人教版高中化学选修四第二章 第三节 第3课时 温度、催化剂对化学平衡移动的影响

第3课时 温度、催化剂对化学平衡移动的影响

[核心素养发展目标] 1.变化观念与平衡思想：从变化的角度认识化学平衡的移动，即可逆反应达到平衡后，温度、催化剂改变，平衡将会发生移动而建立新的平衡。2.证据推理与模型认知：通过实验论证说明温度、催化剂的改变对化学平衡移动的影响，构建分析判断化学平衡移动方向的思维模型(勒夏特列原理)。

一、温度对化学平衡移动的影响

1．实验探究温度对化学平衡移动的影响

按表中实验步骤要求完成实验，观察实验现象，填写下表：

实验原理 红棕色2NO2g无色N2O4g ΔH＝－56.9 kJ·mol－1

实验步骤

实验现象 热水中混合气体颜色加深；

冰水中混合气体颜色变浅

实验结论 混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度增大，即平衡向逆反应方向移动；混合气体被冷却时颜色变浅，说明NO2浓度减小，即平衡向正反应方向移动

2.由图像分析温度对化学平衡移动的影响

已知反应：mA(g)＋nB(g)pC(g) m＋n

(1)图①表示的温度变化是升高，平衡移动方向是向逆反应方向。

(2)图②表示的温度变化是降低，平衡移动方向是向正反应方向。

(3)正反应是放热反应，逆反应是吸热反应。

3．温度对化学平衡移动的影响规律

(1)任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热)，所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。

(2)升高温度，v放、v吸均增大，但v吸增大程度大；

降低温度，v放、v吸均减小，但v吸减小程度大。

(3)当其他条件不变时：

温度升高，平衡向吸热反应方向移动；

温度降低，平衡向放热反应方向移动。 例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，平衡向右移动

B．正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向左移动

C．正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向右移动

D．正反应速率和逆反应速率都减小，平衡向左移动

答案 C

解析 降低温度，v正、v逆均减小，平衡向放热反应方向移动，即平衡正向移动。 考点 催化剂和温度变化对化学平衡移动的影响

题点 温度影响化学平衡移动的规律

例2 取五等份NO2，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生反应：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。反应相同时间后，分别测定体系中NO2的体积分数，并作出其随反应温度变化的关系图。下列示意图中，可能与实验结果相符的是( )

答案 D

解析 在五个相同容积的恒容容器中同时通入等量的NO2，在不同温度下反应相同时间。有两种可能，一是反应已达到平衡状态，二是反应还没有达到平衡状态，仍然在向正反应方向进行。若五个容器中的反应均已达到平衡状态，因为正反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NO2的体积分数随温度的升高而增大；若五个容器中有未达到平衡状态的反应，那么温度越高，反应速率越大，会出现温度较高的NO2转化得快，NO2的体积分数小的情况。故D图符合，其中转折点为平衡状态，转折点左侧为未平衡状态，右侧为平衡状态。 考点 催化剂和温度变化对化学平衡移动的影响

题点 温度影响化学平衡移动的规律

相关链接 温度变化对化学平衡的影响规律

化学平衡

aA＋bBcC＋dD ΔH＞0 aA＋bBcC＋dD ΔH＜0

体系温度的变化 升高温度 降低温度 降低温度 升高温度

反应速率的变化 v正、v逆同时增大，且v′正＞v′逆 v正、v逆同时减小，且v′正＜v′逆 v正、v逆同时减小，且v′正＞v′逆 v正、v逆同时增大，且v′正＜v′逆

平衡移动的方向 正反应方向 逆反应方向 正反应方向 逆反应方向

v－t图像

规律总结 在其他条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动

二、催化剂对化学平衡的影响

1．催化剂对化学平衡的影响分析

(1)加入催化剂可以大大地加快反应速率，是因为它可以降低反应所需活化能，从而提高活化分子百分数，增大反应速率，但是由于催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率，因此它对化学平衡移动无影响。

(2)对于N2＋3H22NH3反应，NH3的体积分数如图所示：

其中m表示使用催化剂情况，n表示未使用催化剂情况。

2．催化剂对化学平衡的影响规律

当其他条件不变时：

催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成，但是使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。

例3 一定温度下，可逆反应：aX(g)＋bY(g)cZ(g)在一密闭容器内达到平衡后，t0时刻改变某一外界变化，化学反应速率(v)随时间(t)的变化如图所示。则下列说法正确的是( )

A．若a＋b＝c，则t0时刻只能是增大了容器的压强

B．若a＋b＝c，则t0时刻只能是加入了催化剂

C．若a＋b≠c，则t0时刻只能是增大了容器的压强

D．若a＋b≠c，则t0时刻只能是加入了催化剂

答案 D

解析 从图像可知，t0时刻改变条件后正、逆反应速率同等程度增大，但平衡不移动，若a＋b＝c，则t0时刻可以是增大压强或使用催化剂；若a＋b≠c，则t0时刻只能是使用催化剂，D项正确。 考点 催化剂和温度变化对化学平衡移动的影响

题点 温度、催化剂对化学平衡影响的综合

相关链接 解化学平衡移动类题的一般方法

化学平衡的实质是v正＝v逆≠0，因此只要外界条件改变导致v正≠v逆，化学平衡就会发生移动。因此判断化学平衡移动方向的一般方法是运用勒夏特列原理分析外界条件的改变对正反应速率和逆反应速率影响程度的相对大小，然后判断平衡是否发生移动及移动的方向。解题思路一般如下：

三、勒夏特列原理

1．平衡移动过程中的量变分析

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，当改变下列条件后，请填写下列内容：

(1)若增大N2的浓度，平衡移动的方向是正向移动；达新平衡时，氮气的浓度与改变时相比较，其变化是减小。但新平衡时的浓度大于原平衡时的浓度。

(2)若升高温度，平衡移动的方向是逆向移动；达新平衡时的温度与改变时相比较，其变化是降低。但新平衡时的温度高于原平衡时的温度。

(3)若增大压强，平衡移动的方向是正向移动；达新平衡时的压强与改变时相比较，其变化是减小。但新平衡时的压强大于原平衡时的压强。

2．勒夏特列原理

(1)勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件(如参加反应的化学物质的浓度、压强和温度)之一，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

(2)勒夏特列原理的适用范围：化学反应平衡等所有的动态平衡，只能解释平衡移动造成的结果或现象。

(3)对“减弱这种改变”的正确理解

①定性角度：用于判断平衡移动的方向。

②定量角度：“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”。 例4 下列不能用勒夏特列原理解释的事实是( )

A．红棕色的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

答案 B

解析 A项，涉及二氧化氮与四氧化二氮的平衡转化，故可以用勒夏特列原理解释；B项，加压后平衡不移动，但体积缩小，浓度增大使颜色变深，不能用勒夏特列原理解释；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，故可以用勒夏特列原理解释；D项，合成氨工业加压使化学平衡向右移动，可以用勒夏特列原理解释。 考点 化学平衡影响因素的综合

题点 勒夏特列原理的理解与应用

例5 在密闭容器中进行如下反应：CO2(g)＋C(s)高温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(s)，则平衡__________(填“逆向移动”“正向移动”或“不移动”，下同)，c(CO2)________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。

(2)保持温度不变，增大反应容器的容积，则平衡_______，c(CO2)________。

(3)保持反应容器的容积和温度不变，通入He，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)________。

答案 (1)不移动 不变 (2)正向移动 减小 (3)不移动 不变 (4)正向移动 增大

解析 (1)C为固体，增加C的量，其浓度不变，平衡不移动，c(CO2)不变。

(2)增大反应容器的容积，即减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动，c(CO2)减小。

(3)通入He，但容积和温度不变，平衡不会发生移动，c(CO2)不变。

(4)容积不变，升高温度，平衡向吸热方向移动，c(CO)增大。

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勒夏特列原理解读

(1)勒夏特列原理仅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。此外，勒夏特列原理对所有的动态平衡(如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等)都适用。

(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件，则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时，才能根据勒夏特列原理进行判断。

(3)勒夏特列原理中的“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”，即平衡移动不能将外界影响完全消除，而只能减弱。如果平衡体系的压强为p，若其他条件不变，将体系的压强增大到2p，平衡将向气态物质分子数减小的方向移动，达到新平衡体系的压强介于p～2p之间。

(4)应用勒夏特列原理时应弄清是否真的改变了影响化学平衡的条件。如改变平衡体系中固体或纯液体的量；对于有气体存在的化学平衡体系，在恒容、恒温条件下充入惰性气体，未改变影响化学平衡的条件。