(正)、v(逆)均减小,平衡向放热方向移动,即平衡正向移动。
2.在一密闭烧瓶中,在25℃时存在着平衡:
2NO2N2O4(正反应放热)。
把烧瓶置于100℃的水中,则下列几项性质中不会改变的是( )
①颜色 ②平均相对分子质量 ③质量 ④压强
⑤密度
A.①和③ B.②和④
C.④和⑤D.③和⑤
解析:
选D 升高温度,化学平衡向着吸热方向移动,对于化学平衡2NO2N2O4,平衡向逆反应方向移动;①二氧化氮的浓度增大,颜色加深;②混合气体总的物质的量增大,其质量不变,根据M=m/n可知,混合气体的平均相对分子质量减小;③反应混合物都是气体,根据质量守恒定律,混合气体总的质量不变;④升高温度,化学平衡向左移动,混合气体总的物质的量增大,容器内压强增大;⑤反应混合物都是气体,混合气体总的质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度不变。
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
2SO3(g)2SO2(g)+
O2(g)
增大压强
对NH3、
SO3的
影响
随反应体系压强增大,平衡时混合气体中NH3的体积分数增大
随反应体系压强增大,平衡时SO3的分解率减小
平衡移动
的方向
平衡向正反应方向移动
平衡向逆反应方向移动
结论
增大反应体系的压强、平衡向气体体积减小的方向移动
[特别提醒] 无气态物质存在的化学平衡,由于改变压强不能改变化学反应速率,所以改变压强不能使无气态物质存在的化学平衡发生移动。
450℃时,在一密闭容器中,可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在不同压强条件下,测得平衡时混合气体中NH3的体积分数如表所示:
压强/MPa
1
5
10
30
60
100
NH3%
2.0
9.2
16.4
35.5
53.6
69.4
[问题思考]
1.从表格中的数据判断减小压强,氨气的体积分数如何变化?
从而说明平衡怎样移动?
提示:
减小压强,氨的体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动。
2.对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),增大压强,平衡是否发生变化?
为什么?
提示:
平衡不发生移动;原因是该反应前后气体物质的量不变,增大压强,正、逆反应速率改变的程度相同。
1.压强改变与化学反应速率、化学平衡移动间的关系
2.在其他条件不变的情况下压强对化学平衡的影响
(1)增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动。
(2)减小压强,化学平衡向气体体积增大的方向移动。
3.平衡移动图像(vt图)
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例
(1)若m+n>p+q
(2)若m+n<p+q
(3)若m+n=p+q
1.在常温下,下列可逆反应体系的气体颜色变化不受压强变化影响的是( )
①2NO2N2O4
②2NO22NO+O2
③2HIH2+I2
④FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl
A.①② B.②③
C.③④D.②④
解析:
选C ①和②,压强改变化学平衡移动,气体颜色变化;③常温下,I2为固体,压强的变化虽能使平衡移动,但气体无颜色变化;④是在溶液中进行的反应,压强对平衡无影响。
2.已知化学反应2A(?
)+B(g)2C(?
)达到平衡,当增大压强时,平衡向逆反应方向移动,则下列情况可能的是( )
A.A是气体,C是固体 B.A、C均为气体
C.A、C均为固体D.A是固体,C是气体
解析:
选D 增大压强,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应是气体体积减小的反应,故C为气体,A不是气体(如固体)。
1.催化剂与化学平衡
(1)催化剂对化学平衡的影响
因为催化剂能同等程度的改变正、逆反应的化学反应速率,所以加入催化剂只能改变化学反应速率,化学平衡不移动。
(2)图像(vt图)
2.勒夏特列原理(又称为平衡移动原理)
(1)内容:
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(2)适用范围:
适用于任何动态平衡体系(如溶解平衡、电离平衡等),非平衡状态不适用。
(3)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
1.下列因素不可能影响化学平衡移动的是( )
A.温度 B.催化剂
C.反应物的浓度D.压强
解析:
选B 催化剂只能改变化学反应速率,不会使化学平衡发生移动。
2.下列不能用勒夏特列原理解释的事实是( )
A.棕红色的NO2加压后颜色先变深后变浅
B.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
C.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D.合成氨工业使用高压以提高氨的产量
解析:
选B A项,涉及NO2与N2O4的平衡转化,不符合题意;B项,加压后平衡不移动,但体积缩小,浓度增大使颜色变深,符合题意;C项,光照后,次氯酸见光分解,使氯气与水反应的平衡向右移动,不符合题意;D项,合成氨工业加压使化学平衡向右移动,不符合题意。
[三级训练·节节过关]
1.CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g) ΔH<0,若其他条件不变,只改变下列条件,能使混合气体颜色变深的是( )
A.降低温度 B.使用催化剂
C.增大CO的浓度D.增大压强
解析:
选D A项,降低温度,平衡向正反应方向移动,NO2的浓度减小,混合气体颜色变浅,错误;B项,使用催化剂,正、逆反应速率增大,但平衡不发生移动,物质的浓度不变,因此混合气体颜色不变,错误;C项,增大CO的浓度,平衡向正反应方向移动,NO2的浓度减小,混合气体颜色变浅,错误;D项,增大压强,物质的浓度增大,颜色加深,平衡不发生移动,正确。
2.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,平衡向正反应方向移动
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.①②B.④
C.③D.④⑤
解析:
选B ①A是固体,增大A的量对平衡无影响,错误;②升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的程度更大,平衡向逆反应方向移动,错误;③压强增大平衡不移动,v(正)、v(逆)都增大,错误;④增大B的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆),正确;⑤使用催化剂同等程度增大正、逆反应速率,化学平衡不发生移动,B的转化率不变,错误。
3.在密闭容器中,一定条件下进行如下反应:
NO(g)+CO(g)
N2(g)+CO2(g) ΔH=-373.2kJ·mol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,正确措施是( )
A.加催化剂同时增大压强B.加催化剂同时升高温度
C.升高温度同时充入N2D.降低温度同时增大压强
解析:
选A A项,催化剂不改变平衡状态,但反应速率加快,增大压强,平衡正向移动,NO的转化率增大,正确;B项,催化剂不改变平衡状态,升高温度平衡逆向移动,NO的转化率降低,错误,C项,升高温度平衡逆向移动,NO的转化率降低,充入N2平衡逆向移动,NO的转化率降低,错误;D项,降低温度同时增大压强,平衡向正反应方向移动,但反应速率不一定增大,错误。
4.反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”),原因是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
____(填“有”或“无”),原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:
E1________,E2________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析:
(1)由图像可知该反应是一个能量降低的反应,所以属于放热反应。
(2)反应为放热反应,当反应达到平衡时,升高温度,平衡向逆反应方向移动,A的浓度增大,转化率减小。
(3)反应体系中加入催化剂对反应热无影响,因为催化剂能改变反应的活化能,促进反应速率的改变,但不改变反应物总能量和生成物总能量之差,即反应热不变。
(4)其他条件不变时,在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,减小了反应的活化能,即E1和E2都减小。
答案:
(1)放热
(2)减小 该反应的正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动
(3)无 催化剂不改变反应物总能量与生成物总能量之差,即反应热不变
(4)减小 减小
1.反应2A(g)2B(g)+E(g)(正反应为吸热反应)达到平衡时,要使正反应速率降低,A的浓度增大,应采取的措施是( )
A.加压 B.减压
C.减少E的浓度D.降温
解析:
选D 正反应速率降低,可能是减压或降温,A的浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,只能是降温。
2.下列化学平衡一定发生移动的是( )
A.平衡混合物中各组分的浓度发生改变
B.正、逆反应速率发生改变
C.组分中某物质的转化率发生改变
D.体系的压强增大
解析:
选C A项,平衡混合物中各组分浓度发生改变平衡不一定移动,如缩小容器体积时,平衡H2(g)+I2(g)===2HI(g)不移动,错误;B项,正、逆反应速率发生改变,平衡不一定移动,如加入催化剂,错误;D项,体系的压强增大,平衡不一定移动,如平衡CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),错误。
3.反应X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.减小容器体积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
解析:
选D A项,题给反应为反应前后气体分子数不变的反应,减小容器体积压强增大,平衡不移动,错误;B项,催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,Z的产率不变,错误;C项,两种反应物中,增大一种物质的用量提高另一种物质的转化率,本身转化率降低,增大c(X),X的转化率降低,错误;D项,该反应是放热反应,降温平衡正向进行,Y的转化率增大,正确。
4.已知反应:
2NO2(g)N2O4(g),把NO2、N2O4的混合气体盛装在两个连通的烧瓶里,然后用止水夹夹住橡胶管,把烧瓶A放入热水里,把烧瓶B放入冰水里,如图所示。
与常温时烧瓶内气体的颜色进行对比发现,A烧瓶内气体颜色变深,B烧瓶内气体颜色变浅。
下列说法错误的是( )
A.上述过程中,A烧瓶内正、逆反应速率均加快
B.上述过程中,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大
C.上述过程中,A、B烧瓶内气体密度均保持不变
D.反应2NO2(g)N2O4(g)的逆反应为放热反应
解析:
选D A项,升高温度,正、逆反应速率都增大,正确;B项,B烧瓶内气体颜色变浅,说明平衡向生成N2O4的方向移动,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大,正确;C项,容器的容积不变,混合气体的质量不变,A烧瓶、B烧瓶内气体密度都不变,正确;D项,放在热水中的A烧瓶内气体颜色变深,放在冰水中的B烧瓶内气体颜色变浅,说明升高温度平衡向生成NO2的方向移动,降低温度平衡向生成N2O4的方向移动,故反应2NO2(g)N2O4(g)的正反应为放热反应,错误,D项符合题意。
5.对可逆反应:
A(g)+B(g)C(s)+2D(g) ΔH>0,如图所示为正逆反应速率(v)与时间(t)的关系,如果在t1时刻改变以下条件:
①加入A ②加入催化剂 ③加压 ④升温 ⑤移走C。
符合图示条件的是( )
A.②③B.①②
C.③④D.④⑤
解析:
选A 使用催化剂只同倍增加正、逆反应速率,对化学平衡无影响;对于有气体参加的气体体积不发生变化的反应,改变压强平衡不移动。
6.高炉炼铁过程中发生的主要反应为
Fe2O3(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g) ΔH<0,欲提高CO的转化率,可采取的措施是( )
①增加Fe2O3的量 ②移出部分CO2 ③提高反应温度 ④减小容器的容积 ⑤加入合适的催化剂 ⑥降低反应温度
A.①③B.②⑥
C.②④D.④⑥
解析:
选B ①氧化铁是固体,增加Fe2O3的量,平衡不移动,CO的转化率不变,错误;②移出部分CO2,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,正确;③该反应的正反应是放热反应,提高反应温度,平衡向逆反应方向移动,CO的转化率降低,错误;④反应前后气体的物质的量不变,减小容器的容积,增大压强,平衡不移动,CO的转化率不变,错误;⑤加入合适的催化剂,平衡不移动,错误;⑥该反应正反应是放热反应,降低反应温度,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,正确。
7.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,能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④B.①④⑥
C.②③⑤D.③⑤⑥
解析:
选B 该反应为吸热反应,升温平衡正向移动,反应物转化率提高,①正确;恒容时,通入稀有气体,反应物与生成物浓度不变,平衡不移动,②错误;增加CO浓度,平衡逆向移动,反应物转化率降低,③错误;该反应正反应为气体分子数增大的反应,减压时平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高,④正确;催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡状态,⑤错误;恒压时,通入稀有气体,容器体积增大,反应物与生成物浓度降低,平衡向气体增加的方向移动,即向正反应方向移动,反应物转化率提高,⑥正确。
8.在下列可逆反应中,增大压强或降低温度,均可使平衡正向移动的是( )
A.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应为放热反应)
B.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)(正反应为放热反应)
C.2NH3(g)N2(g)+3H2(g)(正反应为吸热反应)
D.SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)(正反应为放热反应)
解析:
选A A项,增大压强,平衡向正反应方向移动;降低温度,平衡也向正反应方向移动;B项,增大压强,平衡向逆反应方向移动;降低温度,平衡向正反应方向移动;C项,增大压强,平衡向逆反应方向移动;降低温度,平衡向逆反应方向移动;D项,增大压强,平衡不移动;降低温度,平衡向正反应方向移动。
9.在密闭容器中进行如下反应:
CO2(g)+C(s)
2CO(g) ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。
(1)增加C,平衡________,c(CO2)________。
(2)缩小反应容器的容积,保持温度不变,则平衡______,c(CO2)________。
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入N2,则平衡________,c(CO2)________。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡______,c(CO)________。
解析:
(1)C为固体,增加C,其浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。
(2)缩小反应容器的容积,即增大压
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