2.2 第1课时 化学平衡状态 化学平衡常数(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019 单选）

第二节　化学平衡 第1课时　化学平衡状态　化学平衡常数 课程标准 核心素养目标 1．知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。 2．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。 1．变化观念与平衡思想：结合实例和图像分析化学平衡状态的建立过程，从定性和定量角度(平衡常数)深化理解化学平衡状态。 2．证据推理与模型认知：通过“化学平衡常数”的模型建构，从定量角度认识化学平衡状态。 [对应学生用书P32] 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。 反应 N2与H2发生反应 NH3发生分解反应 图示 浓度变化 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 随着反应的进行，体系中N2和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 结论 通过上述分析可知，化学平衡的建立与反应途径无关 2.化学平衡状态的概念 (1)在一定条件下，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。 (2)化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 3．化学平衡状态的特征 二、化学平衡常数 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，这个常数就是该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。 2．表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)： (1)浓度商：在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示。 (2)平衡常数：该反应在一定温度下达到化学平衡时，化学平衡常数K＝。 3．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，与其他因素(如浓度、压强、催化剂等)无关。 4．意义 (1)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。 (2)一般来说，当K＞105时，该反应就进行得基本完全了。 ◆拓展延伸 从速率角度认识化学平衡建立 (1)从反应物开始建立 ①开始时，v正最大，v逆为0； ②随着反应进行，v正逐渐减小，v逆逐渐增大； ③达到平衡时，v正＝v逆。 (2)从生成物开始建立 ①开始时，v逆最大，v正为0； ②随着反应进行，v逆逐渐减小，v正逐渐增大； ③达到平衡时，v正＝v逆。 ◆深化理解 关于平衡时v正＝v逆的理解 (1)同一物质：正、逆反应速率相等。 (2)不同物质：v正、v逆代表正、逆反应的速率，且其比值等于对应物质的化学计量数之比。 ◆名师点拨 书写平衡常数表达式注意事项 (1)书写平衡常数表达式时，固体、液体纯物质不作考虑，表达式中不能出现这些物质。 (2)特别注意水的状态，若为H2O(g)，平衡常数表达式中要书写；若为H2O(l)，则不必书写。 (3)浓度商中的浓度为任意时刻的浓度，而平衡常数中的浓度指平衡时的浓度。 ◆易错警示 (1)化学平衡常数K只反映可逆反应进行的程度，不表示化学反应速率，即使K很大，化学反应速率也不一定大。 (2)当反应中Q＝K时，表明该反应达到限度，即达到化学平衡状态。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P33] 探究一 化学平衡状态的判断 硫酸是一种重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等。目前，我国主要以黄铁矿(FeS2)为原料，用“接触法”制备硫酸，SO2的催化氧化反应(2SO2＋O22SO3)是制备硫酸的重要反应。 [问题设计] (1)恒温恒容密闭容器中进行反应：2SO2＋O22SO3，试写出三个能反映该反应达到化学平衡状态的依据。 提示：①v正(SO2)＝v逆(SO3)；②SO2、O2或SO3的浓度保持不变；③混合气体的平均摩尔质量不变(其他合理答案均可)。 (2)恒温恒压密闭容器中进行反应：2SO2＋O22SO3，试写出两个能反映该反应达到化学平衡状态的依据。 提示：①混合气体的密度保持不变；②SO2、O2或SO3的物质的量保持不变(其他合理答案均可)。 1．判断化学平衡状态的“两审”和“两注意” 2．判断化学平衡状态的方法——正逆相等，变量不变 [例1] 一定温度下，在V L恒容密闭容器中发生反应：H2NCOONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，下列能说明该反应达到平衡状态的是(　　) ①v(NH3)∶v(CO2)＝2∶1 ②每生成2 mol NH3的同时消耗1 mol CO2 ③容器压强保持不变 ④CO2的体积分数保持不变 ⑤混合气体的密度保持不变 ⑥混合气体的平均相对分子质量保持不变 A．②③④⑥ B．②③⑤⑥ C．②③⑥ D．②③⑤ D　解析：①v(NH3)∶v(CO2)＝2∶1，未说明正、逆反应速率，不能说明达到平衡状态，不符合题意；②每生成2 mol NH3的同时消耗1 mol CO2，说明正、逆反应速率相等，故能说明达到平衡状态，符合题意；③在恒容密闭容器中，随着反应正向进行，气体的物质的量不断增大，则压强不断增大，故容器压强保持不变时，可以说明达到平衡状态，符合题意；④NH3、CO2均为反应产物，且n(NH3)∶n(CO2)始终为2∶1，CO2的体积分数始终保持不变，CO2的体积分数保持不变不能说明达平衡状态，不符合题意；⑤混合气体的密度ρ＝，其中m总为混合气体的质量，在恒容密闭的条件下，若反应未到达平衡，则m总大小会不断变化，可推得若混合气体密度不变，则反应到达平衡状态，符合题意；⑥NH3、CO2均为反应产物，且n(NH3)∶n(CO2)始终为2∶1，则混合气体的平均相对分子质量保持不变不能说明达到平衡状态，不符合题意。 1．(2024·湖湘教育三新探索协作体高二期中)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是合成尿素的一种中间产物。已知某温度下，向恒容密闭容器中加入a mol NH2COONH4(s)，反应NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)达到平衡。下列叙述不能表明反应达到平衡状态的是(　　) A．单位时间内消耗1 mol NH2COONH4同时消耗1 mol CO(NH2)2 B．气体的平均相对分子质量不再改变 C．气体的密度不再改变 D．容器内的压强不再改变 B　解析：单位时间内消耗1 mol NH2COONH4同时消耗1 mol CO(NH2)2，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A不符合题意；该反应中只有水蒸气一种气体，故气体的平均相对分子质量一直不变，当其不再改变时，不能说明反应达到平衡状态，B符合题意；恒容密闭容器，容器体积不变，气体的总质量在不断变化，根据公式ρ＝可知，当气体的密度不再改变时，反应达到平衡状态，C不符合题意；恒容体系，容器体积不变，在平衡前气体物质的量在不断变化，则容器内的压强在不断变化，当容器内的压强不变时，反应达到平衡状态，D不符合题意。 探究二 化学平衡常数及相关计算 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： ①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1 ②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　K2 [问题设计] (1)写出平衡常数K1的表达式。 提示：固体物质一般不列入平衡常数表达式，则K1＝。 (2)反应NO(g)＋Cl2(g)ClNO(g)的平衡常数K3与K2有何关系？ 提示：K3＝。 (3)T ℃下反应②达到平衡状态，此时保持恒温恒容，向体系中充入0.5 mol Cl2，平衡常数K是否变化？比较此时的浓度商Q和K的大小，判断反应是否处于平衡状态？ 提示：不变　Q<K　未处于平衡状态 1．化学平衡常数与化学方程式书写方式的关系 (1)若化学方程式中各物质的化学计量数同时扩大为原来的n倍，则平衡常数K变为原来的n次幂。例如，反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，平衡常数K1＝；反应HI(g)H2(g)＋I2(g)，平衡常数K2＝，则有K1＝K。 (2)对于同一可逆反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，即K正·K逆＝1或K正＝。 (3)两个化学方程式相加(或相减)得到第三个化学方程式，则该反应的平衡常数是原来两反应的平衡常数的乘积(或商)。例如，反应①、②、③的平衡常数分别为K1、K2、K3，反应①＋反应②＝反应③，则有K3＝K1·K2。 2．利用三段式法计算平衡常数和平衡转化率 (1)思维模板 先确定各物质的起始浓度、转化浓度和平衡浓度，再代入平衡常数表达式进行计算。 ①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度。 ②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度。 (2)应用示例 以反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例，T ℃下，假设A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L，达到平衡时A的转化浓度为mx mol/L，则有 则T ℃下，该反应的化学平衡常数为K＝，平衡时A的转化率为α(A)＝×100%。 [例2] Ⅰ .能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。 已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ/mol H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－241．8 kJ/mol CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ/mol (1)煤气化主要反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝ 。 Ⅱ .为了减少CO的排放，某环境研究小组以CO和H2为原料合成清洁能源二甲醚(DME)，反应如下：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－198 kJ/mol。 (2)如图所示能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母)，其判断理由是 。 (3)在一定温度下，向2.0 L固定容积的密闭容器中充入2 mol H2和1 mol CO，经过一段时间后，反应4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)达到平衡。反应过程中测得的部分数据见下表： 时间/min 0 20 40 80 100 n(H2)/mol 2.0 1．4 0.85 0.4 — n(CO)/mol 1．0 — 0.425 0.2 0.2 n(CH3OCH3)/mol 0 0.15 — — 0.4 n(H2O)/mol 0 0.15 0.287 5 0.4 0.4 ①0～20 min的平均反应速率v(CO)＝ mol/(L·min)。 ②达到平衡时，H2的转化率为 。 ③在上述温度下，该反应的平衡常数K＝ (列出计算式即可)。 ④能表明该反应达到平衡状态的是 (填标号)。 A．CO的转化率等于H2O的产率 B．混合气体的平均相对分子质量不变 C．v(CO)与v(H2)的比值不变 D．混合气体的密度不变 答案：Ⅰ.(1)＋131．3 kJ/mol Ⅱ.(2)a　正反应放热，温度升高平衡常数减小 (3)①0.007 5　②80%　③　④B 解析：Ⅰ.(1)①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ/mol ②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH2＝－241．8 kJ/mol ③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ/mol 根据盖斯定律，①―②―③得C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝＋131．3 kJ/mol。 Ⅱ.(2)4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－198 kJ/mol，反应放热，升高温度平衡逆向移动，K值减小，能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为a。 (3)①在0～20 min内Δn(CO)＝Δn(H2)＝×(2.0 mol－1．4 mol)＝0.3 mol，v(CO)＝＝＝0.007 5 mol/(L·min)。 ②平衡时，Δn(H2)＝2.0 mol－0.4 mol＝1．6 mol，则转化率α(H2)＝×100%＝80%。 ③根据化学反应： K＝。 ④CO的转化率和H2O的产率表示的都是正反应方向，不能说明v正＝v逆，A错误；混合气体的平均相对分子质量＝，在反应过程中气体的总质量不变、总物质的量是变量，则平均相对分子质量是变量，若平均相对分子质量不变说明反应已达到平衡，B正确；v(CO)与v(H2)的比值是定值，无论是否达到平衡，均不变，故不能表明该反应达到平衡状态，C错误；混合气体的密度ρ＝，因为混合气体总质量不变，容器容积V不变，故密度始终不变，D错误。 2．(经典高考题)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 (1)343 K时反应的平衡转化率α＝ %。343 K时，平衡常数K＝ (保留2位小数)。 (2)在343 K下，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是 ；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有 。 (3)比较a、b处反应速率大小：va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2(SiHCl3)－k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处＝ (保留1位小数)。 答案：(1)22　0.02 (2)及时移去产物　增大压强(或增大反应物浓度、改进催化剂，任写一种) (3)大于　1．3 解析：(1)在其他条件不变时，升高温度，反应速率增大，达到平衡所需时间缩短。由图可知反应速率：a＞b，所以反应温度：a＞b，即a表示温度是343 K，b表示温度是323 K。由图可知：在343 K条件下SiHCl3的转化率是22%，假设反应开始时SiHCl3的物质的量是a mol，则根据其转化率是22%，可知平衡时n(SiHCl3)＝0.78a mol，n(SiH2Cl2)＝n(SiCl4)＝0.11a mol，假设反应容器的容积是V L，则该温度下是化学平衡常数K＝≈0.02。 (2)在343 K下，要提高SiHCl3转化率，由于反应物只有SiHCl3，可采取的措施是及时移去产物，即减小生成物浓度，使化学平衡正向移动。该反应有气体参加，要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有增大体系压强，使反应物浓度增大而增大反应速率，缩短达到平衡所需时间或使用高效催化剂等措施。 (3)反应温度越高，化学反应速率越大。a点所在曲线表示的反应温度是343 K。b点所在曲线表示的温度是323 K，所以反应速率：va＞vb。从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3的物质的量是1 mol，SiHCl3反应量为1 mol×22%＝0.22 mol，平衡时SiHCl3物质的量为1 mol－0.22 mol＝0.78 mol，SiH2Cl2(g)和SiCl4(g)物质的量均为0.11 mol，则x(SiHCl3)＝×100%＝78%，x(SiH2Cl2)＝x(SiCl4)＝×100%＝11%，故＝＝≈0.02，a点时，SiHCl3的转化率为20%，同上计算方法可得，此时SiHCl3、SiH2Cl2(g)和SiCl4(g)物质的量分别为0.8 mol、0.1 mol、 0.1 mol，x(SiHCl3)＝80%，x(SiH2Cl2)＝x(SiCl4)＝10%，a处的＝×＝0.02×≈1．3。 [对应学生用书P36] 1．在一密闭容器中，充入1 mol N2和3 mol H2混合气在一定条件下发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法正确的是(　　) A．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零 B．当符合3v正(N2)＝v正(H2)时，反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，单位时间消耗a mol N2，同时生成3a mol H2 D．当N2、H2、NH3的分子数比为1∶3∶2时，反应达到平衡状态 C　解析：当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，但不等于0，A错误；v正(N2)、v正(H2)都是正反应方向，不能判断反应是否达到平衡，B错误；单位时间内消耗a mol N2的同时生成3a mol H2，则正、逆反应速率相等，说明该反应已达到平衡状态，C正确；当体系达平衡状态时，N2、H2和NH3的物质的量浓度之比不一定为1∶3∶2，D错误。 2．一定温度下，在容积不变的密闭容器中发生反应CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)。下列能说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．气体的压强不再变化 B．COS的体积分数不再变化 C．混合物的密度不再变化 D．H2S和H2的物质的量相等 B　解析：该反应是气体分子数不变的反应，气体的压强不再变化不能说明反应已达平衡，A错误；COS的体积分数不再变化，说明COS的物质的量不再改变，平衡不再移动，正、逆反应速率相等，能说明反应已达平衡，B正确；容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，不能说明反应已达平衡，C错误；H2S和H2的物质的量相等不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应已达平衡，D错误。 3．已知汽车尾气无害化处理反应为2NO＋2CON2＋2CO2。下列说法正确的是(　　) A．升高温度可使该反应的逆反应速率减小 B．达到化学平衡时，化学反应已经停止 C． v正(NO)＝v正(CO2)时，说明反应达到了化学平衡 D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡 D　解析：升高温度不论正反应还是逆反应，其反应速率都会增大，A错误；达到化学平衡时，正反应速率等于逆反应速率但不等于0，即化学反应没有停止，B错误；v正(NO)＝v正(CO2)均表示正方向，不能体现正反应速率等于逆反应速率，不能说明反应达到了化学平衡，C错误；化学计量数相等，则单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡，D正确。 4．(2024·新乡高二期中)一定温度下，在恒容密闭容器中发生反应：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)。Q表示某时刻的浓度商，K为该温度下的平衡常数。下列情况能说明该反应一定达到化学平衡状态的是(　　) A．Q＝K B．体系内物质的总质量保持不变 C．SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4同时在容器中存在 D．单位时间内消耗2n mol SiHCl3，同时生成n mol SiH2Cl2 A　解析：Q＝K，说明反应达到平衡状态，A符合题意；根据质量守恒，体系内物质的总质量保持不变，不能说明反应达到平衡状态，B不符合题意；根据可逆反应的特征，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4同时在容器中存在，不能说明反应达到平衡状态，C不符合题意；两种表达方式都是正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意。 5．在一个容积不变的密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其平衡常数(K)和温度(T)的关系如下表所示。 T/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1．0 1．7 2.6 请回答下列问题。 (1)该反应的平衡常数表达式为K＝ 。 (2)在830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，保持温度不变，反应达到平衡后，其平衡常数 (填“大于”“小于”或“等于”)1．0。 (3)若1 200 ℃时，在某时刻反应混合物中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L，则此时上述反应的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)，理由是 。 (4)在830 ℃时，向1 L容器中充入1 mol CO2和1 mol H2，保持温度不变，反应达到平衡后，CO2的平衡转化率为 。 答案：(1) (2)等于 (3)逆反应方向　浓度商Q＝＝＝4＞K＝2.6，故平衡移动方向为逆反应方向 (4)50% 解析：(1)由反应可知K＝。 (2)温度不变，平衡常数就不变。 (3)1 200 ℃时，在某时刻反应混合物中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L，则此时上述反应的浓度商Q＝＝＝4＞K＝2.6，故平衡的移动方向为向逆反应方向。 (4)根据已知条件列三段式： K＝＝1，解得：x＝0.5，CO2的平衡转化率为×100%＝50%。 学科网（北京）股份有限公司 $$