第一章 第3讲 化学平衡常数及转化率（PPT教学课件）-【百汇大课堂】2026年高考化学选考总复习下册·第1轮（浙江专用）

第3讲　化学平衡常数及转化率 第一章　化学反应速率和化学平衡 K 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 化学反应限度 温度 越大 越大 越完全 越大 越不完全 越小 105 考点一　化学平衡常数及应用 越大 越大 越小 越小 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 A 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 C 考点一　化学平衡常数及应用 考点一　化学平衡常数及应用 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 化学平衡常数和转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 压强平衡常数(Kp)的计算及应用 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 C 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 C 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 B 进阶训练 发展学科素养 C 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 进阶训练 发展学科素养 谢谢观看！ 课标引领 1.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。 2．能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。 3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应进行方向间的联系。 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，用符号__表示。 2．表达式 (1)一定温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)达到平衡时，化学平衡常数为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)。 eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）) 例如，C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝___________________。 Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝_________________。 eq \f(c（CO）·c（H2）,c（H2O）) eq \f(c3（H＋）,c（Fe3＋）) (2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。例如： 化学方程式 平衡常数 关系式 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K1＝ eq \f(c2（NH3）,c（N2）·c3（H2）) K2＝ eq \r(K1) (或K1 eq \s\up16(\f(1,2)) ) K3＝ eq \f(1,K1) eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)NH3(g) K2＝ eq \f(c（NH3）,c0.5（N2）·c1.5（H2）) 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K3＝ eq \f(c（N2）·c3（H2）,c2（NH3）) 3.影响因素 (1)化学平衡常数是表明____________的一个特征值，通常情况下只受____影响，与反应物和生成物的浓度变化无关。 (2)通常K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例____，正反应进行的程度____，即该反应进行得______，平衡时反应物的转化率____。反之，K越小，表示反应进行得________，反应物的转化率____。 (3)一般来说，K>____时，该反应就进行得基本完全了。 4．具体应用 (1)判断可逆反应进行的程度 K值越大，说明反应进行的程度____，反应物的转化率____；K值越小，说明反应进行的程度____，反应物的转化率____。 K <10－5 10－5～105 >105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全 (2)判断化学反应进行的方向 根据浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小判断平衡移动的方向。 Q eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(<K反应向正反应方向进行，v正>v逆,＝K反应处于化学平衡状态，v正＝v逆,>K反应向逆反应方向进行，v正<v逆)) (3)判断可逆反应的热效应 [例1] (2024·浙江Z20名校联盟联考)在容积均为1 L的密闭容器中，分别进行水的催化分解实验：2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)　ΔH>0，水蒸气的浓度(mol/L)随时间t(min)的变化如表所示： 序号 温度 0 min 10 min 20 min 30 min 40 min 50 min ① T1 0.050 0.0492 0.0486 0.0482 0.0480 0.0480 ② T1 0.050 0.0488 0.0484 0.0480 0.0480 0.0480 ③ T2 0.100 0.0960 0.0930 0.0900 0.0900 0.0900 下列说法不正确的是(　　) A.实验①比实验③达到平衡所需时间长，则有T1＜T2 B．实验③前10 min的平均反应速率v(O2)＝2×10－4 mol/(L·min) C．实验②中，若在30 min时再充入H2O(g)，水的平衡转化率减少 D．实验③中，若在50 min时同时充入0.01 mol H2O(g)和0.01 mol H2，则此时v正＜v逆 解析：由表可知，对比实验①、实验③存在2个变量：温度和浓度，故不能判断温度高低，A错误；实验③前10 min的平均反应速率为v(O2)＝ eq \f(1,2) v(H2O)＝ eq \f(1,2) × eq \f(（0.100－0.096） mol/L,10 min) ＝2×10－4mol/(L·min)，B正确；反应为气体分子数增大的反应，实验②中，若在30 min时再充入H2O(g)，则达到新平衡时相当于在原有平衡上逆向移动，水的平衡转化率减少，C正确；实验③中： eq \a\vs4\ac\hs10\co6(,2H2O（g）, ,2H2（g）,＋,O2（g）,起始浓度/（mol/L）,0.100,,0,,0,转化浓度/（mol/L）,0.010,,0.010,,0.005,平衡浓度/（mol/L）,0.090,,0.010,,0.005) 则K＝ eq \f(0.005×0.0102,0.0902) ≈6.17×10－5，若在50 min时同时充入0.01 mol H2O(g)和0.01 mol H2，则H2O(g)、H2(g)浓度分别为0.100 mol/L、0.020 mol/L，Q＝ eq \f(0.005×0.0202,0.1002) ＝2.0×10－4>K，则平衡逆向移动，此时v正＜v逆，D正确。 [练1] (2024·浙江精诚联盟联考)25 ℃时，将20 mL 3x mol/L Na3AsO3、20 mL 3x mol/L I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO eq \o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3)) (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO eq \o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4)) (aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO eq \o\al(\s\up1(3－),\s\do1(4)) )与反应时间(t)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．0～t1 min，用H2O表示的平均反应速率为 eq \f(y,t1) mol/(L·min) B．当v正(AsO eq \o\al(\s\up1(3－),\s\do1(3)) )＝2v逆(I－)时，反应达到平衡状态 C．a点的逆反应速率小于b点的正反应速率 D．平衡时溶液的pH＝13，则该反应的平衡常数K＝ eq \f(400y3,（3x－y）2) 1．掌握四种常用计算关系 (1)反应物的转化率＝ eq \f(n（转化）,n（起始）) ×100%＝ eq \f(c（转化）,c（起始）) ×100%。 (2)生成物的产率：产率＝ eq \f(实际产量,理论产量) ×100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量＝ eq \f(平衡量,平衡时各物质的总量) ×100%。 (4)某组分的体积分数＝ eq \f(某组分的物质的量,混合气体总的物质的量) ×100%。 [微点拨]三个换算量之间的关系 (1)对于同一反应物，起始浓度－变化浓度＝平衡浓度。 (2)对于同一生成物，起始浓度＋变化浓度＝平衡浓度。 (3)各物质的转化浓度(或物质的量)之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。 2．利用“三段式法”计算平衡常数和转化率 对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，若A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L，则有 (1)化学平衡常数：K＝ eq \f(（px）p·（qx）q,（a－mx）m·（b－nx）n) 。 (2)平衡时A的转化率：α(A)＝ eq \f(mx,a) ×100%。 (3)A的物质的量(或体积)分数：φ(A)＝ eq \f(a－mx,a＋b＋（p＋q－m－n）x) ×100%。 (4)恒容时，平衡和起始压强之比： eq \f(p（平）,p（始）) ＝ eq \f(a＋b＋（p＋q－m－n）x,a＋b) 。 3．压强平衡常数(Kp)和物质的量分数平衡常数(Kx) 平衡常数 表达式书写 具体说明 压强平衡常数(Kp) Kp＝ eq \f(pp（C）·pq（D）,pm（A）·pn（B）) p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别代表四种物质的平衡分压，而平衡分压＝总压强×物质的量分数 物质的量分数平衡常数(Kx) Kx＝ eq \f(xp（C）·xq（D）,xm（A）·xn（B）) x(A)、x(B)、x(C)、x(D)分别代表四种物质的物质的量分数 [例2] (2022·浙江6月选考卷，节选)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。将三分之一的H2S燃烧，产生的SO2与其余H2S混合后反应：2H2S(g)＋SO2(g) eq \f(3,8) S8(s)＋2H2O(g)。在某温度下达到平衡，测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)＝2.0×10－5 mol/L、c(SO2)＝5.0×10－5 mol/L、c(H2O)＝4.0×10－3 mol/L，计算该温度下的平衡常数K＝________。 答案：8×108 解析：反应2H2S(g)＋SO2(g) eq \f(3,8) S8(s)＋2H2O(g)的平衡常数K＝ eq \f(c2（H2O）,c2（H2S）·c（SO2）) ，将c(H2S)、c(SO2)、c(H2O)代入平衡常数表达式，该温度下K＝ eq \f(（4×10－3）2,（2×10－5）2×5×10－5) ＝8×108。 [练2] (经典高考题，节选)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为： Cl2(g)Cl2(aq)　K1＝ eq \f(c（Cl2）,p) Cl2(aq)＋H2O(l)H＋(aq)＋Cl－(aq)＋HClO(aq)　K2 其中p为Cl2(g)的平衡压强，c(Cl2)为Cl2在水溶液中的平衡浓度。 (1)Cl2(g)Cl2(aq)的焓变ΔH1____________0。(填“>”“＝”或“<”) (2)平衡常数K2的表达式为K2＝____________________________________。 (3)氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为c，则c＝___________。(用平衡压强p和上述平衡常数表示，忽略HClO的电离) 答案：(1)<　(2) eq \f(c（H＋）·c（Cl－）·c（HClO）,c（Cl2）) (3)K1p＋(K1K2p) eq \s\up16(\f(1,3)) [例3] (1)(2023·重庆卷，节选)一定条件下，银催化剂表面上存在反应：Ag2O(s)2Ag(s)＋ eq \f(1,2) O2(g)，该反应平衡压强pc与温度T的关系如下： T/K 401 443 463 pc/kPa 10 51 100 463 K时的平衡常数Kp＝________(kPa) eq \s\up16(\f(1,2)) 。 (2)(2023·新课标全国卷，节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。(物质i的摩尔分数：xi＝ni/n总) ①图1中压强由小到大的顺序为__________，判断的依据是_____ _________________________________________________。 ②进料组成中含有惰性气体Ar的图是__________。 ③图1中，当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝__________。该温度时，反应 eq \f(1,2) N2(g)＋ eq \f(3,2) H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp＝__________ MPa－1(化为最简式)。 答案：(1)10 (2)①p1<p2<p3　该反应是气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，氨的摩尔分数增大 ②图2　③33.33%　 eq \f(\r(　,3),36) 解析：(1)反应Ag2O(s)2Ag(s)＋ eq \f(1,2) O2(g)的Kp＝pO2 eq \s\up16(\f(1,2))，由表中数据可知，463 K时p(O2)＝100 kPa，代入数据可得Kp＝(100 kPa) eq \s\up16(\f(1,2))＝10(kPa) eq \s\up16(\f(1,2))。 (2)①合成氨的反应为气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向生成氨的方向移动，氨的摩尔分数增大，故图中压强：p1<p2<p3。 ②混有Ar的混合气中，N2、H2含量降低，Ar起到“稀释”作用，均不利于合成NH3，同温同压下，NH3的摩尔分数减小，因此图2符合题意。 ③设起始时N2的物质的量为0.25 mol，H2的物质的量为0.75 mol，反应达平衡时N2的转化量为x mol，根据题意列出“三段式”： eq \a\vs4\ac\hs10\co6(,\f(1,2)N2,＋,\f(3,2)H2, ,NH3,开始量/mol,0.25,,0.75,,0,转化量/mol,x,,3x,,2x,平衡量/mol,　0.25－x　,,0.75－3x,,2x) 此时NH3的摩尔分数为 eq \f(2x,1－2x) ×100%＝20%，解得x＝ eq \f(1,12) ，则N2的转化率为 eq \f(\f(1,12),0.25) ×100%≈33.33%。 平衡时N2、H2、NH3的摩尔分数分别为 eq \f(1,5) 、 eq \f(3,5) 、 eq \f(1,5) ，则平衡常数为Kp＝ eq \f(（xNH3·p2）,（xN2·p2）\s\up16(\f(1,2))×（xH2·p2）\s\up16(\f(3,2))) ＝ eq \f(\r(　,3),36) MPa－1。 计算压强平衡常数(Kp)的思维模型 [练3] (2023·全国乙卷，节选)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)。 (1)平衡时pSO3­T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________ kPa、平衡常数Kp( Ⅰ )＝________(kPa)2。 (2)Kp( Ⅰ )随反应温度升高而____________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)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pO2＝________(用pSO3、pSO2表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa、pSO3＝35.7 kPa，则pSO2＝________kPa，Kp( Ⅱ )＝__________kPa(列出计算式)。 答案：(1)3.0　2.25　(2)增大　 (3) eq \f(pSO2－pSO3,4) 　46.26　 eq \f(46.262×2.64,35.72) 1．Cl2可用于生产漂白粉等化工产品。Cl2的制备方法如下： 方法 Ⅰ 　NaClO＋2HCl(浓)===NaCl＋Cl2↑＋H2O； 方法 Ⅱ 　4HCl(g)＋O2(g)2H2O(g)＋2Cl2(g)　ΔH＝a kJ/mol 上述两种方法涉及的反应在一定条件下均能自发进行。一定条件下，在密闭容器中利用方法 Ⅱ 制备Cl2，下列有关说法正确的是(　　) A．升高温度，可以提高HCl的平衡转化率 B．提高 eq \f(n（HCl）,n（O2）) ，该反应的平衡常数增大 C．若断开1 mol H—Cl的同时有1 mol H—O断开，则表明该反应达到平衡状态 D．该反应的平衡常数表达式K＝ eq \f(c2（Cl2）,c4（HCl）·c（O2）) 2．(2024·浙江绍兴诊断性考试)已知如下平衡： ①Ag＋(aq)＋2NH3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)　K1＝1.10×107 ②Ag＋(aq)＋Cl－(aq)AgCl(s)　K2＝6.90×109 ③AgCl(s)＋2NH3(aq)[Ag(NH3)2]＋(aq)＋Cl－(aq)　K3 下列说法不正确的是(　　) A．对于反应①，加入少量的浓硝酸后，平衡逆向移动 B．对于反应②，加入少量NaCl固体后，平衡正向移动 C．由K1、K2可知，相同条件下，Ag＋更容易和氨水反应 D．反应③的平衡常数K3＝eq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(2)) eq \f(c[Ag（NH3）]c（Cl－）,c2（NH3）) ≈1.60×10－3 3．在恒温恒容条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入一定量的SO3(g)，发生下列反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0。温度为T ℃时，部分实验数据如下表所示： t/s 0 50 100 150 c(SO3)/(mol/L) 4.00 2.50 2.00 2.00 下列说法错误的是(　　) A．前50 s内SO2(g)的平均生成速率为0.03 mol/(L·s) B．容器内气体密度不再改变说明反应已达平衡 C.150 s时，向容器中继续通入2 mol SO3、2 mol SO2和1 mol O2，则此时反应将逆向进行 D．其他条件不变，若将恒容改为恒压，则平衡时SO3的转化率增大 4．在体积均为2 L的恒温恒容密闭容器1、2中，同时充入1 mol Cl2(g)和1 mol PCl3(g)，初始反应温度不同的条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。下列叙述错误的是(　　) A．平衡时压强：容器1>容器2 B．初始反应温度：容器1>容器2 C．容器1中0～3 min内v(PCl3)＝0.2 mol/(L·min) D．容器2中达到平衡时PCl5产率为80% 5．(2022·浙江1月选考卷，节选)工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。已知一氧化碳变换反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol。 (1)一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)＝0.25 MPa、p(H2O)＝0.25 MPa、p(CO2)＝0.75 MPa和p(H2)＝0.75 MPa，则反应的平衡常数K的数值为________。 (2)维持与题(1)相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为________。 答案：(1)9.0　(2)1.8∶1 解析：(1)K＝ eq \f(p（CO2）·p（H2）,p（CO）·p（H2O）) ＝ eq \f(0.75 MPa×0.75 MPa,0.25 MPa×0.25 MPa) ＝9.0。(2)设水蒸气和CO的物质的量之比为x∶1，CO的转化率为90%，温度不变，平衡常数不变，该反应是气体总物质的量不变的反应，所以K＝ eq \f(0.9×0.9,0.1×（x－0.9）) ＝9，解得x＝1.8，则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为1.8∶1。 6．(2022·河北卷，节选)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应： Ⅰ .CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) Ⅱ .CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) (1)恒温恒压条件下，1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为b mol，则反应 Ⅰ 的平衡常数Kx＝________[写出含有α、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Kx＝ eq \f(xp（C）·xq（D）,xm（A）·xn（B）) ，x为物质的量分数]。 (2)其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为______ (结果保留两位有效数字)。 答案：(1) eq \f(（α－b）（3α＋b）3,（1－α）（1－α－b）（2＋2α）2) 　(2)0.43 解析：(1)恒温恒压条件下，1 mol CH4 (g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4 (g)的转化率为α，CO2 (g)的物质的量为b mol，则转化的CH4 (g)为α mol，剩余的CH4 (g)为(1－α)mol。根据碳元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(α－b)mol；根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1－α－b)mol，H2(g)的物质的量为(3α＋b)mol，则反应混合物的总物质的量为(2α＋2)mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、 CO(g)、H2(g)的物质的量分数分别为 eq \f(1－α,2＋2α) 、 eq \f(1－α－b,2＋2α) 、 eq \f(α－b,2＋2α) 、 eq \f(3α＋b,2＋2α) ，故反应 Ⅰ 的平衡常数Kx＝ eq \f(\f(α－b,2＋2α)×（\f(3α＋b,2＋2α)）3,\f(1－α,2＋2α)×\f(1－α－b,2＋2α)) ＝ eq \f(（α－b）（3α＋b）3,（1－α）（1－α－b）（2＋2α）2) 。 (2)其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，则平衡时，CH4(g)为0.1 mol；根据碳元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25 mol；根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5－0.90－0.65)mol＝3.45 mol，H2(g)的物质的量为(3α＋b)mol＝3.35 mol，平衡混合物的总物质的量为(2α＋6)mol＝7.8 mol，故平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 eq \f(3.35,7.8) ≈0.43。 $$