第21講化學平衡化學平衡常數(shù)及計算

備考導航

1.認識化學平衡常數(shù)是表示反應限度的物理量。

復習目標2.知道化學平衡常數(shù)的含義。

3.了解濃度商和化學平衡常數(shù)的相對大小與反應方向之間的聯(lián)系。

（平衡的定義］~~~~（表達式及影響因素

熟記網(wǎng)絡［平衡狀態(tài)的特點）—―（有關K的計算）

囹斷平衡狀隨方法］―—［平衡常數(shù)婀（J

判斷正誤（正確的打“Y”，錯誤的打“x”）。

（1）（2024?常州期末）取兩份新制氯水，分別滴加AgNCh溶液和淀粉碘化鉀溶液，觀察實

驗現(xiàn)象，判斷氯氣與水的反應是否存在限度（）

2++3+

⑵（2024?如東中學）探究反應Fe+Ag^=JFe+Ag存在限度：將0.1mol/LAgNO3

溶液與0.21mol/LFe（NO3）2溶液等體積混合后，取出兩份混合液分別滴加KSCN溶液和

K3［Fe（CN）6］溶液（）

（3）（2024?南通三模）已知反應：2so2（g）+O2（g>^^2SO3（g）達到平衡狀態(tài)時，y?（SO3）=

2。正（O2）（）

(4)4NH3(g)+5O2(g)^^4NO(g)+6H2O(g),斷裂1molN—H的同時形成1molH—O,

說明反應達到平衡狀態(tài)（）

⑸（2020?江蘇卷）反應SiC14（g）+2H2（g）—*Si（s）+4HCl（g）可用于純硅的制備。該反應的

平衡堂粉nd（HCl）

A-2（

干所吊數(shù)c（SiC14）.c（H2））

課前自測

（6）（2024.南通三模）反應2sO2（g）+O2（g）=i2SO3（g），其他條件相同，增大壓強，平衡

常數(shù)增大（）

gtaCc小一I-Cc小伸用倩話催仆吝平衡時休率中一c6。3）—的佰土酋大

1"乙口。21引1U2出〃一乙1丈JIJ1兒以隹，1佚1平H12/CQ\/Q、口JI且1日

（）

（8）（2018?江蘇卷）右圖是CO（g）+H2O（g）=^CCh（g）+H2（g）的平衡常數(shù)與反應溫度的關

系曲線，說明該反應的AHVM）

°473673873

77K

⑼（2024?前黃中學）已知Fe（SO2）芹呈紅棕色。將SCh氣體通入FeCb溶液中，溶液先變?yōu)?/p>

紅棕色，過一段時間又變成淺綠色，說明Fe3+和SO2絡合反應速率比氧化還原反應速率

快，但氧化還原反應的平衡常數(shù)更大()

彎點冊析

考點1可逆反應和化學平衡狀態(tài)

知識梳理

知識U可逆反應的概念

在同一條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的化學反應。

知識?化學平衡狀態(tài)

1.概念：一定條件下的反應中，正反應速率與逆反應速率,反應體系中所有參加反應的

物質的保持不變的狀態(tài)。

2.建立過程

在一定條件下，把反應物加入固定容積的密閉容器中，平衡的建立過程如圖所示：

(1)反應開始：反應物濃度取大，。正取大；生成物濃度為0,。逆=0。

(2)反應過程：反應物濃度逐漸減小，。正減??；生成物濃度逐漸增大，。逆增大。

(3)達到平衡：。正=。逆W0,混合物中各組分的濃度保持不變。

3.平衡特點

(1)逆：化學平衡研究的對象是可逆反應。

(2)動：化學平衡是動態(tài)平衡。

(3)等：V1E=V

(4)定：各組分的濃度保持不變。

(5)變：條件改變，平衡狀態(tài)可能改變，在新的條件下建立新的平衡。

4.平衡狀態(tài)的本質特征

。正=0逆，各組分的濃度保持不變。

同種物質，消耗速率等于生成

,、速率

不同種物質，速率比等于計量

數(shù)比，但必須同時有正、逆反應

(2)各組分的濃度保持不變，或各組分的質量、物質的量、百分含量、質量分數(shù)等保持不變的狀態(tài),

也是平衡狀態(tài)。

典題悟法

gT(2024?蘇錫常鎮(zhèn)二模)Haber-Bosch法合成氨反應為N2(g)+3H2(g);^^2NH3(g)AH=-92.4

kJ/moL工業(yè)上將原料以"(N2)：〃32)=1：2.8投入合成塔。下列說法正確的是()

A.從合成塔排出的氣體中，

n(N2)：n(H2)>l：2.8

B.當31MH2)=2o逆(NH3)時，反應達到平衡狀態(tài)

C.使用高效催化劑可降低反應的焰變

D,升高溫度，正反應速率減小，逆反應速率增大

深度指津

化學平衡狀態(tài)判斷

1.有氣體參加的反應，氣體的總壓強、總體積、總物質的量不變時，若反應前后氣體分子數(shù)不變的反

應，則不一定達到平衡；若是反應前后氣體分子數(shù)改變的反應，則達到平衡。

2.氣體的密度、氣體的平均相對分子質量不變時，要具體分析各表達式中的分子或分母變化情況，判

斷是否平衡(若體系中各組分均為氣體，氣體質量守恒；若體系中不全是氣體，要注意氣體質量變化)。

3.若平衡體系中的物質有顏色，則平衡體系的顏色不變時，達到平衡。

4.若根據(jù)化學鍵的斷裂與形成判斷，要考慮分子中共價鍵的數(shù)目。

例①混合氣體的壓強；②混合氣體的密度；③混合氣體的總物質的量；④混合氣體的平均相對分子

質量；⑤混合氣體的顏色；⑥各反應物或生成物的濃度之比等于化學計量數(shù)之比；⑦某種氣體的百分含量。

在一定溫度下的恒容容器中，當以上物理量不再發(fā)生變化時(填序號，下同)：

(1)能說明N2(g)+3H2(g)?^2NH3(g)達到平衡狀態(tài)的是-

(2)能說明L(g)+H2(g)=^2HI(g)達到平衡狀態(tài)的是o

(3)能說明2NO2(g)^^N2C>4(g)達到平衡狀態(tài)的是o

(4)能說明C(s)+CO2(g)^^2co(g)達到平衡狀態(tài)的是0

(5)能說明NH2coONH4(s)^^2NH3(g)+CO2(g)達至I］平衡狀態(tài)的是。

(6)能說明5co(g)+l2O5(S)=55CO2(g)+l2(S)達到平衡狀態(tài)的是o

考點2化學平衡常數(shù)及計算

知識梳理

知識11化學平衡常數(shù)

1.概念：在一定溫度下，達到平衡的可逆反應中，其化學平衡常數(shù)用生成物濃度幕之積與反應物濃度

幕之積的比值表示。

2.表達式：對于可逆反應w?A(g)+“B(g)^----?C(g)+〃D(g),在一定溫度下達到化學平衡時，K=

3.意義：

(1)K值越大，反應進行的程度越大，反應物的轉化率越大。當K>105時，該反應可視為進行完全;

當K<10r時，該反應很難進行。

(2)K值的大小只能預示某種可逆反應向某方向進行的最大限度，但不能預示反應達到平衡所需要的時

間。

4.影響因素：一個可逆反應的K僅受影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。

?？細w納:

1.固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中。

2.化學平衡常數(shù)與化學方程式的關系

化學方程式平衡常數(shù)方程式之間的關系K之間的關系

@C(s)+H20(g)=^C0(g)+H2(g)Ki反應①和反應②互為逆

——)

反應

@CO(g)+H2(g)^^C(s)+H2O(g)K2

③〃C(s)+nH2O(g)^^^nCO(g)+反應③的化學計量數(shù)是

&二周(_________)

K3

〃H2(g)反應①的n倍

反應①+反應⑤可得反

@C(s)+H2O(g)+

扁K4=K「K5(______)

H2(gX=CH30H(g)應④

反應④一反應①可得反

@CO(g)+2H2(g)^rfH3OH(g)K5

應⑤KLKN--------)

3.“三段式”法計算平衡常數(shù)K

優(yōu)A(g)+w.B(g),'pC(g)+qD(g)

起始/molab00

變化/molmxnxpxqx

平衡/molq-MUb-nxpxqx

4.平衡常數(shù)的應用

（1）利用化學平衡常數(shù)K判斷可逆反應的熱效應

若溫度升高，K增大,則正反應為—熱反應；若溫度升高，K減小，則正反應為—熱反應。

（2）判斷反應是否達到平衡狀態(tài)或平衡移動的方向

<K反應正向進行，°（正）>0（逆）

Q=K反應處于平衡狀態(tài)，正）=。（逆）W0

>K反應逆向進行，正）<。（逆）

知識?平衡轉化率

1.含義:某一可逆反應達到平衡狀態(tài)時，轉化為目標產(chǎn)物的某種原料的量占該種原料起始量的百分數(shù)。

某反應物的起始濃度一該反應物的平衡濃度

2.表讓式：?-該反應物的起始濃度

《轉化）H（轉化）

X100%=晨人x100%=晨息x100o

。（起始）l〃（起始）

［解疑釋惑

轉化率與平衡轉化率

1.轉化率分為平衡前轉化率和平衡轉化率，圖像沒有說明的話要從這兩個角度分析：即平衡前和平衡

后。

2.催化劑影響平衡前轉化率，速率越快，平衡前轉化率就越高；而催化劑不影響平衡移動，所以不影

響平衡轉化率。

3.涉及轉化率問題，首先看是不是平衡轉化率，若為非平衡狀態(tài)的轉化率，則側重分析溫度、壓強、

濃度、催化劑對反應快慢的影響，催化劑的選擇性(主、副反應)對反應快慢的影響；若為平衡狀態(tài)的轉化

率，則側重分析溫度、壓強、濃度對化學平衡的影響，有時也涉及溫度對催化活性的影響。

例(2023?如東期初)CO?和H2催化合成CH4O主要發(fā)生反應為CO2(g)+4H2(g)^^CH4(g)+2H2O(g)

AH=-165kJ/moL一定溫度和壓強下，將一定比例CCh和H?分別通過裝有兩種不同催化劑的反應器，

反應相同時間，測得CCh轉化率隨溫度變化情況如圖所示。

)(1

8o

6o

4O

20

0

200240280320360溫度/七

(1)高于320℃后，用Ni作催化劑,CCh轉化率明顯上升，其原因是.

⑵高于320°。后，用Ni-CeCh作催化劑,CO2轉化率略有下降，可能原因是

知識?常用計算公式

1.產(chǎn)率=辭詈X100%。

理1匕廠里

--小八一二/八皿某組分的物質的量

2.某組分的體芯、分數(shù)=混合氣體總物質的量義100以

典題悟法

類型U化學平衡常數(shù)表達式及計算

陶的2⑴(2023?江蘇卷)Mg(OH)2+H2sO3-MgSO3+2H2。，其平衡常數(shù)K與^sp[Mg(OH)2],

Ksp(MgSO3)、Kai(H2so3)、Ka2(H2so3)的代數(shù)關系式為K=o

2+2+

(2)(2023?南通二模)結合反應的平衡常數(shù)解釋用MnF2能除去Ca(MnF2+Ca：±CaF2+Mn2+)的原

因:

10

已知：Ksp(MnF2)=1.2X10-3,/fsp(CaF2)=1.6X10^?

類型日化學平衡常數(shù)綜合應用

畫曲(2022?郝江期中)甲醇是重要的化學工業(yè)基礎原料和清潔液體燃料。已知：制備甲醇的有關化

學反應以及在不同溫度下的化學平衡常數(shù)如下表所示。

平衡溫度/℃

化學反應

常數(shù)500800

①2H2(g)+CO(g)=^CH30H(g)Ki2.50.15

@H2(g)+CO2(g)-iH2O(g)+CO(g)K21.02.5

③

3H2(g)+CCh(g)=^CH30H(g)+H2O(g)K3

(1)根據(jù)反應①②可推導出Ki、&與&之間的關系，則K3=(用Ki、&表示)。

⑵反應③的NH_0(填“〉”或“<”)。

(3)500℃時測得反應③在某時刻H2(g)、CO2(g)>CH30H(g)、壓0盤)的濃度相等，且均為O.lmol/L,

則此時o正一°逆(填或“<”)。

(4)某溫度下，在2L恒容密閉容器中加入CH30H(g)發(fā)生反應：2CH30H(g)=^CH30cH3(g)+H2O(g),

測得有關數(shù)據(jù)如下。

反應時間/min01234

n(CH3OH)/mol1.020.620.420.320.32

①反應在2min內以CH30cH3(g)表示的化學反應速率為

②該溫度下，反應的平衡常數(shù)約為。

深度指津

化學平衡常數(shù)的計算

一、壓強平衡常數(shù)(Kp)

1.以aA(g)+6B(g)^^cC(g)+而(g)為例，Kp=?湍］(X)：X在平衡體系中物質的量分數(shù)(或

體積分數(shù))X總壓強］。

2.計算方法

(1)根據(jù)“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度。

(2)計算各氣體組分的物質的量分數(shù)或體積分數(shù)。

(3)根據(jù)分壓計算公式求出各氣體物質的分壓，某氣體的分壓=氣體總壓強X該氣體的體積分數(shù)(或物

質的量分數(shù))。

(4)根據(jù)平衡常數(shù)計算公式代入計算。

以N2和七合成NH3反應為例，設平衡時總壓為poo

N2(g)+3H2(g)^=i2NH3(g)

起始/mol130

變化/mol0.51.51

平衡/mol0.51.51

平衡時P(N2)=號加、p(H2)=培加、p(NH3)=5o。

2

P(NH3)_16

P—p(N2>p3(H2)—3瀚

例1利用廢棄的H2s的熱分解可生產(chǎn)H2：2H2S(g)^^2H2(g)+S2(g)?現(xiàn)將0.20molH2s(g)通入某

恒壓(壓強p=aMPa)密閉容器中，在不同溫度下測得H2s的平衡轉化率如圖所示。

55

s?L

50

?

45

*40

s35

f30

T、T2T,nT5T6%溫度

已知：對于氣相反應，用某組分(B)的平衡壓強gB)代替物質的量濃度(CB)也可表示平衡常數(shù)。溫度為

及時，該反應的平衡常數(shù)Kp=_MPa(用含。的代數(shù)式表示)。

二、多重平衡平衡常數(shù)計算

例2CO2經(jīng)催化加氫可以生成低碳燒，主要有以下兩個競爭反應:反應I.CO2(g)+4H2(g)^^CH4(g)

+2H2O(g)；反應II.2CO2(g)+6H2(g)=^C2H4(g)+4H2O(g)。為分析催化劑對反應的選擇性，在1L恒容

密閉容器中充入2mol82和4moiH2,測得有關物質的物質的量隨溫度變化如圖所示。

該催化劑在較低溫度時主要選擇(填“反應I”或“反應II”)。520℃時，反應I的平衡常

數(shù)長=—(只列算式不計算)。

三、速率常數(shù)與平衡常數(shù)

對于基元反應aA(g)+bB(g)^^cC(g)+t/D(g),"=^d(A)d(B),。逆=^d(C>/(D),平衡常數(shù)K

---，反應達到平衡時。正=。逆，故長=廠。

<r(A)-c篇(B)=7%逆口正km

例3Ti時，在容積為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2NO(g)+O2(g)^=i2NO2(g)A//<0o實驗測

C2C2

得：。正=。消耗(NO)=2o消耗(。2)=左正?(NO>(C>2),vm=va?(NO2)=A：?-c(NO2),k正、左逆為速率常數(shù)，只

受溫度影響。不同時刻測得容器中“(NO)、"(O2)如表：

時間/s012345

n(NO)/mol0.200.100.080.070.060.06

n(O2)/mol0.100.050.040.0350.030.03

I.0—2s內,o(NO)=mol/(L-s)o

n.Ti時，化學平衡常數(shù)K=(結果保留整數(shù))。

m.化學平衡常數(shù)K與速率常數(shù)上正、上逆的數(shù)學關系是K=—。若將容器的溫度改變?yōu)榘藭r，k*=k

逆，則A—(填“或“=”小。

質量評m

1.(2023?如皋一檢)工業(yè)上用甲烷催化法可以制取乙烯，發(fā)生反應：2cH“g)^^C2H4(g)+2H2(g)AH

>0oT℃,向體積為2L的密閉容器中充入1molCH4,測得反應過程中部分物質的物質的量隨時間的變

化如圖所示。下列說法正確的是()

A.0-20min內,u(H2)=0.04mol/(L-min)

B.反應在14min時達到平衡

C.該反應的化學平衡常數(shù)K=6.4

D.T°C時，若起始向容器中充入CH、C2H人代均為Imol,則反應正向進行

2.(2022?高郵質檢)已知：

①2co(g)+SCh(g)^=^(l)+2co2(g)AHI=一37.0kJ/mol

②2H2(g)+SC)2(g)^=?6+2H2O(g)A“2=+45.4kJ/mol

(1)寫出CO(g)與H2O(g)反應生成CCh(g)、H2(g)的熱化學方程式：

若該反應在恒溫恒容體系中進行，達到平衡的標志為(填字母)。

A,單位時間內，生成〃molCO的同時生成wmolCO?

B.混合氣體的密度保持不變

C.混合氣體的總壓強保持不變

D.H20(g)與H2(g)的體積比保持不變

(2)反應②的活化能：E正—(填或“=")E逆。

(3)T℃,向10L恒容密閉容器中充入2molCO(g)、2molSC)2(g)和2molH2(g),發(fā)生反應①和②,5min

達到平衡時，C02(g)和死0組)的物質的量分別為1.6mob1.8moLT℃時，反應②的平衡常數(shù)K=

3.(2023?江蘇卷)合成尿素［CO(NH2)2］是利用CO2的途徑之一。尿素合成主要通過下列反應實現(xiàn):

反應I.2NH3(g)+CC)2(g)=NH2coONH4⑴

反應II.NH2COONH4(1)=CO(NH2)2(1)+H20(l)

(1)密閉體系中反應I的平衡常數(shù)(的與溫度的關系如圖所示，反應I的NH(填“=0”或“>

0”或“<0”)。

(2)反應體系中除發(fā)生反應I、反應II外，還發(fā)生尿素水解、尿素縮合生成縮二版[(NH2cO)2NH]和尿

素轉化為氟酸鏤(NHQCN)等副反應。尿素生產(chǎn)中實際投入NH3和CO2的物質的量之比為W(NH3)：n(CO2)

=4：1,其實際投料比值遠大于理論值的原因是____________________________________________________

4.(1)(2023?徐州期中)MnS⑸+2H+(aq)=2Mn2+(叫)+H2s(aq),其平衡常數(shù)K與及p(MnS)、3Cai(H2S)>

Ka2(H2S)的代數(shù)關系式為K=—o

(2)(2024?蘇州、海門、淮陰、姜堰中學期初)HCO,可以發(fā)生自耦電離：2HCO,=^H2cO3+CO歹，

其平衡常數(shù)的數(shù)值K=(已知：H2c。3的Kai=4.2X10-7、乂2=5.6X10-11)。

(3)(2023?南京六校調研)S2-(aq)+2[Ag(S2O3)2：r(aq)^^Ag2s(s)+4S2。/(aq),平衡常數(shù)的數(shù)值K=

(已知：&p(Ag2S)=1X10-0,Ag+(aq)+2S2。歹(aq)=^Ag(S2O3)2]3-(aq)K=

1X10")。

(4)(2024?如皋期初)己知：①Ksp(CuCl)FXl(T7,②反應2。/=。!+。？+平衡常數(shù)K-1義也。有

人預設用反應Cu(s)+Cu2++2Cr=2CuCl(s)制備CuCl(s),試預測該反應進行的程度大?。?/p>

(填"幾乎完全反應”或“幾乎不反應”)o

第21講化學平衡化學平衡常數(shù)及計算

［備考導航］

(1)X(2)X(3)7(4)X(5)7(6)X(7)x(8)7(9)Y

考點1

［知識梳理］

知識21.可逆相等濃度

［典題悟法］

典例1A【解析】將原料以"(N2):"*2)=1：2.8投入合成塔，參與反應的N2和比物質的量之

比為1：3,消耗比小于投料比，故排出的氣體中，”(N2)：〃(死)>1：2.8,A正確；當21MH2)=3。逆(NH3)

時，反應達到平衡狀態(tài)，B錯誤；使用高效催化劑不會改變反應的焰變，C錯誤；升高溫度，正、逆反應

速率都增大，D錯誤。

［深度指津］

例(1)①③④⑦(2)⑤⑦(3)①③④⑤⑦(4)①②③④⑦(5)①②③(6)②④⑦

考點2

［知識梳理］

知識12.寂』B：4溫度

［?？細w納］2.倒數(shù)九次幕相乘相除

4.(1)吸放

解疑釋惑28

3.例(1)320℃后，Ni催化劑活性隨溫度升高而增大，與溫度升高共同使反應速率迅速增大，CO2

轉化率增大

(2)320℃時，該反應己達到平衡，升高溫度，平衡正向進行程度減小(平衡常數(shù)減小)，CO2轉化率下

降

【解析】(1)由圖可知，320℃時，Ni-CeCh的催化活性強于Ni的催化活性，以Ni-CeCh為催化劑時,

催化合成反應已達到平衡，而以Ni為催化劑時，催化合成反應未達到平衡，320℃后，升高溫度，反應速

率加快，反應相同時間時CO2的轉化率增加。(2)由圖可知，320℃時，以Ni-CeCh為催化劑時，該反應

已達到平衡，反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CO2的轉化率減小。

［典題悟法］

Kai(H2so3>Ka2(H2so3)Kp[Mg(OH)2](2)該反應的平衡常數(shù)K=7,5X1O6>1()5,正向進行

典例2⑴Ksp(MgSC>3)?騰

程度很大，可以將Ca2+完全除去

24

……人,,卜1cCSOD-c^)^(OH")

【解析】(1)由Mg(OH)2+H2SO3=MgSO3+2H2O知，長=訴函=七/5VxM

］=C(HSO)C(H+)C(SO->C(H+).C2(OH-"(Mg2〉)

/(H+AROJT)—C(H2SO3)c(HSO31c(SOM)c(Mg2+)/(H+)/(OH-)—

Kai(H2so3>Ka2(H2sO3)KMMg(OH)2］~「LI、.，+3擊物…來，一，c(Mn2+)

—‘0，s'、苣~~o(2)反應：MnF+Ca-?^^CaF+Mn-的平衡常數(shù)K=+,=

Ksp(JVlg、U3)，Kw22C(Ca2)

MR%：/喘黑T：制-1=7.5X106>105,正向進行程度很大'可以將Ca2+完全除去。

c(cayc(r)ASp(car2)i.oAiu

典例3⑴KiK(2)<(3)<

(4)?0.075mol/(L-min)②1.2

【解析】(1)由蓋斯定律可知，反應①+反應②二反應③，則K3=K「K2。(2)由表格數(shù)據(jù)可知，500℃

時，K3=2.5X1.0=2.5；800℃時，^3=0.15X2.5=0.375,升高溫度，反應③的平衡常數(shù)減小，說明平衡

逆向移動，正反應為放熱反應，AH<0o(3)500°C時，反應③在某時刻的濃度商2=；：3然；=100>2.5

=K,反應逆向進行，正反應速率小于逆反應速率。(4)①由題可知，2min內，以CH30H表示的化學反

一—一1.02mol—0.42mol____八、、，——一一、r

應速率=—”一?-------=015mol/(Lmin),則以CH3OCH3(g)表示的化學反應速率為0.075

，L入，min

mol/(L-min)。②由表格數(shù)據(jù)可知，該溫度下，3min時反應達到平衡，CH30H的濃度為0.16mol/L,CH3OCH3

n1xzn17s

和水蒸氣的濃度都為0.175mol/L,平衡常數(shù)K=j甫個小1.2。

［深度指津］

例1符例2反應I0.2X1.22

1.4X24

例3I.0.03II.363III.—>

k逆

［質量評價］

1.D【解析】物質的量減少的為反應物，物質的量增加的為生成物，由圖可知，20min時達到平衡,

==002mol/Lmin

AW(CH4)=1.0mol-0.2mol=0.8mol,?(H2)=u(CH4)2i°X2olun'(,)>A、B錯誤；平衡