第03讲 化学平衡常数及其相关计算（讲义）（学生版） 2025年高考化学一轮复习讲练测（新教材新高考）

第03讲化学平衡常数及其相关计算目录TOC\o"1-3"\h\u01考情透视·目标导航 202知识导图·思维引航 303考点突破·考法探究 3考点一化学平衡常数的含义与应用 3知识点1化学平衡常数 3知识点2化学平衡常数的应用 5考向1考查化学平衡常数的含义 6考向2考查化学平衡常数的应用 7考点二有关化学平衡的计算 9知识点1三段式计算模式 9知识点2有关化学平衡计算方法和技巧 10考向1考查平衡常数的计算 12考向2考查转化率的计算 1404真题练习·命题洞见 16

考点要求考题统计考情分析化学平衡常数2024湖南卷14题，3分2024江苏卷14题，4分2023湖南卷13题，3分2022江苏卷10题，3分2022河北卷16题，4分2022海南卷8题，2分分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，主要考查化学平衡常数、转化率的计算等。2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查反应转化率、平衡常数的计算，压强平衡常数及速率常数的相关计算。（1）选择题：考查化学平衡的表达式，结合化学平衡图像、图表考查化学平衡相关浓度、转化率等的计算。（2）非选择题：常常与基本理论、工业生产相联系，通过图像或表格提供信息，考查转化率、浓度平衡常数、压强平衡常数、速率常数等相关的判断和计算，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择；3．根据高考命题特点和规律，复习时要注意以下几个方面：（1）对化学平衡常数的理解；（2）利用三段式对化学平衡进行相关计算；化学平衡的有关计算2024吉林卷10题，3分2024浙江6月卷11题，3分2023全囯乙卷28题，8分2023河北卷12题，3分2023重庆卷14题，3分2022重庆卷14题，3分2022辽宁卷12题，3分复习目标：1．了解化学平衡常数(K)的含义。2．能利用化学平衡常数进行相关计算。3．能正确计算化学反应的转化率(α)。

11550考点一化学平衡常数的含义与应用知识点1化学平衡常数1.概念（1）条件：一定温度下一个可逆反应达到化学平衡状态时（2）叙述：浓度的系数次幂之积与浓度的系数次幂之积的比值，叫化学平衡常数（3）符号：Kc2.表达式（1）可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）（2）表达式：Kc＝（固体和液体不列入平衡常数表达式）（3）单位：（4）平衡常数与书写方式的关系①正逆反应平衡常数的关系是：Kc正·Kc逆＝②化学计量数变成n倍，平衡常数变为倍③反应③＝反应①+反应②，则：△H3＝，K3＝④反应③＝反应①－反应②，则：△H3＝，K3＝⑤反应③＝a×反应①－×反应②，则：△H3＝，K3＝（5）速率常数和平衡常数的关系A.基元反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）B.速率方程①抽象化速率方程：笼统的正逆反应速率v正＝k正·ca（A）·cb（B）、v逆＝k逆·cc（C）·cd（D）②具体化速率方程：以具体物质表示的正逆反应速率vA正＝k正·ca（A）·cb（B）、vC逆＝k逆·cc（C）·cd（D）C.速率常数和平衡常数的关系①抽象化：平衡条件，＝＝①具体化：平衡条件，＝×＝（4）升温对k正、k逆的影响①放热反应：K值；k正值，k逆值，变化更大②吸热反应：K值；k正值，k逆值，变化更大3.意义（1）对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的；（2）平衡常数的数值越，反应物的转化率，说明反应可以进行得越完全。K值＜10－510－5～105＞105反应程度4.影响因素（1）内因：反应物的（某一具体反应）。（2）外因：反应体系的，升高温度。5.浓度熵：Qc＝（1）浓度为任意时刻的浓度（2）意义：Q越大，反应向进行的程度越大（3）应用：判断反应是否达到平衡或反应进行的方向①Q＞Kc，反应向进行，v正v逆②Q＝Kc，反应达到平衡状态，v正v逆③Q＜Kc，反应向进行，v正v逆6.压强平衡常数Kp（1）Kp含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。（2）计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的或；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。知识点2化学平衡常数的应用1.判断、比较可逆反应进行的程度一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：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小【特别提醒】K值大小与反应程度的关系K<10－510－5～105>105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全2.判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，浓度商Qc＝eq\f(cp(C)·cq(D),cm(A)·cn(B))，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆反应所处的状态。eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Qc<K：反应向方向进行，v正v逆,Qc＝K：反应处于，v正v逆,Qc>K：反应向方向进行，v正v逆))3.判断可逆反应的热效应（1）eq\a\vs4\al(升高温度)：eq\a\vs4\al(K值增大→正反应为反应)；eq\a\vs4\al(K值减小→正反应为反应)。（2）eq\a\vs4\al(降低温度)：eq\a\vs4\al(K值增大→正反应为反应)；eq\a\vs4\al(K值减小→正反应为反应)。4.计算平衡体系中的相关量根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的、、等。注意：计算时注意问题①平衡量必须为平衡时的浓度②等体反应：可以用平衡时的物质的量代替平衡时的浓度③恒压条件下：先计算平衡体积，再算平衡常数【特别提醒】(1)计算平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。(2)固体和纯液体的浓度视为恒定常数，不出现在平衡常数表达式中。如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g),达到平衡后的K＝eq\f(c(CO)·c(H2),c(H2O))。(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。(4)一般K>105时，认为该反应基本进行完全；K<10－5时，一般认为该反应很难进行；而K在10－5～105反应被认为是典型的可逆反应。考向1考查化学平衡常数的含义例1（2024·江苏扬州·模拟预测）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展的重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关主要反应有：Ⅰ：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

ΔH1=+247kJ/mol，K1Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+41kJ/mol，K2下列说法正确的是A．反应Ⅰ的平衡常数K1=B．反应Ⅱ的ΔS<0C．有利于提高CO2平衡转化率的条件是高温低压D．该工艺每转化0.2molCO2可获得0.4molCO【易错提醒】平衡常数与书写方式的关系①正逆反应平衡常数的关系是：Kc正·Kc逆＝1；②化学计量数变成n倍，平衡常数变为n次方倍；③反应③＝反应①+反应②，则：△H3＝△H1+△H2，K3＝K1·K2；④反应③＝反应①－反应②，则：△H3＝△H1－△H2，K3＝；⑤反应③＝a×反应①－×反应②，则：△H3＝a△H1－△H2，K3＝；⑥固体和液体不列入平衡常数表达式。【变式训练1】（23-24高三下·江苏连云港·期中）以Cu­ZnO­Al2O3作催化剂发生反应2CH3CHO(g)+H2O(g)C2H5OH(g)+CH3COOH(g)

ΔH<0，下列说法正确的是A．该反应的平衡常数K=B．反应物的键能总和小于生成物的键能总和C．该反应中每消耗1molH2O(g)，转移电子数约为6.02×1023D．将C2H5OH移出一段时间后，v正增大【变式训练2】（2024·江苏南京·一模）含氯化合物在生产生活中应用广泛。舍勒发现将软锰矿和浓盐酸混合加热可产生氯气，该方法仍是当今实验室制备氯气的主要方法之一，工业上以为原料可制得、、、和等。在催化剂作用下，通过氧气直接氧化氯化氢制备氯气。该反应为可逆反应，热化学方程式为。对于反应，下列说法正确的是A．上述反应B．上述反应平衡常数C．其他条件相同，增大，的转化率减小D．上述反应中消耗，转移电子的数目为考向2考查化学平衡常数的应用例2（23-24高三下·海南省直辖县级单位·开学考试）转化为高附加值的产品是应对气候变化和能源高速消耗的有效措施，反应可实现的资源化利用，下列说法正确的是A．温度升高，增大，减小B．加入催化剂，反应速率加快，可提高产率C．恒温恒容，增大压强，转化率增大，平衡常数增大D．当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明该反应达到化学平衡状态【易错提醒】应用化学平衡常数时应注意的四个问题（1）化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。（2）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。（3）反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，其浓度可看作一个常数，而不计入平衡常数表达式中。（4）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。【变式训练1】（23-24高三下·重庆荣昌·开学考试）工业上利用碳热还原制得。进而生产各种含钡化合物，温度对反应后组分的影响如图。已知：碳热还原过程中可能发生下列反应。i．

ii．

iii．

下列关于碳热还原过程的说法正确的是A．B．400℃后，反应后组分的变化是由的移动导致的C．温度升高，的平衡常数K减小D．反应过程中，生成的和的物质的量之和始终等于投入C的物质的量【变式训练2】（2024·江苏扬州·模拟预测）甲醇-水催化重整可获得H2.其主要反应为反应Ⅰ

CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)

ΔH=49.4kJ·mol−1反应Ⅱ

CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)

ΔH=41.2kJ·mol−1在1.0×105Pa、n始(H2O)∶n始(CH3OH)=1.2时，若仅考虑上述反应，平衡时CO的选择性、CH3OH的转化率和H2的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性=×100％下列说法正确的是A．一定温度下，增大可提高CO的选择性B．平衡时CH3OH的转化率一定大于H2O的转化率C．图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化D．一定温度下，降低体系压强，反应Ⅰ的平衡常数增大考点二有关化学平衡的计算知识点1三段式计算模式1.解题模型2.“三段式”法思维建模“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。1）分析三个量：起始量、变化量、平衡量。2）明确三个关系(1)对于同一反应物，起始量变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各的化学计量数之比。3）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)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol/L、bmol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol/L。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始量(mol/L)ab00变化量(mol/L)mxnxpxqx平衡量(mol/L)a－mxb－nxpxqx则有①平衡常数：K＝。②A的平衡浓度：c(A)＝mol·L－1。③A的转化率：α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝eq\f(mx,a)∶eq\f(nx,b)＝eq\f(mb,na)。④A的体积分数：φ(A)＝×100%。⑤平衡压强与起始压强之比：eq\f(p平,p始)＝。⑥混合气体的平均密度eq\x\to(ρ)(混)＝g·L－1。⑦混合气体的平均摩尔质量eq\x\to(M)＝g·mol－1。⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq\f(实际产量,理论产量)×100%。知识点2有关化学平衡计算方法和技巧1．化学平衡常数的计算(1)根据化学平衡常数表达式计算(2)依据化学方程式计算平衡常数①同一可逆反应中，K正·K逆＝。②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝或K′＝。③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于。④水溶液中进行的反应，必须拆成再计算平衡常数。2．转化率的计算转化率(α)＝eq\f(反应物转化的物质的量（或质量、浓度）,反应物起始的物质的量（或质量、浓度）)×100%3．常用的气体定律——气体状态方程：条件公式文字叙述同温同压同温同容同温同压同质量4.压强平衡常数的计算技巧（1）步骤第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq\f(p2NH3,pN2·p3H2)。（2）计算Kp的答题模板计算Kp的两套模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为例]模板1：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)n(始)1mol3mol0Δn0.5mol1.5mol1moln(平)0.5mol1.5mol1molp(X)eq\f(0.5,3)p0eq\f(1.5,3)p0eq\f(1,3)p0Kp＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)p0))\s\up12(2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,3)p0))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1.5,3)p0))\s\up12(3))模板2：刚性反应器中N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)p(始)p03p00Δpp′3p′2p′p(平)p0－p′3p0－3p′2p′Kp＝eq\f(（2p′）2,（p0－p′）（3p0－3p′）3)5.转化率大小变化分析技巧判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形：反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大同等倍数地增大反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率恒温恒容条件下m＋n＞p＋q反应物A和B的转化率均m＋n＜p＋q反应物A和B的转化率均m＋n＝p＋q反应物A和B的转化率均只有一种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)＋pC(g)增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率恒温恒容条件下m＞n＋p反应物A的转化率m＜n＋p反应物A的转化率m＝n＋p反应物A的转化率考向1考查平衡常数的计算例1（23-24高三上·辽宁·期末）T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入1molCO2和一定量的H2发生反应：CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H20(g)，达到平衡时，HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始的关系如图所示。已知：初始加入2molH2时，容器内气体的总压强为1.2pkPa。下列说法正确的是A．a点时反应的平衡常数Kp=kPa-1B．d点：v正<v逆C．10min时反应到达c点，则0~10min用CO2表示的平均反应速率为0.05mol/(L·min)D．c点时，再加入CO2(g)和H2O(g)，使二者分压均增大0.1pkPa，平衡正向移动【反思归纳】有关化学平衡计算的“3”点说明（1）有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。（2）在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。（3）凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。【变式训练1】（2024·吉林白山·一模）工业上利用反应制取氢气。向两个容积为的密闭容器中加入和各，分别在不同温度和催化剂下进行反应，保持其他初始实验条件不变，经测得两容器中转化率如图所示。下列说法正确的是A．A点和B点均为反应的平衡状态B．催化剂2比催化剂1的催化效率高C．C点时，反应的平均速率D．温度为时，该反应平衡常数【变式训练2】（2024·黑龙江·模拟预测）水煤气可以在一定条件下发生反应：，现在向10L恒容密闭容器中充入和，所得实验数据如表所示。下列说法错误的是实验编号温度/℃起始时物质的量/mol平衡时物质的量/molⅠ7000.400.100.09Ⅱ8000.100.400.08Ⅲ8000.200.30aⅣ9000.100.15bA．，B．降低温度，有利于提高CO的平衡转化率C．实验Ⅰ中，若某时刻测得，则此时混合气体中的体积分数为10％D．实验Ⅰ和Ⅲ中，反应均达到平衡时，平衡常数之比考向2考查转化率的计算例2（2024·安徽·模拟预测）催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体，其反应式为，下图为，温度在250℃下的甲醇的物质的量分数与压强p的关系及压强在下的甲醇的物质的量分数与温度t的关系，下列有关说法正确的是A．由图可知，随压强增大，平衡常数K增大B．曲线a为250℃时等温过程曲线C．该反应在任何温度下都能自发进行D．当时，的平衡转化率为53.3％【思维建模】平衡转化率[注意]①在同一条件下，平衡转化率是该条件下的最大的转化率。②产率＝实际产量理论产量③催化剂可以提高未达到平衡的产率，但是不能提高平衡转化率。④平衡时混合物组分的百分含量＝平衡量平衡时各物质的总量【变式训练1】（2024·广西柳州·三模）燃油汽车尾气中含有NO和CO等有毒气体，某研究小组用新型催化剂对NO、CO在不同条件下的催化转化进行研究，反应原理为：

。在密闭容器中充入2molNO和2molCO，平衡时NO的体积分数随温度、压强的变化关系如图。下列说法正确的是A．a点CO的平衡转化率为25%B．c点和b点的反应速率可能相同C．若在e点扩大容器体积并加热，可能达到c点状态D．恒温恒压条件下，向d点平衡体系中再充入2molNO和2molCO，重新达到平衡后，与d点状态相比，NO的体积分数将增大【变式训练2】（2024·北京丰台·二模）利用反应

，将工业生产中的