师：同学们，今天我们学习高二人教版化学选择性必修一第二章第二节化学平衡的第四课时——温度和催化剂对化学平衡的影响。本节课我们有以下三个学习目标：一是认识温度和催化剂对化学平衡的影响；二是能利用平衡常数和浓度商的关系，判断化学反应是否达到平衡及平衡的移动方向，提升从定量角度分析化学反应的能力；三是通过实验探究，理解温度、催化剂对化学平衡状态的影响，进一步构建“化学变化是有条件的”这一学科观念。
氨自1784年被发现，直到1913年，经德国科学家哈伯的研究，实现了合成氨的工业化生产。虽然合成氨的化学反应看似简单，但为提高产率，其生产条件需要高温、高压和催化剂。我们已经知道浓度、压强对化学平衡的影响，那么温度和催化剂又会对化学平衡产生怎样的影响呢？今天就让我们带着这个疑问展开学习。
首先进行活动一。已知反应四氧化二氮气体分解为二氧化氮气体，反应的ΔH为 +56.9千焦每摩尔，在不同温度下平衡常数如下表。请从Q与K比较的视角，定量分析当温度升高时，该反应的化学平衡是否会发生移动，并定性预测平衡移动的方向。请同学们按下暂停键思考。
生：（思考）
师：完成了吗？接下来我们一起分析该反应。温度改变前，反应处于平衡状态，此时化学反应的平衡常数等于浓度商，表达式为Q = K = 平衡时二氧化氮浓度的平方除以四氧化二氮的浓度。当温度升高时，化学平衡常数增大而浓度商不变，导致Q小于K。为再次达到平衡，即让Q等于K，平衡移动方向应使表达式中的分子增大，分母减小，也就是使二氧化氮浓度变大，四氧化二氮浓度减小，即平衡应向着正反应方向移动。对于该反应来说，正反应方向刚好是吸热方向。
以上是基于Q与K比较的视角，对温度升高时反应平衡移动方向的理论预测。接下来通过实验验证预测。我们按照以下思维模式进行实验验证：首先明确反应原理，然后确定探究的影响因素，这里主要探究温度的影响，所以设置冷水和热水进行对比实验。接着设计实验验证理论预测，刚刚预测该反应升温时应正向移动，那么降温时会逆向移动。相应现象应为：升温时二氧化氮浓度增大，颜色变深；降温时二氧化氮浓度减小，颜色变浅。最后根据实验现象得出结论。接下来请同学们观察实验，并填写下列表格。
今天为大家展示的是二氧化氮球浸泡在冰水和热水中的实验。首先了解本次实验所需的实验用品，实验药品有二氧化氮球、冰水、热水。
取二氧化氮球，观察常温状态下两端球体的颜色。将二氧化氮球一端浸泡在热水中，另一端浸泡在冰水中。浸泡一段时间后取出，观察二氧化氮球的变化。
生：（观察实验）
师：可以看到浸泡在热水中的二氧化氮球红棕色加深，浸泡在冰水中的二氧化氮球红棕色变浅。由实验可知，混合气体冷却后颜色变浅，说明二氧化氮浓度减小，即平衡向放热反应方向移动；混合气体受热颜色加深，说明二氧化氮浓度增大，即平衡向吸热反应方向移动。
从实验结果看，放在热水中的气体红棕色加深，冷水中的气体红棕色变浅，说明温度升高时，二氧化氮生成量增多，也就是平衡向着正反应方向移动了。可见我们对四氧化二氮分解生成二氧化氮的反应，在温度变化时化学平衡移动方向的预测是正确的。所以可以得出结论：在其他条件不变的情况下，升高温度平衡向吸热反应方向移动。
通过以上探究学习，我们发现对于吸热反应，温度升高时反应的平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，该方向能量变化趋势为吸热；温度降低时，反应的平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，该方向能量变化趋势为放热。同理，从Q、K比较角度分析，若某反应为放热反应，温度升高时反应的平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，该方向能量变化趋势为吸热；温度降低时，反应的平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，该方向能量变化趋势为放热。那么温度对化学平衡的影响规律是什么呢？从表格中不难看出，无论是吸热反应还是放热反应，当其他条件不变时，温度升高，化学平衡向着吸热反应方向移动；温度降低，化学平衡向着放热反应方向移动。这就是温度对化学平衡移动方向的影响规律。
接下来请同学们思考：如何用Q、K比较的角度解释“催化剂对化学平衡的移动没有影响”这句话？请按下暂停键思考。
生：（思考）
师：下面我们一起来分析。化学反应处于平衡状态时，Q与K相等。当向反应体系中加入催化剂时，化学反应的K值不变，Q值也不变，因此Q和K依然相等，平衡不发生改变，即催化剂不能影响化学反应平衡的移动。
经过以上学习，让我们再次回到课堂开始的合成氨问题。请同学们思考：工业合成氨过程中，在氢气投放量固定的前提下，如何增加氨的产率？请按下暂停键思考。
生：（思考）
师：对于这个问题，我们从Q、K比较的角度分析。合成氨的Q、K表达式为氨浓度的平方除以氮气浓度和氢气浓度的立方之积。若要提高氨的产率，意味着要打破原有的平衡，使Q不等于K。为此，我们可以从两方面入手：改变Q，即改变物质的浓度；或者改变K，也就是改变温度。为提升氨的产率，应使该反应的化学平衡向正反应方向移动，即Q小于K。从改变浓度角度看，我们可以增大氮气浓度，减小氨的浓度以及压缩体积增大压强；从改变温度角度看，我们可以降低温度，使K值变大。这里就产生一个疑问：既然降低温度可使合成氨反应向正反应方向移动，提升氨的产率，那为什么工业合成氨条件却是高温高压呢？由此可见，在实际化工生产中，我们不仅要考虑产率问题，还要考虑成本、速率等问题，具体内容下节课继续探讨。
至此，我们学习了浓度、压强、温度等影响化学平衡移动的因素。请同学们利用已学知识完成下列表格。请按下暂停键思考。
生：（思考）
师：现在我们一起来分析。首先观察反应特点，该反应ΔH大于0，为吸热反应，前后气体的系数和变化为m + n大于p + q。若只改变温度因素：当温度升高时，Q值不变，K值增大，此时Q小于K，因此平衡向正反应方向移动，正反应方向为吸热反应，所以平衡移动导致温度的变化趋势为使温度降低；当温度降低时，Q值不变，K值减小，此时Q大于K，因此平衡向逆反应方向移动，逆反应方向为放热反应，所以平衡移动导致温度的变化趋势为使温度升高。