第09讲 化学平衡常数平衡转化率-2023-2024学年高二化学同步精品讲义（鲁科选择性必修一）

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第09讲 化学平衡常数 平衡转化率
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课程标准
课标解读
1．进一步认识化学平衡状态的特征，能够描述平衡的建立过程。
2．了解化学平衡常数的定义。
3．能正确书写给定反应的平衡常数表达式，并能进行相应的简单计算。
4．理解化学平衡常数的应用及意义。
1．通过对平衡常数概念的理解和应用，以及化学平衡常数的有关计算，提升学生思考问题、解决问题的能力。
2．通过对实验数据的分析，培养学生严谨求实、积极时间的科学作风。
3．通过对“化学平衡常数”烷烃的研讨，培养学生处理实验数据的能力，以及从数据中获取信息、总结信息的能力。
知识精讲

知识点01 化学平衡常数
1．定义
（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：K
2．表达式
（1）可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）
（2）表达式：K＝____________
（3）单位：__________________
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______，说明反应可以进行得越完全。
K值
＜10－5
10－5～105
＞105
反应程度
____________
____________
____________
4．影响因素
（1）内因：反应物的____________。
（2）外因：反应体系的____________。

【即学即练1】关于平衡常数K，下列说法中正确的是（ ）。
A．对可逆反应，温度升高，反应速率增大，K值增大
B．对可逆反应，温度不变，加催化剂，K值不变
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
知识点02 浓度熵
1．表达式：Q＝（各组分浓度代表任意状态的浓度）
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

【即学即练2】在1000K时，已知反应Ni（s）+H2O（g）NiO（s）+H2（g）的平衡常数K＝2。当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应（ ）。
A．未达平衡状态，反应正向进行 B．已达平衡状
C．未达平衡状态，反应逆向进行 D．无法确定
知识点03 平衡转化率
1．表达式：α（A）＝×100%＝×100%＝×100%
2．规律
（1）同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；
（2）当按照反应______之比投入反应物时，反应物转化率相同。
（3）反应物有多种时，提高一种反应物的浓度，可以______其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会______。
【即学即练3】（2021·常州高二检测）恒温恒压下，使1LNO2按下式分解：2NO22NO+O2，达到平衡时气体体积为1.2L，此时NO2的转化率为（ ）。
A．40% B．30% C．20% D．10%
能力拓展

考法01 化学平衡常数的理解与应用
【典例1】（双选）（2021•信阳高二检测）关于化学平衡常数的叙述正确的是（ ）。
A．温度一定，一个化学反应的平衡常数是一个常数
B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数不变
C．温度一定时，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数
D．浓度商Qc＜Kc，v（正）＜v（逆）
【知识拓展】化学平衡常数的理解与应用
1．化学平衡常数应用中的注意事项
（1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度、压强、催化剂无关。
（2）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”而不代入公式。
（3）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，则平衡常数变为倒数。若同一反应方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，平衡常数也会改变。
2．化学平衡常数的应用
（1）判断反应进行程度的大小。
（2）判断反应是否平衡及不平衡时的反应方向。
（3）判断反应的热效应。
3．化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系
（1）对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。
（2）平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与温度有关，而平衡转化率的影响因素有温度、浓度、压强等。
（3）温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。
考法02 化学平衡常数与书写方式的关系
【典例2】（江西省萍乡市2020~2021学年高三1月模拟节选）煤炭中的硫主要以黄铁矿形式存在，用氢气脱除黄铁矿中硫的相关反应（见下表），其相关反应的平衡常数的对数值与温度的关系如图。
相关反应
反应热
平衡常数K
FeS2（s）+H2（g）FeS（s）+H2S（g）
ΔH1
K1
FeS2（s）+H2（g）Fe（s）+H2S（g）
ΔH2
K2
FeS（s）+H2（g）Fe（s）+H2S（g）
ΔH3
K3

1000K时，平衡常数的对数lgK1、lgK2和lgK3之间的关系为____________。
【知识拓展】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：K正·K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＝
考法03 有关化学平衡常数及平衡转化率的计算
【典例2】（2022·辽宁省选择考）某温度下，在1L恒容密闭容器中2.0molX发生反应2X（s）Y（g）+2Z（g），有关数据如下：
时间段/min
产物Z的平均生成速率/mol·L－1·min－1
0～2
0.20
0～4
0.15
0～6
0.10
下列说法错误的是
A．1min时，Z的浓度大于0.20mol·L－1
B．2min时，加入0.20molZ，此时v正（Z）＜v逆（Z）
C．3min时，Y的体积分数约为33.3%
D．5min时，X的物质的量为1.4mol
【知识拓展】有关化学平衡常数及平衡转化率的计算
1．基本计算模式——“三段式”
（1）确定反应物或生成物的起始加入量
（2）确定反应过程的变化量
（3）确定平衡量
（4）依据题干中的条件，建立等量关系进行计算
反应
aA（g）
+bB（g）

cC（g）
+dD（g）
起始量mol/L
m
n

0
0
转化量mol/L
ax
bx

cx
dx
平衡量mol/L
m－ax
n－bx

cx
dx
2．物质浓度的变化关系
（1）反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度；
（2）反应产物：平衡浓度＝初始浓度+转化浓度；
（3）转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比。
3．三个比值量
（1）反应物的转化率：＝×100%
（2）产物的产率：产率＝×100%
①实际产量：题中告诉的某种产物的生成量
②理论产量：按照系数使量少的反应物完全反应得到的产物的量
（3）百分含量：含量＝×100%
①常见量：体积分数、物质的量分数
②关系式：体积分数＝物质的量分数
分层提分

题组A 基础过关练
1．在恒温恒容下，当反应容器内总压强不随时间变化时，下列可逆反应一定达到平衡的是（ ）。
A．A（g）+B（g）C（g）
B．A（g）+2B（g）3C（g）
C．A（g）+B（g）C（g）+D（g）
D．以上都达到平衡
2．下列数据是一些反应的平衡常数的数值，表示反应物转化率最大的是（ ）。
A．K＝1 B．K＝10－1 C．K＝1010 D．K＝10－10
3．（2021·北京朝阳区高二检测）某可逆反应aA+bBcC △H。在某温度下的平衡常数为K（K≠1），保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则△H和K数值的相应变化为（ ）。
A．写成2aA+2bB2cC，△H、K值均扩大了一倍
B．写成2aA+2bB2cC，△H扩大了一倍，K值保持不变
C．写成cCaA+bB，△H、K值变为原来的相反数
D．写成cCaA+bB，△H变为原来的相反数，K值变为倒数
4．（2021•苏州高二检测）已知下列反应的平衡常数：S（s）+H2（g）H2S（g）；K1，S（s）+O2（g）SO2（g）；K2，则反应H2（g）+SO2（g）H2S（g）+O2（g）的平衡常数是（ ）。
A．K1+K2 B．K1－K2 C．K1×K2 D．K1÷K2
5．（2021·周口高二检测）在25℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L－1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L－1
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是（ ）。
A．反应达到平衡时，X的转化率为50%
B．反应可表示为：X+3Y2Z，其平衡常数为1600（mol·L－1）－2
C．增大压强使平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
6．（2021·三门峡高二检测）在5L的密闭容器中充入2mol A气体和1mol B气体，一定条件下发生如下反应：2A（g）+B（g）2C（g），当反应达到平衡时，测得容器内混合气体压强是反应前的，则A转化率为（ ）。
A．67% B．50% C．25% D．5%
7．氮化硅（Si3N4）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3SiO2（s）+6C（s）+2N2（g）Si3N4（s）+6CO（g）。
（1）该反应的平衡常数表达式为K＝___________；
（2）若知上述反应为放热反应，则升高温度，其平衡常数值______（选填“增大”、“减小”或“不变”）；若已知CO生成速率为v（CO）＝18mol•L－1•min－1，则N2消耗速率为v（N2）＝______。
8．某温度时，在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z，它们的物质的量随时间的变化如表所示：
t/min
X/mol
Y/mol
Z/mol
0
1.00
1.00
0.00
1
0.90
0.80
0.20
3
0.75
0.50
0.50
5
0.65
0.30
0.70
9
0.55
0.10
0.90
10
0.55
0.10
0.90
14
0.55
0.10
0.90
（1）体系中发生反应的化学方程式是________________________；
（2）该反应在0～5min时间内产物Z的平均反应速率为：________________；
（3）该反应在第______分钟（min）时达到平衡状态，此时反应物X的转化率α等于________；
（4）若使该反应的速率加快，下列措施一定不能达到目的的是________。
A．升高温度 B．降低温度
C．使用催化剂 D．保持容器体积不变加入1molX和2molY
题组B 能力提升练
1．一定条件下，反应2NO（g）+O2（g）2NO2（g）在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是（ ）。
A．混合气体的总分子数不再变化
B．混合气体的颜色不再变化
C．容器的总压强不再变化
D．混合气体的总质量不再变化
2．（2021•广州高二检测）在相同条件下，在密闭容器中，如表所列反应的平衡常数的关系正确的是（ ）。
反应方程式
平衡常数
Si+4HF（aq）SiF4+2H2
K1
Si+4HCl（aq）SiCl4+2H2
K2
Si+4HBr（aq）SiBr4+2H2
K3
A．K1＞K2＞K3 B．K1＞K3＞K2
C．K2＞K3＞K1 D．K3＞K2＞K1
3．（2021~2022年湖南衡阳高二上学期期末）在100mLN2O5/CCl4溶液中发生分解反应：2N2O54NO2+O2，在不同时刻测量放出的O2体积，换算成N2O5浓度如下表，下列说法不正确的是（ ）。
t/s
0
600
1200
1710
2220
2820
x
c（N2O5）/（mol·L－1）
1.40
0.96
0.66
0.48
0.35
0.24
0.12
A．600～1200s，生成NO2的平均速率为1×10－3mol·L－1·s－1
B．反应2220s时，放出的O2体积约为1.18L（标准状况）
C．反应达到平衡时，v正（N2O5）＝2v逆（NO2）
D．推测上表中的x为3930
4．（2021·哈尔滨第二次调研）温度恒定的条件下，在2L容积不变的密闭容器中，发生反应：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）。开始充入4mol的SO2和2mol的O2，10s后达到平衡状态，此时c（SO3）＝0.5mol·L－1，下列说法不正确的是（ ）。
A．v（SO2）∶v（O2）＝2∶1
B．10s内，v（SO3）＝0.05mol·L－1·s－1
C．SO2的平衡转化率为25%
D．平衡时容器内的压强是反应前的5/6倍
5．在300mL的密闭固定容器中，一定条件下发生Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）4（g）的反应，该反应平衡常数（K）与温度（T）的关系如下表所示：
T/℃
25
80
230
K
5×104
2
1.9×10﹣5
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．230℃时，该反应的正反应为不自发的反应
C．80℃达到平衡时，测得n（CO）＝0.3mol，则Ni（CO）4的平衡浓度为2mol·L－1
D．25℃时反应Ni（CO）4（g）Ni（s）+4CO（g）的平衡常数为2×10－5
6．（2021·安徽池州高二检测）CO2和H2的混和气体加热到1023K时，可建立下列平衡：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g），在该温度下，平衡时有90%的氢气变成水蒸气（平衡常数K＝1），则原混合气体中CO2和H2的分子数之比是（ ）。
A．9∶1 B．1∶5 C．1∶10 D．1∶1
7．（2021•银川高二检测）下列反应在210℃达到平衡：
①PCl5（g）PCl3（g）+Cl2（g）△H＞0K＝1
②CO（g）+Cl2（g）COCl2（g）△H＜0K＝5×104
③COCl2（g）CO（g）+Cl2（g）△H＞0
（1）化学平衡常数K表示可逆反应的进行程度，K值越大，表示_________，K值大小与温度的关系是：温度升高，K值_________（填一定增大、一定减小、或可能增大也可能减小）。
（2）根据反应①的平衡常数K的表达式，平衡时，下列等式必定成立的是_____。
A．c（PCl5）＝c（PCl3）＝c（Cl2）＝1
B．c（PCl5）＝c（PCl3）•c（Cl2）＝1
C．c（PCl5）＝c（PCl3）•c（Cl2）
反应②和反应③的K值表达式_________（填“相同”或“不同”）。
（3）降低Cl2浓度，反应③的K值____（填“增大”、“减少”或“不变”）。
（4）要使反应①和反应②的K值相等，应采取的措施是_________。
A．反应①、反应②同时升高温度
B．反应①、反应②同时降低温度
C．反应①降低温度，反应②维持210℃
8．（1）已知：2NO2（g）N2O4（g）；△H＜0。在恒温恒容条件下，将一定量NO2和N2O4的混合气体通入容积为2L的密闭容器中，反应过程中各物质的物质的量浓度c随时间t的变化关系如下图所示。

①a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的点是_________。
②前10min内用NO2表示的化学反应速率v（NO2）＝_________mol·L－1·min－1。反应在第一个平衡点的平衡常数K（1）＝_________（可用分数表示）。反应在第二个平衡点的平衡常数K（2）与第一个平衡点的平衡常数K（1）的关系：K（2）_________K（1）（填＞、＝或＜）。
③请在右图坐标中画出1molN2O4通入2L的密闭容器中反应发生过程中的能量变化示意图，并在虚线上分别标出反应物和生成物的化学式。

（2）右图中a、b、c、d分别代表氧族元素（ⅥA族）：Te（碲）、Se（硒）、S、Ｏ氢化物的反应热的数据示意图。试回答下列问题：

1①请你归纳：非金属元素氢化物的稳定性与形成氢化物的反应热△H的关系_____________________________________________。
②写出硒化氢发生分解反应的热化学反应方程式：___________________________。
题组C 培优拔尖练
1．（2021•广东顺德高二上学期期末检测）已知在448℃时，反应H2（g）+I2（g）2HI（g）的平衡常数为49。下列叙述中正确的是（相同温度下）（ ）。
A．反应H2（g）+I2（g）2HI（g）的平衡常数K＝＝49
B．反应2HI（g）H2（g）+I2（g）的平衡常数K＝＝49
C．反应HI（g）H2（g）+I2（g）的平衡常数K＝＝7
D．反应2HI（g）H2（g）+I2（g）的平衡常数K＝＝
2．（2021·镇江高二检测）少量纯净的氨基甲酸铵置于体积不变的密闭真空容器中，在恒定温度下发生分解反应：H2NCOONH4（s）2NH3（g）+CO2（g）△H＞0，下列说法正确的是（ ）。
A．当氨气的体积分数不变时，该分解反应达到了平衡
B．当氨气的物质的量浓度不变时，该反应达到了平衡
C．如果v正（NH3）＝2v正（CO2）时，该反应达到了平衡
D．如果2v正（NH3）＝v逆（CO2）时，该反应向正反应方向进行
3．298K时，在2L固定体积的密闭容器中，发生可逆反应：2NO2（g）N2O4（g）ΔH＝－akJ/mol（a＞0）。N2O4的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时，N2O4的浓度为NO2的2倍，若反应在398K进行，某时刻测得n（NO2）＝0.6mol，n（N2O4）＝1.2mol，则此时，下列大小关系正确的是（ ）。

A．v（正）＞v（逆） B．v（正）＜v（逆）
C．v（正）＝v（逆） D．v（正）、v（逆）大小关系不确定
4．（2021~2022·福建省福州市高二上学期期末检测）可逆反应①X（g）+2Y（g）2Z（g）②2M（g）N（g）+P（g）分别在密闭容器的两个反应室中进行，反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示，下列判断正确的是（ ）。

A．达平衡（Ⅰ）时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为10∶11
B．反应①的正反应是吸热反应
C．在平衡（Ⅰ）和平衡（Ⅱ）中，M的体积分数相等
D．达平衡（Ⅰ）时，X的转化率为50%
5．（2021·德州高二检测）硫酸工业中SO2转化为SO3是重要的反应之一，在一定压强和催化剂作用下在2L密闭容器中充入0.8molSO2和2molO2发生反应：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g），SO2的转化率随温度的变化如下表所示：
温度
450℃
500℃
550℃
600℃
SO2的转化率
97.5%
95.8%
90.50%
80.0%
（1）由表中数据判断DH______0（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（2）能判断该反应已达到平衡状态的依据是______（填序号）。
a．混合气体中各组分的质量不变
b．c（SO2）＝c（SO3）
c．v正（SO3）＝2v逆（O2）
（3）某温度下经2min反应达到平衡后c（SO2）＝0.08mol/L，则：
①0~2min之间，O2的平均反应速率是____________。
②此时的温度是______℃。
③此温度下的平衡常数K＝_________（可用分数表示）。
6．（2021·天津河东区高三4月模拟节选）一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应：C（s）+CO2（g）2CO（g） ΔH＝173kJ·mol－1，若压强为p kPa，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示，回答下列问题：

（1）650℃时CO2的平衡转化率为________。
（2）t1℃时平衡常数Kp＝________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）；该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，则平衡________（填“正向”“逆向”或“不”）移动，原因是_________________。