2018-2019版高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 第2節(jié) 化學反應的限度 第3課時學案 魯科版選修4.doc

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第3課時　溫度對化學平衡的影響 [學習目標定位]　1.知道化學平衡移動的含義，會判斷化學平衡移動的方向。2.會判斷化學反應是否處于平衡狀態(tài)。3.知道溫度影響化學平衡移動的規(guī)律。 一、化學平衡移動 1.概念 化學平衡是在一定條件下建立起來的，由于溫度、濃度、壓強的變化而使可逆反應由一個平衡狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€平衡狀態(tài)的過程，稱為化學平衡移動。 2.過程分析 3.化學平衡移動方向的判斷 (1)根據(jù)結果判斷 對于一個已經(jīng)達到化學平衡狀態(tài)的反應，如果平衡移動的結果使反應產(chǎn)物濃度變大，則稱平衡正向(或向右)移動，反之，稱平衡逆向(或向左)移動。 (2)根據(jù)反應速率判斷 條件改變 (3)根據(jù)化學平衡常數(shù)判斷 改變條件 化學平衡移動的實質(zhì) 反應條件的改變使v正≠v逆是平衡移動的原因。正、逆反應速率發(fā)生變化后又相等，又建立新的平衡是平衡移動的結果。新平衡與舊平衡相比，平衡混合物中各組分的質(zhì)量(或濃度)發(fā)生相應的變化。 例1　下列說法不正確的是(　　) A.反應混合物各組分百分含量發(fā)生改變，化學平衡一定發(fā)生了移動 B.外界條件的改變引起濃度商或化學平衡常數(shù)改變，則平衡一定發(fā)生移動 C.平衡移動，反應物的濃度一定減小 D.外界條件發(fā)生變化，化學平衡不一定移動 答案　C 解析　外界條件的改變使正、逆反應速率不相等或Q≠K時才能使化學平衡發(fā)生移動，增大反應物濃度化學平衡移動時反應物的濃度增大。 考點　化學平衡移動 題點　化學平衡移動的概念 易錯警示　(1)外界條件改變，化學平衡不一定發(fā)生移動。 (2)化學平衡常數(shù)改變時，化學平衡一定發(fā)生移動；化學平衡常數(shù)不變時，化學平衡不一定發(fā)生移動。 二、溫度對化學平衡的影響 1.實驗探究 按表中實驗步驟完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象，填寫下表： 實驗原理 2NO2(g) N2O4(g)　ΔH＝－57.2 kJmol－1 紅棕色 無色 實驗步驟 實驗現(xiàn)象 熱水中混合氣體顏色加深；冰水中混合氣體顏色變淺 實驗結論 混合氣體受熱顏色加深，說明NO2濃度增大，即平衡向逆反應方向移動；混合氣體被冷卻時顏色變淺，說明NO2濃度減小，即平衡向正反應方向移動 2.理論分析 根據(jù)下表中的數(shù)據(jù)，分析平衡常數(shù)大小與溫度變化的關系，將其結論填入表中： 化學反應 2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－57.2 kJmol－1 溫度 298 K 333 K 平衡常數(shù) 6.8 mol－1L 0.601 mol－1L 結論 升高溫度，化學平衡常數(shù)減小，平衡向吸熱方向移動；降低溫度，化學平衡常數(shù)增大，化學平衡向放熱方向移動 (1)溫度對化學平衡移動的影響規(guī)律 其他條件不變時，溫度升高，平衡向吸熱反應方向移動；溫度降低，平衡向放熱反應方向移動。 (2)溫度對化學平衡影響的解釋 反應 類型 溫度 變化 K值變化 Q與K關系 平衡移動方向 放熱反應 升溫 減小 Q>K 逆向移動 降溫 增大 QK 逆向移動 例2　在某溫度下，反應ClF(g)＋F2(g)ClF3(g)　ΔH＝268 kJmol－1，在密閉容器中達到平衡，下列說法中正確的是(　　) A.升高溫度，平衡常數(shù)不變，平衡向正反應方向移動 B.升高溫度，平衡常數(shù)減小 C.升高溫度，平衡向正反應方向移動，F(xiàn)2的轉化率增大 D.降低溫度，ClF3的產(chǎn)率增大 答案　C 解析　因為ΔH>0，升高溫度，平衡常數(shù)增大，平衡向正反應方向移動，降低溫度平衡向逆反應方向移動。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　溫度影響對化學平衡移動的規(guī)律 方法總結　改變溫度平衡向右移動，反應物轉化率一定增大，化學平衡常數(shù)一定增大。 例3　在體積一定的密閉容器中，反應Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)達平衡。該反應的平衡常數(shù)K與溫度的關系如下表所示： 溫度/℃ 500 700 900 K 1.00 1.47 2.40 (1)該反應的化學平衡常數(shù)表達式是____________。 (2)該反應是________(填“吸熱”或“放熱”)反應。 (3)若升高溫度，CO2轉化率的變化是________(填“增大”“減小”或“不變”)。 答案　(1)K＝　(2)吸熱　(3)增大 解析　由表格中數(shù)據(jù)可知，溫度升高，K值增大，推知溫度升高平衡向正反應方向移動，故此反應的正反應為吸熱反應。 考點　溫度對化學平衡移動的影響 題點　化學平衡常數(shù)的影響因素及其應用 1.在一定條件下，可逆反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)達到化學平衡的標志是(　　) A.NH3的生成速率與NH3的分解速率相等 B.單位時間內(nèi)生成a mol N2同時生成3a mol H2 C.單位時間內(nèi)生成a mol N2同時消耗a mol H2 D.單位時間內(nèi)有1 mol N≡N鍵斷裂同時有3 mol H—H鍵斷裂 答案　A 解析　化學平衡的標志是v正＝v逆，故v(生成NH3)＝v(分解NH3)，A項正確；生成a mol N2與生成3a mol H2都表示逆反應，不論是否達到平衡，單位時間內(nèi)生成a mol N2總是同時生成3a mol H2，B項錯誤；生成a mol N2表示逆反應，消耗a mol H2表示正反應，但是N2、H2的化學計量數(shù)之比為1∶3，C項錯誤；1 mol N≡N鍵斷裂表示正反應，3 mol H—H鍵斷裂表示正反應，D項錯誤。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　由化學反應速率判斷平衡狀態(tài) 2.在一恒溫、恒容的密閉容器中發(fā)生反應A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，當下列物理量不再變化時，能夠表明該反應已達平衡狀態(tài)的是(　　) A.混合氣體的壓強 B.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量 C.A的物質(zhì)的量濃度 D.氣體的總物質(zhì)的量 答案　B 解析　因反應前后氣體分子數(shù)不變，故無論反應是否平衡，混合氣體的壓強和氣體的總物質(zhì)的量都不改變，故A、D項錯誤；A為固態(tài)，其物質(zhì)的量濃度為常數(shù)，故C項錯誤；若反應正向移動，混合氣體的質(zhì)量增加，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量變大，反之變小，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時說明反應達到平衡狀態(tài)，故B項正確。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　由“變量”到“恒量”判斷化學平衡狀態(tài) 3.高溫下，某反應達到平衡，平衡常數(shù)K＝。恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是(　　) A.該反應的焓變?yōu)檎? B.恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小 C.升高溫度，逆反應速率減小 D.該反應的化學方程式為CO＋H2OCO2＋H2 答案　A 解析　由平衡常數(shù)K＝，可知反應為CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D項錯誤；溫度升高時H2濃度減小，說明在恒容時平衡正向移動，ΔH>0，A項正確；恒溫恒容時，若采取通入H2增大壓強，則H2的濃度增大，B項錯誤；升高溫度，v正和v逆都增大，C項錯誤。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　溫度影響化學平衡移動的規(guī)律 4.在一定條件下，發(fā)生反應CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)，達到化學平衡后，降低溫度，混合物的顏色變淺，下列有關該反應的說法中正確的是(　　) A.正反應為吸熱反應 B.正反應為放熱反應 C.降溫后CO的濃度增大 D.降溫后各物質(zhì)的濃度不變 答案　B 解析　降低溫度，混合物顏色變淺，說明NO2濃度減小，平衡向右移動，正反應為放熱反應，CO濃度減小。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　由溫度變化與移動方向推斷焓變 5.將H2(g)和Br2(g)充入恒容密閉容器，恒溫下發(fā)生反應H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)　ΔH<0，平衡時Br2(g)的轉化率為a；若初始條件相同，絕熱下進行上述反應，平衡時Br2(g)的轉化率為b。a與b的關系是(　　) A.a>b B.a＝b C.ab。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　恒容絕熱容器中平衡的移動 6.在一固定容積的密閉容器中，充入2 mol CO2和1 mol H2發(fā)生如下化學反應：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化學平衡常數(shù)與溫度(T)的關系如下表： T/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列問題： (1)若反應在830 ℃下達到平衡，則CO2氣體的轉化率為________。 (2)若絕熱時(容器內(nèi)外沒有熱量交換)，平衡發(fā)生移動的結果是使容器內(nèi)CO的濃度增大，則容器內(nèi)氣體溫度________(填“升高”“降低”或“不能確定”)。 (3)能判斷該反應是否達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是_____________________________________ _______________________________________(填字母)。 A.容器內(nèi)壓強不變 B.混合氣體中[CO]不變 C.v正(H2)＝v逆(H2O) D.c(CO2)＝c(CO) E.c(CO2 )c(H2)＝c(CO)c(H2O) 答案　(1)33.3%　(2)降低　(3)BC 解析　(1)利用“三段式法”，結合化學平衡常數(shù)的表達式可以求出反應在830 ℃下達到平衡時CO2氣體的物質(zhì)的量，進而求出CO2氣體的轉化率為33.3%。 (2)利用表中數(shù)據(jù)：升溫，K值增大，說明反應是吸熱反應，若在絕熱條件下，平衡發(fā)生移動的結果是使容器內(nèi)CO的濃度增大，則平衡正向移動，吸收熱量，故容器內(nèi)氣體溫度降低。 (3)因該反應反應前后氣體物質(zhì)的量不變，故壓強不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的標志，由平衡狀態(tài)特征及本質(zhì)可知選項B、C可作為判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)，選項D、E與平衡狀態(tài)無直接關系。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　恒容絕熱容器中平衡的移動 [對點訓練] 題組1　化學平衡的判斷 1.一定條件下，在密閉容器中，能表示反應X(g)＋2Y(g)2Z(g)一定達到化學平衡狀態(tài)的是 (　　) ①X、Y、Z的物質(zhì)的量之比是1∶2∶2 ②X、Y、Z的濃度不再發(fā)生變化 ③容器中的壓強不再發(fā)生變化 ④單位時間內(nèi)生成n mol Z，同時生成2n mol Y A.①② B.①④ C.②③ D.③④ 答案　C 解析　本題主要考查化學平衡狀態(tài)的判斷?；瘜W平衡狀態(tài)的判定：方法一，從化學平衡的本質(zhì)入手，即v正＝v逆，如有信息能說明v正＝v逆，則說明化學平衡建立；方法二，從化學平衡的外部特點及各組分的濃度不再改變，各組分的質(zhì)量、含量不再改變來判斷化學平衡的建立。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　化學平衡狀態(tài)的綜合判斷 2.一定溫度下，在一容積不變的密閉容器中發(fā)生可逆反應2X(g)Y(g)＋Z(s)，以下不能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是(　　) A.混合氣體的密度不再變化 B.反應容器中Y的質(zhì)量分數(shù)不變 C.X的分解速率與Y的消耗速率相等 D.單位時間內(nèi)生成1 mol Y的同時生成2 mol X 答案　C 解析　X的分解速率與Y的消耗速率之比為2∶1時，才能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C項說明反應未達到平衡狀態(tài)。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　由“變量”到“恒量”判斷平衡狀態(tài) 3.工業(yè)上常用煤和水作為原料經(jīng)過多步反應制得氫氣，其中一步反應的原理為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，下面選項的條件中可判斷該反應達到平衡狀態(tài)的是(　　) A.單位時間內(nèi)消耗2 mol的CO同時生成2 mol的CO2 B.兩個H—O鍵斷裂的同時有一個H—H鍵斷裂 C.反應容器內(nèi)的壓強不再發(fā)生變化 D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化 答案　B 解析　A項描述的反應速率都是v正，無法判斷是否達到平衡；B項說明H2O的分解速率(v正)與H2的消耗速率(v逆)相等，即v正(H2O)＝v逆(H2)，能判斷反應達到平衡；C項，由于該反應前后氣體的物質(zhì)的量不變，故壓強始終不變，不能說明可逆反應達到平衡；D項，混合氣體的質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，反應前后混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，故不能說明反應達到平衡狀態(tài)。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　化學平衡狀態(tài)的綜合判斷 4.能證明反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是(　　) ①c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2 ②單位時間內(nèi)生成n mol H2的同時消耗n mol I2 ③反應速率2v(H2)＝2v(I2)＝v(HI) ④溫度和體積一定時，容器內(nèi)的壓強不再變化 ⑤溫度和壓強一定時，混合氣體的密度不再變化 ⑥溫度和體積一定時，混合氣體的顏色不再變化 A.①③ B.②⑥ C.③⑥ D.④⑤ 答案　B 解析　本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷，意在考查學生對化學平衡相關概念的理解與應用能力。達到平衡時，各物質(zhì)的濃度之比與反應開始時加入的物質(zhì)的量有關，因此各物質(zhì)的濃度之比不能作為反應達到平衡狀態(tài)的標志，①錯；H2和I2均為反應物，且化學計量數(shù)相同，故②正確；③中的速率關系在任何時刻都成立，與反應是否達到平衡無關；該反應是反應前后氣體分子數(shù)不變的反應，溫度和體積一定時，容器內(nèi)的壓強始終不變，溫度和壓強一定時，容器內(nèi)混合氣體的密度始終不變，因此壓強和混合氣體的密度不能作為該反應達到平衡狀態(tài)的標志，④和⑤錯；未達到平衡時，碘蒸氣的多少決定了混合氣體顏色的深淺，⑥正確。 考點　化學平衡狀態(tài)及其判斷 題點　化學平衡狀態(tài)的綜合判斷 題組2　化學平衡的移動 5.從下列敘述中，能判斷某化學平衡肯定發(fā)生移動的是(　　) A.混合物中各組分的濃度改變 B.混合體系中氣體的密度發(fā)生變化 C.正、逆反應速率改變 D.反應物的轉化率改變 答案　D 解析　反應前后氣體分子數(shù)相等的反應，如I2(g)＋H2(g)2HI(g)，當改變體積時，各組分的濃度、混合氣體的密度均將發(fā)生變化，同時正、逆反應速率也將同倍數(shù)的改變，但平衡不移動，故A、B、C項錯誤；當反應物的轉化率改變時，平衡一定發(fā)生了移動，故D項正確。 考點　化學平衡移動 題點　化學平衡移動的概念 6.對處于化學平衡狀態(tài)的體系，由化學平衡與化學反應速率的關系可知(　　) A.化學反應速率變化時，化學平衡一定發(fā)生移動 B.化學平衡發(fā)生移動時，化學反應速率一定變化 C.正反應進行的程度大，正反應速率一定大 D.改變壓強，化學反應速率一定改變，平衡一定移動 答案　B 解析　A項，如果正、逆反應速率改變幅度一樣大，則平衡不移動，錯誤；B項，化學平衡發(fā)生移動，則速率一定改變，正確；C項，反應進行的程度與速率無關，錯誤；D項，改變壓強，化學反應速率不一定改變(如固液反應或容器體積不變的反應體系中充入“惰性”氣體)，平衡也不一定移動，錯誤。 考點　化學平衡移動 題點　化學平衡移動的概念 題組3　溫度對化學平衡的影響 7.某溫度下氣體反應達到化學平衡，平衡常數(shù)K＝，恒容時，若溫度適當降低，F(xiàn)的濃度增大，下列說法中正確的是(　　) A.增大c(A)、 c(B)，K增大 B.降低溫度，正反應速率增大 C.該反應的焓變?yōu)樨撝? D.該反應的化學方程式為2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g) 答案　D 解析　A項，平衡常數(shù)K只隨溫度變化，不隨濃度變化，故不正確；B項，降低溫度，正、逆反應速率均減小，不正確；C項，降溫，F(xiàn)濃度增大，表明平衡逆向移動，正反應是吸熱反應，則焓變?yōu)檎担徽_；D項，根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式可知A、B是生成物，E、F為反應物，且對應指數(shù)為其相應的化學計量數(shù)，正確。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　由溫度變化和平衡移動方向推斷焓變 8.對于反應A(g)＋3B(g)2C(g)　ΔH<0，達到平衡后，將氣體混合物的溫度降低，下列敘述中正確的是(　　) A.平衡向吸熱反應方向移動 B.平衡移動使C的濃度減小 C.平衡逆向移動 D.化學平衡常數(shù)增大 答案　D 解析　已知該反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，化學平衡常數(shù)增大。 考點　溫度變化對化學平衡移動的影響 題點　溫度影響化學平衡移動的規(guī)律 9.測得某反應A(g)＋B(g)2C(g)在不同溫度下的平衡常數(shù)： 溫度 50 ℃ 80 ℃ K 100 400 又測得溫度T時，反應2C(g)A(g)＋B(g)的平衡常數(shù)為0.06，可推知T的范圍是(　　) A.T<50 ℃ B.T>80 ℃ C.50 ℃”“<”或“＝”)K2。 答案　(1)逆向　(2)> 解析　(1) 　　　　　 CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 起始濃度(molL－1) 1 2 0 轉化濃度(molL－1) 0.5 1 0.5 平衡濃度(molL－1) 0.5 1 0.5 化學平衡常數(shù)K＝＝1 mol－2L2，再充入0.1 mol CO(g)和0.2 mol CH3OH(g)后，Q＝＝ mol－2L2>K，平衡逆向移動。 (2)實驗Ⅱ絕熱，由于該反應為放熱反應，所以溫度升高，K減小，故K1>K2。 考點　化學平衡及其移動的綜合 題點　化學平衡常數(shù)及溫度變化影響化學平衡移動的綜合 12.CuBr2分解的熱化學方程式為2CuBr2(s)===2CuBr(s)＋Br2(g)　ΔH＝105.4 kJmol－1。在密閉容器中將過量CuBr2于487 K下加熱分解，平衡時p(Br2)為4.66103 Pa。 (1)如果反應體系的體積不變，提高反應溫度，則p(Br2)將會__________(填“增大”“不變”或“減小”)。 (2)利用“化學蒸氣轉移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應 TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0。 ①反應的平衡常數(shù)表達式K＝__________________________________________________ ， 若K＝1，向某恒容密閉容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡轉化率為________ 。 ②如下圖所示，上述反應在石英真空管中進行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純凈的TaS2晶體，則溫度T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。上述反應體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是________。 答案　(1)增大 (2)①　66.7%　②<　I2 解析　(1)CuBr2的分解反應是吸熱反應，升高溫度平衡向右移動使n(Br2)增大，同時由于體積不變，溫度升高，所以p(Br2)增大。 (2)①K＝，通過三段式法列出平衡濃度，帶入K值可以得出轉化率為66.7%。 ②由所給方程式可知該反應為吸熱反應，溫度T2端利于反應正向進行，為高溫，溫度T1端利于反應向左進行，為低溫，所以T1”或“<”)0；100 ℃時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化如圖所示。反應的平衡常數(shù)K1為________。 (2)100 ℃時達平衡后，改變反應溫度為T，c(N2O4)減小，經(jīng)10 s又達到平衡。T________(填“大于”或“小于”)100 ℃，判斷理由是____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)現(xiàn)將1 mol N2O4充入一恒溫恒壓密閉容器中，下列示意圖不能說明反應達到平衡狀態(tài)的是________。 答案　(1)>　0.36 molL－1　(2)大于　正反應方向吸熱，反應向吸熱方向進行，故溫度升高　(3)b 解析　(1)由題意及圖示知，在1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N2O4，發(fā)生反應：N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高混合氣體的顏色變深，說明反應向生成NO2的方向移動，即向正反應方向移動，所以正反應為吸熱反應，即ΔH>0；求平衡常數(shù)可利用三段式： 　　　　　　　　　N2O4(g)2NO2(g) 起始量(molL－1) 0.100 0 轉化量(molL－1) 0.060 0.120 平衡量(molL－1) 0.040 0.120 K1＝＝＝0.36 molL－1。 (2)100 ℃時達平衡后，改變反應溫度為T，c(N2O4)減小，說明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反應方向移動，由于ΔH>0，故T>100 ℃。 (3)a項，恒溫恒壓時，反應后氣體體積增大，質(zhì)量不變，密度減小，當密度不變時，說明反應達到平衡狀態(tài)；b項，對于一個特定反應，溫度不變，ΔH不變，不能作為判斷反應是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)；c項，在t1時刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反應達到平衡狀態(tài)；d項，隨反應的進行，反應物的轉化率增大，轉化率不變，證明反應達到平衡。 考點　溫度變化對化學平衡的影響 題點　溫度影響化學平衡移動的規(guī)律