第11章 第46讲 化学平衡常数-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（人教版2019 双选版）

第46讲 化学平衡常数 优化探究 大单元四　化学反应原理 第十一章　化学反应速率与化学平衡 考点1　化学平衡常数的概念及意义 考点2　化学平衡常数、转化率等有关化学平衡的计算 探究真题 素养提升 课时作业 考点1　化学平衡常数的概念及意义 掌握必备知识 筑牢应试根基 平衡 特别提醒：平衡常数表达式书写的注意事项 (1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及水溶液中水的浓度列入平衡常数的表达式中。 (2)非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应列入平衡常数的表达式中。 温度 减小 增大 3．应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 特别提醒：利用平衡常数判断反应进行的程度时关注以下问题： ①用平衡常数比较反应时，平衡常数的单位必须相同，否则不可比； ②当K>105时，反应正向几乎能进行到底，不可逆；K<10-5时，反应正向几乎不能进行，不可逆。这种情况下，不用关心单位是否相同。 正 平衡 逆 [正误判断] (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增大。(　　) (5)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。(　　) (6)其他条件不变，使用不同催化剂，反应的平衡常数不变。(　　) × × × × √ √ 提升关键能力 应对命题方式 1．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 B 2．(双选)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表所示。下列说法不正确的是(　　) 温度/℃ 25 80 230 平衡常数 5×104 2 1.9×10-5 A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应 B．25 ℃时，反应Ni(CO)4(g)⥫⥬Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10-5 C．80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L-1，则此时 v正>v逆 D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L-1 答案：AC 3．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 mol·L-1，c(CO)＝0.01 mol·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“>”“<”或“＝”)逆反应速率。 减小 不处于 < 考点2　化学平衡常数、转化率等有关化学平衡的计算 掌握必备知识 筑牢应试根基 1．平衡常数的计算步骤 (1)根据有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。 (2)利用“三段式”确定各物质的起始浓度(或分压)、转化浓度(或分压)、平衡浓度(或分压)。 (3)将平衡浓度(或分压)代入平衡常数表达式。 2．与平衡有关的几个计算公式 备注 ①平衡量可以是物质的量、气体的体积； ②某组分的体积分数，也可以是物质的量分数 对于反应：mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，令A、B起始的物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为 V L。 　　　　　 mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 提升关键能力 应对命题方式 命题方式1　平衡常数与转化率的计算 1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)⥫⥬P(g)＋Q(g)　ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L-1，c(N)＝2.4 mol·L-1。 (1)若达到平衡后，M的转化率为60%，计算此时N的平衡浓度为 __________，平衡常数K＝________。 1.8 mol·L-1 (2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L-1，c(N)＝a mol·L-1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L-1，则M的转化率为________，N的起始浓度为___________。 50% 6 mol·L-1 2．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g)； 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g)。 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入 2 mol CO2和 4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度的变化如图所示： 该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应 Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝____________________(只列算式不计算)。 反应Ⅰ 命题方式2　压强平衡常数(Kp)的计算及应用 3．一定温度和催化剂的条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，该温度下的压强平衡常数 (Kp)＝________。 4．我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一，该重整反应体系主要涉及以下反应： (a)CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1 (b)CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2 (c)CH4(g)⥫⥬C(s)＋2H2(g)　ΔH3 (d)2CO(g)⥫⥬CO2(g)＋C(s)　ΔH4 (e)CO(g)＋H2(g)⥫⥬H2O(g)＋C(s)　ΔH5 (1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有________(填字母)。 ac (3)在图中A点对应的温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程。 探究真题 素养提升 1．(2022·海南卷)某温度下，反应CH2===CH2(g)＋H2O(g)⥫⥬CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡，下列说法正确的是(　　) A．增大压强，v正>v逆，平衡常数增大 B．加入催化剂，平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大 C.恒容下，充入一定量的H2O(g)，平衡向正反应方向移动 D．恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)，CH2===CH2(g)的平衡转化率增大 C A.该反应正向是一个气体分子数减少的反应，增大压强可以加快化学反应速率，正反应速率增大的程度大于逆反应的，故v正>v逆，平衡向正反应方向移动，但是因为温度不变，故平衡常数不变，A不正确；B.催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度，B不正确；C.恒容下，充入一定量的H2O(g)，H2O(g)的浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；D.恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)，平衡向正反应方向移动，但是CH2===CH2(g)的平衡转化率减小，D不正确。 2．(2023·全国乙卷，节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题： (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温 度发生分解反应：2FeSO4(s)⥫⥬Fe2O3(s)＋SO2(g) ＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时 -T的关系如图所示。 660 K时，该反应的平衡总压p总＝__________ kPa、 平衡常数Kp(Ⅰ)＝__________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随 反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 3 2.25 增大 (1)由反应(Ⅰ)可知，平衡体系中 ＝ ，则由题图可知，660 K时，该反应的平衡总压p总＝(1.5×2) kPa ＝3.0 kPa。Kp(Ⅰ) ＝ ＝(1.5 kPa)2＝2.25 (kPa)2。由题图可知，随反应温度升高 增大，则Kp(Ⅰ)增大。 (2)提高温度，上述容器中进一步发生反应：2SO3(g)⥫⥬2SO2(g)＋O2(g)　 (Ⅱ)，平衡时p ＝_____________(用 、 表示)。在929 K时， p总＝84.6 kPa， ＝35.7 kPa，则 ＝__________ kPa，Kp(Ⅱ)＝ ____________kPa(列出计算式)。 46.26 (1)图中压强由小到大的顺序为________________，判断的依据是___________________________________________________________________________________________________________； (1)工业合成氨为气体分子数减小的反应，当温度相同时，压强越大，平衡正向移动，平衡时混合气体中氨的摩尔分数越大，结合题图1或题图2均能得出压强由小到大的顺序为p1<p2<p3。 p1<p2<p3 工业合成氨为气体分子数减小的反应，增大压强其平衡正向移动，温度相同时，压强越大，平衡时氨的摩尔分数越大　 (2)进料组成中含有惰性气体Ar的图是__________； (2)Ar不参与化学反应，含Ar的进料组成中H2、N2的分压较小，导致平衡时混合气体中氨的摩尔分数减小，结合两图可知，题图2为进料组成中含有Ar的图像。 图2 33.33% 回答问题： (1)该条件下，反应至1 h时KCl的转化率为________。 (1)由图可知，该条件下，反应至1 h时KCl的转化率为70%。 70% 6.9×10-3 课时作业46　化学平衡常数 2 3 4 5 6 7 8 1 D 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 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。 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 C 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 3．用O2将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)＋O2(g)⥫⥬2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH<0。在恒温恒容的条件下，测得反应过程中c(Cl2)的实验数据如表所示。下列说法错误的是(　　) t/min 0 2 4 6 c(Cl2)/(10-3mol·L-1) 0 1.8 3.7 5.4 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 A.2～6 min用Cl2表示的化学反应速率为0.9 mol·L-1·min-1 B．当容器内气体的平均摩尔质量不变时，可说明反应达到化学平衡状态 C．化学平衡常数：K(200 ℃)>K(400 ℃) D．增大压强，可以提高HCl的平衡转化率 答案：A 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 4．80 ℃时，在2 L 恒容密闭容器中充入0.40 mol N2O4，发生反应：N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＝＋Q kJ·mol-1(Q>0)，测得如下数据： 下列判断正确的是(　　) A．升高温度，该反应的平衡常数K减小 B．20～40 s内，v(N2O4)＝0.004 mol·L-1·s-1 C．反应达到平衡时，吸收的热量为0.30Q kJ D．100 s时再通入0.40 mol N2O4，达到新平衡时N2O4的转化率增大 t/s 0 20 40 60 80 100 c(NO2)/ (mol·L-1) 0.00 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30 C 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 5．在一定温度下，将各0.16 mol的气体X和气体Y充入10 L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)　ΔH<0，一段时间后达到平衡，反应过程中测定的数据如表所示： t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 下列说法正确的是(　　) A．8 min时，其他条件不变，增大X的浓度，则反应速率加快，活化分子的百分数增加 B．该温度下，此反应的平衡常数K＝1.44 C．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前，v(逆)>v(正) D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大 B 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 增大X的浓度，单位体积内活化分子数增加，则反应速率加快，但活化分子的百分数不变，A错误； 利用三段式计算： 　　　　　　　　　　　　X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g) 起始浓度/(mol·L-1) 0.016 0.016 0 转化浓度/(mol·L-1) 0.006 0.006 0.012 平衡浓度/(mol·L-1) 0.01 0.01 0.012 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 6．(2023·新邵段考)一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)⥫⥬CH2===CH2(g)＋4H2O(g)；已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法不正确的是(　　) A．该反应的逆反应为吸热反应 B．平衡常数：KM>KN C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M) D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化 剂的催化效率降低 C 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 升高温度CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A正确；该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡常数减小，B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 ℃时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C错误，D正确。 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 7．(双选)(2023·海南卷)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3(g)⥫⥬C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)。某条件下无催化剂存在时，该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．曲线①表示的是逆反应的v-t关系 B．t2时刻体系处于平衡状态 C．反应进行到t1时，Q>K(Q为浓度商) D．催化剂存在时，v1、v2都增大 BD 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始反应物浓度最大，生成物浓度为0，所以曲线①表示的是正反应的v-t关系，曲线②表示的是逆反应的v-t关系，故A错误；t2时，正、逆反应速率相等，体系处于平衡状态，故B正确；反应进行到t1时，反应正向进行，故Q＜K，故C错误；催化剂能降低反应的活化能，使反应的v1、v2都增大，故D正确。 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 8．(双选)(2024·山东省实验中学考试)T ℃时，在恒容密闭容器中通入CH3OCH3发生反应：CH3OCH3(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)＋CH4(g)，测得容器内初始压强为41.6 kPa，反应过程中反应速率v(CH3OCH3)、时间t与CH3OCH3分压p(CH3OCH3)的关系如图所示。反应的速率方程为v(CH3OCH3)＝k·p(CH3OCH3)，k为反应速率常数，只与温度有关。下列说法正确的是(　　) 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 A.该温度下，只能通过使用催化剂缩短反应达到平衡所需的时间 B．t＝400 s时，CH3OCH3的转化率约为16.0% C．t＝400 s时，v(CH3OCH3)＝4.4×10-3 kPa·s-1 D.平衡时，测得体系的总压强121.6 kPa，则该反应的平衡常数Kp＝4.0×104(kPa)2 答案：BD 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 p(CH3OCH3)＝35.0 kPa，则v(CH3OCH3)＝k·p(CH3OCH3)＝4.4×10-4 s-1×35 kPa＝0.015 4 kPa·s-1，C错误；设加入的CH3OCH3的物质的量为1 mol，反应达到平衡时，CH3OCH3转化的物质的量为a mol，列三段式如下： 　 　　 CH3OCH3(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)＋CH4(g) 起始/mol 　1 　 0 　 0 　 0 转化/mol 　a 　 a 　 a 　 a 平衡/mol 　1－a 　 a 　 a 　 a 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 二、非选择题 9．Ⅰ.氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。 (1)表中列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分化学平衡常数K的值。 反应 大气固氮：N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g) 工业固氮：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 温度/℃ 27 2 000 25 400 450 平衡常数K 3.84×10-31 0.1 5×108 0.507 0.152 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 ①分析数据可知：大气固氮反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。 ②分析数据可知，不适合大规模模拟大气固氮的原因是_____________ __________________________________________________________。 吸热 平衡常数K小，正向进行的程度小(或转化率低)，不适合大规模生产 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (1)①由表中数据可知，温度从27 ℃升高到2 000 ℃，K增大，说明平衡向正反应方向移动，说明正反应是吸热反应；②由表格数据可知， 2 000 ℃时，K＝0.1，K值很小，则转化率低，不适合大规模生产。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N2的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下随温度变化的曲线如图所示，图示正确的是________(填“A”或“B”)；比较p1、p2的大小关系：________。 A p1＜p2 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)工业固氮，随温度升高，K减小，平衡向逆反应方向移动，N2的转化率降低，所以A正确；取相同的温度，p1→p2，N2的转化率升高，说明平衡向正反应方向移动，正反应是气体体积减小的反应，说明压强增大，p1＜p2。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 Ⅱ.目前工业合成氨的原理是N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)。 (3)在一定温度下，将1 mol N2和3 mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8 mol。 ①达到平衡时，H2的转化率为________。 ②已知平衡时，容器压强为8 MPa，则平衡常数Kp＝ _______________________(MPa)-2(用平衡分压代替浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 60% 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)　　　　 N2(g)　＋　3H2(g)⥫⥬2NH3(g) n(始)/mol 1 3 0 n(变)/mol a 3a 2a n(平)/mol 1－a 3－3a 2a 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 10．100 kPa时，反应2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1所示，反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2所示。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (1)图1中A、B、C三点表示不同温度和压强下，2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则________点对应的压强最大。 (1)图1中曲线为等压线，A、C在等压线下方，B在等压线上方，温度不变时，A、C点相对于等压线，NO的平衡转化率减小，则平衡逆向移动，减小压强所致，B点相对于等压线，NO的平衡转化率增大，则平衡正向移动，增大压强所致，故压强最大的点为B点。 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)100 kPa、25 ℃时，2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为____________，N2O4的分压p(N2O4)＝____________kPa，列式计 算平衡常数Kp＝_____________________________________________(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 66.7% 66.7 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (3)100 kPa、25℃时，V mL NO与0.5V mL O2混合后最终气体的体积为________mL。 0.6V 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 11．(2023·安徽蚌埠统考三模)能源的合理开发和利用，低碳减排是人类正在努力解决的大问题。2023 年2月21日，中国气候变化特使谢振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖，以表彰他在全球生态保护中做出的贡献。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 在298 K时由C(s，石墨)和H2(g)反应生成1 mol C2H2(g) 的热化学方程式为_______________________________________________________。 2C(s，石墨)＋H2(g)===C2H2(g)　　ΔH＝＋226.7 kJ·mol-1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)在固相催化剂的作用下，CO2加氢合成甲烷的过程中发生以下两个反应： 主反应：CO2(g)＋4H2(g)⥫⥬CH4(g)＋2H2O(g) 　ΔH1＝－156.9 kJ· mol-1； 副反应：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.1 kJ·mol -1。 工业合成甲烷通常控制温度为500 ℃左右，其主要原因为________________________________________________________________________________________________________________________。 温度低于500 ℃，反应速率低；温度高于500 ℃，对副反应影响较大，化学平衡向生成CO方向的移动程度增大，均不利于甲烷的生成 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 (2)加氢合成甲烷时，温度低于500 ℃，反应速率低，温度高于500 ℃，对于副反应：CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)，正反应吸热，平衡向生成CO方向的移动程度增大，都不利于甲烷的生成。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 Ⅱ > 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 45 kPa 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 $$