第一章 第3讲 化学平衡常数及转化率（Word教参）-【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 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。 考点一　化学平衡常数及应用 [对应学生用书P11] 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K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)。 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＝。 (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＝ K2＝(或K1) K3＝ N2(g)＋H2(g)NH3(g) K2＝ 2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K3＝ 3.影响因素 (1)化学平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常情况下只受温度影响，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越大，正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大。反之，K越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。 (3)一般来说，K>105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越大，反应物的转化率越大；K值越小，说明反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。 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 (3)判断可逆反应的热效应 考向一　化学平衡常数及应用 [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 A　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)＝v(H2O)＝×＝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： 则K＝≈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＝＝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(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。下列说法正确的是(　　) A．0～t1 min，用H2O表示的平均反应速率为 mol/(L·min) B．当v正(AsO)＝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＝ 答案：C 考点二　化学平衡常数及转化率的计算 [对应学生用书P13] 1．掌握四种常用计算关系 (1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。 (2)生成物的产率：产率＝×100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量＝×100%。 (4)某组分的体积分数＝×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＝。 (2)平衡时A的转化率：α(A)＝×100%。 (3)A的物质的量(或体积)分数：φ(A)＝×100%。 (4)恒容时，平衡和起始压强之比：＝。 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＝ 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＝ x(A)、x(B)、x(C)、x(D)分别代表四种物质的物质的量分数 考向二　化学平衡常数和转化率的计算 [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)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) S8(s)＋2H2O(g)的平衡常数K＝，将c(H2S)、c(SO2)、c(H2O)代入平衡常数表达式，该温度下K＝＝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＝ 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) (3)K1p＋(K1K2p) 考向三　压强平衡常数(Kp)的计算及应用 [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)＋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)。 (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N2(g)＋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%　 解析：(1)反应Ag2O(s)2Ag(s)＋O2(g)的Kp＝pO2，由表中数据可知，463 K时p(O2)＝100 kPa，代入数据可得Kp＝(100 kPa)＝10(kPa)。 (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”： 此时NH3的摩尔分数为×100%＝20%，解得x＝，则N2的转化率为×100%≈33.33%。 平衡时N2、H2、NH3的摩尔分数分别为、、，则平衡常数为Kp＝＝ 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)　46.26　 [对应学生用书P15] 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，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＝ 答案：C 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＝≈1.60×10－3 答案：C 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 答案：B 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% 答案：C 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＝＝＝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＝＝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＝，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)　(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、、、，故反应 Ⅰ 的平衡常数Kx＝＝。 (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≈0.43。 学科网（北京）股份有限公司 $$