2024年高考化学一轮复习（新高考版） 第8章 第46讲　化学平衡状态与平衡常数

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1.掌握化学平衡状态的特征及判定方法。2.了解化学平衡常数的含义及影响因素。3.能利用化学平衡常数进行有关计算。
考点一　 可逆反应、化学平衡状态
考点二　 化学平衡常数
真题演练 明确考向
可逆反应、化学平衡状态
1.可逆反应(1)概念在同一条件下，既可以向 进行，同时又能向 进行的化学反应。(2)特点
2.化学平衡状态(1)概念在一定条件下的 反应体系中，当正、逆反应速率 时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。(2)化学平衡的建立绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
(4)化学平衡状态的判断方法
②宏观组成标志各组分的浓度保持不变，或各组分的质量、物质的量、百分含量、质量分数等保持不变的状态是平衡状态。
③间接标志a.有气体参加的 反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，达到平衡状态。b.如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡状态。c.气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡(若体系中各组分均为气体，气体质量守恒；若体系中不全是气体，要注意气体质量变化)。
2.化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度或百分含量相等(　　)3.在一定条件下，向密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2充分反应，生成2 ml NH3(　　)
一、可逆反应的特征1.在一密闭容器中进行反应：2X(g)＋Y(g) 2Z(g)。已知反应过程中某一时刻X、Y、Z的浓度分别为0.3 ml·L－1、0.1 ml·L－1、0.4 ml·L－1，当反应达到平衡时，不可能存在的是A.c(X)＝0.5 ml·L－1B.c(Y)＋c(X)＝0.5 ml·L－1C.c(Y)＋c(Z)＝1.05 ml·L－1D.c(X)＋c(Y)＋c(Z)＝0.75 ml·L－1
不确定下一时刻反应进行的方向，因此需要考虑反应进行的方向并结合极限思想解答。若该时刻后反应正向进行且Y全部转化为Z，则　　　　　　　　2X(g) ＋ Y(g) 2Z(g)某时刻/(ml·L－1) 0.3　　　0.1　　 0.4转化/(ml·L－1) 0.2　　　0.1　　 0.2平衡/(ml·L－1) 0.1　　　0　　 0.6若反应逆向进行，且Z全部转化为X和Y，则　　　　　　　　 2X(g)＋Y(g) 2Z(g)某时刻/(ml·L－1)　0.3　　 0.1　　 0.4转化/(ml·L－1)　　0.4　　 0.2　　 0.4平衡/(ml·L－1)　　0.7　　 0.3　　 0
平衡时0.1 ml·L－1＜c(X)＜0.7 ml·L－1，可能等于0.5 ml·L－1，故A不选；平衡时0.1 ml·L－1＜c(Y)＋c(X)＜1.0 ml·L－1，c(Y)＋c(X)可能等于0.5 ml·L－1，故B不选；平衡时0.3 ml·L－1＜c(Y)＋c(Z)＜0.6 ml·L－1，不可能等于1.05 ml·L－1，故C选；平衡时0.7 ml·L－1＜c(X)＋c(Y)＋c(Z)＜1.0 ml·L－1,0.75 ml·L－1介于0.7 ml·L－1和1.0 ml·L－1之间，故D不选。
二、平衡状态的标志2.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量。(1)能说明2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是__________(填序号，下同)。(2)能说明I2(g)＋H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是________。(3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是______________。(4)能说明C(s)＋CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是______________。(5)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是_________。(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s) 5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是_________。
3.若上述题目中的(1)～(4)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？(1)__________________。(2)__________________。(3)__________________。(4)__________________。
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，即化学平衡常数，用符号 表示。2.表达式对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝____________ (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入化学平衡常数表达式中)。
3.影响因素K只受 影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化、是否使用催化剂无关。4.平衡常数的意义及应用(1)判断可逆反应进行的程度
(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向
Q＜K，反应向 反应方向进行；Q＝K，反应处于 状态；Q＞K，反应向 反应方向进行。(3)判断可逆反应的热效应
2.平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动(　　)3.化学平衡发生移动，平衡常数一定发生变化(　　)4.平衡常数K越大，表示反应进行得越快(　　)5.温度不变，增大反应物浓度，平衡正向移动，平衡常数增大(　　)6.反应A(g)＋B(g) C(g)达到平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数增大(　　)
一、化学平衡常数与化学方程式的关系1.请写出下列反应的平衡常数，并找出K1和K2、K3的关系。
2.已知下列反应的平衡常数：①H2(g)＋S(s) H2S(g)　K1；②S(s)＋O2(g) SO2(g)　K2；则反应H2(g)＋SO2(g) O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K＝______(用K1和K2表示)。
(3)两化学方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。
二、化学平衡常数的应用3.研究发现，液态苯是优质储氢材料：C6H6(l)＋3H2(g) C6H12(l)。一定温度下，在密闭容器中充入一定量液态苯(足量)和适量氢气，经反应达到平衡后，测得c(H2)＝2 ml·L－1。保持温度不变，将体积压缩至原来的一半，达到新平衡时c(H2)为A.1 ml·L－1 B.2 ml·L－1C.3 ml·L－1 D.4 ml·L－1
4.在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g) Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是
A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B.25 ℃时，反应Ni(CO)4(g) Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5C.80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 ml·L－1，则此时v正>v逆D.80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 ml，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 ml·L－1
温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应，A项正确；
80 ℃达到平衡时，若n(CO)＝0.3 ml，c(CO)＝1 ml·L－1，故c[Ni(CO)4]＝K·c4(CO)＝2×14 ml·L－1＝2 ml·L－1，D项正确。
5.已知反应：FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)　ΔH>0。(1)此反应的平衡常数表达式为K＝________。(2)温度降低，则K______(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)已知1 100 ℃时，K＝0.263。若1 100 ℃时测得c(CO2)＝0.025 ml·L－1，c(CO)＝0.01 ml·L－1，此时该反应________(填“处于”或“不处于”)化学平衡状态，化学反应速率：正反应速率____(填“>”“0。温度为T ℃时，该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是A.K越大，说明反应速率、CO2的平衡转化率越大B.增大压强，平衡向逆反应方向移动，K减小C.升高温度，反应速率和平衡常数K都增大D.加入催化剂，能提高合成气的平衡产率
K越大，说明反应进行的越完全，CO2的平衡转化率越大，但反应速率受外界因素影响，反应速率不一定越大，A错误；K只受温度影响，温度不变，则K不变，B错误；升高温度，活化分子百分数增大，反应速率增大，该反应ΔH>0，为吸热反应，则平衡常数K增大，C正确；加入催化剂，只能改变反应速率，平衡不移动，则不能提高合成气的平衡产率，D错误。
6.在一容积不变、绝热的密闭容器中发生可逆反应：2X(s) Y(g)＋Z(g)，以下说法不能说明该反应达到化学平衡状态的是A.混合气体的密度不再变化B.反应容器中Y的质量分数不变C.该反应的化学平衡常数不变D.容器中混合气体的平均相对分子质量不变
由2X(s) Y(g)＋Z(g)可知，反应前后气体的质量是变量，容器的体积不变，反应过程中混合气体的密度是变量，当混合气体的密度不再变化时，各气体的质量不再改变，反应达到平衡状态，故A不符合题意；当反应容器中Y的质量分数不变时，体积不变，说明Y的浓度不再改变，反应达到平衡，故B不符合题意；由2X(s) Y(g)＋Z(g)反应是在绝热的密闭容器中进行可知，温度是变量，而平衡常数只是温度的函数，当反应的化学平衡常数不变时，说明温度不再改变，反应达到平衡状态，故C不符合题意；
7.下列说法中可以证明反应H2(g)＋I2(g) 2HI(g)已达平衡状态的是①单位时间内生成n ml H2的同时生成n ml HI；②一个H—H断裂的同时有两个H—I断裂；③百分含量w(HI)＝w(I2)；④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)；⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1；⑥温度和体积一定时，生成物浓度不再变化；⑦温度和体积一定时，容器内的压强不再变化；⑧条件一定时，混合气体的平均相对分子质量不再变化；⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化；⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化A.①②③④ B.②⑥⑨C.②⑥⑨⑩ D.③⑤⑥⑦⑧
①单位时间内生成n ml H2的同时生成n ml HI，速率之比不等于化学计量数之比，错误；②一个H—H断裂的同时有两个H—I断裂，等效于两个H—I形成的同时有两个H—I断裂，反应达到平衡状态，正确；③百分含量w(HI)＝w(I2)，相等并不是不变，错误；④反应速率v(H2)＝v(I2)＝v(HI)，未体现正与逆的关系，且速率之比不等于化学计量数之比，错误；⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1不能说明反应达到平衡状态，错误；
⑥温度和体积一定时，生成物浓度不再变化，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，正确；⑦温度和体积一定时，容器内的压强始终不变，错误；⑧条件一定时，混合气体的平均相对分子质量始终不变，错误；⑨温度和体积一定时，混合气体颜色不再变化，说明c(I2)不再发生变化，反应达到平衡状态，正确；⑩温度和压强一定时，由于反应前后体积和气体的质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，即密度不再变化不能说明反应达到平衡状态，错误。
8.一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 ml N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是
A.①② B.②④ C.③④ D.①④
ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 ml N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确。
9.(2022·北京丰台区高三期末)某温度下，在密闭容器中进行反应：H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)　ΔH>0，已知H2(g)和CO2(g)的初始浓度均为0.01 ml·L－1，测得H2的平衡转化率为60%，下列说法不正确的是A.CO2的平衡转化率为60%B.升高温度平衡常数K增大C.该温度下反应的平衡常数K＝2.25D.若初始H2(g)、CO2(g)、H2O(g)、CO(g)的浓度均为0.01 ml·L－1，则反应逆向进行
根据题目已知信息，列三段式：H2(g)＋CO2(g) H2O(g)＋CO(g)起始/(ml·L－1)　0.01　　0.01　　　0　　　　0转化/(ml·L－1)　0.006　0.006　　　0.006　　0.006平衡/(ml·L－1)　0.004　0.004　　　0.006　　0.006因此，二氧化碳的平衡转化率为60%，A项正确；此反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，平衡常数K增大，B项正确；
10.在1 L密闭容器中，加入5 ml A物质，在一定条件下同时发生下列两个反应：①2A(g) 2B(g)＋C(g)；②A(g) C(g)＋D(g)。当达到平衡时，测得c(A)＝2.5 ml·L－1，c(C)＝2.0 ml·L－1。则下列说法正确的是A.达到平衡时A的总转化率为40%B.达到平衡时K1＝0.5C.达到平衡时c(B)＝2c(D)D.达到平衡时K2＝1.2
②A(g) C(g)＋D(g)，设参加此反应的A为y ml，根据②的化学方程式可知生成的C为y ml，生成的D为y ml，
平衡时c(B)＝1 ml·L－1、c(D)＝1.5 ml·L－1，则3c(B)＝2c(D)，故C错误；
11.(2021·重庆1月适应性测试，14)MTP是一类重要的药物中间体，可以由TOME经环化后合成。其反应式为：为了提高TOME的转化率，反应进行时需及时从溶液体系中移出部分甲醇。TOME的转化率随反应时间的变化如图所示。设TOME的初始浓度为a ml·L－1，反应过程中的液体体积变化忽略不计。下列说法错误的是A.X、Y两点的MTP的物质的量浓度相等B.X、Z两点的瞬时速率大小为v(X)>v(Z)
C项，若Z点为平衡点，此时c(TOME)＝0.02a ml·L－1，c(MTP)＝ 0.98a ml·L－1，但因移出甲醇，甲醇浓度不为0.98a ml·L－1，错误；D项，0～150 min时间内，Δc(MTP)＝0.67a ml·L－1，正确。
A项，因起始浓度相同，X、Y两点转化率相同，所以MTP的浓度也相等，正确；B项，Z点转化率高，此时TOME的浓度只有0.02a ml·L－1，所以瞬时速率：v(X)>v(Z)，正确；
12.(1) 工业上，裂解正丁烷可以获得乙烯、丙烯等化工原料。反应1：C4H10(g，正丁烷) CH4(g)＋C3H6(g)　ΔH1反应2：C4H10(g，正丁烷) C2H6(g)＋C2H4(g)　ΔH2某温度下，向2 L恒容密闭容器中投入2 ml正丁烷，假设控制反应条件，只发生反应1，达到平衡时测得CH4的体积分数为 。下列情况表明上述反应达到平衡的是______(填字母，下同)。A.混合气体的密度保持不变B.甲烷、丙烯的生成速率相等C.混合气体压强保持不变D.丙烯的体积分数保持不变
气体密度等于气体质量除以容器体积，反应1的反应物和生成物都是气体，气体质量不变，容器体积不变，因此在恒温恒容条件下气体密度始终不变，因此密度不变不能作为判断平衡的标志，故A不符合题意；甲烷、丙烯均属于生成物，两者的化学计量数相同，无论是否达到平衡，它们的生成速率始终相等，故B不符合题意；在恒容恒温下，气体分子数逐渐增多，气体压强逐渐增大，当压强不变时反应达到平衡，故C符合题意；丙烯体积分数由0逐渐增大，丙烯体积分数不变时表明反应达到平衡，故D符合题意。
(2)深入研究碳、氮元素的物质转化有着重要的实际意义，合成尿素的反应为2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(l)　ΔH＝－87.0 kJ·ml－1若向某恒温且恒容的密闭容器中加入等物质的量的NH3和CO2，发生上述反应。下列叙述不能说明反应已经达到平衡状态的是_____。A.断裂6 ml N—H的同时断裂2 ml O—HB.压强不再变化C.混合气体的密度不再变化D.CO2的体积分数不再变化
根据方程式可知：每2分子NH3反应产生1分子CO(NH2)2，会断裂2个N—H，即1个NH3分子断裂1个N—H。现在断裂6 ml N—H, 就是6 ml NH3反应，要生成3 ml H2O，形成6 ml O—H；断裂2 ml O—H，就是1 ml水发生反应，生成水的物质的量大于消耗水的物质的量，正、逆反应速率不相等，没有达到平衡，A符合题意；该反应在恒温恒容条件下进行，反应前后气体的物质的量发生改变，当气体压强不再变化时，气体的物质的量不变，则反应达到了平衡状态，B不符合题意；反应前后气体的质量发生变化，而反应在恒温恒容条件下进行，气体的体积不变，则混合气体的密度不再变化，说明反应达到了平衡状态，C不符合题意；若CO2的体积分数不再变化，说明混合气体中各气体的物质的量不变，反应达到了平衡状态，D不符合题意。
(3)反应：4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，恒温恒容情况下，下列说法能判断此反应达到平衡的是________。A.气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变B.容器内气体密度不变C.容器内气体颜色不变D.容器内NaNO3的浓度保持不变
反应物NO2中氮元素与氧元素的质量比为7∶16，生成物NO中氮元素和氧元素的质量比为7∶8，所以未平衡前气体物质中氮元素和氧元素的质量比是变量，当气体物质中氮元素与氧元素的质量比不变时，反应达到了平衡，故A选；随着反应的进行，气体物质的质量在减小，而容器体积不变，所以混合气体的密度在减小，当容器内气体密度不变时，反应达到了平衡，故B选；NO2是红棕色气体，Cl2是黄绿色气体，未平衡前混合气体的颜色在改变，当容器内气体颜色不变时，说明NO2和Cl2的浓度均不再改变，反应达到了平衡，故C选；NaNO3是固体，不能用固体浓度不变衡量反应是否达到平衡，故D不选。
13.已知：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH(1)经测定不同温度下该反应的平衡常数如下：
该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
根据数据可知，随着温度的升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应。
(2)250 ℃时，某时刻测得该反应的反应物与生成物浓度为c(CO)＝0.4 ml·L－1、c(H2)＝0.4 ml·L－1、c(CH3OH)＝0.8 ml·L－1，则此时v正___(填“>”“＝”或“