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2015-2016学年高中化学 第二章 第2节 第2课时 反应条件对化学平衡的影响导学案 鲁科版选修4


第二节 第 2 课时

化学反应的限度

反应条件对化学平衡的影响
★【课前学案导学】

■精准定位——学习目标导航 1.了解化学平衡移动的概念和影响平衡移动的因素。 2.理解温度、浓度、压强的改变对化学平衡移动的影响。 3.掌握勒 ? 夏特列原理及其应用。 ■自主梳理—基础知识导航 一、化学平衡的移动 1.概

念:_________________________。 2.原因:条件的改变引起正反应和逆反应速率的改变,使化学平衡状态发生改变。 3.平衡移动的结果 正、逆反应速率发生改变,平衡混合物中各组分的浓度(或百分含量)发生变化。最后达到 新条件下的化学平衡状态,各物质的浓度(或百分含量)达到新的不变状态。 4.平衡移动方向的判断 (1)根据速率的判断 ①若 v(正)>v(逆) ,则平衡___________移动。 ②若 v(正)=v(逆) ,则平衡__________移动。 ③若 v(正)<v(逆) ,则平衡__________移动。 (2)根据体系中物质的浓度(或物质的量、或百分含量)判断:如果平衡移动的结果是使 体系中生成物的量、或百分含量)增大,则平衡正向移动或向右移动,反之,平衡逆向移动 或向左移动。 问题思考 1 ?某一可逆反应,一定条件下达到了平衡,若化学反应速率改变,化学平衡是 否一定发生移动?若平衡发生移动,化学反应速率是否一定发生改变? 二、化学平衡状态的影响因素 当一个可逆反应达到平衡状态后,如果改变浓度、温度、压强等反应条件,原来的平衡状态 被破坏,化学平衡会发生移动。平衡混合物中各物质的质量分数也就随着改变,从而在一段 时间后达到新平衡状态。 这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程, 就是化学平衡的移动。 1.温度的影响 其它条件不变的情况下:升高温度, 平衡向 __________ 方向移动;降低温度,平衡向 ____________方向移动。 2.浓度的影响 在其它条件不变的情况下: 增大反应物浓度或减小生成物浓度时, 平衡向________移动。 减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向____________移动。 3.压强的影响 在其它条件不变的情况下, △vg≠0, 增大压强, 平衡向___________________方向移动; 增大压强, 平衡向____________________方向移动; △vg=0, 改变压强, 平衡_________ (改 变压强一定要改变浓度,否则平衡不发生移动) 。 4.催化剂 由于使用催化剂对 v(正)与 v(逆)影响的程度是等同的,所以使用催化剂________ 化学平衡的移动。

5.勒?夏特列原理 __________________________________________。 问题思考 2 ?改变压强,化学平衡一定会发生一定吗?讨论压强对化学平衡移动影 响时应注意什么?

自主梳理参考答案 一、1、可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程 4、①向正反应方向 ②不 ③向逆反应方向 二、1、吸热反应 放热反应 2、正向(或向右) 逆向(或向左) 3、气态物质系数减小 气态物质系数减小 不移动 4、不影响 5、改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向能够减弱这种改变的方向移动。 问题思考参考答案 问题思考 1:可逆反应达到平衡后,若化学反应速率改变,平衡不一定移动:若速率改变后, v(正)=v(逆) ,平衡不移动,若 v(正) ? v(逆) ,则平衡移动;若平衡发生移动,说明 v(正) ? v(逆) ,即 化学反应速率一定发生改变。 问题思考 2:压强对化学平衡的影响是通过改变体系中各成分浓度变化来实现的。若压强改变不 能引起成分浓度变化 (如无气体参加的反应) , 则平衡不移动; 若反应前后气体物质的系数不变, 则改变压强时 Qp 仍等于 Kp,平衡也不移动。压强只有对有气体物质参加且反应前后气体物质 系数和发生变化的可逆反应的平衡移动产生影响。

★【课堂探究导学】 ■合作探究-名师保驾护航 探究一:化学平衡移动 化学反应体系的平衡状态通过改变反应条件而发生了变化, 这种现象称作化学平衡状态的移 动,简称平衡移动。 平衡移动方向与速率改变后的大小的关系: ,平衡正向移动; v'(正)? v' (逆) ,平衡逆向移动; v'(正)<v' (逆) ,平衡不移动。 v'(正)=v' (逆) 探究二:影响化学平衡的条件 参加反应的物质的性质是影响化学平衡的内在因素,影响化学平衡的外界条件主要有浓 度、压强、温度等。 1.浓度对化学平衡的影响 在其他条件不变的情况下, 增大反应物的浓度或减小生成物的浓度, 都可以使平衡向着

正反应的方向移动; 增大生成物的浓度或减小反应物的浓度, 都可以使平衡向着逆反应的方 向移动。 浓度改变与反应速率和平衡移动间的关系: 『特别提醒』浓度对化学平衡的影响要注意: (1)增加固体或纯液体的量,由于浓度不变, 所以化学平衡不移动。 (2)工业生产上适当增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应 方向移动,可提高价格较高原料的转化率,降低生产成本。 2.温度对化学平衡的影响 在其他条件不变的情况下,温度升高会使化学平衡向着吸热反应的方向移动,温度降低 会使化学平衡向着放热反应的方向移动。温度与化学反应速率和化学平衡移动时间的关系:

? ?? (以 2NO2 ? ?? N2O4)
『特别提醒』任意的化学反应都伴随着能量的变化(放热或是吸热) ,故任意可逆反应的化 学平衡状态,都能受温度的影响而发生移动。 3.压强对化学平衡的影响 气体条件不变时,增大压强,化学平衡向着气体体积减小的方向移动;减小压强,化学 平衡向着气体体积增大的方向移动。 压强与化学反应速率、化学平衡移动间的关系: 『特别提醒』对于反应前后气体体积不变的反应来说,改变(增大或减小)压强,v(正) 、 v(逆)同等程度地改变(增大或是减小) ,所以化学平衡不发生移动。 4.催化剂与化学平衡 使用催化剂不影响化学平衡的移动。 由于催化剂同等程度地影响正反应速率与逆反应速 率,所以平衡不移动。催化剂不使化学平衡移动,但是使用催化剂可影响可逆反应达到平衡 的时间。

5.勒夏特列原理 内容:如果改变影响平衡的条件之一(如:温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度) , 平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。勒夏特列原理适用于一切动态平衡。 『特别提醒』勒夏特列原理可从定性和定量两个方面理解。 定性——平衡移动的方向总是逆着外界条件改变的方向; 定量——平衡移动的结果只是减弱 了这种改变而不能抵消这种改变。 探究三:等效平衡 1.原理:在相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,只要 按反应方程式中的化学计量数之比投入应物或生成物, 建立起的平衡状态都是相同的, 这就 是所谓的等效平衡原理。由于化学平衡状态与条件有关而建立平衡的途径无关,因而,同一 可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,就 可形成等效平衡。 建立等效平衡, 可从三种状态开始: ①从正反应开始②从逆反应开始③正、 逆反应同时开始。 2.等效平衡规律

(1)在定温、定容条件下,对于反应前后气体分子数改变的可逆反应,改变起始时加入物 质的物质的量, 只要通过可逆反应的化学计量数之比向一边换算后的物质的物质的量与原平 衡相同,则两平衡等效。 (2)在定温、定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生 成物)的物质的量的比值与原平衡相同,两平衡等效。 (3)在定温、定压条件下,改变起始时加入物质的量,只要按化学计量数换算后的物质的 物质的量之比与原平衡相同,则达到平衡后与原平衡等效。 简记为: “恒温恒容条件下,气体体积有变化,极端折算定量加,其他情况定比例。 ” ■典例剖析-名师释疑助航 例 1.在恒温时,一固定容积的容器内发生的反应 2NO2(g) N2O4(g)达到平衡时,再向容

器内通入一定量的 NO2(g)重新达到平衡后,与第一次平衡时相比,NO2 的体积分数( ) A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断

『答案』C 『解析』恒温、定容平衡后再加入 NO2(g),相当于增大了容器的压强,平衡向着生成 N2O4 的方向移动,体积分数减小。 【变式训练 1】某温度下,在一个容积可变的容器中,反应 2X(g)+Y(g) 2Z(g)达到平衡

时,X、Y 和 Z 的物质的量分别为4mol、2mol、4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合 物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是() A.均减半 B.均加倍 C.均增加 1mol D.均减小1mol

【例 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右图所示。

图中:压强 P1>P2,x 轴表示温度,y 轴表示平衡混合气中 G 的体积分数。据此,可判断(BC)

A.上述反应是放热反应 C.a>b

B.上述反应是吸热反应 D.a<b

『答案』D 『解析』由图可知,在压强一定的条件下升高温度,G 的体积分数减小, 即升高温度平衡右移,因此该反应为吸热反应。在温度不变的条件下增 大压强, 由图可知, G 的体积分数增加, 即增大压强平衡左移, 因此 a<b。 【变式训练 2】反应2X(g)+Y(g) 2Z(g) Δ H>0 在不同温度(T1 和 T2)及压强(P1 和 P2)

下,产物 Z 的物质的量(n2)与反应时间(t)的关系如右图所示。下列判断中,正确的是 ()

A.T1<T2,P1<P2 P1<P2

B.T1<T2,P1>P2

C.T1>T2,P1>P2

D.T1>T2,

【例 3】可逆反应:3X(g)

3Y(?)+Z(?) Δ H>0。随温度升高,

气体平均相对分子质量有变小的趋势,则下列判断正确的是() A.Y 和 Z 可能都是固体 C.若 Z 为固体,则 Y 一定是气体 B. Y 和 Z 一定都是气体 D.Y 和 Z 可能都是气体

『答案』CD 『解析』升高温度平衡向正反应方向移动,而气体平均相对分子质量有变小的趋势,说明 Y 和 Z 至少有一种是气体或者都是气体。 【变式训练 3】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)+I2(g) C.2SO2(g)+O2(g) 2HI(g) 2SO3(g) B.3H2(g)+N2(g) D.C(s)+CO2(g) 2NH3(g) 2CO(g)

变式训练解析及答案 【变式训练 1】 答案:C 解析:在容积可变的情况下,如果均加倍的话,对平衡时的各物质来讲,浓度均没有发生变 化,故正逆反应速率均没有发生改变,平衡不发生移动,均减半与此类似。由于反应物的系 数之和比生成物的大,所以均增加 1 mol 的话,可认为先增加1molA、0.5 mol B、1 mol C, 这时平衡不移动,再增加 0.5 mol B,平衡向正反应方向移动,对反应物和生成物来讲,他 们的反应速率的变化就不会一样, 导致正逆反应速率不相同, 平衡不发生移动。 均减少 1 mol 与此类似,只不过平衡移动方向正好相反罢了。 【变式训练 2】 答案:C 解析:在等压条件下,T1 时反应先达到平衡,则 T1>T2。在等温条件下,P1 时反应先达到 平衡,则 P1>P2 【变式训练 3】 答案:A 解析:固态或液态物质的体积受压强的影响很小,可忽略不计,改变压强只对有气体参加的 反应的化学平衡发生影响。 对于反应前后化学方程式中气态物质系数没有发生变化的反应来 讲,改变压强,化学平衡不发生移动。 ■备选例题 1. 一定温度下,可逆反应 X(g)+3Y(g) A.Z 生成的速率与 Z 分解的速率相等 B.单位时间内生成 n mol X,同时生成 3n mol Y C.X、Y、Z 的浓度不再发生变化 D. X、Y、Z 的分子数之比为 123 答案:AC 解析:判断可逆反应是否达到平衡的标志是: (1)反应混合物中各组分的浓度随时间的改变 而不发生改变(2)V 正=V 逆。故 AC 正确。对于 B,因为在任何时刻,有 n mol A 产生时 必有 3n mol B 产生,二者表示的都是逆反应速率,因此无法判断是否达到平衡状态。而 D 只是反应的一种特定情况,不一定是平衡状态。 2.对于 mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)的平衡体系,当温度升高时,体系中混合气体的混合 气体的平均相对分子质量由 38 变为 34,下列有关判断中,正确的是( ) A.m+n>p+q,正反应为放热反应 C.m+n<p+q,逆反应为放热反应 B.m+n>p+q,正反应为吸热反应 D.m+n<p+q,逆反应为吸热反应 2Z(g)达到平衡的标志是( )

答案:AC 【解析】根据质量守恒定律,混合气体的质量在平衡前后是不变的。平衡混合气体的平均相

对分子质量决定于平衡混合气体总的物质的量。 如果气体总的物质的量减小, 则平均相对分 子质量增大;如果气体总的物质的量增大,则平均相对分子质量减小。由题意可知,升高温 度, 该反应平衡混合气体的平均相对分子质量是减小的, 说明升高温度平衡是向着体积增大 的方向移动的,而且这个方向必须是吸热的。如果 m+n>p+q,平衡向逆反应方向移动,逆 反应为吸热反应,其正反应为放热反应;如果 m+n<p+q,平衡向正反应方向移动,正反应 为吸热反应,其逆反应为放热反应。 3.某容积可变的密闭容器中放入一定量 A 和 B 的混合气体,在一定条件下发生反应:A(g) +2B(g) 2C(g)。若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为 V,此时气体 C

的体积占 40%,则下列推断正确的是( ) A.原混合气体的体积为 1.1V B.原混合气体体积为 1.2V C.反应达到平衡时,气体 A 消耗了 0.2V D.反应达到平衡时,气体 B 消耗了 0.2V 答案:BC 【解析】设平衡时混合气体总物质的量为 n,则 C 的物质的量为 0.4n, A(g)+2B(g) 1mol x 2mol y 2C(g) 2mol 0.4n Δn 1mol z

1mol 2mol 2mol 1mol ? ? ? x y 0.4n z
解得 x=0.2n y=0.4n z=0.2n 原混合气物质的量为 n+0.2n=1.2n,A 和 B 分别消耗了 0.2n 和 0.4n,再根据同温同 压下气体体积与物质的量成正比即可做出判断。 ■常用教学素材 论楞次定律与勒夏特列原理的相似性及其普遍应用 伟大的书法家王羲之在其著作《兰亭序》中感慨道:“当其欣于所遇,暂得于己,快然 自足,曾不知老之将至;及其所之既倦,情随事迁,感慨系之矣。”这体现了其对自己所追 求事物的看法的改变。在自己所追不熟的事物尚未到手时,朝思暮想;当自己既得所需事物 后,便“所之既倦”了。 若干年后,德国作家黑塞在《红房子》中表达了类似的现点。其间,物理学家楞次客观 地提出了可以总结以上自然规律的楞次定律, 即阻碍相对运动的定律。 当磁铁穿过通电线圈 时,通电线圈时,通电线圈拼命阻碍磁铁穿入,而磁铁也拼命地想穿入。这就好比我们越得 不到某事物,就越想得到它;而磁铁顺利穿过通电线圈后,磁铁便想摆脱通电线圈。而此时 通电线圈虽欲挽留磁铁,却已无能为力了。这就好比几年前你有一台“奔四”电脑,但现在 世面上已开始流行“四核”电脑了, 而你那台“奔四”还可流畅运行。 然纵使其运行得再好, 你亦对其厌倦而更新换代了。 自然界中很多现象亦具有如此相同的本质。比如,在热力学中,当一个分子 A 从无穷远 处逐渐靠近另一固定分子 B 时,先是顺着引力的方向做正功;后来达到了某一距离,固定分 子 B 对分子 A 对其的过分亲近感到厌烦, 引力瞬间变为斥力, 分子 A 不得不克服引力做功才 能达到目的。看来,距离产生美的说法是极具科学依据的。某些事物看起来很美,而当靠近

它时并非如此。物非圣贤,孰能无过,况圣贤亦有过。 在学习生活中,制订计划也遵循类似的原理。比如,你制订了一个遥不可及的计划,然 后你每天依据自己的计划落实。这样,即使你只落实了该计划的二分之一,你也会发现你所 完成的任务是很多的; 然而假设你只制订了你实际所能完成的计划, 你会发现事实上你完成 的任务是远不及前者的。 这同样也反映了阻碍相对运动的原理——楞次定律谈的是阻碍, 而 非阻止,即你相对运动的程度越大,你所能运动的位移就越大。尽管有阻碍的力量,但阻碍 的力量是远不及你运动的力量的。 楞次定律的第三个特点就是要在切割磁感线的条件下才能适用, 亦即在磁通量发生变化 的情况下才能适用。从这点看,勒夏特列原理与楞次定律是相似的。其实,勒夏特列原理可 以说是楞次定律的化学版, 而楞次定律可以说是勒夏特列原理的物理版。 勒夏特列原理是关 于化学平衡移动的。 勒夏特列原理的第一个要点是“动”, 只有在平衡移动之时才应用勒夏 特列原理, 而只有在环境变化的条件下平衡才可能移动。 这就好比楞次定律只有在磁通量变 化时才可适用的道理。正如谚语中的“无风不起浪”,如果一个人没有所追求的事物,喜欢 和厌倦自然也不会发生; 勒夏特列原理的另一个要点是虽然化学平衡发生移动, 但其移动程 度是远不及开始反应之时的。比如,在反应 A(g)≒B(g)+C(g)中,达到平衡后通入 A 气 体后平衡移动的程度是比在其他条件不变的单独通入 A 气体反应进行程度小得多的。 这就好 比楞次定律只能阻碍相对运动而非阻止的道理。第三,加催化剂不能导致化学平衡移动,就 如无论你磁铁运动得多快,都不可以使通过的电荷量增大或减少。总之,勒夏特列原理与楞 次定律是极其相似的。 回到我们的学习生活中。假设一个人努力学习了,就算考得再差也不可能差到极致,因 为有勒夏特列原理和楞次定律的阻碍作用;同理,一个人不努力学习,考得再好也不过主流 水平,因为阻碍的是相对运动。因此,这两个定律的公平性体现了世界的公平性,有多少付 出,就有多少实验误差允许范围内的回报


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