2024全国高考化学一轮复习-第18讲-化学平衡-化学平衡常数计算

大单元四化学反应速率化学平衡第18讲化学平衡化学平衡常数计算备考导航复习目标1.了解可逆反应，掌握化学平衡的特征。2.能书写化学平衡常数（K）表达式。3.能利用平衡常数和浓度商的关系判断可逆反应是否达到化学平衡。4.能进行化学平衡常数、转化率的简单计算。熟记网络⁠复习策略化学平衡是中学重要的化学理论，平衡常数是高考试题的必考内容。在近几年高考试题中，化学平衡常数与化学反应速率和化学反应过程中的能量变化常结合起来综合命题。命题背景材料是把化学平衡与生产、生活、科研等实际问题相结合。在复习中要理解平衡的建立过程、移动过程的图像问题；重点在于能够根据化学方程式正确书写平衡常数，能够用平衡常数判断反应的热效应，能够运用平衡常数进行基本的计算。课前思考【答案】不能。v（SO2）∶v（O2）∶v（SO3）＝2∶1∶2不能证明正反应的速率等于逆反应的速率，不能判断已达到平衡状态。【答案】①正、逆反应的平衡常数互为倒数。②若化学方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，平衡常数也会随之改变。③反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不能代入公式。1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。

√√×

××××

√

A.C的生成速率和B的消耗速率相等B.容器内的压强不再发生变化C.反应混合物中A的体积分数不再发生变化D.2v正（A）＝v逆（B）C【解析】B为纯固体，且C生成、B消耗只体现正反应的过程，不能判定平衡状态，A不选；该反应为气体体积不变的反应，压强始终不变，不能判定平衡状态，B不选；反应混合物中A的体积分数不再发生变化，符合特征“定”，为平衡状态，C选；平衡时不同物质的正、逆反应速率之比不等于其化学计量数之比，且B为纯固体，不能由A、B的速率关系判定，D不选。3.（2022·汕头一模）催化制氢是目前大规模制取氢气的方法之一：

在T1℃时，将0.10

mol

CO与0.40

mol

H2O充入5

L的容器中，反应平衡后H2的物质的量分数x（H2）＝0.08。（1）

CO的平衡转化率α1＝

40

⁠%。

（2）

反应平衡常数K＝

0.074或7.4×10－2

⁠（结果保留2位有效数字）。

400.074或7.4×10－2

考点1化学平衡的建立与特征知

识

梳

理⁠

可逆反应1.在

相同

⁠条件下，既能向

正反应

⁠方向进行，又能向

逆反应

⁠方向进行的反应，叫作可逆反应。

3.在

相同

⁠条件下，正、逆反应

同时⁠进行，反应物的转化率

小于

⁠100%。

相同正反应逆反应相同同时小于⁠

化学平衡状态1.在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率

⁠逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持

不变⁠的状态，称为化学平衡状态。

2.化学平衡的建立

不变等于过程正、逆反应速率反应物、生成物的浓度反应开始v（正）最大v（逆）＝0反应物浓度最大，生成物浓度为零反应过程中v（正）逐渐

减小

⁠，v（逆）逐渐

增大

反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大平衡状态时v（正）

＝

⁠v（逆）各组分的浓度不再随时间的变化而变化减小增大＝⁠

化学平衡的特征⁠判断化学平衡状态的标志示例反应混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗mmol

A的同时生成mmol

A，即v（正）＝v（逆）平衡示例反应正、逆反应速率的关系在单位时间内消耗nmol

B的同时消耗pmol

C，即v（正）＝v（逆）平衡v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q，v（正）不一定等于v（逆）不一定平衡在单位时间内生成nmol

B的同时消耗qmol

D，均指v（逆）不一定平衡示例反应压强m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）平衡m＋n＝p＋q时，总压强一定（其他条件一定）不一定平衡混合气体平均相对分子质量平衡不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定（其他条件一定）平衡密度反应物、生成物全为气体，定容时，密度一定不一定平衡示例反应密度m＋n≠p＋q，恒温恒压，气体密度一定平衡其他如体系的颜色不再变化平衡典

题

悟

法⁠

化学平衡状态⁠下列说法中正确的是（

B

）B【解析】达到平衡时，应为2v正（H2）＝3v逆（NH3），A错误；平衡状态时是正、逆反应的速率相等，而不是浓度之比等于化学计量数之比，C错误；物质转化的程度未知，不能确定压强关系，D错误。

①单位时间内生成nmol

O2的同时生成2nmol

NO2；②单位时间内生成nmol

O2的同时生成2nmol

NO；③混合气体的颜色不再改变；④混合气体的密度不再改变的状态；⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态；⑥混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定；⑦混合气体中NO与NO2的物质的量之比保持恒定。A.①③⑤⑦B.②④⑤C.①③④D.①②③④⑤A【解析】②未体现正、逆反应速率的关系，故错误；④化学反应前后质量是守恒的，体积是不变的，混合气体的密度始终不变，错误；⑥如果反应开始只加入NO2，混合气体中NO与O2的物质的量之比保持恒定，不能作为平衡的判断标志，错误；A选。考点2化学平衡常数及平衡转化率知

识

梳

理⁠

化学平衡常数1.化学平衡常数

一定

2.浓度商Q与平衡常数Q＜K，反应向

正

⁠反应方向进行；

Q＝K，反应处于

平衡

⁠状态（反应达到限度）；

Q＞K，反应向

逆

⁠反应方向进行。

3.注意（1）

平衡常数K是表明化学反应限度的一个特征值。K值越大，表示反应进行的程度越

大

⁠。反之亦然。

正平衡逆大（2）

K值只与

温度

⁠有关，而与反应物、生成物的浓度无关。平衡常数K与温度的关系如表所示：

温度变化可逆反应的焓变ΔH平衡常数K的变化升温吸热反应，ΔH＞0

增大降温减小升温放热反应，ΔH＜0减小降温增大温度（3）

在平衡常数的表达式中，只包括气体和溶液中各物质的浓度，而不包括固体或纯液体的浓度。（4）

正反应的化学平衡常数表达式与逆反应的化学平衡常数表达式互为倒数。⁠

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。

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。

⁠

平衡常数（K或Kp）计算方法——“三段式法”1.K的计算根据“三段式”法——起始量、变化量、平衡量，计算出平衡体系中各有关物质的物质的量或物质的量浓度，然后代入平衡常数表达式，计算K。例：碳、硫和氮的氧化物与大气污染密切相关，对CO2、SO2和NO2的研究很有意义。（1）

科学家发现NOx与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：

2ΔH1－ΔH2

时间/s012345c（NO）/（10－4mol/L）10.04.502.501.501.001.00c（CO）/（10－3mol/L）3.603.052.852.752.702.70

平衡时，NO的转化率α（NO）＝

90%

⁠，此温度下，该反应的平衡常数K＝

5000

⁠。

90%5000

2.Kp的计算根据“三段式”法计算各气体的起始量、变化量、平衡量，然后计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。再计算各气体物质的分压：p（某气体的分压）＝p（气体总压强）×该气体的体积分数（或物质的量分数）；最后代入平衡常数表达式，计算Kp。

起始/mol

1

3

0变化/mol

0.5

1.5

1平衡/mol

0.5

1.5

1

⁠平衡常数表达式与化学方程式的化学计量数的关系（同一个化学反应，化学方程式中化学计量数成比例扩大或缩小时，平衡常数的表达式则不一样）化学方程式平衡常数化学方程式的关系K的关系K1互为

可逆

⁠反应

K2K3化学计量数变为原来的

n倍

⁠①×n

可逆倒数n倍n次幂化学方程式平衡常数化学方程式的关系K的关系K4化学方程式

相减

⁠：④＝⑤－①

K5化学方程式

相加

⁠：⑤＝①＋④

K5＝K1·K4（

相乘

⁠）

相减相除相加相乘典

题

悟

法⁠

化学平衡常数的表达式

该反应的平衡常数K随温度T的升高而减小，则该反应的ΔH

＜

⁠0（填“＞”“＜”或“＝”）。

＜⁠

化学平衡的建立

A.t2＝5min，平衡时3v正（A）＝2v逆（D）BB.0～t2，A的平均反应速率为0.15mol/（L·min）C.t2～t3，各物质的浓度一定相等D.B的平衡转化率为25%

⁠已知NO和O2经反应①和反应②转化为NO2，其能量变化随反应过程如图所示。

下列说法中不正确的是（

B

）BA.ΔH1＜0，ΔH2＜0

⁠

化学平衡常数的计算

256

（1）

H2S的平衡转化率α1＝

2.5

⁠%，反应平衡常数K＝

2.85×10－3

⁠。

2.52.85×10－3

（2）

在620

K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2

＞

⁠α1（填“＞”“＜”或“＝”，下同），该反应的ΔH

＞

⁠0。

＞＞【解析】（2）

温度升高，平衡时水的物质的量分数增大，则反应正向移动，该反应的ΔH＞0，平衡时H2S的转化率增大，即α2＞α1。⁠（2021·安徽黄山二模）已知反应：

0.4p

40%3.56×104

⁠利用Q与K判断化学平衡状态及反应的方向[考题呈现]

温度/K起始物质的量/mol平衡时物质的量/molCH3OH（g）NH3（g）CH3NH2（g）H2O（g）CH3NH2（g）H2O（g）5300.400.40000.30530K时，若起始时向容器中充入0.10mol

CH3OH、0.15mol

NH3、0.10mol

CH3NH2、0.10mol

H2O，则反应将向

⁠方向进行。

物质的起始浓度/（mol/L）物质的平衡浓度/（mol/L）CO（g）H2S（g）COS（g）H2（g）COS（g）3.007.07.01.5反应达到平衡后，再充入1.1mol

H2S（g）和0.3mol

H2（g），平衡

⁠（填“不移动”“向正反应方向移动”或“向逆反应方向移动”）。

[解答]

考题2：由表可知平衡时c（CO）＝8.5mol/L，c（H2S）＝5.5mol/L，c（COS）＝1.5mol/L，c（H2）＝1.5mol/L，K≈0.048，再充入1.1mol

H2S和0.3mol

H2，浓度商Q≈0.048，Q＝K，平衡不移动。

一般认为通过如下步骤来实现：

体系能量变化如图所示。下列有关说法正确的是（

C

）CA.ΔH1＜ΔH2B.步骤②反应ΔS＞0C.二氧化碳加氢制甲醇的总反应速率取决于步骤①

2.（2021·浙江1月选考）在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为

其中p为Cl2（g）的平衡压强，c（Cl2）为Cl2在水溶液中的平衡浓度。

【解析】（1）

Cl2溶于水为放热过程，故ΔH1＜0。＜

T/℃70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：

（2）

该反应为

吸热

⁠（填“吸热”或“放热”）反应。

吸热【解析】（2）

温度越高，K值越大，说明升温平衡正向移动，正向为吸热反应。（3）

某温度下，平衡浓度符合下式：c（CO2）·c（H2）＝c（CO）·c（H2O），试判断此时的温度为

830

⁠℃。该温度下加入1mol

CO2（g）和1mol

H2（g），充分反应，达到平衡时，CO2的转化率为

50%

⁠。

83050%

（4）

在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c（