化学选修4 化学反应原理第2章 化学反应的方向、限度与速率第2节 化学反应的限度第2课时教案设计

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第2课时　反应条件对化学平衡的影响目标与素养：1.理解外界条件对化学平衡的影响，认识其一般规律。(变化观念与平衡思想)2.能运用化学平衡移动的原理解释相关化学问题。(证据推理与模型认知)3.能识别有关化学平衡图像。(变化观念与平衡思想)1．化学平衡的移动(1)内容：由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程。(2)图示表示2．平衡移动方向的判断(1)根据速率判断①若v(正)＞v(逆)，则平衡正向移动。②若v(正)＝v(逆)，则平衡不移动。③若v(正)＜v(逆)，则平衡逆向移动。(2)根据结果判断。对于一个已达到化学平衡状态的反应，如平衡移动的结果使反应产物浓度更大，则称平衡正向移动或向右移动；反之，称平衡逆向移动或向左移动。微点拨：反应速率改变时平衡不一定移动，但平衡移动时反应速率一定改变。3．外界条件对化学平衡的影响(1)温度对化学平衡的影响①实验2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－57.2 kJ·mol－1红棕色　　　无色实验内容实验现象实验结论将充有NO2的烧瓶放入热水中红棕色明显加深(填“加深”或“变浅”，下同)升高温度，平衡向左移动将充有NO2的烧瓶放入冷水中红棕色明显变浅降低温度，平衡向右移动②结论：研究发现，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。③原因：温度改变使平衡常数改变。微点拨：化学平衡移动，平衡常数不一定改变；平衡常数改变，平衡一定移动。(2)浓度对化学平衡的影响①实验：将0.01 mol·L－1 FeCl3溶液与0.03 mol·L－1 KSCN溶液等体积混合，发生反应：，将混合溶液均分置于Ⅰ、Ⅱ两支试管中，分别向Ⅰ、Ⅱ两支试管中加入FeCl3固体和KSCN固体：实验编号实验现象实验结论Ⅰ溶液颜色加深化学平衡向正反应方向移动Ⅱ溶液颜色加深化学平衡向正反应方向移动②结论：研究发现，在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，都可以使化学平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，都可以使化学平衡向逆反应方向移动。③原因：浓度的改变导致浓度商的改变，但K不变，使Q≠K，从而导致平衡移动。但浓度的改变不一定会使化学平衡发生移动。(3)压强对化学平衡的影响①实验在三支针筒中均抽入10 cm3 NO2气体[2NO2(g)N2O4(g)]，将针筒前端封闭，将第二支针筒活塞推至5 cm3处，将第三支针筒活塞拉至20 cm3处。实验编号实验现象实验结论第一支针筒——第二支针筒气体颜色先变深后变浅，最终比第一支的颜色深增大压强，化学平衡向生成N2O4的方向移动第三支针筒气体颜色先变浅后变深，最终比第一支的颜色浅减小压强，化学平衡向生成NO2的方向移动②结论：研究发现a．Δνg＝0　改变压强，化学平衡状态不变；b．Δνg≠0　增大压强，化学平衡向气态物质系数减小的方向移动。③原因压强改变导致浓度改变，浓度的改变导致浓度商(Q)的改变，使Q≠K，从而导致平衡移动。微点拨：压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应，增大压强时各气体组分的浓度变大，减小压强时各气体组合的浓度减小。4．平衡移动原理在封闭体系中，如果仅改变影响平衡体系的一个条件(如浓度、温度、压强)，平衡将向减弱这个改变的方向移动。微点拨：平衡移动的结果是“减弱”外界条件的改变而不是“消除”。1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)温度改变，平衡一定发生移动。  (　　)(2)平衡正向移动，反应物的转化率一定增大。 (　　)(3)改变压强时，平衡一定发生移动。 (　　)(4)改变外界条件使平衡正向移动的原因是v正增大，v逆减小。 (　　)(5)对于2NO2(g)N2O4(g)达到平衡时，若缩小反应容器的体积，则c(NO2)减小。               (　　)[提示]　(1)√(2)×　若增大某反应物浓度使平衡正向移动，则该反应物转化率减小。(3)×　对于反应前后气体系数相等的或反应体系中无气体参加的反应，改变压强平衡不移动。(4)×　平衡正向移动时，v正＞v逆，v正不一定增大，v逆不一定减小。(5)×　增大压强c(NO2)和c(N2O4)均增大。[教师备选]下列可逆反应达到平衡时，降低温度，平衡向正反应方向移动的是(　　)A．CO＋NO2CO2＋NO　ΔH＜0B．3O22O3　ΔH＞0C．PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH＞0D．N2O3N2O＋O2　ΔH＞0A　[降低温度化学平衡向放热反应(ΔH＜0)方向移动。]2．在注射器中充入NO2，平衡后在恒温下进行压缩，当体积减小时，则(　　)A．体系颜色比原来深B．体系颜色比原来浅C．体系颜色不变D．注射器内压强不变A　[对于可逆反应2NO2(g，红棕色)N2O4(g，无色)，增大压强，平衡右移，NO2的量减小，但NO2的浓度比原来大，故体系颜色变深。]3．已知：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＞0。该反应达到平衡后，下列条件的改变有利于反应向正方向进行的是(　　)A．升高温度和减小压强B．降低温度和减小压强C．降低温度和增大压强D．升高温度和增大压强A　[该反应正向为气体系数增大的吸热反应，故升高温度和减小压强有利于反应正向进行。]外界条件对化学平衡的影响1.温度对化学平衡的影响反应类型温度变化K值变化Q与K关系平衡移动方向放热反应升温减小Q＞K逆向移动降温增大Q＜K正向移动吸热反应升温增大Q＜K正向移动降温减小Q＞K逆向移动2.浓度对化学平衡的影响浓度变化Q值变化Q与K关系平衡移动方向反应物浓度增大减小Q＜K正向移动生成物浓度减小反应物浓度减小增大Q＞K逆向移动生成物浓度增大3.压强对化学平衡的影响对于反应体系中有气体参与的反应方程式中气态物质系数变化压强变化Q值变化Q与K关系平衡移动方向增大增大增大Q＞K逆向移动减小减小Q＜K正向移动减小增大减小Q＜K正向移动减小增大Q＞K逆向移动不变增大不变Q＝K不移动减小4.“惰性”气体对化学平衡的影响(1)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0：①若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时，充入氦气，由于体系内压强恒定，体积必增大，使c(N2)、c(H2)、c(NH3)减小，平衡向左移动(相当于减压)。②在恒温、恒容下，充入氦气时，平衡不发生移动。这种条件下充入“惰性”气体，虽平衡体系内的总压强增加，但因容器的体积不变，c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变，所以平衡不发生移动。(2)对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＜0：充入“惰性”气体，虽然压强或浓度发生变化，但平衡不移动。变化观念与平衡思想：对勒·夏特列原理的深化理解可逆反应达到平衡后，若改变外界条件，平衡可能会发生移动，平衡移动的结果会对外界条件的改变产生影响。    (1)平衡移动的结果只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化，如升高温度时，平衡向着吸热的反应方向移动；增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减小的方向移动；增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动等。(2)这种“减弱”并不能抵消外界条件的变化，更不会“超越”这种变化。如原平衡体系的压强为p，若其他条件不变，将体系压强增大到2p，平衡将向气体体积减小的方向移动，达到新平衡时的体系的压强将介于p～2p之间。【例1】　可逆反应2A2(g)＋B2(g)2A2B(l)(正反应为放热反应)已达到平衡，要使平衡向右移动，可以采取的措施是(　　)A．升高温度　　　 B．加入催化剂C．增大压强 D．增加A2B的量[答案]　C1使用催化剂，正、逆反应速率增大的倍数相同，化学平衡不移动。2改变固体或液体使用量，而不改变反应物浓度时，化学平衡不移动。1．一定温度下，反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在密闭容器中进行，一段时间后达到平衡状态。下列措施不能使平衡发生移动的是(　　)①增加C的物质的量　②保持体积不变，充入N2使体系压强增大　③将容器的体积缩小一半　④保持压强不变，充入N2使容器体积增大A．①②　　　B．②③　　　C．①④　　　D．③④[答案]　A2．可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持温度、容器容积不变，向容器中加入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商)(　　)A．Q不变，K变大，O2的转化率增大B．Q不变，K变大，SO2的转化率减小C．Q减小，K不变，O2的转化率减小D．Q增大，K不变，SO2的转化率增大C　[当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持温度、容器容积不变，向容器中加入一定量的O2，浓度商Q减小，平衡向右移动，但O2的转化率减小，K不变。]3．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。(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________。(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________。(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________。[答案]　(1)向右移动　减小　(2)向左移动　降低　(3)向右移动　减小解答化学平衡图像题的步骤与原则1.化学平衡图像题的解题“三步骤”(1)看图像一看面(即纵坐标与横坐标的意义)，二看线(即线的走向和变化趋势)，三看点(即起点、折点、交点、终点)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。(2)想规律联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。(3)作判断根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。2．化学平衡图像题的解答“两原则”(1)“定一议二”原则在化学平衡图像中，了解纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量的意义。在确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系，或在确定纵坐标所表示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。例如，反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图。定压看温度变化，升温，曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向左移动，正反应是放热反应。定温看压强变化，因为此反应是反应前后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向右移动，A的转化率增大，故p2>p1。(2)“先拐先平，数值大”原则对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如下图甲所示，表示反应物的转化率)或表示的压强较大[如下图乙所示，φ(A)表示反应物的体积分数]。甲　　　　　　　　　　　　　　　乙甲表示：T2＞T1；正反应放热。乙表示：p1＜p2；正反应为气体总体积缩小的反应。【例2】　已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　)D　[升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时NO的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故A项正确，D项错误；B项增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时NO的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故正确；C项有无催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故正确。]1．对于反应：2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，下列图像正确的是(　　)A．①② B．②③C．③④ D．①④D　[该反应的特点是气体物质分子数目减小的放热反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B的含量减小，C的物质的量分数增大；升高温度，平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，B的物质的量分数增大，C的物质的量分数减小，达到平衡的时间短，故①④正确。]2．反应L(s)＋aG(g)bR(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示，图中，压强p1>p2，x轴表示温度，y轴表示平衡混合气体中G的体积分数。据此可判断(　　)A．上述反应正方向是吸热反应B．上述反应正方向是放热反应C．a＞bD．a＋1＜b[答案]　A1．下列事实不能用平衡移动原理解释的是(　　)A．用排饱和食盐水法收集Cl2B．加压有利于合成氨反应C．冰镇的啤酒打开后泛起泡沫D．对2HI(g)H2(g)＋I2(g)平衡体系增加压强使颜色变深[答案]　D2．制取水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，欲使平衡向正反应方向移动，可采取的措施是(　　)A．增大水蒸气的浓度 B．增大C(s)的量C．增大CO(g)的浓度 D．增大压强A　[增大反应物浓度促使平衡正向移动；增大固体反应物的量对平衡无影响；增大生成物CO(g)的浓度，平衡逆向移动；增大压强平衡逆向(气体系数减小的方向)移动。]3．如图表示外界条件(温度、压强)的变化对反应：L(s)＋G(g)2R(g)　ΔH＞0的影响，则在图中Y表示(　　)A．平衡混合气体中R的质量分数B．平衡混合气体中G的体积分数C．G的平衡转化率D．L的平衡转化率B　[该反应的正反应为气体分子数增大的反应，且是吸热反应。压强不变，随着温度的升高，平衡正向移动，则平衡混合气体中R的质量分数增大，G的体积分数降低，反应物的转化率均增大，故B项正确，A、C、D项均错误；温度不变，随着压强的增大，平衡向逆反应方向移动，则平衡混合气体中R的质量分数减小，G的体积分数增大，反应物的转化率均降低，同样可以确定B项正确，A、C、D项错误。]4．在下列可逆反应中，增大压强或降低温度，均可使平衡向正反应方向移动的是    (　　)A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(ΔH<0)B．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)(ΔH<0)C．2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)(ΔH>0)D．SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)(ΔH<0)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。]5．反应A(g)B(g)＋C(g)在容积为1.0 L的密闭容器中进行，A的初始浓度为0.050 mol·L－1。温度T1和T2条件下，A的浓度与时间的关系如图所示。试回答下列问题：(1)上述反应的温度T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”，下同)，平衡常数K(T1)________K(T2)。(2)温度为T2时，5 min后反应达到平衡状态，A的转化率为70%，则反应的平衡常数K＝________。[解析]　(1)温度为T2时反应达到平衡所用的时间少，所以T1＜T2；温度越高，平衡时[A]越小，可判断该反应的正反应为吸热反应，则升高温度K增大，即K(T1)＜K(T2)。(2)　　　　　　　　　A(g)B(g)　＋　C(g)起始浓度/(mol·L－1)   0.050    0        0转化浓度/(mol·L－1)   0.035   0.035    0.035平衡浓度/(mol·L－1)   0.015   0.035    0.035K＝≈0.082 mol·L－1。[答案]　(1)＜　＜　(2)0.082 mol·L－1