第9講溫度催化劑對化學平衡移動的影響

第9講溫度、催化劑對化學平衡移動的影響知識梳理知識梳理一、溫度、催化劑對化學平衡移動的影響1．溫度對化學平衡移動的影響(1)實驗探究溫度對化學平衡移動的影響按表中實驗步驟要求完成實驗，觀察實驗現(xiàn)象，填寫下表：實驗原理eq\o(2NO2g,\s\do16(紅棕色))?eq\o(N2O4g,\s\do16(無色))ΔH＝－56.9kJ·mol－1實驗步驟實驗現(xiàn)象熱水中混合氣體顏色；冰水中混合氣體顏色實驗結(jié)論混合氣體受熱顏色加深，說明NO2濃度，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，即平衡向正反應方向移動(2)溫度對化學平衡移動的影響規(guī)律①任何化學反應都伴隨著的變化(放熱或吸熱)，所以任意反應的化學平衡狀態(tài)都受溫度的影響。②當其他條件不變時：溫度升高，平衡向反應方向移動；溫度降低，平衡向反應方向移動。(3)用v—t圖像分析溫度對化學平衡移動的影響已知反應：mA(g)＋nB(g)?pC(g)ΔH＜0，當反應達平衡后，若溫度改變，其反應速率的變化曲線分別如下圖所示。t1時刻，升高溫度，v′正、v′逆均，但吸熱反應方向的v′逆增大幅度，則v′逆v′正，平衡逆向移動。t1時刻，降低溫度，v′正、v′逆均，但吸熱反應方向的v′逆減小幅度。則v′正v′逆，平衡正向移動。2．催化劑對化學平衡的影響(1)催化劑對化學平衡的影響規(guī)律當其他條件不變時：催化劑改變達到化學平衡狀態(tài)時反應混合物的組成，但是使用催化劑能改變反應達到化學平衡所需的。(2)用v—t圖像分析催化劑對化學平衡的影響t1時刻，加入催化劑，v′正、v′逆同等增大，則v′正v′逆，平衡?！緟⒖即鸢浮考由钭儨\增大減小能量可逆吸熱放熱增大大＞減小大＞不能時間倍數(shù)＝不移動二、勒夏特列原理1．定義：如果改變影響平衡的條件之一(如溫度、濃度、壓強等)，平衡將向著能夠這種改變的方向移動。簡單記憶：改變→減弱這種改變。2．適用范圍(1)勒夏特列原理僅適用于的反應體系，過程或未達到平衡的均不能使用該原理。此外，勒夏特列原理對所有的(如溶解平衡、電離平衡和水解平衡等)都適用。(2)勒夏特列原理只適用于判斷“改變影響平衡的一個條件”時平衡移動的。若同時改變影響平衡移動的條件，則不能簡單地根據(jù)勒夏特列原理來判斷平衡移動的方向，只有在改變的對平衡移動的方向影響時，才能根據(jù)勒夏特列原理進行判斷。【參考答案】減弱已達到平衡不可逆可逆過程動態(tài)平衡方向幾個條件一致典例分析典例分析考點一：溫度對化學平衡移動的影響【典例1】1，3丁二烯與HBr發(fā)生的加成反應是可逆反應。加成反應分兩步：第一步生成碳正離子()；第二步碳正離子進行1，2加成或1，4加成。反應進程中的能量變化如圖所示。下列說法正確的是（）A．1，2加成產(chǎn)物比1，4加成產(chǎn)物穩(wěn)定B．與0℃相比，40℃時1，3丁二烯的轉(zhuǎn)化率增大C．從0℃升至40℃，1，2加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度D．從0℃升至40℃，1，2加成正反應速率增大，1，4加成正反應速率減小【答案】C【解析】A．能量越低越穩(wěn)定，1，4加成產(chǎn)物比1，2加成產(chǎn)物穩(wěn)定，故A錯誤；B．1，3丁二烯與HBr發(fā)生的加成反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，與0℃相比，40℃時1，3丁二烯的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；C．1，3丁二烯與HBr發(fā)生的加成反應是放熱反應，從0℃升至40℃，平衡逆向移動，1，2加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度，故C正確；D．從0℃升至40℃，反應速率都加快，故D錯誤；選C?？键c二：催化劑對化學平衡移動的影響【典例2】CO2催化加氫制CO技術(shù)是兼顧新能源和實現(xiàn)碳達峰的重要途徑之一，該反應機理如圖所示。下列說法錯誤的是（）A．反應CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH達到平衡后，若升溫，c(H2)降低，則ΔH＞0B．催化劑表面易于形成氧空位，有效促進CO2的吸附活化C．圖中的a、b、c、d、e五個步驟中，每個步驟都有化學鍵的斷裂與形成D．催化劑(In2O3)能加快催化加氫的速率，是因為降低了反應的活化能【答案】C【解析】A．升高溫度，反應CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)中c(H2)降低，則平衡正向移動，所以ΔH＞0，A正確；B．隨著催化劑表面氧空位的形成，催化劑的吸附能力增強，有效促進CO2的吸附與活化，B正確；C．圖中e步驟，發(fā)生的是CO2的吸附作用，沒有化學鍵的斷裂與形成，C錯誤；D．催化劑(In2O3)可以降低反應的活化能，從而加快催化加氫的速率，D正確；故選C?？键c三：勒夏特列原理的應用【典例3】已知：[Co(H2O)6]2+呈粉紅色，[CoCl4]2呈藍色，[ZnCl4]2為無色?，F(xiàn)將CoCl2溶于水，加入濃鹽酸后，溶液由粉紅色變?yōu)樗{色，存在以下平衡：[Co(H2O)6]2++4Cl=[CoCl4]2+6H2O，用該溶液做實驗，溶液的顏色變化如圖所示，以下結(jié)論和解釋正確的是（）A．由實驗①可推知正反應為放熱反應B．等物質(zhì)的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2中σ鍵數(shù)之比為8∶2C．實驗②是由于c(H2O)增大，導致平衡逆向移動D．由實驗③可知配離子的穩(wěn)定性：[ZnCl4]2>[CoCl4]2【答案】D【解析】A．置于冰水浴中溶液變成粉紅色，說明平衡逆向移動，也說明逆反應為放熱反應，則正反應為吸熱反應，故A錯誤；B．1個[Co(H2O)6]2+中σ鍵數(shù)為6+26=18，1個[CoCl4]2中σ鍵數(shù)為4，則等物質(zhì)的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2中σ鍵數(shù)之比為18:4=9:2，故B錯誤；C．水溶液中水的濃度可視為定值，平衡移動與c(H2O)沒有關(guān)系。加水稀釋，溶液變成粉紅色，加水稀釋，溶液的體積增大，導致[Co(H2O)6]2+、[CoCl4]2和Cl的濃度都減小，而Co(H2O)6]2+、Cl的化學計量數(shù)之和大于[CoCl4]2的化學計量數(shù)，即左側(cè)微粒濃度減小的多，平衡逆向移動，故C錯誤；D．加少量ZnCl2固體，溶液變成粉紅色，說明平衡Co(H2O)6]2++4Cl[CoCl4]2+6H2O逆向移動，是因為Zn2+結(jié)合Cl生成了更穩(wěn)定的配離子[ZnCl4]2，導致溶液中c(Cl)減小，平衡逆向移動，故配離子的穩(wěn)定性：[ZnCl4]2>[CoCl4]2，故D正確；答案選D。同步訓練同步訓練一、單選題1．2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)體系中能使該反應的反應速率增大，且平衡向正反應方向移動的是（）A．及時分離出NO2氣體 B．擴大容器體積C．增大O2的濃度 D．選擇高效催化劑【答案】C【解析】A．及時分離出NO2氣體，平衡向生成二氧化氮的方向移動，正向移動；但是反應物濃度減小，反應速率減小，A錯誤；B．反應為氣體分子數(shù)減小的反應，擴大容器體積，平衡逆向移動，且物質(zhì)的濃度均減小，反應速率減慢，B錯誤；C．增大O2的濃度，平衡正向移動，反應物濃度變大，反應速率變大，C正確；D．選擇高效催化劑可加快反應速率，但不改變平衡移動，D錯誤；故選C。2．有一處于平衡狀態(tài)的反應：3A(s)＋2B(g)3C(g)，ΔH>0。為了使平衡向生成C的方向移動，應選擇的條件是（）①高溫

②低溫

③高壓

④低壓

⑤加催化劑A．①③ B．①③⑤ C．①④ D．②④⑤【答案】C【解析】3A(s)＋2B(g)=3C(g)，ΔH>0，正反應是氣體體積增大的吸熱反應；①升高溫度，平衡向正向（放熱）反應移動；②降低溫度，平衡向逆向（吸熱）反應移動；③壓強增大，平衡向逆向（氣體體積減?。┓较蛞苿樱虎芙档蛪簭?，平衡向正向（氣體體積增大）方向移動；⑤加催化劑不會引起化學平衡的移動；①④符合題意，故選C。3．一定條件下的可逆反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

△H=92.4kJ·mol1，下列說法正確的是（）A．將氨氣液化分離或升高溫度，都有利于提高反應物的轉(zhuǎn)化率B．保持容積不變時充入少量Ar氣體，壓強增大，平衡不移動C．將1molN2(g)和3molH2(g)充入一密閉容器中反應，放出92.4kJ的熱量D．加入催化劑，改變了反應的路徑，反應的△H也隨之改變【答案】B【解析】A．反應為放熱的反應，升高溫度，反應逆向移動，不利于提高反應物的轉(zhuǎn)化率，A錯誤；B．保持容積不變時充入少量Ar氣體，壓強增大，但是各反應物濃度不變，平衡不移動，B正確；C．反應為可逆反應，進行不徹底，故將1molN2(g)和3molH2(g)充入一密閉容器中反應，放出小于92.4kJ的熱量，C錯誤；D．加入催化劑，改變了反應的歷程，但不改變反應的△H，D錯誤；故選B。4．下列實驗事實能用平衡移動原理解釋的是（）A．工業(yè)上用SO2和O2制備SO3時，選擇常壓而不用高壓B．將氯化鋁溶液加熱蒸干，最終得氫氧化鋁固體C．對2HI(g)=H2(g)+I2(g)，減小容器體積，氣體顏色變深D．使用鐵觸媒能加快合成氨的反應速率【答案】B【解析】A．工業(yè)上用SO2和O2制備SO3時，選擇常壓而不用高壓是因為常壓時SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若加壓對設(shè)備要求高，增大投資和能量消耗，不能用平衡移動原理解釋，故A不選；B．氯化鋁水解生成氫氧化鋁膠體和HCl，HCl易揮發(fā)，升高溫度促進其揮發(fā)，水解徹底進行，生成氫氧化鋁沉淀，加熱至蒸干，得到氫氧化鋁固體，可以用平衡移動原理解釋，故B選；C．對，減小容器體積，濃度增大，顏色變深，平衡并不發(fā)生移動，不能用平衡移動原理解釋，故C不選；D．鐵觸媒為催化劑，使用鐵觸媒，能加快合成氨的反應速率，但不能使平衡發(fā)生移動，不能用平衡移動原理解釋，故D不選；答案選B。5．工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯()：，在容積固定的密閉容器中，投入等物質(zhì)的量和CO，測得相同時間內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如下圖所示。下列說法不正確的是（）A．增大壓強甲醇轉(zhuǎn)化率增大B．b點反應速率C．平衡常數(shù)，反應速率D．生產(chǎn)時反應溫度控制在80～85℃為宜【答案】B【解析】A．該反應是體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，則甲醇轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；B．根據(jù)圖中曲線，最高點是達到平衡即，最高點以前的點都是未達到平衡的點，是正在建立平衡的點即b點反應速率，故B錯誤；C．根據(jù)圖中最高點以后的點，升高溫度，平衡轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動，則平衡常數(shù)，溫度越高化學反應速率越快即，故C正確；D．根據(jù)圖中曲線在80～85℃時，轉(zhuǎn)化率最大，因此生產(chǎn)時反應溫度控制在80～85℃為宜，故D正確。綜上所述，答案為B。6．在密閉容器中發(fā)生反應：C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

△H>0，達到平衡后，其他條件不變時，下列措施能使平衡向逆反應方向移動的是（）A．減小壓強 B．降低溫度 C．移走CO D．加入催化劑【答案】B【解析】由題干已知C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)

△H>0正反應是一個氣體體積增大的吸熱反應，結(jié)合勒夏特列原理解題即可：A．減小壓強，化學平衡向著氣體體積增大的方向移動，即向正反應方向移動，A不合題意；B．降低溫度，化學平衡向著放熱反應方向移動，即向逆反應方向移動，B符合題意；

C．移走CO即減小生成物的濃度，平衡向正反應方向移動，C不合題意；D．加入催化劑只改變反應速率，不能是平衡發(fā)生移動，D不合題意；故答案為：B。7．一定溫度下容積不變的密閉容器中，對于可逆反應。下列說法中正確的是（）A．達到化學平衡時，(正)=(逆)=0B．當體系壓強不隨時間變化時，C的物質(zhì)的量濃度保持不變C．達到化學平衡后，減小體系壓強，增大，減小，平衡逆向移動D．不變時，反應達到化學平衡狀態(tài)【答案】B【解析】A．達到化學平衡時，(正)=(逆)0，A錯誤；B．根據(jù)題干方程式可知，反應前后氣體的系數(shù)之和發(fā)生改變，當體系壓強不隨時間變化時，說明反應達到平衡狀態(tài)，則C的物質(zhì)的量濃度保持不變，B正確；C．達到化學平衡后，減小體系壓強，生成物和反應物的濃度同時減小，則減小，減小，平衡逆向移動，C錯誤；D．只與反應的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與平衡無關(guān)，故不變不能說明反應達到化學平衡狀態(tài)，D錯誤；故答案為：B。8．下列說法正確的是（）A．一定條件下，在密閉容器中進行反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)

△H=?92.4kJ?mol?1，平衡后，升高溫度，正反應速率減小，逆反應速度增大，平衡逆向移動B．當反應達到平衡時各組分濃度不再改變，正、逆反應速率不再變化C．升高溫度時，化學反應速率加快，是由于反應的活化能降低，活化分子百分數(shù)增大，有效碰撞次數(shù)增多D．常溫下鐵與稀硫酸反應產(chǎn)生氫氣，若將稀硫酸改為濃硫酸，產(chǎn)生氫氣速率更快【答案】B【解析】A．一定條件下，在密閉容器中進行反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=?92.4kJ?mol?1，平衡后，升高溫度，正反應速率增大，逆反應速度增大，平衡向吸熱反應即逆向移動，故A錯誤；B．當反應達到平衡時各組分濃度不再改變，正、逆反應速率相等且不等于0，故B正確；C．升高溫度時，活化能沒有變化，故C錯誤；D．常溫下鐵與濃硫酸發(fā)生鈍化，故D錯誤；綜上所述，答案為B。9．已知：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)ΔH，不同條件下反應過程能量變化如圖所示。下列說法中不正確的是（）A．反應的ΔH＜0B．過程b發(fā)生兩步反應，第一步為吸熱反應C．過程b使用了催化劑，可以提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率D．反應物斷鍵吸收能量之和小于生成物成鍵釋放能量之和【答案】C【解析】A．根據(jù)圖象可知，反應物的能量比生成物的能量高，則該反應是放熱反應，即ΔH＜0，A正確；B．由圖可知，過程b的中間產(chǎn)物的能量比反應物能量高，故第一步為吸熱反應，B正確；C．催化劑只能改變反應速率，不能使平衡發(fā)生移動，不能提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，C錯誤；D．該反應為放熱反應，反應熱=反應鍵能之和生成物鍵能之和＜0，即反應物斷鍵吸收能量之和小于生成物成鍵釋放能量之和，D正確；故選C。10．研究表明汽車尾氣處理存在反應：N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)，N2O與CO在Fe+作用下發(fā)生反應的能量變化及反應歷程如圖所示。下列說法不正確的是（）A．升高溫度，該反應的平衡常數(shù)減小B．Fe+不影響該反應的焓變C．FeO+可以有效提高反應物的平衡轉(zhuǎn)化率D．Fe++N2O→FeO++N2，F(xiàn)eO++CO→Fe++CO2兩步反應，前者反應速率慢【答案】C【解析】A．根據(jù)反應物的能量高，生成物的能量低，則該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，該反應的平衡常數(shù)減小，故A正確；B．根據(jù)反應歷程圖可知，總反應為N2O(g)+CO(g)=N2(g)+CO2(g)，實際過程是分兩步進行的，第一步由Fe+和N2O經(jīng)過過渡態(tài)得到產(chǎn)物FeO+和N2，第二步反應為FeO++CO→Fe++CO2，F(xiàn)e+為反應的催化劑，催化劑只能加快反應速率，不影響反應的焓變，故B正確；C．FeO+為中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物與反應物的平衡轉(zhuǎn)化率無關(guān)，所以FeO+不能有效提高反應物的平衡轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；D．由圖可知，第一步反應Fe++N2O→FeO++N2所需活化能大，所以反應速率慢，故D正確；答案選C。二、綜合題11．氫氣既是一種優(yōu)質(zhì)的能源，又是一種重要化工原料，高純氫的制備是目前的研究熱點。(1)甲烷水蒸氣催化重整是制備高純氫的方法之一，甲烷和水蒸氣反應的熱化學方程式是：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1已知反應器中存在如下反應過程：ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206.4kJ·mol1ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2化學鍵H—HO—HC—HC≡O(shè)鍵能E/(kJ·mol1)436465a1076根據(jù)上述信息計算：△H2=____。(2)欲增大CH4轉(zhuǎn)化為H2的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有____(填標號)。A．適當增大反應物投料比n(H2O)：n(CH4)B．提高壓強

C．分離出CO2(3)H2用于工業(yè)合成氨：N2+3H22NH3。將n(N2)：n(H2)=1：3的混合氣體，勻速通過裝有催化劑的反應器反應，反應器溫度變化與從反應器排出氣體中NH3的體積分數(shù)φ(NH3)關(guān)系如圖，反應器溫度升高NH3的體積分數(shù)φ(NH3)先增大后減小的原因是____。(4)某溫度下，n(N2)：n(H2)=1：3的混合氣體在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應，起始氣體總壓為2×107Pa，平衡時總壓為開始的90%，則的轉(zhuǎn)化率為____?！敬鸢浮?1)41.4kJ·mol1(2)AC(3)當溫度低于T0時，反應未達到平衡狀態(tài)，則溫度越高反應速率越快，相同時間內(nèi)生成的NH3越多，高于T0時，反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，此時升高溫度，化學平衡逆向移動，導致NH3的體積分數(shù)減小(4)20%【解析】(1)根據(jù)題干信息可知，反應I：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1，反應ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1=+206.4kJ·mol1，則反應I減去反應i可得反應ii，根據(jù)蓋斯定律可知，△H2=△H△H1=(+165.0kJ·mol1)(+206.4kJ·mol1)=41.4kJ·mol1，故答案為：41.4kJ·mol1；(2)根據(jù)題干方程式CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ·mol1可知正反應是一個氣體體積增大的吸熱反應，據(jù)此分析解題：A．適當增大反應物投料比n(H2O)：n(CH4)，即增大H2O蒸氣的用量，平衡正向移動，CH4的轉(zhuǎn)化率增大，A符合題意；

B．提高壓強，上述平衡逆向移動，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率減小，B不合題意；、C．分離出CO2即減小生成物的濃度，平衡正向移動，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大，C符合題意；故答案為：AC；(3)H2用于工業(yè)合成氨：N2+3H22NH3。將n(N2)：n(H2)=1：3的混合氣體，勻速通過裝有催化劑的反應器反應，即氣體經(jīng)過反應器的時間相同，反應器溫度變化與從反應器排出氣體中NH3的體積分數(shù)φ(NH3)關(guān)系如圖，由圖示信息可知，當溫度低于T0時，反應未達到平衡狀態(tài)，則溫度越高反應速率越快，相同時間內(nèi)生成的NH3越多，高于T0時，反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，此時升高溫度，化學平衡逆向移動，導致NH3的體積分數(shù)減小，故答案為：當溫度低于T0時，反應未達到平衡狀態(tài)，則溫度越高反應速率越快，相同時間內(nèi)生成的NH3越多，高于T0時，反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，此時升高溫度，化學平衡逆向移動，導致NH3的體積分數(shù)減?。?4)某溫度下，n(N2)：n(H2)=1：3的混合氣體在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應，起始氣體總壓為2×107Pa，平衡時總壓為開始的90%，根據(jù)三段式分析可知：，恒溫恒容時氣體的壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，即=90%，即得x=0.2a，則的轉(zhuǎn)化率為=20%，故答案為：20%。12．某化學興趣小組進行了實驗：向2支試管中分別加入0.5gNa2CO3固體和0.5gNaHCO3固體，再分別加入30mL0.3mol·L1鹽酸，充分反應后，用手觸摸試管，明顯感覺到加Na2CO3固體的試管變熱了，加NaHCO3固體的試管變冷了。甲同學由此得出結(jié)論：(aq)+2H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H1＜0，(aq)+H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H2＞0?；卮鹣铝袉栴}：(1)乙同學認為該實驗不一定能得到甲同學的結(jié)論，因為碳酸鈉或碳酸氫鈉固體溶于水時會有能量變化，乙同學的觀點_______(填“合理”或“不合理”)。(2)查閱資料：反應I：(aq)+2H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H1=12.14kJ·mol1反應II：(aq)+H+(aq)=H2O(l)+CO2(g)△H2+12.64kJ·mol1反應III：(aq)+H+(aq)=(aq)

△H3=_______kJ·mol1②向VmLcmol·L1碳酸鈉溶液中，逐滴加入2VmLcmol·L1稀鹽酸。下列圖像中，能正確表示該反應過程中的能量變化的是_______(填標號)。A．B．C．D．(3)該化學興趣小組用如圖所示裝置設(shè)計實驗驗證碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與稀鹽酸反應的熱效應。表格一：試劑1試劑2混合前溫度/℃混合后溫度/℃0.5gNa2CO340mLHCl19.021.70.5gNaHCO340mLHCl19.018.1表格二：試劑1試劑2混合前溫度/℃溶解后溫度/℃靜置后的溫度/℃試劑3混合前溫度/℃混合后溫度/℃0.5gNa2CO310mLH2O19.022.319.010mLH2O