2014-2015学年高中化学同步讲练：2.2.3 温度对化学平衡的影响2(鲁科版选修4)

第3课时 温度对化学平衡的影响

[学习目标定位] 1.会分析化学平衡的建立，会判断化学平衡移动的方向。2.会判断化学反应是否处于平衡状态。3.知道温度影响化学平衡移动的规律。

1．在200 ℃时，将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)充入到体积为V L 的密闭容器中，发生反应： I2(g)＋H2(g)

2HI(g) ΔH＝－c kJ·mol－1

(1)反应刚开始时，由于c (H2)＝________，c (I2)＝______________________________，

而c (HI)＝__________，所以化学反应速率__________最大(填“v正”或“v逆”，下同)，而________最小(为零)。

(2)随着反应的进行，反应混合物中各组分浓度的变化趋势为c (H2)__________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，c (I2)________，而c (HI)__________，从而化学反应速率v正____________，而v逆____________。

(3)当反应进行到v正与v逆________时，此可逆反应就达到了平衡。若保持外界条件不变时，反应混合物的总物质的量为__________mol。此时放出的热量Q________c kJ(填“＝”、“>”或“<”)。 12

答案 (1)V mol·L－1 V mol·L－1 0 v正 v逆 (2)减小 减小 增大 减小 增大 (3)相等 3 <

n

解析 (1)根据c＝V即可求出各自的浓度。

(3)该反应为等体积反应，反应前后物质的量不变，所以混合物总物质的量仍为3 mol。因为该反应为可逆反应，不可能进行完全，所以放出的热量小于c kJ。 2．化学平衡移动

化学平衡移动的方向

若QK―→平衡逆向移动或向左移动

探究点一 化学平衡状态的判断依据与方法

1．可逆反应达到平衡的重要特征(平衡的实质)是v正＝v逆≠0。在一定温度下，可逆反应A(g)＋3B(g)

2C(g)达到平衡的标志是②③④。

①单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol B ②生成C的速率与C分解的速率相等 ③A、B、C的浓度不再变化

④单位时间内生成n mol A，同时生成2n mol C

2．可逆反应达到平衡后，其平衡结果的标志是反应混合物中各组分的含量保持不变。在一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)

C(g)＋D(g)。当下列物理量不发生变化时，能表明该反应已达到平衡状态

的是②④。

①混合气体的总物质的量 ②B的物质的量浓度 ③容器内气体的压强 ④混合气体的密度 [归纳总结]

化学平衡状态的判断 1．判断依据 (1)v正＝v逆

①对同一物质，该物质的生成速率等于它的消耗速率。

②对不同物质，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。

(2)反应混合物中各组分的百分含量保持不变。

可逆反应具备这两个依据之一(同时另一条件肯定也满足)，则就达到了化学平衡状态，否则就没达到。 2．判断方法

(1)对于m＋n≠p＋q的纯气体反应，恒温恒容下气体的总物质的量不变、总压强不变、平均相对分子质量不变和恒温恒压下气体的密度不变都可以说明反应达到了平衡状态。

(2)对于m＋n＝p＋q的纯气体反应，不管是否达到平衡状态，气体总体积、总压强、总物质的量始终保持不变，从而平均摩尔质量(相对分子质量)、气体密度总保持不变(Mr＝m/n，ρ＝m/V)，因此这五项都不能作为判断反应是否达到平衡的依据。

(3)对于有固体或液体物质参与的反应，如aA(s)＋bB(g)①气体质量不变⇒达到平衡；

②若b≠c＋d，则n气、M气、p总、ρ不变均说明已达到平衡；

③若b＝c＋d，则n气、p总不变不能判断是否达到平衡状态，M气、ρ不变能说明已达到平衡。 [活学活用] 1．可逆反应：2NO2是( )

①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态

⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．①④⑥⑦ C．①③④⑤ 答案 A

cC(g)＋dD(g)：

2NO＋O2在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志

B．②③⑤⑦ D．全部

解析 依据v正＝v逆≠0判断：①单位时间内生成n mol O2的同时必消耗2n mol NO2，①能说明反应已达平衡；②描述均是正方向，无法判断；③无论反应是否达平衡，均有此关系。依据组成一定判断：④NO2为有颜色的气体(红棕色)，颜色m

不变能说明反应体系中NO2浓度一定，已达到平衡；⑤因ρ＝V，反应前后，m、V均不变，ρ也不变，不能说明反应达到平衡；此反应是一个不等体反应，⑥⑦均能说明反应已达平衡。

2．一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(s)＋nB(g)

pC(g)＋

qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态：①体系的压强不再发生变化，②体系的密度不再发生变化，③各组分的物质的量浓度不再改变，④各组分的质量分数不再改变，⑤反应速率vB∶vC∶vD＝n∶p∶q，其中，能说明反应已达到平衡的是( ) A．只有③④ C．只有①②③④ 答案 B

m气

解析 若n＝p＋q，压强不变时，不能说明反应已达到平衡；根据ρ＝V，随着反应的进行，m(气)变而V不变，故ρ是变量，当ρ不变时，反应已达到平衡。 探究点二 温度对化学平衡的影响

1．按表中实验步骤要求完成实验，观察实验现象，填写下表：

实验原理 B．只有②③④ D．①②③④⑤

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 混合气体受热颜色加深，说明NO2浓度增大，即平实验结论 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．根据下表中的数据，分析平衡常数大小与温度变化的关系，将其结论填入表中：

化学反应 温度 平衡常数 2NO2(g)N2O4(g) ΔH2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝－57.2 kJ·mol－1 298 K 6.8 L·mol－1 333 K 0.601 L·mol－1＝92.2 kJ·mol－1 473 K 0.0015(mol·L－12673 K 2.0 (mol·L－1)2 ) 温度升高，平衡常数减小结论 (平衡向吸热反应方向移动) [归纳总结] 温度对化学平衡的影响

温度升高，平衡常数增大(平衡向吸热反应方向移动) (1)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)温度对化学平衡的影响是通过改变平衡常数来实现的，K变是实质，ΔH变是特征。

反应类型 放热 反应 吸热 反应 [活学活用] 3．在一定条件下，发生反应CO＋NO2

CO2＋NO，达到化学平衡后，降低温

温度变化 K值变化 Q与K的关系 升温 降温 升温 降温 减小 增大 增大 减小 Q>K QK 平衡移动方向 逆向移动 正向移动 正向移动 逆向移动 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。

4．在体积一定的密闭容器中，反应Fe(s)＋CO2(g)反应的平衡常数K与温度的关系如下表所示：

温度/℃ K 500 1.00 700 1.47 FeO(s)＋CO(g)达平衡。该

900 2.40 (1)该反应的化学平衡常数表达式是____________。 (2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。

(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＝

[CO]

(2)吸热 (3)增大 [CO2]

解析 由表格中数据可知，温度越高K值越大，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。

1．模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法，对于2HBr(g)

H2(g)＋Br2(g)

反应，下列各图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是( )

答案 C

解析 只有C项说明三种物质共存，是可逆反应。 2．恒温恒容条件下，发生化学反应H2(g)＋I2(g)达到平衡的标志的是( ) A．混合气体颜色不再变化

B．单位时间内生成n mol氢气的同时生成n mol碘蒸气

C．若该反应在隔热密闭体积恒定的容器中进行反应，体系的温度不再变化 D．2v正(H2)＝v逆(HI)

2HI(g)，下列选项中不能作为

答案 B

解析 单位时间内生成n mol H2是逆反应，生成n mol I2(g)也是逆反应，故无法判断反应是否达平衡。

3．能确认发生化学平衡移动的是( ) A．化学反应速率发生了变化 B．可逆反应达到平衡后，改变了压强

C．由于某一条件的改变，使平衡混合物中各组分的浓度发生了改变 D．可逆反应达到平衡后，升高温度 答案 D

4．在一定条件下，反应H2(g)＋Br2(g)其他条件不变时：

(1)如果升高温度，平衡混合物的颜色________。

(2)如果在体积固定的容器中加入一定量的氢气，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，Br2(g)平衡转化率________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

答案 (1)加深 (2)正反应 变大 5．550 ℃时，有如下反应： 2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g) ΔH<0。

2HBr(g) ΔH<0，达到化学平衡状态且

(1)把2 mol SO2和1 mol O2放入恒容的密闭容器中，判断该反应达到平衡状态的标志是__________(填字母序号，下同)。 a．SO2和SO3浓度相等 b．SO2百分含量保持不变 c．容器中气体的压强不变

d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等 e．容器中混合气体的密度保持不变

(2)(1)中所述反应到达平衡后，再向混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O原子________。 a．只存在于O2中 b．只存在于O2和SO3中 c．只存在于O2和SO2中

d．存在于O2、SO2和SO3中 答案 (1)bc (2)d

解析 (1)到达平衡时，各组分百分含量保持不变，所以b正确；这是一个不等体反应，压强不变，说明反应已达平衡，c正确。

(2)可逆反应表现为正、逆反应均在进行，随着正反应的进行，18O会存在于SO3中，随着逆反应的进行，18O又会存在于SO2中。

[基础过关]

一、化学平衡状态的建立与特征

1．在一定条件下，使NO和O2在一密闭容器中进行反应，下列说法中不正确的是( )

A．反应开始时，正反应速率最大，逆反应速率为零 B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后为零 C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后不变 D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后不变 答案 B

解析 化学平衡建立过程中，反应物浓度减小，故正反应速率减小，生成物浓度增大，故逆反应速率增大，当二者相等时达平衡状态，但不为零。

2．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生：N2＋3H2

高温、高压催化剂

2NH3，下列有关说法正确的是( )

A．达到化学平衡时，N2将完全转化为氨

B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等 C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化 D．达到化学平衡时，正、逆反应速率都为零 答案 C

解析 当可逆反应达到化学平衡状态时，v正＝v逆≠0，各组分的浓度(或质量)保持不变，但不一定相等。

3．在密闭容器中进行反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分

别为0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )

A．Z为0.2 mol·L－1 B．Y2为0.35 mol·L－1 C．X2为0.3 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1 答案 A

解析 对于一定条件下已建立的平衡状态，其起始状态可以是从正反应方向开始，也可以是从逆反应方向开始。

所以0<[X2]<0.2 mol·L－1 0．1 mol·L－1<[Y2]<0.3 mol·L－1 0<[Z]<0.4 mol·L－1。 二、化学平衡状态的判断

4．在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol O2和2 mol NO，发生如下反应：O2(g)＋2NO(g)

2NO2(g)，下列条件下，此反应不一定达平衡的是( )

A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度不随时间变化

C．容器内O2、NO、NO2的浓度之比为1∶2∶2 D．单位时间内生成1 mol O===O，同时生成2 mol NO2 答案 C

解析 A项，该反应气体数目有变化，当容器内压强不随时间变化时，必达平衡；B项必达平衡；C项中，其比例是反应中的系数比，此时，不能反映量已固定，所以，不一定是平衡状态；D项，生成O===O是逆向反应，生成NO2是正向反应，比例1∶2与化学方程式系数相符，必是平衡状态。 5．对于恒容密闭容器中发生的可逆反应N2(g)＋3H2(g)明反应达到化学平衡状态的为( )

2NH3(g) ΔH<0，能说

A．断开一个N≡N键的同时有6个N—H键生成 B．混合气体的密度不变

C．混合气体的平均相对分子质量不变 D．N2、H2、NH3分子数比为1∶3∶2的状态 答案 C

解析 断开N≡N键与生成N—H键是同一个反应方向，A不对；平均相对分子m

质量Mr＝n，反应过程中m始终不变，若Mr不变，则n不变，说明反应已达平衡；恒容密闭容器中混合气体密度始终不变。

6．一定条件下，在体积为1 L的密闭容器中，1 mol X和1 mol Y进行反应：2X(g)＋Y(g)

Z(g)，下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是( )

A．X的百分含量不再发生变化 B．c(X)∶c(Y)∶c(Z)＝2∶1∶1 C．容器内原子总数不再发生变化

D．同一时间内消耗2n mol X的同时生成n mol Z 答案 A

解析 反应过程中原子个数始终守恒，所以C不合题意；消耗 2n mol X与生成n mol Z是同一反应方向，也不能说明反应已达平衡；浓度之比为2∶1∶1，不能说明浓度保持不变。

7．恒温恒容的情况下，反应A2(g)＋B2(g)A．容器内气体的密度不随时间而变化 B．容器内的总压强不随时间而变化

C．单位时间内生成2n mol AB的同时，生成n mol的B2 D．A2、B2、AB的反应速率比为1∶1∶2的状态 答案 C

m

解析 ρ＝V，m、V始终不变，则ρ始终不变；该反应是等体反应，所以总压强始终不变；单位时间内生成2n mol AB(正向反应速率)，同时生成n mol B2(逆向反应速率)，二者反应速率相等，说明反应已达平衡；无论是否达到化学平衡，三者反应速率之比始终为1∶1∶2。 三、温度对化学平衡的影响

2AB(g)达到平衡状态的标志是( )

8．化学反应2A＋B2C达到平衡后升高温度，C的物质的量增加，关于此反应

下列说法正确的是( ) A．正反应为放热反应 C．正反应为吸热反应 答案 C 9．2NO2变( )

①颜色 ②平均相对分子质量 ③质量 ④压强 A．①③ B．②④ C．④ D．③ 答案 D

10．已知PCl5气体的分解反应为PCl5(g)

PCl3(g)＋Cl2(g)，在473 K达到平衡

N2O4正反应放热，把烧瓶置于100 ℃沸水中，下列哪几项性质不会改

B．没有显著热量变化 D．原平衡没有移动

时气态PCl5有48.5%分解，在573 K达平衡时气态PCl5有97%分解，则此反应是( ) A．吸热反应 B．放热反应 C．反应的ΔH＝0

D．无法判断是吸热反应还是放热反应 答案 A

11．高温下，某反应达到平衡，平衡常数K＝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，CO2转化率减小 D．该反应化学方程式为CO＋H2O答案 A

解析 由平衡常数表达式可知，反应方程式为CO2＋H2高，H2浓度减小，平衡向右移动，正反应是吸热反应。 [能力提升]

12．下列说法中，可以证明反应N2＋3H2

催化剂高温

催化剂高温

[CO][H2O]

。恒容时，温度升高，[CO2][H2]

CO2＋H2

CO＋H2O，温度升

2NH3已达到平衡状态的是( )

①1个N≡N键断裂的同时有3个H—H键形成 ②N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2 ③1个N≡N键断裂的同时有6个N—H键形成 ④N2、H2、NH3的浓度不再变化 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④ 答案 A

解析 ①中有一个N≡N键断裂时，也应有3个H—H键断裂，即与3个H—H键生成是相反方向的，v正＝v逆，故能说明反应达到平衡状态；②平衡时，N2、H2、NH3的分子数之比不一定为1∶3∶2；③中一个N≡N键断裂的同时生成6个N—H键是反应的一般规律，也不能说明达到平衡；④中各物质浓度不变，是化学平衡状态的重要标志之一，反应达到平衡。

13．在容积不变的密闭容器中，一定条件下发生反应：2A

B(g)＋2C(g)，且达

到平衡。当升高温度时气体的密度增大，则下列叙述中正确的是( ) A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 B．若正反应是放热反应，则A为气态

C．物质A一定为非气态，且正反应是吸热反应 D．升高温度，平衡向左移动 答案 C

解析 升高温度，正、逆反应速率均增大，A错；升高温度，气体的密度增大，由于容器的容积不变，则容器内气体的质量一定增大，则平衡只能向正反应方向移动，且A一定为非气体，B错；由于升高温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，C对；升高温度平衡向右移动，D错。

14．如图所示，烧杯甲中盛放100 mL 6 mol·L－1 HCl溶液，烧杯乙中盛放100 mL冷水，现向烧杯甲的溶液中放入25 g NaOH固体，同时向烧杯乙中放入25 g NH4NO3固体，搅拌使之溶解。

(1)A瓶中气体的颜色__________，简述理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)B瓶中气体的颜色__________，简述理由：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案 (1)变深 NaOH溶热，中和HCl也放热，甲中溶液及A中气体温度升高，2NO2(g)

N2O4(g) ΔH<0，平衡逆向移动，NO2浓度增大，颜色加深

N2O4(g)

(2)变浅 NH4NO3溶解吸热，乙中溶液及B中气体温度降低，2NO2(g)ΔH<0，平衡正向移动，NO2浓度减小，颜色变浅

解析 甲中氢氧化钠溶解及盐酸与氢氧化钠发生中和反应均放出热量；乙中NH4NO3固体溶解要吸收热量。2NO2(g)

N2O4(g) ΔH<0，温度升高，平衡向逆

反应方向移动，颜色加深；温度降低，平衡向正反应方向移动，颜色变浅。 15．一定温度下，在2 L的恒容密闭容器内发生的反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。

请回答下列问题： (1)该反应的化学方程式为

________________________________________________________________________。

(2)在t2时刻存在的等量关系是______________，此时反应是否达到化学平衡状态？________(填“是”或“否”)。

(3)在t3时刻v正________(填“>”、“<”或“＝”)v逆，理由是

________________________________________________________________________。 答案 (1)2N

M

(2)n(M)＝n(N) 否

(3)＝ M和N的物质的量不再发生变化，所以反应已达到平衡状态，故v正＝v逆 解析 (1)当N减少4 mol时，M增加2 mol，所以化学方程式为2N

M。(2)t2

时刻，n(M)＝n(N)＝4 mol，t2时刻后，N物质的量继续减小，M物质的量继续增加，故仍未达到平衡。

(3)t3时刻时，M和N的物质的量均不再发生变化，所以反应已达到平衡状态。 [拓展探究]

16．硼酸(H3BO3)在食品、医药领域应用广泛。 (1)B2H6气体与水反应生成硼酸(H3BO3)的化学方程式是

________________________________________________________________________。

(2)在其他条件相同时，反应H3BO3＋3CH3OH

B(OCH3)3＋3H2O中，H3BO3

的转化率(α)在不同温度下随反应时间(t)的变化如下图。

①温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是

________________________________________________________________________。

②该反应的ΔH______0(填“<”、“＝”或“>”)。 (3)H3BO3溶液中存在如下反应：H3BO3(aq)＋H2O(l)

[B(OH)4]－(aq)＋H＋(aq)，

已知0.70 mol·L－1 H3BO3溶液中，上述反应于298 K达到平衡时，[H＋]＝2.0×10

－5

mol·L－1，[H3BO3]≈c起始(H3BO3)，水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的

平衡常数K＝________(H2O的平衡浓度不列入K的表达式中，计算结果保留两位有效数字)。

答案 (1)B2H6＋6H2O===2H3BO3＋6H2

(2)①升高温度，反应速率加快，平衡正向移动 ②> (3)5.71×10－10 mol·L－1

解析 (1)根据元素守恒，产物只能是H2，故反应方程式为B2H6＋6H2O===2H3BO3＋6H2。

(2)由图像可知，温度升高，H3BO3的转化率增大，故升高温度使平衡正向移动，正反应是吸热反应，ΔH>0。

＋－5－5

[BOH－4][H]2×10×2×10(3)K＝＝ mol·L－1≈5.71×10－10 mol·L－1。

[H3BO3]0.7