高中人教版 (2019)实验活动1 探究影响化学平衡移动的因素学案设计

实验活动1　探究影响化学平衡移动的因素

实验目的

1．认识浓度、温度等因素对化学平衡的影响。

2．进一步学习控制变量、对比等科学方法。

实验用品

小烧杯、大烧杯、量筒、试管、试管架、玻璃棒、胶头滴管、酒精灯、火柴、两个封装有NO2和N2O4混合气体的圆底烧瓶。

铁粉、0.05 mol·L－1 FeCl3溶液、0.15 mol·L－1 KSCN溶液、0.1 mol·L－1 K2Cr2O7溶液、6 mol·L－1 NaOH溶液、6 mol·L－1 H2SO4溶液、0.5 mol·L－1 CuCl2溶液、热水、冰块、蒸馏水。

实验步骤

一、浓度对化学平衡的影响

1．FeCl3溶液与KSCN溶液的反应

(1)在小烧杯中加入10 mL蒸馏水，再滴入5滴0.05 mol·L－1 FeCl3溶液、5滴0.15 mol·L－1 KSCN溶液，用玻璃棒搅拌，使其充分混合，将混合均匀的溶液平均注入a、b、c三支试管中。

(2)向试管a中滴入5滴0.05 mol·L－1 FeCl3溶液， 向试管b中滴入5滴0.15 mol·L－1 KSCN溶液，观察并记录实验现象，与试管c进行对比。完成下表。

(3)继续向上述两支试管中分别加入少量铁粉，观察并记录实验现象。完成下表。

2.在K2Cr2O7溶液中存在如下平衡：

＋H2O2＋2H＋

取一支试管，加入2 mL 0.1 mol·L－1 K2Cr2O7溶液，然后按下表中的步骤进行实验，观察溶液颜色的变化，判断平衡是否发生移动及移动的方向。完成下表。

二、温度对化学平衡的影响

1．在CuCl2溶液中存在如下平衡：

＋4Cl－＋4H2O　ΔH>0

分别取2 mL 0.5 mol·L－1 CuCl2 溶液加入两支试管中，将其中的一支试管先加热，然后置于冷水中，观察并记录实验现象，与另一支试管进行对比。完成下表。

2.取两个封装有NO2和N2O4混合气体的圆底烧瓶(编号分别为1和2)，将它们分别浸在盛有热水、冷水的大烧杯中，比较两个烧瓶里气体的颜色。将两个烧瓶互换位置，稍等片刻，再比较两个烧瓶里气体的颜色。完成下表(2NO2N2O4　ΔH＜0)：

问题和讨论

1．在进行浓度、温度对化学平衡影响的实验时，应注意哪些问题？

答案　注意控制变量法的运用，在研究温度对平衡移动的影响时，只能改变温度这一个条件，其他条件保持一致。还要注意对比法的运用。

2．结合实验内容，尝试归纳影响化学平衡移动的因素。

答案　浓度改变：增加反应物的浓度，减少生成物的浓度，平衡向正反应方向移动；减少反应物的浓度，增加生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动。

温度改变：升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。

3．在对CuCl2溶液加热时，你是否观察到了[CuCl4]2－的黄色？你能说出原因吗？

答案　在对CuCl2溶液加热时，不能观察到[CuCl4]2－的黄色，因为加热时，平衡正向移动，[Cu(H2O)4]2＋有部分转化为[CuCl4]2－，[Cu(H2O)4]2＋显蓝色，[CuCl4]2－显黄色，而二者的混合色为绿色，所以看不到黄色。

1．下列实验、现象及结论都正确的是(　　)

答案　D

解析　A选项加入KCl溶液，红色变浅；B选项所用的FeCl3溶液和CuSO4溶液的浓度不一致，且浓度大的FeCl3溶液的催化效果好，所以无法比较；C选项在室温下混合后就开始反应，所以无法准确观察温度的影响。

2．下列图中的实验方案，能达到实验目的的是(　　)

答案　A

解析　将NO2球分别浸泡在冰水、热水中，根据颜色判断平衡移动的方向，故A正确；实验改变了温度、催化剂两个变量，不能验证FeCl3对H2O2分解反应有催化作用，故B错误；碳酸钠溶液与二氧化碳、二氧化硫都能反应，不能用饱和碳酸钠溶液除去CO2气体中混有的SO2，故C错误；氯化氢易挥发，氯化氢能与硅酸钠溶液反应生成硅酸沉淀，不能根据图示装置比较H2CO3和H2SiO3的酸性强弱，故D错误。

3．某同学利用如图1装置探究温度对化学平衡的影响，已知烧瓶中存在如下平衡：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0，当进行图2实验后，以下结论正确的是(　　)

A．图2中，B烧瓶颜色较深

B．图2中，B烧瓶与A烧瓶相比有较多的NO2

C．图2中B烧瓶的正反应速率比图1中B烧瓶的快

D．图2中A烧瓶的正反应速率比图1中A烧瓶的快

答案　D

解析　2NO2(g)N2O4(g)的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，所以图2中A烧瓶颜色加深、B烧瓶颜色变浅；温度升高，反应速率加快，温度降低，反应速率减小，据此进行解答。

4．CO(g)和H2O(g)以1∶2体积比分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中进行反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：

下列说法不正确的是(　　)

A．从实验数据分析，该反应的正反应是吸热反应

B．实验①中，在0～10 min内，以v(H2)表示的反应速率大于0.013 mol·L－1·min－1

C．从生产效益分析，③组实验的条件最佳

D．比较实验②③，说明③实验使用了更高效的催化剂

答案　A

解析　根据实验组②和③，升高温度，CO2的物质的量减少，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应，故A错误；达到平衡时，v(CO2)＝ mol·L－1·min－1＝0.13 mol·L－1·min－1，化学反应速率之比等于化学计量数之比，即v(H2)＝c(CO2)＝0.013 mol·

L－1·min－1，随着反应的进行，反应物的浓度减小，化学反应速率降低，0～10 min内，v(H2)>0.013 mol·L－1·min－1，故B正确；根据表格数据，实验③温度低，投入量少，达到平衡时间短，因此从生产效益分析，③组实验的条件最佳，故C正确；实验②的温度高于③的温度，但达到平衡时间相等，说明③使用了比较高效的催化剂，故D正确。

5．某兴趣小组以重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液为研究对象，结合所学反应原理的知识改变条件使其发生“色彩变幻”。

已知：①K2Cr2O7溶液存在平衡：Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋。

②含铬元素的离子在溶液中的颜色：Cr2O(橙色)；CrO(黄色)；Cr3＋(绿色)。

(1)ⅰ可证明反应Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋的正反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)ⅱ是验证“只降低生成物的浓度，该平衡正向移动”，试剂a是________。

(3)ⅲ的目的是要验证“增大生成物的浓度，该平衡逆向移动”，此实验是否能达到预期目的________(填“能”或“不能”)，理由是___________________________________________。

(4)根据实验Ⅱ中不同现象，可以得出的结论是_______________________________。

(5)继续实验

①解释溶液变黄的主要原因是_________________________________________________。

②溶液变绿色，该反应的离子方程式是_____________________________________________。

答案　(1)放热　(2)KOH(合理即可)

(3)不能　浓硫酸溶于水放出大量的热，平衡会逆向移动，所以溶液橙色加深，不能说明是由于氢离子浓度的增大使平衡逆向移动的

(4)在酸性条件下，K2Cr2O7的氧化性更强

(5)①K2Cr2O7中存在平衡：Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋，亚硫酸根离子可以和氢离子结合，降低氢离子浓度，平衡正向移动，溶液变为黄色

②Cr2O＋8H＋＋3SO===2Cr3＋＋3SO＋4H2O

解析　(1)升高温度，平衡Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋向着吸热方向移动，实验中加热溶液，颜色橙色加深，根据题意Cr2O在溶液中显橙色，所以平衡逆向移动，该反应是吸热方向，所以反应Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋的正反应是放热的。

(2)“只降低生成物的浓度，该平衡正向移动”，则需要加入的试剂a必须是可以和产物离子如氢离子反应的物质，可以是氢氧化钾或是碳酸钾等。

(3)加入浓硫酸，不仅有增加氢离子浓度平衡逆向移动的情况，同时应考虑浓硫酸溶于水放出大量的热的情况，浓硫酸溶于水放出大量的热，平衡也会逆向移动。

(4)重铬酸钾具有氧化性，是重铬酸根离子的氧化性，根据实验中不同现象知道在酸性条件下，会增加重铬酸根离子的浓度。

(5)①亚硫酸根离子可以引起平衡Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋的移动，亚硫酸根离子可以和氢离子结合，降低氢离子浓度，平衡正向移动，溶液变为黄色。

②溶液变绿色，则出现的是Cr3＋(绿色)，重铬酸根离子和亚硫酸根离子之间发生氧化还原反应：Cr2O＋8H＋＋3SO===2Cr3＋＋3SO＋4H2O。