高考化学专题五第十九讲化学平衡化学平衡常数的计算Word格式.docx
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任何化学反应都随着能量变化，当体系温度一定时
气体的密度
密度一定
颜色
对于有色物质参加或生成的可逆反应，反应体系内有色物质的颜色稳定不变
化学键
对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。
如反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），若有下列各项成立
a．断裂1molN≡N键的同时生成1molN≡N键；
b．断裂1molN≡N键的同时生成3molH—H键；
c．生成1molN≡N键的同时生成6molN—H键
2.以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志
（1）某一时刻，各物质的浓度（或物质的量或分子数）之比等于化学计量数之比的状态。
（2）恒温、恒容条件下气体体积不变的反应，混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间变化，如2HI（g）I2（g）＋H2（g）。
（3）全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化而变化，如2HI（g）I2（g）＋H2（g）。
（4）全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
[对点练]
在恒温、容积为2L的密闭容器中加入1molCO2和3molH2，发生如下反应：
CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH＜0。
可认定该可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是（ ）
A．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1
B．v正（CO2）＝3v逆（H2）
C．容器内混合气体平均相对分子质量保持不变
D．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度都相等
解析：
选C 因为反应前后气体的物质的量不等，所以相对分子质量随着反应进行而改变，当平均相对分子质量不变时，反应达到平衡。
[题点全练—过高考]
题点一 可逆反应的特点
1．反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素
8O的氧气，经过一段时间后，
8O原子存在于（ ）
A．O2B．SO2
C．O2和SO2D．O2、SO2和SO3
答案：
D
2．将0.2mol·
L－1的KI溶液和0.1mol·
L－1Fe2（SO4）3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”的是（ ）
实验编号
实验操作
实验现象
①
滴入KSCN溶液
溶液变红色
②
滴入AgNO3溶液
有黄色沉淀生成
③
滴入K3[Fe（CN）6]溶液
有蓝色沉淀生成
④
滴入淀粉溶液
溶液变蓝色
A．①和②B．②和④C．③和④D．①和③
选A ①现象说明存在Fe3＋，②现象说明有I－，③现象说明有Fe2＋生成，④现象说明有I2生成。
但是③④不能说明反应为可逆反应。
[规律方法]
（1）可逆反应的概念强调“相同条件”，如2H2O
2H2↑＋O2↑不是可逆反应。
（2）二次电池的充、放电不是可逆反应。
（3）可逆反应不等同于可逆过程。
可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化。
（4）一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。
（5）化学反应的限度可以通过改变条件而改变。
题点二 化学平衡状态的判断
3．在一定条件下，可逆反应X（g）＋2Y（g）2Z（g） ΔH＝－akJ·
mol－1达到化学平衡时，下列说法一定正确的是（ ）
A．反应放出akJ热量
B．X和Y的物质的量之比为1∶2
C．反应物和生成物的浓度都不再发生变化
D．X的正反应速率等于Z的逆反应速率
选C 由于参加反应的反应物的量未知，所以不能确定放出热量的多少，A错误；
根据化学方程式可知，X、Y反应或生成的物质的量之比是1∶2，不能确定平衡时二者的物质的量的关系，B错误；
可逆反应达到平衡时，反应体系的任何物质的浓度都不会发生变化，C正确；
反应达到平衡时，X的正反应速率与Z的逆反应速率之比是1∶2，D错误。
4．一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），下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是（ ）
①混合气体的密度不再变化时
②容器内气体的压强不再变化时
③混合气体的总物质的量不再变化时
④B的物质的量浓度不再变化时
⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑥当v正（B）＝2v逆（C）
A．①④⑤⑥B．②③⑥
C．②④⑤⑥D．只有④
选A A为固态，反应正向进行时气体质量增大，逆向进行时气体质量减小，所以密度不变时平衡，①正确；
该反应前后气体体积不变，所以压强不变时不一定平衡，②错误；
该反应前后气体物质的量相等，所以混合气体的总物质的量不变不一定平衡，③错误；
B的浓度不变，说明反应平衡了，④正确；
混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态，说明气体的质量不变，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑤正确；
v正（B）＝2v逆（C）时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑥正确。
5．在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
（甲）2NO2（g）2NO（g）＋O2（g），（乙）H2（g）＋I2（g）2HI（g）。
现有下列状态，将能证明上述反应达到化学平衡状态的填入相应表格：
表明（甲）达到平衡
表明（乙）达到平衡
①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于系数之比的状态
②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比的状态
③速率之比等于系数之比的状态
④浓度之比等于系数之比的状态
⑤百分含量之比等于系数之比的状态
⑥混合气体的颜色不再改变的状态
⑦混合气体的密度不再改变的状态
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑨体系温度不再改变的状态
⑩压强不再改变的状态
⑪反应物的浓度不再改变的状态
⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
②⑥⑧⑨⑩⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫
题点三 极值思想在化学平衡中的应用
6．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10L的密闭容器中进行，开始时加入2molN2和3molH2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到（ ）
A．0.1mol·
L－1B．0.2mol·
L－1
C．0.05mol·
L－1D．0.15mol·
选B 2molN2和3molH2反应，假设反应能够进行到底，则3molH2完全反应，生成2molNH3，此时NH3的浓度为0.2mol·
L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应，所以NH3的浓度达不到0.2mol·
L－1。
7．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0.1mol·
L－1、0.3mol·
L－1、0.2mol·
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0.3mol·
L－1B．Y2为0.4mol·
C．X2为0.2mol·
L－1D．Z为0.4mol·
选A 此题可用极端假设法确定各物质的浓度范围。
假设反应正向进行到底：
X2（g）＋Y2（g）2Z（g）
起始浓度（mol·
L－1）0.10.30.2
改变浓度（mol·
L－1）0.10.10.2
终态浓度（mol·
L－1）00.20.4
假设反应逆向进行到底：
L－1）0.20.40
平衡体系中各物质的浓度范围为0＜c（X2）＜0.2mol·
L－1，0.2mol·
L－1＜c（Y2）＜0.4mol·
L－1,0＜c（Z）＜0.4mol·
化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），在一定温度下，反应达到平衡时，K＝
。
[注意] 固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中。
3．意义
K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大，但不能预测反应达到平衡所需要的时间。
4．影响因素
K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
若正反应是吸热反应，升高温度则K值增大；
若正反应是放热反应，升高温度则K值减小。
[注意] 化学平衡常数是指某一具体可逆反应的平衡常数。
提能点
（一） 平衡常数的含义
（1）化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系
①对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：
K正＝
②若化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。
③两反应加和，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积；
两反应相减，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。
（2）化学平衡常数与平衡移动的关系
对于给定可逆反应，即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律。
1．判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×
”）。
（1）平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度（ ）
（2）催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数（ ）
（3）平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动（ ）
（4）化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化（ ）
（5）温度升高，化学平衡常数一定增大（ ）
（1）×
（2）×
（3）×
（4）√ （5）×
2．对于①N2＋3H22NH3 K1
②2NH3N2＋3H2 K2
③NH3
N2＋
H2 K3
（1）写出K1、K2的表达式：
K1＝______________________、K2＝______________________。
（2）K2与K1的关系式：
K2＝________；
K2与K3的关系式：
K2＝________（或K3＝________）。
（1）
（2）
K
（1）利用K可以推测可逆反应进行的程度
K的大小表示可逆反应进行的程度，K大说明反应进行的程度大，反应物的转化率大；
K小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。
K
<
10－5
10－5～105
105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应接近完全
（2）利用K可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
T、K变化一致，正反应吸热；
T、K变化相反，正反应放热。
（3）利用K值计算反应物的转化率
根据起始浓度（或平衡浓度）和平衡常数可以计算平衡浓度（或起始浓度），从而计算反应物的转化率。
（4）利用K判断化学平衡状态及反应的方向
对于可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g），在一定温度下的任意时刻，通过离子积与K的相对大小来确定反应是否达到平衡状态。
Qc＝
Qc
3．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示：
t℃
700
800
830
1000
1200
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝_____________________________________。
（2）该反应为________反应（填“吸热”或“放热”）。
（3）某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：
3c（CO2）·
c（H2）＝5c（CO）·
c（H2O），试判断此时的温度为________。
（4）若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K________1.0（填“大于”“小于”或“等于”）。
（5）830℃时，容器中的反应已达到平衡。
在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡________移动（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）。
（1）根据化学方程式可写出K＝
（2）分析表中数据可知，随着温度的升高，K值逐渐增大，说明正反应是吸热反应。
（3）某温度下，由3c（CO2）·
c（H2O）得出
＝
＝0.6＝K，K只与温度有关，温度一定则K为定值，查表知K＝0.6时对应温度是700℃。
（4）只要温度不变，K数值就不变，故830℃条件下，K的数值是1.0。
（5）830℃时达到平衡，扩大容器体积的瞬间，反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数，据K＝
可知，浓度同时改变相同倍数时，则平衡不移动。
（2）吸热 （3）700℃
（4）等于 （5）不
题点一 平衡常数的含义
1．在一定条件下，已达平衡的可逆反应：
2A（g）＋B（g）2C（g），下列说法中正确的是（ ）
A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：
K＝
B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变
C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化
D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小
选A K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。
2．某温度下2L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量（n）如表所示，下列说法正确的是（ ）
X
Y
W
n（起始状态）/mol
2
1
n（平衡状态）/mol
0.5
1.5
A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝
B．其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH<
C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动
D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡
选B 由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（W）＝2∶1∶3，化学方程式为2X＋Y3W，反应的平衡常数表达式是K＝
，A错误；
升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的ΔH<
0，B正确；
使用催化剂，平衡常数不变，C错误；
混合气体密度一直不变，不能说明反应已达到平衡，D错误。
3．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2（g）＋NaCl（s）NaNO3（s）＋ClNO（g） K1
2NO（g）＋Cl2（g）2ClNO（g） K2
则4NO2（g）＋2NaCl（s）2NaNO3（s）＋2NO（g）＋Cl2（g）的平衡常数K＝_________________________________________________（用K1、K2表示）。
K1＝
，K2＝
，K＝
题点二 平衡常数的影响因素及应用
4．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。
工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。
已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
平衡常数
温度/℃
500
①2H2（g）＋CO（g）CH3OH（g）
K1
2.5
0.15
②H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）
K2
2.50
③3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）
K3
（1）据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________（用K1、K2表示）。
（2）反应③的ΔH________（填“>
”或“<
”）0。
（3）500℃时测得反应③在某时刻H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O（g）的浓度（mol·
L－1）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆（填“>
”“＝”或“<
（1）K1＝
，K3＝
，K3＝K1·
K2。
（2）根据K3＝K1·
K2，500℃、800℃时，反应③的平衡常数分别为2.5、0.375；
升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH<
0。
（3）Qc＝
2.5。
所以v正>
v逆。
（1）K1·
K2
（2）<
（3）>
5．在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3，发生反应CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g），测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。
请按要求回答下列问题：
（1）该反应正反应为________热反应（填“吸”或“放”），温度为T5℃时，该反应耗时40s达到平衡，则T5℃时，该反应的平衡常数数值为________。
（2）如果该反应的平衡常数K值变大，该反应________（填标号）。
a．一定向逆反应方向移动
b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小
c．一定向正反应方向移动
d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
（3）请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因：
________________________________________________________________________.
（4）保持温度，体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量________，CaO的质量________，CO2的浓度________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（5）在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5molN2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为________g。
（1）T5℃时，c（CO2）＝0.20mol·
L－1，K＝0.20。
（2）K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。
（4）体积不变，增大c（CO2），平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c（CO2）不变。
（5）保持体积、温度不变，充入N2，平衡不移动，c（CO2）仍等于0.20mol·
L－1，其物质的量为0.4mol，所以剩余CaCO3的物质的量为0.5mol－0.4mol＝0.1mol，其质量为10g。
（1）吸 0.2
（2）bc （3）随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短 （4）增大 减小 不变 （5）10
有关化学平衡的计算
1．平衡转化率
（1）平衡转化率的计算
对于化学反应aA＋bBcC＋dD，达到平衡时，反应物A的转化率＝
×
100%。
（2）K值与平衡转化率的关系
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
越
越小
2.计算方法——三段式法
化学平衡计算模式：
对以下反应：
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），设A、B起始物质的量（mol）分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
起始（mol）ab00
变化（mol）mxnxpxqx
平衡（mol）a－mxb－nxpxqx
则有：
①K＝
②c（A）平＝
mol·
③α（A）平＝
100%，α（A）∶α（B）＝
∶
④φ（A）＝
⑤
⑥
（混）＝
（g·
L－1）。
⑦
mol－1）。
有关转化率的计算及判断
[典例1] 羰基硫（COS）可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。
在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：
CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g） K＝0.1
反应前CO物质的量为10mol，平衡后CO物质的量为8mol。
下列说法正确的是（ ）
A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为7mol
D．CO的平衡转化率为80%
[解析] 升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，故A不正确；
通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，故B不正确；
设反应前H2S的物质的量为amol，容器的容积为1L，列“三段式”进行解题：
CO（g）＋H2S（g）COS（g）＋H2（g）
10a00
2222
8a－222
化学平衡常数K＝
＝0.1，解得a＝7，故C正确；
CO的平衡转化率为
100%＝20%，故D不正确。
[答案] C
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