第7章 第41讲 化学平衡状态 化学平衡常数（教师word）-【金版新学案】2025年高考化学高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

第41讲　化学平衡状态　化学平衡常数 【课程标准】　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　化学平衡状态 1．可逆反应——“二同一不能” (1)“二同”：同一条件下；正、逆反应同时进行。 (2)“一不能”：不能进行到底。 2．化学平衡状态 (1)概念 一定条件下的可逆反应中，当正反应速率和逆反应速率相等时，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的状态。 (2)化学平衡的建立 (3)化学平衡的特征 3．判断平衡状态的两种方法 (1)“正逆相等”：v正＝v逆≠0 ①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 ②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达平衡状态。 (2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应进行保持不变的量，不能作为判断是否平衡的依据。 [正误辨析] 1．二次电池的充、放电为可逆反应(　　) 2．在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆(　　) 3．恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态(　　) 4．在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.× (全国卷Ⅲ，节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。 ①下列可判断反应达到平衡的是______(填字母)。 a．溶液的pH不再变化　　b．v(I－)＝2v(AsO) c.不再变化 d．c(I－)＝y mol·L－1 学生用书↓第229页 ②tm时，v正______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 ③tm时v逆______tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。 答案：①ac　②大于　③小于　tm时生成物浓度较低 (双选)(2023·山东卷)一定条件下，化合物E和TFAA合成H的反应路径如下： 已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L－1，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1，部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示，忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是(　　) A．t1时刻，体系中有E存在 B．t2时刻，体系中无F存在 C．E和TFAA反应生成F的活化能很小 D．反应达平衡后，TFAA的浓度为0.08 mol·L－1 答案：AC 解析：t1时刻TFAA浓度为0，则TFAA完全反应，消耗的E为0.08 mol·L－1，E剩余0.02 mol·L－1，故体系中有E存在，A正确；由题给反应路径和元素质量守恒知，体系中TFAA、G、F的总浓度应为0.08 mol·L－1，由题图知，t2时刻TFAA和G的浓度之和小于0.08 mol·L－1，则体系中一定存在F，B项错误；由题图可知，反应刚开始TFAA的浓度就迅速减小为0，则E和TFAA的反应速率非常快，该反应的活化能很小，C正确；反应GH＋TFAA为可逆反应，反应达平衡后，G不可能完全转化为H和TFAA，则达平衡后TFAA的浓度小于0.08 mol·L－1，D错误。 考向一　可逆反应的特征 1．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是(　　) A．Z为0.3 mol/L B．Y2为0.4 mol/L C．X2为0.2 mol/L D．Z为0.4 mol/L 答案：A 解析：当Z完全转化为X2、Y2时，X2、Y2分别为0.2 mol/L、0.4 mol/L；当0.1 mol/L X2完全转化为Z时，Y2为0.2 mol/L，Z为0.4 mol/L，则0<X2<0.2 mol/L，0.2 mol/L<Y2<0.4 mol/L，0<Z<0.4 mol/L，A选项符合题意。 考向二　平衡状态的标志 2．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 答案：C 解析：A项无逆反应速率，错误；B项，＝，即2v正(N2)＝v逆(NH3)时，反应达到平衡状态，错误；C项，＝，即2v正(H2)＝3v逆(NH3)时反应达到平衡状态，正确；D项，＝，即3v正(N2)＝v逆(H2)时反应达到平衡状态，错误。 3．在一定温度下的定容容器中，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______________。 学生用书↓第230页 (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______________。 答案：(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦　(4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦ 4．若将上述题目中的(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)________________ 答案：(1)②③④⑦　(2)⑤⑦　(3)②③④⑤⑦　 (4)②③④⑦ 考点二　化学平衡常数 1．化学平衡常数的表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，化学平衡常数K＝(式中各物质的浓度为平衡时的浓度)。 2．影响因素 (1)K只与温度有关。 (2)升高温度 3．应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 K <10－5 10－5～105 >105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全 (2)判断反应是否达到平衡或进行的方向。 对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Q＝。 (3)判断可逆反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 [正误辨析] 1．平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻的浓度(　　) 2．化学平衡移动，化学平衡常数一定改变(　　) 3．对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大(　　) 4．反应A(g)＋3B(g)2C(g)达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大(　　) 5．化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.×　5.√ (2023·全国甲卷)已知下列反应的热化学方程式： ①3O2(g)===2O3(g)　K1　ΔH1＝＋285 kJ·mol－1 ②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)　K2　ΔH2＝－329 kJ·mol－1 反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的平衡常数K3＝________(用K1、K2表示)。 答案：()或 解析：因方程式③＝②×－①×，根据平衡常数表达式与化学方程式之间的关系可知，对应化学平衡常数K3＝()或 。 (2021·山东等级考)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应： 学生用书↓第231页 已知温度为353 K时反应Ⅲ的平衡常数K3＝9.0。为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为________(填“X”或“Y”)；t＝100 s时，反应Ⅲ的正反应速率v正______逆反应速率v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)。 答案：X　＜ 解析：温度为353 K，反应Ⅲ的平衡常数K3＝9.0，＝9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化曲线可知，X代表的平衡浓度高于Y，则代表B的变化曲线为X；由曲线的变化趋势可知，100 s以后各组分的浓度仍在变化，t＝100 s时，Q＝＝≈10.2＞9，因此，反应Ⅲ正在向逆反应方向移动，故其正反应速率v正小于逆反应速率v逆。 考向一　推导平衡常数之间的关系 1．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系。 ①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K1 ②N2(g)＋H2(g)NH3(g)　K2 ③2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K3 (1)K1和K2，K1＝________。 (2)K1和K3，K1＝________。 答案：(1)K　(2) 2．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应： 2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1 2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　K2 则4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝__________(用K1、K2表示)。 答案： 解析：K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。 考向二　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 mol·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 mol·L－1 B．2 mol·L－1 C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1 答案：B 解析：K＝，温度不变，K不变，则c(H2)不变，故c(H2)＝2 mol·L－1。 4．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示： t/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝________。 (2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________℃。 (4)若830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K______(填“大于”、“小于”或“等于”)1.0。 (5)830 ℃时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡____________(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”)移动。 答案：(1)　(2)吸热　(3)700　(4)等于　(5)不 课时测评41　化学平衡状态　化学平衡常数 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题7分，第11题10分，第12题20分，共100分) 1．一定温度下，向一体积不变的密闭容器中加入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。下列有关该反应的叙述正确的是(　　) A．达到平衡状态时，正、逆反应速率相等 B．达到平衡状态时，SO2和O2的浓度都为0 C．若起始时加入2 mol SO2和1 mol O2，则达平衡时放出的热量为196.6 kJ D．若反应达到平衡状态后，2 min时生成a mol SO3，则4 min时生成2a mol SO3 答案：A 解析：可逆反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，A正确；该反应为可逆反应，达到平衡状态时，反应物不能完全转化为生成物，所以SO2和O2的浓度不等于0，B错误；因为是可逆反应，所以消耗的SO2的物质的量小于2 mol、消耗O2的物质的量小于1 mol，放出的热量小于196.6 kJ，C错误；反应达到平衡状态时，各物质的物质的量不变，2～4 min三氧化硫的物质的量不变，为a mol，D错误。 2．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是(　　) A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．X、Y的转化率不相等 D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L－1 答案：D 解析：平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C错误；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率，且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B错误；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14 mol·L－1。 3．一定温度下，体积不变的密闭容器中发生反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，经2 min后达到平衡，NH3的浓度减少了0.6 mol·L－1。下列说法正确的是(　　) A．平衡时5v正(O2)＝4v逆(NO) B．2 min末的反应速率，用NO表示是0.3 mol·L－1·min－1 C．由混合气体的密度不再改变可判定反应达到平衡 D．由混合气体的压强不再改变可判定反应达到平衡 答案：D 解析：平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)，A项错误；0～2 min内的平均反应速率，用NO表示是＝0.3 mol·L－1·min－1，B项错误；容器体积不变，气体总质量不变，所以混合气体的密度始终不变，C项错误；该反应为气体分子数增大的反应，容器体积不变，温度不变，混合气体的压强是变量，当混合气体的压强不变时，说明反应达到平衡状态，D项正确。 4．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 答案：D 解析：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；由2X(s)Y(g)＋Z(g)可知，反应物是固体，产物是气体，且产生的气体比例不会改变，总是1∶1，则混合气体的平均相对分子质量MT123Tr＝是定值，所以当容器内气体的平均相对分子质量不变时，不能判断反应达到平衡状态，故D符合题意。 5．(2023·广东湛江统考一模)氨气在工业上应用广泛，已知反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0，反应相同时间，NH3的体积百分数随温度的变化情况如图所示，下列相关描述正确的是(　　) A．线上的点均代表平衡时刻的点 B．逆反应速率：va＞vd C．b点时v正＜v逆 D．平衡常数值：Kc＞Kd 答案：D 解析：由题图可知，c点氨气的体积百分数最大，说明反应达到平衡，则c点以前为平衡的形成过程，c点以后为平衡的移动过程。由分析可知，c点以前均未达到平衡，故A错误；温度越高，反应速率越快，则d点逆反应速率大于a点，故B错误；由分析可知，b点反应未达到平衡，正反应速率大于逆反应速率，故C错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，由分析可知，c点以后为平衡的移动过程，则c点平衡常数大于d点，故D正确；故选D。 6．某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，下列说法正确的是(　　) A．增大c(A)、c(B)，K增大 B．降低温度，正反应速率增大 C．该反应的焓变为负值 D．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g) 答案：D 解析：平衡常数K只随温度的变化而变化，与浓度变化无关，A错误；降低温度，正、逆反应速率均减小，B错误；降温时，F的浓度增大，说明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，C错误。 7．反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；反应HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)(　　) A．K1＝2K2 B．K1＝K C．K1＝ D．K1＝K2 答案：C 解析：K1＝，K2＝，K1＝。 8．可逆反应：2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容，向容器中加入一定量的O2。下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商)(　　) A．Q不变，K变大，O2转化率增大 B．Q不变，K变大，SO2转化率减小 C．Q变小，K不变，O2转化率减小 D．Q增大，K不变，SO2转化率增大 答案：C 解析：当可逆反应2SO2＋O22SO3达到平衡状态时，保持恒温恒容，向容器中加入一定量的O2，平衡向右移动，但O2转化率减小，浓度商Q变小，K不变。 9.T ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应： A(g)＋B(g)C(s)　ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是(　　) A．T ℃时，该反应的平衡常数值为4 B．c点没有达到平衡，此时反应向逆反应方向进行 C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃ D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态 答案：C 解析：根据平衡常数的表达式并结合图中曲线可知，K＝＝，故A错误；c点没有达到平衡，如果达到平衡，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明平衡向正反应方向移动，故B错误；如果c点达到平衡，此时的平衡常数小于T ℃时的平衡常数，说明平衡向逆反应方向移动，即温度升高，故C正确；T ℃时，平衡常数不变，曲线上各点位于平衡状态，其他点温度不同，不是平衡状态，故D错误。 10．(2023·广东深圳统考一模)恒容密闭容器中，n mol CO2与3n mol H2在不同温度下发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g)，达到平衡时，各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变化如图所示： 下列说法正确的是(　　) A．该反应的平衡常数随温度升高而增大 B．曲线Y表示c(C2H4)随温度的变化关系 C．提高投料比，可提高H2的平衡转化率 D．其他条件不变，2n mol CO2与6n mol H2在T1 ℃下反应，达到平衡时c(H2)＜c1 mol·L-1 答案：C 解析：由题图可知，温度升高，H2的平衡浓度增大，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，该反应的平衡常数随温度升高而减小，故A错误；结合方程式2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g)可知，c(C2H4)的变化量为c(H2O)变化量的，则曲线Y表示c(H2O)随温度的变化关系，故B错误；提高投料比即增大CO2的浓度，平衡正向移动，H2的平衡转化率增大，故C正确；其他条件不变，2n mol CO2与6n mol H2在T1 ℃下反应，等效于增大压强，该反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，H2的浓度减小，但仍然大于n mol CO2与3n mol H2在T1 ℃下发生反应时H2的平衡浓度c1，故D错误；故选C。 11．(10分)汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填标号)。 答案：②④⑤ 解析：①达到平衡时，v正应保持不变。②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小，达到平衡时保持不变。③图中达到平衡时，CO、CO2的物质的量的变化量之比不是1∶1。④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。 12．(20分)已知在400 ℃时，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的K＝0.5。 (1)在400 ℃时，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的K′＝________(填数值)。 (2)400 ℃时，在0.5 L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol，则此时反应v正(N2)________v逆(N2)(填“>”、“<”、“＝”或“不确定”)。 (3)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡________(填“向左”、“向右”或“不”)移动；使用催化剂________(填“增大”、“减小”或“不改变”)反应的ΔH。 答案：(1)2　(2)＝　(3)向左　不改变 解析：(1)平衡常数的值与化学方程式的书写有关，根据平衡常数的定义可得K′＝＝2。(2)引入浓度商Q，Q＝＝＝＝K，说明此时已达化学平衡状态，即v正(N2)＝v逆(N2)。 (3)恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，使总体积增大，平衡向逆反应方向移动；加入催化剂，只改变反应的活化能，ΔH不改变。 学生用书↓第232页 学科网（北京）股份有限公司 $$