鲁科版 (2019)选择性必修1第2节 化学反应的限度第2课时学案及答案

第2课时　反应条件对化学平衡的影响

1．化学平衡的移动

(1)内容：受温度、压强或浓度变化的影响，化学反应由一种平衡状态变为另一种平衡状态的过程。

(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)温度的影响

①实验

2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－57.2 kJ·mol－1

红棕色　　　无色

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)浓度的影响

①

②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。

微点拨：浓度的改变不一定会使化学平衡移动。

(3)压强的影响

①Δvg＝(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)－(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和)。

②结论：Δvg＝0　改变压强，化学平衡状态不变；

Δvg≠0　增大压强，化学平衡向化学方程式中气态物质化学式前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)规律总结

升高温度，有利于平衡向吸热方向移动

改变浓度，若Q＞K，平衡逆向移动；若Q＜K，平衡正向移动

改变压强，若Q＞K，平衡逆向移动；若Q＜K，平衡正向移动(对有气体参与的反应)

4．平衡移动原理

在均相、封闭体系中，只改变平衡体系中的一个条件(如浓度、温度或压强)时，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。

2．压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是(　　)

A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)

B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

C．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

D．C(s)＋CO2(g)2CO(g)

A　[对于反应前后气体分子数目不变的反应，改变压强对平衡无影响。]

3．下列说法正确的是(　　)

A．可逆反应的特征是正反应速率和逆反应速率相等

B．在其他条件不变时，使用催化剂只能改变反应速率，而不能改变化学平衡状态

C．在其他条件不变时，升高温度可以使平衡向放热反应方向移动

D．在其他条件不变时，增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态

B　[可逆反应的特征是反应过程中，任何物质都不能完全转化，A错；催化剂改变反应的途径，降低反应所需的活化能，从而改变(主要是增大)反应速率，缩短达到平衡的时间，但不能影响化学平衡，B正确；在其他条件不变时，升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动，C错；增大压强对于非等体积可逆反应来说，一定会破坏气体反应的平衡状态，但对于无气体参与的反应或等体积的可逆反应，均无影响，D错。]

外界条件对化学平衡的影响

(素养养成——科学探究与创新意识)

已知常温下红棕色的NO2能自动生成无色的N2O4,2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0。现在做下面的实验，装置如图所示：

在三个连通的烧瓶里盛有NO2和N2O4的混合气体，然后用夹子夹住橡皮管。先将三个烧瓶分别放入盛有室温水的烧杯里，可以观察到混合气体颜色无变化，接着向甲烧杯里加入致热盐无水CaCl2(加MgSO4、AlCl3、BaCl2中任一种)，向丙烧杯里加入致冷盐KNO3(加NaNO3、NH4NO3、NH4Cl中任一种)，不断搅拌直至溶液饱和，可以看到，随着盐的加入，甲中混合气体的颜色变深，丙中混合气体的颜色变浅，乙中混合气体的颜色不变。

1．根据上述实验现象，请你从K与Q之间的关系角度，分析产生上述实验现象的原因。

提示：甲中温度升高，正反应K值减小，Q>K，平衡逆向移动，NO2浓度增大，颜色加深；乙中温度不变，K不变，Q＝K，平衡不发生移动，NO2浓度不变，颜色不变；丙中温度降低，正反应K增大，Q<K，平衡正向移动，NO2浓度减小，颜色变浅。

2．①若在乙中再充入适量的NO2气体，容器内的颜色将如何变化？②若向乙中再充入适量的N2，装置内气体的颜色是否发生变化？上述两种情况，装置乙中的压强有什么变化？通过该实验你能得到什么启示？

提示：①充入NO2时，NO2浓度增大，烧瓶内颜色加深，然后气体颜色变浅，最终气体颜色比未充入NO2时颜色深。

②充入N2时，烧瓶中气体颜色没有发生任何变化。不管充入NO2还是充入N2，烧瓶内压强都增大。增大压强化学平衡不一定发生移动，压强的改变必须引起反应物、反应产物浓度发生变化，致使Q≠K，化学平衡才会发生移动。

1．温度对化学平衡的影响

2．浓度对化学平衡的影响

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

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。

5．对“勒·夏特列原理”的理解

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。

1．在密闭容器中，一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，达到平衡时，测得A的浓度为0.5 mol·L－1，在温度不变的条件下，将容器的容积扩大到原来的两倍，再达到平衡时，测得A的浓度减小为0.3 mol·L－1，下列有关说法正确的是(　　)

A．x＋y＜z

B．平衡向正反应方向移动

C．B的浓度增大

D．C的体积分数减小

D　[恒温条件下扩大容器容积，则体系的压强减小，平衡向气体总体积增大的方向移动。原平衡时A的浓度为0.5 mol·L－1，当容器容积扩大为原来的两倍，假设平衡不移动，则A的浓度将变为0.25 mol·L－1，而实际达到新平衡时A的浓度为0.3 mol·L－1，说明平衡向生成A的方向移动，即平衡向逆反应方向移动，所以生成A的方向为气体总体积增大的方向，即x＋y>z，A错误；平衡向逆反应方向移动，B错误；虽然平衡向逆反应方向移动，但根据勒·夏特列原理可知，达到新平衡时，B的浓度依然比原平衡时小，C错误；平衡向逆反应方向移动，消耗C，则C的体积分数减小，D正确。]

2．(双选)对于可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g)　ΔH＜0，达到平衡时，要使正反应速率增大，且使A的转化率增大，以下采取的措施可行的是(　　)

A．降低温度 B．增大A的浓度

C．减小C的浓度 D．增大压强

AD　[该反应的ΔH＜0，降低温度，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，A符合题意；增大A的浓度，A的转化率减小，故B不符合题意；减小C的浓度，正反应速率逐渐减小，C不符合题意；增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，D符合题意。]

3．下列事实不能用勒·夏特列原理解释的是(　　)

A．对NO2加压后，气体颜色先变深后变浅

B．Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后，溶液颜色变深

C．氯水宜保存在低温、避光条件下

D．加催化剂，使氮气和氢气在一定条件下转化为氨气

D　[A项，存在平衡：2NO2(g)N2O4(g)，加压条件下气体体积减小，浓度增大，混合气体颜色变深，但压强增大平衡正向移动，向新平衡移动的过程中，气体颜色变浅，能用勒·夏特列原理解释；B项，存在平衡：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，加入固体KSCN，SCN－的浓度增大，平衡正向移动，溶液颜色加深，能用勒·夏特列原理解释；C项，存在平衡：Cl2＋H2OHCl＋HClO，生成的HClO见光易分解，平衡正向移动，氯水保存在低温、避光条件下，抑制平衡的移动，避免氯水变质，能用勒·夏特列原理解释；D项，存在平衡：N2＋3H22NH3，催化剂能加快反应速率，但对化学平衡移动没有影响，不能用勒·夏特列原理解释。]

解答化学平衡图像题的步骤与原则

(素养养成——变化观念与平衡思想)

可逆反应mA(g)＋nB(g)xC(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1在不同温度、压强下反应物A的转化率的变化情况如下图所示。

　　　　　            　甲　　  　　　　乙

1．分析图甲A的转化率与压强随时间变化的图像，p1与p2之间的大小关系如何？m、n、x之间又有什么样的关系？

提示：p1＞p2；m＋n＞x。

2．分析图乙A的转化率与温度之间变化关系，判断Q的正、负？若纵坐标改为A的百分含量，曲线不变，则该反应正反应属于放热反应还是吸热反应？

提示：Q为负值；吸热反应。

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。

1．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1。若反应物初始物质的量相同，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。]

2．对于反应：2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH＜0，下列图像正确的是(　　)

A．①②   B．②③

C．③④ D．①④

D　[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。]

3．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＞b

D．a＋1＜b

[答案]　A

1．下列叙述中一定能判断某化学平衡发生移动的是(　　)

A．混合物中各组分的浓度改变

B．正、逆反应速率改变

C．混合物中各组分的含量改变

D．混合体系的压强发生改变

C　[对于反应前后气体总物质的量不变的反应，缩小容器的容积，混合物中各组分浓度改变，但平衡不发生移动，A项不符合题意；使用合适的催化剂，正、逆反应速率都改变，但平衡不移动，B项不符合题意；如果反应前后气体总物质的量不变，则压强的变化对平衡无影响，D项不符合题意。]

2．(素养题)已知在K2Cr2O7溶液中存在着如下平衡：

Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋

  (橙色)         (黄色)

加入下列物质能使溶液显橙色的是(　　)

A．氨水　　 B．稀硫酸

C．碳酸氢钠溶液 D．水

B　[加入氨水，与溶液中的H＋反应，c(H＋)减小，平衡向正反应方向移动，c(Cr2O)减小，c(CrO)增大，溶液显黄色，A错误；加入稀硫酸，溶液中c(H＋)增大，平衡向逆反应方向移动，c(CrO)减小，c(Cr2O)增大，溶液显橙色，B正确；加入碳酸氢钠会消耗H＋，c(H＋)减小，平衡向正反应方向移动，c(Cr2O)减小，c(CrO)增大，溶液显黄色，C错误；加水稀释，平衡正向移动，溶液显黄色，D错误。]

3．(双选)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．减小CO(g)的浓度 D．增大压强

AC　[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；减小反应产物CO(g)的浓度，平衡正向移动；增大压强平衡逆向(气体系数减小的方向)移动。]

4．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。]

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c平(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)

初始浓度/(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     0.035

K＝≈0.082 mol·L－1。

[答案]　(1)＜　＜　(2)0.082 mol·L－1