2020版高中化学第2章第2节第3课时温度对化学平衡的影响学案含解析鲁科版选修
第3课时 温度对化学平衡的影响[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。一、化学平衡移动1．化学平衡移动的概念与实质(1)概念：化学平衡是在一定条件下建立起来的，由于温度、浓度、压强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，称为化学平衡移动。(2)实质：改变条件后，①v正≠v逆，②各组分的百分含量发生改变。2．化学平衡移动的过程分析注意：新平衡与原平衡相比，平衡混合物中各组分的浓度(或质量)发生相应的变化。3．化学平衡移动方向的判断(1)根据结果判断对于一个已经达到化学平衡状态的反应，如果平衡移动的结果使反应产物浓度变大，则称平衡正向(或向右)移动，反之，称平衡逆向(或向左)移动。(2)根据反应速率判断条件改变(3)根据化学平衡常数判断改变条件例1 下列说法不正确的是( )A．反应混合物各组分百分含量发生改变，化学平衡一定发生了移动B．外界条件的改变引起v正≠v逆，则平衡一定发生移动C．平衡移动，反应物的浓度一定减小D．外界条件发生变化，化学平衡不一定移动答案 Cn解析 外界条件的改变使正、逆反应速率不相等时才能使化学平衡发生移动，增大某反应物浓度使化学平衡移动时，该反应物的浓度增大。考点 化学平衡移动概念的理解题点 由反应速率理解化学平衡的移动思维启迪(1)外界条件改变，化学平衡不一定发生移动。(2)化学平衡常数改变时，化学平衡一定发生移动；化学平衡常数不变时，化学平衡不一定发生移动。二、温度对化学平衡的影响1．实验探究温度对化学平衡的影响按表中实验步骤完成实验，观察实验现象，填写下表：实验原理 ΔH＝－57.2kJ·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.温度对化学平衡影响的解释反应类型温度变化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逆向移动3.温度对化学平衡移动的影响规律其他条件不变时，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2 在某温度下，反应ClF(g)＋F2(g)ClF3(g) ΔH＝268kJ·mol－1n，在密闭容器中达到平衡，下列说法中正确的是( )A．升高温度，平衡常数不变，平衡向正反应方向移动B．升高温度，平衡常数减小C．升高温度，平衡向正反应方向移动，F2的转化率增大D．降低温度，ClF3的产率增大答案 C解析 因为ΔH>0，升高温度，平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，降低温度平衡向逆反应方向移动。考点 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改变温度平衡向右移动，反应物转化率一定增大，化学平衡常数一定增大。例3 在体积一定的密闭容器中，反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)达平衡。该反应的平衡常数K与温度的关系如下表所示：温度/℃500700900K1.001.472.40(1)该反应的化学平衡常数表达式是____________。(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。(3)若升高温度，CO2转化率的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”)。答案 (1)K＝ (2)吸热 (3)增大解析 由表格中数据可知，温度升高，K值增大，推知温度升高平衡向正反应方向移动，故此反应的正反应为吸热反应。考点 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1．在一定条件下，可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡的标志是( )nA．NH3的生成速率与NH3的分解速率相等B．单位时间内生成amolN2同时生成3amolH2C．单位时间内生成amolN2同时消耗amolH2D．单位时间内有1molN≡N键断裂同时有3molH—H键断裂答案 A解析 化学平衡的标志是v正＝v逆，故v(生成NH3)＝v(分解NH3)，A项正确；生成amolN2与生成3amolH2都表示逆反应，不论是否达到平衡，单位时间内生成amolN2总是同时生成3amolH2，B项错误；生成amolN2表示逆反应，消耗amolH2表示正反应，但是N2、H2的化学计量数之比为1∶3，C项错误；1molN≡N键断裂表示正反应，3molH—H键断裂表示正反应，D项错误。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断2．在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再变化时，能够表明该反应已达平衡状态的是( )A．混合气体的压强B．混合气体的平均相对分子质量C．A的物质的量浓度D．气体的总物质的量答案 B解析 因反应前后气体分子数不变，故无论反应是否平衡，混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变，故A、D项错误；A为固态，其物质的量浓度为常数，故C项错误；若反应正向进行，混合气体的质量增加，则混合气体的平均相对分子质量变大，反之变小，故混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态，故B项正确。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断3．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是( )A．该反应的焓变为正值B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C．升高温度，逆反应速率减小D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2答案 An解析 由平衡常数K＝，可知反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，D项错误；温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH>0，A项正确；恒温恒容时，若采取通入H2增大压强，则H2的浓度增大，B项错误；升高温度，v正和v逆都增大，C项错误。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度影响化学平衡移动的规律4．在一定条件下，发生反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)，达到化学平衡后，降低温度，混合物的颜色变浅，下列有关该反应的说法中正确的是( )A．正反应为吸热反应B．正反应为放热反应C．降温后CO的浓度增大D．降温后各物质的浓度不变答案 B解析 降低温度，混合物颜色变浅，说明NO2浓度减小，平衡向右移动，正反应为放热反应，CO浓度减小。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度影响化学平衡移动的规律5．将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器中，恒温下发生反应：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g) ΔH<0，平衡时Br2(g)的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是( )A．a>bB．a＝bC．ab。考点 温度变化对化学平衡移动的影响题点 恒容绝热容器中平衡的移动n题组一 化学平衡的判断1．一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X(g)＋2Y(g)2Z(g)一定达到化学平衡状态的是( )①X、Y、Z的物质的量之比是1∶2∶2②X、Y、Z的浓度不再发生变化③容器中的压强不再发生变化④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolYA．①②B．①④C．②③D．③④答案 C解析 本题主要考查化学平衡状态的判断。化学平衡状态的判定：方法一，从化学平衡的本质入手，即v正＝v逆，如有信息能说明v正＝v逆，则说明化学平衡建立；方法二，从化学平衡的外部特点及各组分的浓度不再改变，各组分的质量、含量不再改变来判断化学平衡的建立。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断2．一定温度下，在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )A．混合气体的密度不再变化B．反应容器中Y的质量分数不变C．X的分解速率与Y的消耗速率相等D．单位时间内生成1molY的同时生成2molX答案 C解析 X的分解速率与Y的消耗速率之比为2∶1时，才能说明反应达到平衡状态，故C项说明反应未达到平衡状态。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断3．工业上常用煤和水作为原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，下面选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是( )A．单位时间内消耗2mol的CO同时生成2mol的CO2B．两个H—O键断裂的同时有一个H—H键断裂nC．反应容器内的压强不再发生变化D．混合气体的平均相对分子质量不发生变化答案 B解析 A项描述的反应速率都是v正，无法判断是否达到平衡；B项说明H2O的分解速率(v正)与H2的消耗速率(v逆)相等，即v正(H2O)＝v逆(H2)，能判断反应达到平衡；C项，由于该反应前后气体的物质的量不变，故压强始终不变，不能说明可逆反应达到平衡；D项，混合气体的质量不变，物质的量不变，反应前后混合气体的平均相对分子质量不变，故不能说明反应达到平衡状态。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断4．能证明反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的是( )①c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2②单位时间内生成nmolH2的同时消耗nmolI2③反应速率2v(H2)＝2v(I2)＝v(HI)④温度和体积一定时，容器内的压强不再变化⑤温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化⑥温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化A．①③B．②⑥C．③⑥D．④⑤答案 B解析 本题考查了化学平衡状态的判断，意在考查学生对化学平衡相关概念的理解与应用能力。达到平衡时，各物质的浓度之比与反应开始时加入的物质的量有关，因此各物质的浓度之比不能作为反应达到平衡状态的标志，①错；H2和I2均为反应物，且化学计量数相同，故②正确；③中的速率关系在任何时刻都成立，与反应是否达到平衡无关；该反应是反应前后气体分子数不变的反应，温度和体积一定时，容器内的压强始终不变，温度和压强一定时，容器内混合气体的密度始终不变，因此压强和混合气体的密度不变不能作为该反应达到平衡状态的标志，④和⑤错；未达到平衡时，碘蒸气的多少决定了混合气体颜色的深浅，⑥正确。考点 化学平衡题点 化学平衡状态的判断题组二 化学平衡的移动5．对处于化学平衡状态的体系，由化学平衡与化学反应速率的关系可知( )A．化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动B．化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化C．正反应进行的程度大，正反应速率一定大D．改变压强，化学反应速率一定改变，平衡一定移动n答案 B解析 A项，如果正、逆反应速率改变幅度一样大，则平衡不移动，错误；B项，化学平衡发生移动，则速率一定改变，正确；C项，反应进行的程度与速率无关，错误；D项，改变压强，化学反应速率不一定改变(如固液反应或容器体积不变的反应体系中充入“惰性”气体)，平衡也不一定移动，错误。考点 化学平衡移动概念的理解题点 由反应速率理解化学平衡的移动6．从下列叙述中，能判断某化学平衡肯定发生移动的是( )A．混合物中各组分的浓度改变B．混合体系中气体的密度发生变化C．正、逆反应速率改变D．反应物的转化率改变答案 D解析 反应前后气体分子数相等的反应，如I2(g)＋H2(g)2HI(g)，当改变体积时，各组分的浓度、混合气体的密度均将发生变化，同时正、逆反应速率也将同倍数的改变，但平衡不移动，故A、B、C项错误；当反应物的转化率改变时，平衡一定发生了移动，故D项正确。考点 化学平衡移动概念的理解题点 由Q与K的关系理解化学平衡的移动题组三 温度对化学平衡的影响7．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，然后用弹簧夹夹住橡皮管，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答案 D解析 升高温度，正、逆反应速率都增大，A项正确；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(N2O4n)增大，B项正确；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，C项正确；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，D项错误。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度影响化学平衡移动的规律8．某温度下某气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增大，下列说法中正确的是( )A．增大c(A)、c(B)，K增大B．降低温度，正反应速率增大C．该反应的ΔH＜0D．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)答案 D解析 A项，平衡常数K只随温度变化，不随浓度变化，故不正确；B项，降低温度，正、逆反应速率均减小，不正确；C项，降温，F浓度增大，表明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，不正确；D项，根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物，E、F为反应物，且对应指数为其相应的化学计量数，正确。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度影响化学平衡移动的规律9．对于反应A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0，达到平衡后，将气体混合物的温度降低，下列叙述中正确的是( )A．平衡向吸热反应方向移动B．平衡移动使C的浓度减小C．平衡逆向移动D．化学平衡常数增大答案 D解析 已知该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度影响化学平衡移动的规律10．测得某反应A(g)＋B(g)2C(g)在不同温度下的平衡常数：温度50℃80℃K100400n又测得温度T时，反应2C(g)A(g)＋B(g)的平衡常数为0.06，可推知T的范围是( )A．T<50℃B．T>80℃C．50℃0B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1v逆D．状态A与状态B相比，状态A的[I2]大答案 C解析 由图像可知，该反应的温度越高，平衡时[I]越小，所以该反应的平衡常数K越小，则ΔH<0，平衡时[I2]越大，故A、B、D项均不正确；若反应进行到状态D时，c(I)小于平衡时的[I]，则反应需正向进行才能达到平衡状态，一定有v正>v逆，C项正确。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 化学平衡移动的相关图像13．CuBr2分解的热化学方程式为2CuBr2(s)===2CuBr(s)＋Br2(g) ΔH＝105.4kJ·mol－1。在密闭容器中将过量CuBr2于487K下加热分解，平衡时p(Br2)为4.66×103Pa。(1)如果反应体系的体积不变，提高反应温度，则p(Br2)将会__________(填“增大”“不变”或“减小”)。(2)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH>0。①反应的平衡常数表达式K＝__________________________________________________，若K＝1，向某恒容密闭容器中加入1molI2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为________。②如下图所示，上述反应在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净的TaS2晶体，则温度T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是________。答案 (1)增大(2)① 66.7% ②< I2解析 (1)CuBr2的分解反应是吸热反应，升高温度平衡向右移动使n(Br2n)增大，同时由于体积不变，温度升高，所以p(Br2)增大。(2)①K＝，通过三段式法列出平衡浓度，带入K值可以得出转化率为66.7%。②由所给方程式可知该反应为吸热反应，温度T2端利于反应正向进行，为高温，温度T1端利于反应逆向进行，为低温，所以T1”“<”或“＝”)K2。答案 (1)逆向 (2)>解析 (1) CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始浓度(mol·L－1)120转化浓度(mol·L－1)0.5 10.5平衡浓度(mol·L－1)0.5 10.5化学平衡常数K＝＝1mol－2·L2，再充入0.1molCO(g)和0.2molCH3OH(g)后，Q＝＝mol－2·L2>K，平衡逆向移动。(2)实验Ⅱ绝热，由于该反应为放热反应，所以温度升高，K减小，故K1>K2。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 恒容绝热容器中平衡的移动15．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。回答下列问题：n(1)反应的ΔH______(填“>”或“<”)0；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。反应的平衡常数K1为________。(2)100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)减小，经10s又达到平衡。T________(填“大于”或“小于”)100℃，判断理由是__________________________________________________________________________________________________________________。(3)现将1molN2O4充入一恒温恒压密闭容器中，下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是________。答案 (1)> 0.36mol·L－1 (2)大于 正反应方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高 (3)b解析 (1)由题意及图示知，在1.00L的容器中，通入0.100mol的N2O4，发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高混合气体的颜色变深，说明反应向生成NO2的方向进行，即向正反应方向进行，所以正反应为吸热反应，即ΔH>0；求平衡常数可利用三段式： N2O4(g)2NO2(g)起始量(mol·L－1)0.1000转化量(mol·L－1)0.0600.120平衡量(mol·L－1)0.0400.120K1＝＝＝0.36mol·L－1。(2)100℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)减小，说明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反应方向移动，由于ΔH>0，故T>100℃。n(3)a项，恒温恒压时，反应后气体体积增大，质量不变，密度减小，当密度不变时，说明反应达到平衡状态；b项，对于一个特定反应，温度不变，ΔH不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据；c项，在t1时刻，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，反应达到平衡状态；d项，随反应的进行，反应物的转化率增大，转化率不变，证明反应达到平衡。考点 温度变化对化学平衡的影响题点 温度对化学平衡移动影响的应用
