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第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响
　
第二章　第二节　化学平衡
1.通过实验探究，了解温度、催化剂对化学平衡状态的影响。
2.能运用温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化。
课程标准
任务　 温度、催化剂对化学平衡的影响
情境探究
教材实验现象如下表，完成下列讨论：
实验原理 2NO2(g) N2O4(g)
(红棕色)　　　(无色)
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
1.浸泡在热水中的烧瓶内气体红棕色为什么会加深？由此得出什么实验结论？
提示：浸泡在热水中烧瓶内气体颜色变深，说明升高温度，平衡向生成NO2方向移动。其他条件不变，升高温度，平衡向吸热反应方向移动。
2.浸泡在冰水中的烧瓶内气体红棕色为什么会变浅？由此得出什么实验结论？
提示：浸泡在冰水中的烧瓶内红棕色的气体变浅，说明降低温度，平衡向生成N2O4方向移动。其他条件不变，降低温度，平衡向放热反应方向移动。
新知构建
1.实验探究温度对化学平衡的影响
(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)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。
2.勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强以及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够______这种改变的方向移动。
3.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的反应混合物的组成，但是，使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。
减弱
应用评价
1.判断正误，错误的说明其原因。
(1)升高温度，反应速率加快，化学平衡向正反应方向移动。
______________________________________________________________
(2)升高温度，化学平衡常数一定增大。
________________________________________________________________________________________________________________________________
错误，升高温度，反应速率加快，化学平衡向吸热反应方向移动。
错误，升高温度，K是否增大，取决于反应的焓变，ΔH>0化学平衡常数
增大，ΔH<0化学平衡常数减小。
(3)对于可逆反应，改变外界条件使平衡向正反应方向移动，平衡常数一定增大。
________________________________________________________________
(4)催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，也能提高反应物的转化率。
________________________________________________________________________________________________________________________________
错误，当改变浓度时，改变的是浓度商Q，化学平衡常数K不变。
错误，催化剂能加快反应速率，提高物质单位时间内的产量，但不能提高反应物的转化率。
2.煤化工中常需研究不同温度下的平衡常数、投料比及热值等问题。
已知CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如表所示：
请回答下列问题：
(1)上述反应的正反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。
温度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常数K 10 9 1 0.6
由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。
放热
(2)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：
5c(CO2)·c(H2)＝3c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。
根据平衡常数的表达式知K＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为1 000 ℃。
温度/℃ 400 500 830 1 000
平衡常数K 10 9 1 0.6
1 000 ℃
(3)830 ℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中反应向正反应方向进行的有______(填字母)。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
830 ℃时，化学平衡常数为1，若n(CO2)·n(H2)BC
(4)在830 ℃时，在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时，CO的转化率是________。
A B C D
n(CO2)/mol 3 1 0 1
n(H2)/mol 2 1 0 1
n(CO)/mol 1 2 3 0.5
n(H2O)/mol 5 2 3 2
60%
830 ℃时，化学平衡常数为1，设CO的转化浓度为x mol·L－1，
CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)
起始/(mol·L－1) 　 2 　 3 　 0 　 0
转化/(mol·L－1) 　 x 　 x 　 x 　 x
平衡/(mol·L－1) 　 2－x 3－x x 　 x
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随堂演练
√
1.在一定条件下，下列可逆反应达到化学平衡H2 (g)＋I2 (g) 2HI (g)　ΔH＞0，要使混合气体的紫色加深，可以采取的方法是
A.降温、减压　　　　　 B.降温、加压
C.升温、加压 D.升温、减压
要使混合气体的紫色加深，应该使c(I2)增大，可以通过加压来减小容器的容积，实现物质浓度增大；也可以利用平衡逆向移动的方法实现，由于该反应是反应前后气体体积不变的吸热反应，通过降低温度，使化学平衡向放热的逆反应方向移动，故使混合气体的紫色加深，可以采取的方法是降温、加压，故选B。
√
2.(2023·天津第二南开学校高二月考)在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2A(g)＋B(s) 2C(g)　ΔH＜0。某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是

A.图Ⅰ研究的是t0时刻增大A的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ研究的是t0时刻加入催化剂或通入氦气使压强增大后对反应速率的影响
C.图Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较高
t0时刻增大A的浓度，反应物浓度增大，正反应速率加快，逆反应速率暂时不变，随之加快，A错误；t0时刻加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大，但平衡不发生移动，而通入氦气使压强增大，对反应速率不产生影响，B错误；催化剂能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，但不能改变反应物的平衡转化率，C错误；从图中可以看出，乙先达平衡，则乙的温度较高，由于正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，A的转化率降低，D正确。
3.反应A(g)＋3B(g) 2C(g)　ΔH＜0达到平衡后，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
√
降低温度，v正、v逆均减小，平衡向放热反应方向移动，即平衡向右移动。
4.人体内存在很多的化学反应，这些化学反应情况复杂且相互影响，而且这些化学反应大都是可逆反应，处于平衡状态。
例如：O2的运输。人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。但Hb也可以与CO结合。有关反应如下：
反应a：Hb(aq)＋O2(g) HbO2(aq)　 ΔH1<0
反应b：Hb(aq)＋CO(g) HbCO(aq)　 ΔH2<0
反应c：HbO2(aq)＋CO(g) HbCO(aq)＋O2(g)　 ΔH3
(1)如果发生CO中毒，应采取怎样救治措施，请从平衡移动的原理角度分析采取的救治措施的原因。
_________________________________________。
应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方
应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方。CO是反应物，开窗通风能够降低CO的浓度，使平衡逆向移动，O2是生成物，增大生成物O2的浓度，可以使平衡逆向移动。
(2)已知在人体体温37 ℃下，反应c的平衡常数为220。已知当血液中的比值大于0.02时，人的智力会很快受到损伤。为避免人的智力受到损伤，环境中的O2与CO的浓度的比值最小是_______。
11 000
练后归纳
1.用v -t图像分析温度对化学平衡的影响
已知反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)　ΔH＜0，当反应达到平衡后，若改变温度，其反应速率的变化曲线分别如图所示。

①t1时刻，升高温度，v正′、v逆′均增大，但吸热反应方向的v逆′增大幅度大，则v逆′ ＞v正′ ，平衡向逆反应方向移动(如图1)。
②t1时刻，降低温度，v正′ 、v逆′均减小，但吸热反应方向的v逆′减小幅度大，则v正′ ＞v逆′ ，平衡向正反应方向移动(如图2)。
练后归纳
2.用v-t图像分析催化剂对化学平衡的影响
t1时刻，加入催化剂，v正′、v逆′同等倍数增大，则v正′＝v逆′，平衡不移动(如图3)。

提醒：一般说的催化剂都是指的正催化剂，即可以加快反应速率。特殊情况下，也可使用负催化剂，减慢反应速率。　
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课时测评
√
题点一　温度对化学平衡的影响
1.(2023·四川宜宾高二期末)可逆反应A(g)＋B C(g)＋D，达到平衡时，下列说法不正确的是
A.若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大
B.若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是有颜色的气体
C.升高温度，C的质量分数减少，说明正反应为放热反应
D.增大压强，平衡不移动，说明B、D一定是气体
增大A的浓度，则平衡向正反应方向移动，B的转化率将增大，A正确；增大A的浓度时，平衡体系颜色加深，可能是A本身就是有颜色的气体，故不能说明D是否有颜色，B正确；升高温度后，平衡向吸热方向移动，C的质量分数减少，说明平衡向逆反应方向移动，则说明正反应方向是放热反应，C正确；增大压强，平衡不移动，则说明反应两边的气体体积相等，但B和D可以同时是气体，也可以同时不是气体，D错误。
√
2.反应2A(g) 2B(g)＋C(g)　ΔH>0，达平衡时要使v正降低，c(A)增大，应采取的措施是
A.加压
B.减压
C.加催化剂
D.降温
3.在一密闭容器中，发生可逆反应：3A(g) === 3B＋C(正反应为吸热反应)，平衡时，升高温度，气体的平均相对分子质量有变小的趋势，则下列判断正确的是
A．B和C可能都是固体 B．B和C一定都是气体
C．若C为固体，则B一定是气体 D．B和C不可能都是气体
√
正反应吸热，升温，平衡右移。若B、C都为固体，则气体的相对分子质量不变，故A错误；若C为固体，B为气体，平衡右移，气体的总质量减小，总物质的量不变，气体的平均相对分子质量减小，故B错误、C正确；若B、C都是气体，平衡右移，气体的总质量不变，总物质的量增加，则平均相对分子质量减小，故D错误。
题点二　多因素对化学平衡影响的分析
√
4.已知反应：COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温　②恒容通入稀有气体　③增加CO浓度　④减压　
⑤加催化剂⑥恒压通入稀有气体，其中能提高COCl2转化率的是
A.①②④ B.①④⑥
C.②③⑤ D.③⑤⑥
②恒容通入稀有气体，平衡不移动；③增加CO浓度，平衡左移，COCl2转化率降低；⑤加入催化剂，平衡不移动。
√
5.已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲) 2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙) 2 mol SO3。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是
A.容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙
B.SO3的质量m：m甲＝m丙>2m乙
C.c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙>k乙
D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙
三个容器的T、V相同，由三种情况下充入物质的物质的量，可知甲、丙两种情况下充入的物质相当，达到同一平衡状态，乙充入的物质比甲少一半，故压强：p甲＝p丙<2p乙；SO3的质量为：m甲＝m丙>2m乙；c(SO2)与c(O2)之比均相等；甲、丙反应放出或吸收热量的数值Q不一定相等，所以选B。
√
6.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是
选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强(压缩体积) X的浓度变小
C 充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，即逆向移动，X的转化率变小，A项正确；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正向移动，X的物质的量减小，但由于容器体积减小，各组分的浓度均比原平衡时的大，B项错误；增大一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率降低，C项错误；催化剂只能改变反应速率，不能影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D项错误。
√
加入KI固体，c(I－)增大，平衡正向移动，A项正确；由图可知，温度越高，c(I )越小，则升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，B项正确；T1时，反应进行到状态d时，c(I )小于平衡时浓度，则平衡向正反应方向移动，则一定有v正＞v逆，C项正确；a、b均为平衡点，a点温度低，该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，则状态a时I2的转化率更高，D项错误。
√
8.(2023·河南省郑州外国语学校检测)一定条件下，反应2NH3(g)
N2(g)＋3H2(g)达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A.压强：p1>p2
B.b、c两点对应的平衡常数：Kc>Kb
C.a点：2v正(NH3)＝3v逆(H2)
D.a点：NH3的转化率为
从图分析，在相同的温度下，增大压强，平衡逆向移动，氮气的体积分数减小，故可以推知p1Kb，B正确；a点为该温度和压强下的平衡点，故有3v正(NH3)＝2v逆(H2)，C错误；假设起始氨气的物质的量为1 mol，氨气的改变量为2x mol，则有
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)
起始量(mol) 1 0 0
改变量(mol) 2x x 3x
平衡量(mol) 1－2x x 3x
＝0.1，解x＝0.125, NH3的转化率为 ×100%＝25%，D错误；故选B。
题点四　勒夏特列原理的应用
9.(2023·吉林江城中学高二期中)下列事实中，能用勒夏特列原理解释的是
①夏天，打开啤酒瓶时会从瓶口逸出气体　②浓氨水中加入氢氧化钠固体时产生较多的刺激性气味的气体　③实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气　④将盛有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中，混合气体的颜色变浅　⑤使用催化剂可加快SO2转化为SO3的速率　⑥合成氨时，将氨液化分离，可提高原料利用率
A.①②③④⑥ B.④⑤⑥
C.①③④⑤ D.③④⑥
√
10.氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下，在固定容积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是____(填字母)。
A.3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B.单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C.容器内的总压强不再随时间而变化
D.混合气体的密度不再随时间变化
C
3v逆(NH3)＝2v正(H2)时反应达到平衡，A项错误；生成m mol N2，必生成3m mol H2，但反应不一定达到平衡，B项错误；此反应为反应前后气体分子数不相等的反应，压强不变可以说明反应达到平衡状态，C项正确；混合气体总质量不变，容器容积不变，所以混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理，在一定温度下，容积为2 L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：
①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态？________(填“是”或“否”)，前5 min反应的平均反应速率v(CH4)＝__________________。
时间/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
是
0.02 mol·L－1·min－1
根据反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，结合表中数据5 min时H2为0.60 mol，可知CO为0.20 mol，即c＝0.20，则a＝0.20，7 min时，各物质的物质的量与5 min时相同，所以5 min时反应达到平衡状态；
v(CH4)＝ ＝0.02 mol·L－1·min－1。
时间/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
②反应在7～10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是____(填字母)。
A.减少CH4的物质的量 B.降低温度
C.升高温度 D.充入H2
时间/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
10 min时，只有CO的物质的量减少，其他物质的物质的量都增加，所以原因只能是充入氢气，使平衡逆向移动，故选D。
D
(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g)，保持其他条件不变，测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH______(填“＞”、“＜”或“＝”)0；T0 ℃下，NH3的转化率为________。
＜
75%
由图像可知，NO的浓度达到最大值后，随温度升高，NO的浓度又逐渐减小，所以该反应的ΔH＜0；T0 ℃时，c(NO)＝3.0 mol·L－1，则反应消耗的n(NH3)＝3.0 mol，NH3的转化率为 ×100%＝75%。
11.现有反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)，达到平衡后，当升高温度时，B的转化率变大；当减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，则：(1)该反应的逆反应为________(填“吸热”或“放热”)反应，且m＋n______(填“＞”、“＝”或“＜”)p。
放热
＞
(2)减压使容器体积增大时，A的质量分数______(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)。
增大
(3)若容积不变加入B，则A的转化率________，B的转化率__________。
增大
减小
(4)若升高温度，则平衡时B、C的浓度之比 将__________。
减小
(5)若加入催化剂，平衡时气体混合物的总物质的量__________。
不变
反应mA(g)＋nB(g) pC(g)达到平衡后，升高温度时，B的转化率变大，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；减小压强时，混合体系中C的质量分数减小，说明减小压强平衡向逆反应方向移动，即m＋n>p，A的质量分数增大；若容积不变加入B，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大；升高温度，平衡向正反应方向移动，c(C)增大，c(B)减小，即 减小；加入催化剂，平衡不移动，混合物的总物质的量不变。
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