第04講化學平衡狀態(tài)化學平衡常數(shù)

/學飛目標￥

i.知道可逆反應概念，認識化學平衡狀態(tài)的特征，理解化學平衡的判斷方法。

2.認識化學平衡常數(shù)是表示反應限度的物理量，知道化學平衡常數(shù)的含義并能進行有關

計算。

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

產(chǎn)學習重

1.化學平衡狀態(tài)的判斷。

2.化學平衡常數(shù)的計算。

［溝學習難

1.化學平衡狀態(tài)的判斷。

2.應用化學平衡常數(shù)進行計算。

［函基礎知識

你吧嗎?I

氯氣能與水反應，為何溶液中還存在C12分子？

一'可逆反應

在相同條件下，既能向__________方向進行，同時又能向__________方向進

概念

行的反應

雙向可逆反應分為方向相反的兩個反應方向:__________反應方向和___________

性反應方向

雙同正、逆反應是在__________條件下，__________進行

三特征

性

共存反應物與生成物__________（反應物的轉化率小王100%）

性

氨是合成氨廠的主要產(chǎn)品，是按一定比例混合的氫氣和氮氣在氨合成塔中催化劑的作用下

加壓合成制得。準確測定氨合成塔進出口氣中的氨含量，對分析判斷氨合成塔進出口氣的氣體

組成及合成塔的工況具有重要意義，能為工藝生產(chǎn)提供重要的參考數(shù)據(jù)。

化學平衡狀態(tài)的建立

在一定條件下，把N2、H2通入容積的密閉容器中，或把NH3通入

容積的密閉容器中，平衡的建立過程如下:

-----H

----H2

2-----NH

圖像一立3

------電

0bt\t1oht

圖1圖2

N2、H2濃度最大，V（正）NH3最大，V（正）一__________;N2>H2濃度為

反應開始__________;NH3濃度為0,v（逆）0,v（逆）=0

=0

N2與H2隨著反應的進行，其濃度隨著__________的分解，其濃度逐漸

逐漸__________,V正逐漸____________,y逆逐漸___________,而C（N2）、

反應過程

__________,而c（NH3）逐漸增大，C（H2）逐漸增大，V正逐漸__________

V逆逐漸增大

h時刻，v（正）=憂逆）,混合物中/2時刻起，它們的濃度不再__________，V正

達到平衡

各組分的濃度保持不變=丫逆，反應達到平衡

通過上述兩例說明，平衡的建立與建立的途徑o

二'化學平衡

1.概念

在一定條件下的反應體系中，當正、逆反應速率時，反應物和生成

物的濃度均保持不變，即體系的組成不隨時間而改變，表明該反應中物質的轉化達到了“限度”,

這時的狀態(tài)稱之為化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡。

2.化學平衡的建立

化學平衡條件①可逆反應；②封閉體系中；③一定的反應條件（溫度、壓強等）

狀態(tài)的建①可加入反應物，從正反應開始；②可加入生成物，從逆反應開始；③

途徑也可同時加入反應物和生成物，從正、逆向同時開始

立

繪制“反應速率一時間”圖像，表示從正反應開始建立化學平衡狀態(tài)的過程。

反應速率

C反最大，。正最大

\C反1

弋

。正二。逆產(chǎn)0

C反、唯各自保持不變

/。逆1（表面靜止，實質動態(tài)平衡）

c生為0,。逆為（）

4時間

3.平衡特征

七大特征化學平衡

逆（研究對適用于__________反應

象）

動（動態(tài)特建立平衡后，正、逆反應仍在進行，屬于__________平衡，可用___________

征）法證明

等（平衡實D（正）=V（逆））邦（正、逆反應速率相等，但不等于零）

質）

定（平衡結達平衡后，反應混合物中各組分的__________或__________不變（不可理解

果）為相等）

移（平衡移化學平衡其存在是有條件的、暫時的，濃度、溫度、壓強條件變化時平衡

動）會發(fā)生相應移動

同（等效平外界條件同，同一可逆反應從不同方向（正向、逆向、雙向）達到的平衡狀

衡）態(tài)__________

恒（定量特一定溫度下，化學平衡常數(shù)保持__________

征）

4.化學平衡狀態(tài)的判斷方法

（1）本質標志

正逆反應速率相等、各組分的量保持不變。

項目mA(g)+?B(g)pC(g)+qD(g)是否平衡

在單位時間內消耗了機molA的同時生成了mmolA—

正反應速率

在單位時間內消耗了nmolB的同時消耗了pmolC—

逆反應速率

在單位時間內生成了nmolB的同時消耗了qmolD—

關系

u正(A)?v逆(B)=〃z?TI—

（2）等價標志

項目mA(g)+??B(g)-——pC(g)+qD(g)［只有A為有色氣體］是否平衡

各物質的物質的量或物質的量的分數(shù)一定—

各物質的質量或質量分數(shù)一定—

混合體系中各氣體的體積或體積分數(shù)一定—

各組分的含總物質的量一定—

量A物質斷裂的化學鍵與A物質形成的化學鍵的物質的量相—

等

氣體的顏色不變—

任何化學反應都伴隨著能量變化，在其他條件不變時，體

溫度—

系溫度一定時

（3）特殊標志

項目mA(g)+〃B(g)--pC(g)+qD(g)是否平衡

當m+“初時，總壓強一定（其它條件一定）—

壓強

當機+時，總壓強一定（其它條件一定）—

混合氣體的平

當m+〃=p+q時，M一定—

均相對分子質

當機+歷切時，M一定

量—

C(s)+C02(g)-2C0(g)S一定)—

密度

N2(g)+3H2(g)——2NH3(g)(p—定)—

（體積不變）

H2(g)+I2(g)——2HI(g)(p一定)—

&易錯提醒

?審題時，一看題干條件：恒溫恒容或恒溫恒壓或絕熱容器；二看化學反應特點（物質狀

態(tài)、氣體計量系數(shù)）：全部是氣體參與，是等體積反應還是非等體積反應。

?判斷可逆反應是否達到平衡時，容易犯以下錯誤：①若反應前后氣體體積不變，則混

合氣體總體積、總壓強、總物質的量、混合氣體平均相對分子質量保持定值不能說明反應達

到平衡狀態(tài)；②若反應物和生成物的物質的量之比等于化學計算數(shù)之比，不能說明達到平衡

狀態(tài)；③若反應前后氣體的密度一定，不能說明一定達到平衡狀態(tài)。

在一定溫度下，化學平衡體系中反應物濃度與生成物濃度之間有什么關系？

在4576c時，反應體系H2（g）+l2（g）=2Hl（g）中各物質的濃度

起始濃度/mol?L」平衡濃度/mol?L-i平衡時

C2(HI)

C(H2)C(h)c(HI)C(H2)c(L)c(HI)

C(H2)-C(I2)

1.197x10-26.944x10-305.617x10-35.936x10"1.270X10248.37

1.228x10-29.964X10-303.841x10-31.524X10-31.687x1O-248.62

1.201X10-28.403X10-304.580x10-39.733X10-41.486X10-249.54

001.520x10-21.696X10-31.696X10-31.181X10-248.49

001.287x10-21.433x10-31.433X1031.000x1O-248.70

003.777xl(y24.213x10-34.213x10-32.934xl(y248.50

導*平均值

C（H2）-C（l2）48.70

溫度177℃227℃426.5℃427℃

02(HI)

12080.35448.2

C(H2)?C(12)

我們可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

（1）無論該反應從正同進行還是從逆向進行‘平衡時,只要----------一定,福特的

值近似相等。

02（?。?/p>

（2）無論反應物或生成物的如何改變，平衡時只要一定

C（H2）-C（l2）

的值也近似相等。

（3）常數(shù)與反應物的大小無關；與正向建立還是逆向建立平衡無關。

（4）改變，該常數(shù)也發(fā)生改變。

三'化學平衡常數(shù)

1.概念

在一定溫度下，當一個反應達到化學平衡時,生成物濃度幕之積與反應物濃度

累之積的比值是一個常數(shù),即化學平衡常數(shù)，用符號表示。

2.化學平衡常數(shù)的表達式

砥C）?理D）

當（）（）在一定溫度下達到化學平衡時，K=

mA(g)+nB(g)pCg+qDg產(chǎn)⑻上⑻。

3.化學平衡常數(shù)的意義

平衡常數(shù)的大小反映了化學反應進行的程度(也叫反應的限度)。

①K值__________,表示反應進行得越完全,反應物的轉化率越大。

②當K>105時，該反應就進行的基本完全了。K值越小，表示反應進行得越不完全，反應

物的轉化率越小。當KCIO-時，該反應很難發(fā)生。

③判斷反應的AH：若升高溫度，K值增大，則正反應為反應；若升高溫度，

K值減小，則正反應為反應

4.影響因素

內因：不同的化學反應及方程式的書寫形式是決定化學平衡常數(shù)的主要因素。

外因：在化學方程式一定的情況下，K只受影響，與反應物或生成物的濃度變

化無關，與壓強變化、是否使用催化劑無關。

5.濃度商

對于一般的可逆反應,mA(g)+nB(g)/?C(g)+qD(g),在任意時刻的；:R;稱為濃

度商，常用儀表示，即。c=需喘^根據(jù)K與2判斷判斷正在進行的可逆是否平衡及反

應向何方向進行：

①Q(mào)c<K,反應向反應方向進行

②Qc=K,反應處于

③Qc>K,反應向反應方向進行

6.壓強平衡常數(shù)(Kp)

在化學平衡體系中，用各氣體物質的

含義

分壓替代濃度計算的平衡常數(shù)

如Nz(g)+3H2(g)一^2NH3(g)

表達式2

廣P(NH3)

P3

"p(N2).p(H2)

分壓某氣體的分壓=氣體總壓強x該氣體

計算的體積分數(shù)(或物質的量分數(shù))

及易錯灌醒

1.平衡常數(shù)K的書寫

①固體或純液體和液態(tài)水不列入平衡常數(shù)的表達式中(注意有機反應中的H20則應寫入)。

②平衡常數(shù)的表達式與化學方程式的書寫方式有關，如N2+3H2=2NH3,K=a,則有:

；。

2NH3^^N2+3H2,K'=5!N2+|H2NH3,K"=,

③對于給定的化學方程式，正逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)。

2.K值的大小只能預示著某種可逆反應向某方向進行的最大程度，但不能預示反應達到平

衡所需時間。

四、化學平衡常數(shù)的計算

“三段式法”是有效解答化學平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意準確地列出起始量、

變化量、平衡量，按題目要求進行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。

1.分析三個量

起始量、變化量、平衡量。

2.明確三個關系

①對于同一反應物，起始量一變化量=平衡量。

②對于同一生成物，起始量+變化量=平衡量。

③各物質的轉化量之比等于各物質的化學計量數(shù)之比。

3.計算模式

對以下反應：加A(g)+〃B(g)RpC(g)+qD(g),令A、B起始物質的量分別為a、b,達

到平衡后，A的消耗量為mxmol,容器容積為VL。

機A(g)+〃B(g)pC(g)+qD(g)

起始/molab00

變化/molmxnxpxqx

平衡/mola—mxb~nxpxqx

（鈔?（鐘

則有①平衡常數(shù)：K=

a-mxb-nx

（一^-產(chǎn)（—T-）"

n—

②A的平衡濃度：c（A）=—mol-L-'o

③A的轉化率：a(A尸詈xlOO%,?(A)：a(B尸詈：等=普

n—ryiY

④A的體積分數(shù)：夕小尸中KB^xlOO%。

p(平)a+b+0+q一加一〃)工

⑤平衡壓強與起始壓強之比:

p(始)a+b

0MA)+"M(B)

⑥混合氣體的平均密度p（混）=，。

Vg1

、口A」,,,,m—"AZ（B）—[

⑦/s氣體的平均摩小質重M=小+皿…—耽g.mol。

實際產(chǎn)量

⑧生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量（指生成物）占理論產(chǎn)量的百分數(shù)，即產(chǎn)率=金蘭年X100%。

一般來講，轉化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。

Q考點剖析

考點一：可逆反應

1.（2022?廣西三新教學教學質量測評4月考）在一定溫度下，容器內某一反應

中M、N的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖，下列表述正確的是

A.反應的化學方程式：2M-N

B.力時，正、逆反應速率相等，達到平衡

C.打時，正反應速率大于逆反應速率

D.人時N的濃度是M濃度的2倍

考點二：化學平衡狀態(tài)判斷

（2023?四川樂山市高二下學期開學考）在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應:

N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）,AH<0o下列能說明該反應一定達到化學平衡狀態(tài)的是

A.混合氣體的密度不變B.容器溫度不變

C.2。正(NH3)=3D逆(H2)D.C(N2)=C(NH3)

考點三：化學平衡常數(shù)表達式

（2023?重慶市高二上學期12月調研）可逆反應2so2（g）+02（g）2so3(g),

某溫度下的平衡常數(shù)為K（后1）,反應熱為保持溫度不變，將方程式的書寫作如下改變,

則AH和K的相應變化為

A.寫成4so2（g）+2O2（g）=4SO3（g）,AH,K均擴大了一倍

B.寫成4so2（g）+2O2（g）=4SO3（g）,AH擴大了一倍，K保持不變

C.寫成2so3（g）=2SO2（g）+O2（g）,AH,K變?yōu)樵瓉淼南喾磾?shù)

D.寫成2so3（g）=2SO2（g）+O2（g）,AH變?yōu)樵瓉硐喾磾?shù)，K變?yōu)樵瓉淼牡箶?shù)

考點四：化學平衡的有關計算

（2023?湖北宜昌市協(xié)作體高二上學期期中）一定溫度下，向體積為2L的恒容

密閉容器中通入CO、H2、CH30H,發(fā)生反應i(CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)AH=akJ-mol

-1）,其中X、Y的物質的量與時間的關系如圖所示，反應進行1min時三種物質的體積分數(shù)均

相等。

①Y為（填化學式）。

②0?1min時v（CO）為moLLFmirTi。

③該溫度下，該反應的平衡常數(shù)隆=

考點五：濃度燧考查

5.（2023?北京豐臺區(qū)高二上學期期末）一定溫度下，反應b（g）+H2（g）2HI(g)

在密閉容器中達到平衡時，測得容器內C（I2）=O.UmmoLL-1、c（H2）=0.11mmol-Lc（HI）=

0.78mmol-L-io相同溫度下，按下列4組初始濃度進行實驗，反應逆向進行的是

ABCD

c(b)/mmol-L-10.220.440.111.00

c(H2)/mmol-L-10.220.440.441.00

c(HI)/mmol-L-11.563.001.568.00

:域基礎達標

-------------------IIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII--------------------

1.(2023?北京房山區(qū)高二上學期期中)某溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應：H2(g)

+b(g)=2HI(g)AH<0,下列情況代表該反應已達平衡的是

A.m和b全部轉化為HIB.混合氣體顏色不再發(fā)生變化

C.H2、12、HI三者的濃度相等D.容器內壓強不再發(fā)生變化

2.(2023?河南安陽市高二上學期期中)常溫下，向體積可變的密閉容器中加入b(s)和

K2c2O4(s)發(fā)生反應：b(s)+K2c2O4(s)=2KI(s)+2CO2(g),達到平衡時P(CO2)=akPa,保持

溫度不變，將體積壓縮至原來的半，達到第二次平衡時，測得p(CO2)=bkPa。下列推斷正確

的是

A.b=2aB.b=aC.2b=aD.b>a

3.(2022?河南邢臺高二上學期第一次月考)已知相同條件下：(1)2H2O(g)=O2(g)+2H2(g)

Ki；(2)Cl2(g)+H2=2HCl(g)6(3)2Cl2(g)+2H2O(g)=4HCl(g)+O2(g)則K、％、

K3的關系正確的是

A.K3=KI+K:?B.仆=得C.K3=KIMD.K3=KLK+

4.(2023?四川雅安市高二上學期期末)汽車尾氣處理的反應為2NO(g)+2CO(g)=N2(g)

1

+2CO2(g)△H=-746kJ-moro下列說法正確的是

A.升高溫度可使v正增大、v逆減小

B.使用高效催化劑可以提高活化分子的百分含量

C.反應達到化學平衡狀態(tài)時，2V正(NO)=v逆(N2)

D.CO和CO2的物質的量相等時，反應達到化學平衡狀態(tài)

5.(2023?湖南邵陽市武岡市高二上學期期中)在一定溫度下的容積不變的密閉容器中發(fā)

生反應：2so2(g)+O2(g)=2SO3(g)。下列不能說明反應達到平衡狀態(tài)的是

A.各物質的濃度不再變化B.混合物的密度不再變化

C.SO2的體積分數(shù)不再變化D.氣體的壓強不再變化

6.(2023?江蘇南通如東縣高二上學期月考改編)某溫度下氣體反應體系達到化學平衡，

平衡常數(shù)K=M;溫,下列說法正確的是

A.該反應的化學方程式為2E(g)+F(g)=A(g)+2B(g)

B.降低溫度，正反應速率增大

C.該溫度時，v(F)=v(A)則反應達到平衡狀態(tài)

D.增大c(A)、c(B),K增大

7.(2023?貴州遵義市高二上學期期中)Bodensteins研究表明，反應2Hl(g)=H2(g)+b(g)

在溫度為時，體積為1L的密閉容器中，氣體混合物中HI的物質的量分數(shù))0(m)與反應時

間/的關系如表所示：

起始物質“min020406080100

1molHI9（HI）/%1009184818080

該反應的正反應速率v正=卜正,2(m)，逆反應速率V逆=卜逆0(112>。(12),k正、k逆為速率常數(shù)，則

/值為

A.T7B.64C.JD.8

o4o

8.(2023?湖南懷化高二上學期期中節(jié)選)合成氣(主要成分為CO、H2及少量CO、H2O)

在工業(yè)上有廣泛用途。

合成甲醇的主要反應為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)AH<0o將CO與H2混合氣體充

入密閉容器中，投料比席?=*測得平衡時混合氣體中CHaOH的物質的量分數(shù)[研CH3OHK)]

與溫度(T)、壓強(p)之間的關系如圖所示。

①Ti、pi時，CO的轉化率為(保留3位有效數(shù)字)；壓強平衡常數(shù)4=

(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓x物質的量分數(shù)，用含pi的代數(shù)式表

示)。在該條件下，若CO、H2、CH30H氣體的起始物質的量之比為2：1：2,則反應開始時

v(CO)正v(CO)逆。

②恒溫恒容條件下，下列敘述不能說明反應達到化學平衡狀態(tài)的是O

A.CO、H2的物質的量濃度不再隨時間的變化而變化

B.混合氣體的平均摩爾質量不再隨時間的變化而變化

C.混合氣體的密度不再隨時間的變化而變化

D.若將容器改為絕熱恒容容器時，平衡常數(shù)K不隨時間變化而變化

I過關檢測

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII1IIIII—

1.(2023?北京昌平區(qū)高二上學期期末)一定溫度下的密閉容器中，發(fā)生可逆反應H2(g)

+I2(g)=2HI(g),下列情況不熊說明該反應達到平衡狀態(tài)的是

A.H2、b、HI的濃度不再改變

B.濃度商等于化學平衡常數(shù)

C.單位時間內生成〃molH2,同時生成2〃molHI

D.容器的總壓強不再變化

2.(2023?北京順義區(qū)高二上學期期末)一定溫度下，在定容密閉容器中發(fā)生反應：CO(g)

{IJ

+H2O(g)W?CO2(g)+H2(g)o下列能證明反應達到化學平衡狀態(tài)的是

A.體系壓強不再變化

B.CO的濃度不再變化

C.容器內氣體總質量不再變化

D.生成的CO2與消耗的CO物質的量比為1：1

3.(2023?北京豐臺區(qū)高二上學期期中)在一定溫度下的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2SO2(g)

+O2(g)=2so3(g),下列證據(jù)能說明反應一定達到化學平衡狀態(tài)的是

A.單位時間內消耗2〃molSO2,同時生成2〃molSO3

B.體系內物質的總質量保持不變

C.SO2、。2、SO3同時在容器中存在

D.Q=K

4.(2023?云南昆明市尋旬縣高二上學期期中改編)在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應：

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)AH<0,830℃時反應的平衡常數(shù)是L0,下列說法正確的

是

A.容器內的壓強不變時，說明反應達到平衡狀態(tài)

B.若平衡時移走CO2,化學反應速率加快

C.830℃時，充入0.1molCO和0.3molH2O保持溫度不變，CO平衡轉化率為75%

D.1000℃時，K<1,某時亥UCO2、H?、CO和H2O的濃度均為0.05molLr,此時平衡

向正反應方向移動

年山西運城市上學期月月考)已知：

5.(2022102NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+l2(g)Kpi

2NOCl(g)=2NO(g)+Cl2(g)6

則反應2ICl(g)-b(g)+Cb(g)的K為

A.KPI+KP2B.Kpr&>2C.Kpi—Kp2D.鐘

Ap2

6.(2023?新疆生產(chǎn)建設兵團部分名校高二上學期期中)T℃下，向某容積為2L的恒容密

閉容器中充入1molN?、3molH2,發(fā)生反應N?(g)+3H2(g)=2NH3(g),反應過程中容器內

的總壓強隨時間的變化如圖所示，下列有關說法正確的是

B.0?力min內，v(NH3)=-mol-L^min1

C.Bmin時，NH3的體積分數(shù)為60%

D.T℃下的平衡常數(shù)

7.(2023?重慶市北桔區(qū)高二上學期期末)一定溫度下，把5molA和5molB混合盛入容

積為2L的密閉容器里，發(fā)生如下反應：3A(g)+B(g)==xC(g)+2D(g),經(jīng)10s反應達平衡，

在此10s內C的平均反應速率為0.2mol.LFs-I同時生成2moiD,下列敘述中不正確的是

A.冗=4

B.該溫度下，此反應的平衡常數(shù)K=32

C.反應達到平衡狀態(tài)時A的轉化率為60%

D.反應達到平衡狀態(tài)時，相同條件下容器內氣體的壓強與起始時壓強之比為6：5

8.(2023?吉林吉林市高二上學期期中)在一定溫度下的密閉容器中，加