第2章 第2节 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（人教版2019 不定项版）

化学 选择性必修1 RJ(不定项版) 第二节　化学平衡 第一课时　化学平衡状态　化学平衡常数 1.认识化学平衡状态，能够判断可逆反应进行到平衡状态的标志。2.知道化学平衡常数的含义，能书写化学平衡常数表达式并进行简单计算。3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向之间的联系。 一、化学平衡状态 1．化学平衡状态的建立 在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下： N2＋3H22NH3 (1)正向建立：如图1所示，N2与H2发生反应，随着反应的进行，体系中NH3的浓度逐渐增大，而N2和H2的浓度逐渐减小，从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变。 (2)逆向建立：如图2所示，NH3发生分解反应，随着反应的进行，体系中N2与H2的浓度逐渐增大，而NH3的浓度逐渐减小，从某一时刻开始，它们的浓度均不再改变。 2．化学平衡的概念 在一定条件下，可逆反应体系中，当正、逆反应的速率相等时，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，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我们称之为化学平衡状态，简称化学平衡。 3．化学平衡状态的特征 二、化学平衡常数 1．浓度商与平衡常数 对于一般的可逆反应： mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) (1)在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示。 (2)进一步研究发现，该反应在一定温度下达到平衡时，c(A)、c(B)、c(C)、c(D)之间有K＝，其中K是常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数(注意：固体或液体纯物质一般不列入浓度商和平衡常数)。 2．平衡常数的影响因素 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。当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到限度，即达到化学平衡状态。 3．平衡常数的意义 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，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)对于反应A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达到平衡状态。(　　) (2)对于反应NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)，当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时，说明反应达到平衡状态。(　　) (3)对于反应A(g)＋B(g) 2C(g)＋D(g)，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志。(　　) (4)任何条件下，平衡常数均为定值。(　　) (5)化学平衡常数表达式中各物质的浓度可以是任意时刻的浓度。(　　) (6)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)× 德国化学家哈伯(F.Haber，1868～1934)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。哈伯于1908年申请专利“循环法”，在此基础上于1909年改进了合成工艺，使氨的产率达到8%。这是工业普遍采用的直接合成法，合成氨反应方程式为N2＋3H22NH3。假设该反应在体积不变的密闭容器中发生，思考回答下列问题。 [问题探究] 1．达到平衡状态时，各组分浓度是否相等？ 提示：达到平衡状态时各组分浓度不变，但不一定相等。 2．单位时间内生成2a mol NH3，同时消耗a mol N2时，该反应是否达到平衡状态？ 提示：二者均表示正反应方向，无法判断是否达到平衡状态。 3．容器内混合气体的密度不随时间变化时，该反应是否达到平衡状态？ 提示：混合气体的总体积不变、总质量不变，因此无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变。 知识点一　化学平衡状态的判断 1．判断方法 (1)化学平衡状态判断的本质标志(v正＝v逆) 同一物质 生成速率等于消耗速率 不同物质 化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同反应方向(即“一正一逆”) (2)化学平衡状态判断的宏观标志(各物质的浓度保持不变) 各组分的物理量 各组分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变 各组分的含量 各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变 [微点拨]　不能作为平衡状态“标志”的四种情况 (1)反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。 (2)恒温恒容下的气体体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。 (3)全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。 (4)全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 2．以恒容条件下反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例来说明 混合物体系中各组分的含量 ①各组分的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定 平衡 ②各气体的体积或体积分数一定 平衡 ③总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率的关系　　 ①在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A，即v正＝v逆 平衡 ②在单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C，即v正＝v逆 平衡 ③v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆（平衡与否该式都成立） 不一定平衡 ④在单位时间内生成了n mol B，同时消耗了q mol D，均指v逆 不一定平衡 压强 ①m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定） 平衡 ②m＋n＝p＋q时，总压强一定（其他条件一定） 不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量（） ①当m＋n≠p＋q时，一定 平衡 ②当m＋n＝p＋q时，一定 不一定平衡 温度 绝热体系温度一定时（其他条件不变） 平衡 气体的密度（ρ） 密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系内有有色物质时，颜色稳定不变 平衡 [注意]　在利用、ρ、n(总)、p(总)判断时要注意反应特点和容器的体积变化。 1．一定温度下，在某固定容积的密闭容器中发生可逆反应：A(s)＋3B(g) 3C(g)，该反应达到平衡状态的标志是(　　) A．密闭容器内物质的总质量不再改变 B．密闭容器内气体的压强不再改变 C．密闭容器内混合气体的总物质的量不再改变 D．密闭容器内混合气体的质量不再改变 答案：D 2．一定温度下在容积不变的密闭容器中进行可逆反应：SiF4(g)＋2H2O(g) SiO2(s)＋4HF(g)，下列能表明该反应已达到化学平衡状态的是(　　) ①v正(SiF4)＝4v逆(HF)　②HF的体积分数不再变化　③容器内气体压强不再变化　④混 合气体的密度保持不变　⑤2 mol O—H键断裂的同时，有2 mol H—F键断裂 A．①②③ B．②③④ C．②③④⑤ D．③④⑤ 答案：C 解析：①v正(SiF4)＝v正(HF)＝v逆(HF)，能表明反应达到平衡状态；②HF的体积分数不再变化，说明各物质的量不变，能表明反应达到平衡状态；③容器内气体压强不再变化，说明气体的物质的量不变，能表明反应达到平衡状态；④根据ρ＝，混合气体的体积保持不变，气体的质量在变化，当气体的质量保持不变时，能表明反应达到平衡状态；⑤平衡时应有2 mol O—H键断裂的同时，有2 mol H—F键断裂，能表明反应达到平衡状态。 知识点二　化学平衡常数及其有关计算 1．化学平衡常数的深刻理解 (1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作常数“1”而不代入表达式。 (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，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。 如N2＋3H22NH3　K＝a，则有： 2NH3N2＋3H2　K′＝ N2＋H2NH3　K″＝ 2．化学平衡常数的应用 (1)判断平衡移动的方向 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意状态时，生成物与反应物的浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示，即Q＝，则 (2)判断反应的热效应 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。 3．化学平衡的有关计算——“三段式”分析法 (1)模式：　 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 变化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：平衡时的相关量＝起始量－变化量 对于生成物：平衡时的相关量＝起始量＋变化量 则K＝，A的平衡转化率＝×100%。 (2)基本解题思路 ①设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。 ②确定三个量：根据反应的化学方程式确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量(物质的量浓度或物质的量)，并按(1)中“模式”列三段式。 ③解答题设问题：明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求反应物的转化率、混合气体的密度、平均相对分子质量等。 [注意]　(1)计算平衡常数时，一定不能忽视反应容器的容积，而误将物质的量代入平衡常数表达式中导致计算错误。 (2)只有当各反应物的起始量之比等于化学方程式中各反应物的化学计量数之比时，各反应物的平衡转化率才相等。 3．三个反应常温时的平衡常数的数值如下所示，下列说法错误的是(　　) ①2NO(g) N2(g)＋O2(g)　K1＝1×1030 ②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g)　K2＝2×1081 ③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)　K3＝4×10－92 A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝ B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数的数值约为5×10－80 C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2 D．反应2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的平衡常数K4＝ 答案：B 解析：根据平衡常数的概念可知，A正确；气态水分解产生O2的反应为2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)，所以该反应的平衡常数K＝K＝(2×1081)－1＝5×10－82，B错误；平衡常数越大表明该反应进行的程度越大，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的反应平衡常数分别为K1＝1×1030；K＝K＝5×10－82；K3＝4×10－92；K1>K>K3，所以三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2，C正确；由盖斯定律可知，目标反应可由①－③得到，所以该反应的平衡常数K4＝，D正确。 4．在830 K时，在密闭容器中发生可逆反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。试回答下列问题： (1)若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，4 s后达到平衡，此时CO的转化率为60%，则在该温度下，该反应的平衡常数K＝________，H2O的转化率为________。 (2)若起始时c(CO)＝3 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，则在该温度下达到平衡后，CO的转化率为________，H2O的转化率为________。 (3)在相同温度下，若起始时c(CO)＝1 mol·L－1，c(H2O)＝2 mol·L－1，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5 mol·L－1，则此时该反应是否达到平衡状态：________(填“是”或“否”)，此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。 答案：(1)1　40%　(2)50%　50%　(3)否　大于 解析：(1)根据题意可列如下三段式： CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) c始/(mol·L－1) 2 3 0 0 c变/(mol·L－1) 1.2 1.2 1.2 1.2 c平/(mol·L－1) 0.8 1.8 1.2 1.2 该反应的平衡常数K＝＝＝1，H2O的转化率＝×100%＝40%。 (2)设c变(CO)＝x mol·L－1，则 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) c始/,(mol·L－1) 3 3 0 0 c变/(mol·L－1) x x x x c平/(mol·L－1) 3－x 3－x x x ＝1，x＝1.5，则CO的转化率为×100%＝50%，H2O的转化率为50%。 (3)反应进行到某时刻时，c(H2)＝c(CO2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.5 mol·L－1，c(H2O)＝1.5 mol·L－1，Q＝＝＝＜K，因此反应未达到平衡状态，反应向正反应方向进行，v正＞v逆。 压强平衡常数(Kp)的计算 1．压强平衡常数 一定温度下，气相反应：mA(g)＋nB(g) eC(g)＋fD(g)达平衡时，气态生成物分压幂之积与气态反应物分压幂之积的比值为一个常数，称为该反应的压强平衡常数，用符号Kp表示，Kp的表达式：Kp＝。 2．计算方法 第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。 第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。 第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。 第四步：根据压强平衡常数计算公式代入计算。 3．两种Kp的计算模板 (1)平衡总压为p0 N2(g)　＋　3H2(g)　 2NH3(g)　 n(平)/mol a b c p(分压)/kPa p0 p0 p0 Kp＝ (2)刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α。 　　　　　　　2NO2(g)　 　N2O4(g) p(始)/kPa p0 0 Δp/kPa p0α p0α p(平)/kPa p0－p0α p0α Kp＝ 1．(山东卷节选)水煤气是H2的主要来源，研究CaO对C­H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)(Ⅰ)　ΔH1＞0 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)(Ⅱ)　ΔH2＜0 CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)(Ⅲ)　ΔH3＜0 回答下列问题： (1)压力p下，C­H2O­CaO体系达平衡后，图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示，则a线对应物种为________(填化学式)。当温度高于T1时，随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是__________________________________________________________________ ____________________。 (2)压力p下、温度为T0时，图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝________；此时气体总物质的量为4.0 mol，则CaCO3(s)的物质的量为________ mol；若向平衡体系中通入少量CO2(g)，重新达平衡后，分压p(CO2)将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案：(1)H2　当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只发生反应Ⅱ，温度升高，反应Ⅱ逆向移动，所以CO2的摩尔分数减小 (2)　0.5　不变 解析：(1)图示温度范围内C(s)已完全反应，则反应Ⅰ已经进行完全，反应Ⅱ和Ⅲ均为放热反应，从开始到T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2量减小，摩尔分数减小，CO量升高，摩尔分数增大，且二者摩尔分数变化量相同，所以a曲线代表H2的摩尔分数的变化，则c曲线代表CO2的摩尔分数随温度的变化。 (2)压力p下、温度为T0时，H2、CO、CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则H2O(g)的摩尔分数为1－0.5－0.15－0.05＝0.3，则反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝＝＝。 设起始状态含1 mol C(s)，x mol H2O(g)，反应Ⅰ进行完全。则： C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) 起始/mol 1 x 0 0 转化/mol 1 1 1 1 CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) 转化/mol a a a a CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)　　 转化/mol b b 根据平衡时H2、CO、CO2的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05，则有＝0.5、＝0.15、＝0.05，解得x＝，a＝，b＝，则n(总)＝(x＋1－b) mol＝ mol＝ mol，而由于平衡时n(总)＝4 mol，则y＝4[y为实际的n(总)与假设的n(总)的比例系数]，得y＝，则n(CaCO3)＝(b·y) mol＝ mol＝0.5 mol。若向平衡体系中通入少量CO2(g)，重新达平衡后，反应CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)的Kp＝，温度不变，Kp不变，则分压p(CO2)不变。 2．(湖北卷节选)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。 反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s) BaO(s)＋2CO(g) 反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g) 回答下列问题： (1)写出BaC2与水反应的化学方程式____________________________________________。 (2)已知Kp＝(pCO)n、K＝(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线见下图。 ①反应BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)在1585 K的Kp＝________Pa3。 ②保持1320 K不变，假定恒容容器中只发生反应Ⅰ，达到平衡时pCO＝________Pa，若将容器体积压缩到原来的，重新建立平衡后pCO＝________Pa。 答案：(1)BaC2＋2H2O―→Ba(OH)2＋HC≡CH↑　(2)①1016　②105　105 解析：(2)①反应Ⅰ＋反应Ⅱ得BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)，所以其平衡常数K＝KⅠ×KⅡ＝，由题图可知，1585 K时KⅠ＝102.5，KⅡ＝10－1.5，即＝102.5×10－1.5＝10，所以p＝10×(105 Pa)3＝1016 Pa3，则Kp＝p＝1016 Pa3；②由题图可知，1320 K时反应Ⅰ的KⅠ＝100＝1，即KⅠ＝＝1，所以p＝(105 Pa)2，即pCO＝105 Pa；若将容器体积压缩到原来的，由于温度不变，平衡常数不变，重新建立平衡后pCO应不变，即pCO＝105 Pa。 3．(全国乙卷节选)(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p SO3­T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。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (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pO2＝____________(用p SO3、p SO2表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa，pSO3＝35.7 kPa，则p SO2＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。 答案：(1)3　2.25　增大 (2) 　46.26　 解析：(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)。由平衡时p SO3­T的关系图可知，660 K时，pSO3＝1.5 kPa，则p SO2＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由题图中信息可知，pSO3随着温度升高而增大，且pSO3＝pSO2，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 (2)提高温度，题述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时pSO3＝p SO2，则p SO3＋2pO2＝p SO2－2pO2，因此，平衡时p O2＝。在929 K时，p总＝84.6 kPa、pSO3＝35.7 kPa，则p SO3＋p SO2＋p O2＝p总、p O2＝，代入相关数据可求出p SO2＝46.26 kPa，则p O2＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 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 答案：D 2．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生反应：①NH4I(s) NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g) H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为(　　) A．9 B．16 C．20 D．25 答案：C 解析：平衡时c(HI)＝4 mol·L－1，HI分解生成H2的浓度为0.5 mol·L－1，则NH4I分解生成的HI的浓度为4 mol·L－1＋2×0.5 mol·L－1＝5 mol·L－1，所以NH4I分解生成的NH3的浓度为5 mol·L－1，故反应①的平衡常数K＝c(NH3)·c(HI)＝5×4＝20。 3．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是(　　) 反应条件 可逆反应 标志 A 恒温恒容 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) 混合气体的密度不变 B 恒温恒压 NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g) NH3在混合气体中的百分含量不变 C 恒温恒容 H2(g)＋I2(g)2HI(g) HI的分压不变 D 恒温恒压 2NO2(g)N2O4(g) c(NO2)＝2c(N2O4) 答案：C 4．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　) A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝ C．对于反应②，若ΔH>0，温度升高，则该反应平衡常数减小 D．对于反应③，恒温恒容下，增大H2浓度，平衡常数K一定会减小 答案：B 解析：化学平衡常数表达式中固体、纯液体不需要表示，反应①的平衡常数K1＝，反应②的平衡常数K2＝，反应③的平衡常数K＝＝·＝，A错误，B正确；反应②，若ΔH>0，温度升高，则该反应平衡常数增大，C错误；平衡常数K只与温度有关，温度不变，K不变，D错误。 5．硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题： (1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝________，增大压强，K________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达到平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为________。 ②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________(填“>”“<”或“＝”)K(B)。 答案：(1)　不变　 (2)①800　②＝ 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列关于平衡常数的说法正确的是(　　) A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度 B．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值 C．平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关 D．从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的快慢 答案：C 2．硫酸工业中SO2的催化氧化反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在一定条件下达到平衡时，下列说法错误的是(　　) A．SO3的物质的量浓度不变 B．SO2全部转化为SO3 C．平均相对分子质量不变 D．正反应的速率与逆反应的速率相等 答案：B 3．在某温度下，可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)的平衡常数为K，下列说法不正确的是(　　) A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越大 B．K的表达式是 C．K随反应物浓度的改变而改变 D．K随温度的改变而改变 答案：C 4．当把晶体N2O4放入密闭容器中气化，并建立了N2O4(g) 2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入若干N2O4气体，待反应达到新的平衡时，则新平衡与原平衡相比，其值(　　) A．变大 B．不变 C．变小 D．无法确定 答案：B 5．一定温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应：mA(s)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意正整数时，下列状态： ①体系的压强不再发生变化 ②体系的密度不再发生变化 ③各组分的物质的量浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变 ⑤反应速率vB∶vC∶vD＝n∶p∶q 其中，一定能说明反应已达到平衡的是(　　) A．只有③④ B．只有②③④ C．只有①②④ D．只有①②③⑤ 答案：B 解析：①如果该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态；②反应前后混合气体的总质量发生改变，容器的体积不变，密度不断变化，当体系的密度不再改变时，该反应达到平衡状态；③各组分的物质的量浓度不再改变，该反应达到平衡状态；④反应达到平衡状态时各组分的物质的量不再改变，各组分的质量分数不再改变；⑤反应后任何时刻都存在反应速率之比等于化学计量数之比。 6．以下可逆反应，在给定的条件下一定达到了化学平衡状态的是(　　) A．2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)(在恒容条件下，气体颜色不再改变) B．CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)(在恒容容器中，容器内压强不再改变) C．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)(在恒压条件下，总质量不再改变) D．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(在混合气体中NH3的体积分数为33.3%) 答案：A 7．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2.0 L的恒容密闭容器中充入8.0 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡后O2的物质的量为9.0 mol，N2O3的物质的量为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(　　) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 答案：B 解析：设反应①中生成的O2的物质的量为x mol，则生成的N2O3的物质的量也为x mol。根据题意可知，反应②转化的n(N2O3)＝(9.0－x) mol，则有x－(9.0－x)＝3.4，解得x＝6.2。达到平衡状态时n(N2O5)＝1.8 mol。容器容积为2.0 L，则反应①的平衡常数K＝＝＝8.5。 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 8．一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭真空容器中(容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到平衡：NH2COONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。下列可判断该反应已达到平衡的是(　　) A．容器中气体的密度不变 B．消耗1 mol NH2COONH4同时消耗44 g CO2 C．容器中气体的平均摩尔质量不变 D．容器中氨气的体积分数不变 答案：AB 9．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，其平衡常数K和温度的关系如表： 温度/℃ 700 800 830 1000 1200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列说法不正确的是(　　) A．该反应的化学方程式为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) B．若平衡后移走CO2，则逆向化学反应速率减慢 C．如果在一定容积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol，5 min后，温度升高到830 ℃，此时测得CO2的物质的量为0.4 mol，则该反应已达到平衡状态 D．某温度下，若平衡浓度符合关系式＝，则此时的温度是1000 ℃ 答案：C 解析：化学反应的平衡常数表达式为K＝，平衡常数是生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值，故反应物是一氧化碳和水，生成物是二氧化碳和氢气，反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，A正确；若平衡后移走CO2，生成物浓度降低，逆向化学反应速率减慢，B正确； CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 起始量(mol) 0 0 1 1 变化量(mol) 0.6 0.6 0.6 0.6 5 min后(mol) 0.6 0.6 0.4 0.4 反应前后气体的体积不变，可以用物质的量代替浓度计算，故Q＝≈0.44<1，830 ℃时Q不等于K，说明反应未达到平衡，C错误；某温度下，如果平衡浓度符合关系式＝，则K＝＝0.6，对照平衡常数可知温度是1000 ℃，D正确。 10.40 ℃，向体积为V L的密闭容器中充入NO，容器内各组分的物质的量随时间变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．X是N2O B．1～3 min内，v(NO2)＝ mol·L－1·min－1 C．NO2和X的浓度相等可以作为判断反应达到平衡的标志 D．60 ℃下该反应达平衡时NO的量不变 答案：CD 解析：由题图结合质量守恒可知该反应为3NO===NO2＋N2O，即X为N2O，反应中NO2和N2O(X)的浓度一直相等，故不可以作为判断反应达到平衡的标志，C错误；温度改变平衡常数改变，NO的量改变，故D错误。 11．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，在一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．达平衡时，CH4(g)的转化率为75% B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1 C．该反应的化学平衡常数K＝0.1875 D．当CH4(g)的消耗速率与H2O(g)的消耗速率相等，反应达到平衡 答案：C 解析：根据题图可知，反应进行到10 min时达到平衡状态，氢气和水蒸气的平衡浓度均是0.75 mol·L－1，则： CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) 起始(mol·L－1) 1 1 0 0 转化(mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.75 平衡(mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.75 所以达平衡时，CH4(g)的转化率为×100%＝25%，A不正确；0～10 min内，v(CO)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，B不正确；该反应的化学平衡常数K＝＝＝0.1875，C正确；CH4(g)的消耗与H2O(g)的消耗反应方向相同，无法判断反应是否达到平衡状态，D不正确。 三、非选择题 12．回答下列与环境有关的问题： (1)在汽车排气系统中安装三元催化转化器，可发生下列反应： 2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。 在某恒容密闭容器中通入等物质的量的CO和NO，在不同温度(T)下发生上述反应时，c(CO)随时间(t)的变化曲线如图所示： ①温度为T1时，平衡常数K＝________(填计算结果的数值)。 ②温度为T2时，反应达到平衡时NO的转化率为________。 (2)某小组往一恒温恒压容器中充入9 mol N2和23 mol H2模拟合成氨的反应，如图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系图。若体系在T2、60 MPa下达到平衡。 ①此时H2的平衡分压为________________MPa。(分压＝总压×物质的量分数) ②列式计算此时的平衡常数Kp＝________(MPa)－2。(用平衡分压代替平衡浓度计算，保留2位有效数字) 答案：(1)①80　②95%　(2)①15　②0.043 解析：(1)①由图知温度为T1时， 2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) 起始浓度(mol·L－1) 2.0 2.0 0 0 转化浓度(mol·L－1) 1.6 1.6 1.6 0.8 平衡浓度(mol·L－1) 0.4 0.4 1.6 0.8 则平衡常数K＝＝＝80； ②温度为T2时，反应达到平衡时NO的转化率α＝×100%＝95%。 (2)①设平衡时N2转化了x mol，列三段式： 　　　　 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 起始(mol) 9 23 0 转化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 9－x 23－3x 2x 相同条件下气体的体积之比等于其物质的量之比，则氨气的物质的量分数＝＝60%，解得x＝6，则平衡时氮气、氢气、氨气物质的量分别为3 mol、5 mol、12 mol，气体总物质的量＝(3＋5＋12) mol＝20 mol，此时H2的平衡分压＝×60 MPa＝15 MPa。 ②氮气分压＝×60 MPa＝9 MPa，氨气分压＝×60 MPa＝36 MPa，此时的平衡常数Kp＝＝≈0.043 (MPa)－2。 13．(1)顺­1，2­二甲基环丙烷和反­1，2­二甲基环丙烷可发生如下转化： 该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。已知：t1温度下k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数K1＝________，该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。 (2)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＝＋173 kJ·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： ①650 ℃时CO2的平衡转化率为________。 ②t1 ℃时平衡常数Kp＝________kPa(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，发现平衡不移动，则说明Qp______(填“大于”“小于”或“等于”)Kp。 答案：(1)3　小于　(2)①25%　②0.5p　等于 解析：(1)当反应达到平衡时，v(正)＝v(逆)，即k(正)c(顺)＝k(逆)c(反)，则＝＝K1＝＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应放热，即ΔH小于0。 (2)①由题图可知，650 ℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1 mol，转化了x mol，列三段式： 　　C(s)＋CO2(g) 2CO(g) 始(mol) 1 0 变(mol) x 2x 平(mol) 1－x 2x 所以×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25%；②恒压密闭容器中，压强为p kPa，由题图可知，t1 ℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%，分压＝总压×物质的量分数，t1 ℃时平衡常数Kp＝ kPa＝0.5p kPa；由题图可知，t1 ℃时，反应达平衡后CO和CO2的体积分数都为50%，为平衡状态，该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体，平衡不移动，说明Qp＝Kp。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$