第二章 第二节 第2课时 化学平衡常数（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（人教版）

本高中化学讲义聚焦化学平衡常数核心知识点，从化学平衡状态时的浓度数据出发，系统阐述平衡常数的概念、表达式（含固体纯液体处理规则），分析温度对其的影响，以及判断反应进行程度和方向的应用，搭建起化学平衡状态与平衡移动原理的学习支架。 资料通过表格数据分析（如不同温度下H₂+I₂反应K值比较）培养证据推理能力，构建三段式计算模型发展科学思维，课中助力教师引导学生深化理解，课后练习题覆盖表达式书写、转化率计算等，帮助学生查漏补缺，强化应用能力。

第2课时　化学平衡常数 [核心素养发展目标]　1.通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。2.构建化学平衡常数相关计算的思维模型(三段式法)，理清计算的思路，灵活解答各类问题。 一、化学平衡常数及表达式 1．化学平衡常数的概念及表达式 (1)分析教材表中数据，发现以下规律： 在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内生成物浓度幂(以其化学计量数为幂)之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数，这个常数叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。 K的数值与各反应体系中各物质的初始浓度和反应路径无关。 (2)对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 表达式 2．影响化学平衡常数的因素 (1)内因：反应物本身的性质。 (2)外因：同一化学反应，平衡常数与浓度、压强无关，与温度有关，升高温度，吸热反应的平衡常数增大，反之减小。 如不同温度时，H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－14.9 kJ·mol－1的平衡常数K： 温度 425.6 ℃ 457.6 ℃ K 54.5 48.7 3.K与可逆反应进行程度的关系 反应进行得越完全，K越大，反应进行得越不完全，K越小。一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。如 化学反应 平衡常数 ①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K(298 K)＝5.6×105 ②N2(g)＋O2(g)2NO(g) K(298 K)＝1.9×10－31 两个反应中进行彻底的是________(填序号，下同)，在常温下很难进行的是____________。 答案　①　② (1)K越大，表明可逆反应正向进行的程度越大(　　) (2)浓度、温度变化时，平衡常数都会改变(　　) (3)K越大，反应越容易进行(　　) (4)K越大，该可逆反应的速率越快(　　) (5)升高温度，平衡常数增大(　　) (6)4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，增大，该反应的平衡常数增大(　　) (7)恒温恒容条件下，2NO2(g)N2O4(g)平衡体系中再加入少量N2O4，达到新平衡后，的值不变(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× (6)×　(7)√ 1．写出下列各反应的平衡常数表达式。 (1)2NO2(g)N2O4(g), ____________。 答案　K＝ (2)3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)， ________________________________________________________________________。 答案　K＝ (3)2CrO(aq)＋2H＋(aq)Cr2O(aq)＋H2O(l)，____________。 答案　K＝ (4)C2H5OH(l)＋CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)，____________。 答案　K＝ 书写化学平衡常数表达式的注意事项 (1)如果反应中有固体或纯液体参加，它们的浓度不应写在平衡常数表达式中。 (2)稀溶液中进行的反应，如有水参加，水的浓度不必写在平衡常数表达式中。 (3)非水溶液以及有机反应，水应该写在常数表达式中。 2．(1)已知在600 ℃时，写出以下三个反应的平衡常数表达式 反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s) K1＝________________________________________________________________________； 反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g) K2＝________________________________________________________________________； 反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K3＝________________________________________________________________________； (2)反应④2CO(g)＋2CuO(s)2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系是_____________。 (3)反应③的K3与K1、K2的关系是_____________________________________________。 答案　(1)　　 (2)K4＝K　(3)K3＝ (1)K与化学计量数等倍扩大或缩小成幂指数关系。 (2)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。 (3)若两反应的平衡常数分别为K1、K2，则： ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝。 二、平衡常数的应用 1．利用平衡常数判断反应进行的程度 在一定条件下，下列可逆反应的平衡常数如下： ①H2＋F22HF　K1＝1095； ②H2＋Cl22HCl　K2＝1033； ③H2＋Br22HBr　K3＝1019； ④H2＋I22HI　K4＝102。 比较平衡常数的大小可知，各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序为__________(填序号)。 答案　①②③④ 2．利用平衡常数随温度的变化判断吸热反应或放热反应 若温度升高，K增大，则正反应为吸热反应；若温度升高，K减小，则正反应为放热反应。 3．判断反应是否达到平衡或反应进行的方向 若Q＜K，反应向正反应方向进行，v正>v逆； 若Q＞K，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆； 若Q＝K，反应处于平衡状态，v正＝v逆。 1．已知298.15 K时，可逆反应Pb2＋(aq)＋Sn(s)Pb(s)＋Sn2＋(aq)的平衡常数K＝2.2，若溶液中Pb2＋和Sn2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，则反应进行的方向是(　　) A．向右进行 B．向左进行 C．处于平衡状态 D．无法判断 答案　A 解析　Q＝＝＝1<K＝2.2，故反应未达到平衡，反应向右进行。 2．在1 L恒容密闭容器中充入0.2 mol CH4和1.0 mol H2O，在温度900 K条件下进行反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。 (1)保持温度不变，若容器内n(CO)＝0.1 mol，此时反应________(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)(已知：900 K时反应的平衡常数为1.2)。 (2)若保持900 K，达到平衡时再往容器内充入0.1 mol He，此时v正________v逆(填“>”“<”或“＝”)。 答案　(1)正向进行　(2)＝ 解析　(1)n(CO)＝0.1 mol时，CH4、H2O、H2的浓度依次为0.1 mol·L－1、0.9 mol·L－1、0.3 mol·L－1，Q＝＝0.03<1.2＝K，反应正向进行。(2)反应容器容积不变，达到平衡时再充入0.1 mol He，He不参与反应，也不会改变反应物和生成物的浓度，K与Q仍然相等，平衡状态不变。 3．在淀粉碘化钾溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示。 T/℃ 5 15 25 35 50 K 1 100 841 689 533 409 (1)上述反应的平衡常数表达式为________________________。 (2)反应I(aq)I2(aq)＋I－(aq)的ΔH____(填“>”“<”或“＝”)0。 答案　(1)K＝　(2)> 解析　(2)温度升高，K减小，反应I2(aq)＋I－(aq)I(aq)是放热反应，其逆反应为吸热反应。 三、平衡常数与平衡转化率的计算 (一)利用化学方程式的关系计算平衡常数 例1　已知在448 ℃时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为49，计算下列反应在该温度下的平衡常数。 (1)2HI(g)H2(g)＋I2(g) K＝________。 (2)H2(g)＋I2(g)HI(g) K＝________。 答案　(1)　(2)7 例2　甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示： 化学反应 平衡常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____________________(用K1、K2表示)。 (2)反应③的ΔH________(填“>”或“＜”)0。 (3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“＞”“＝”或“＜”)v逆。 答案　(1)K1·K2　(2)＜　(3)＞ 解析　(1)K1＝，K2＝， K3＝＝K1·K2。 (2)根据K3＝K1·K2,500 ℃、800 ℃时，反应③的平衡常数分别为2.5、0.375；升温，K3减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH＜0。 (3)500 ℃时，K3＝2.5，Q＝＝≈0.88＜K3，故反应正向进行，v正＞v逆。 (二)平衡常数与平衡转化率的相关计算 1．计算模型——“三段式”法 与前面化学反应速率的“三段式”法基本相同，有关平衡常数计算的关键是找到达平衡状态时的转化量和平衡量。 2．平衡转化率 如可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，反应物A的平衡转化率： α(A)＝×100%＝ ×100%。 例3　一定温度下，将0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)注入体积为1.0 L的密闭反应器，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，达到平衡后，测得SO3的平衡浓度为0.044 mol·L－1。 (1)计算SO2和O2的平衡转化率。 (2)计算该温度下的平衡常数K。 答案　(1)第一步，列“三段式” 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 初始/(mol·L－1)　　0.050　　0.030　　0 转化/(mol·L－1)　　0.044　　0.022　　0.044 平衡/(mol·L－1)　　0.006　　0.008　　0.044 第二步，根据转化量，计算转化率 α(SO2)＝×100%＝88% α(O2)＝×100%≈73% (2)第三步，根据平衡浓度，计算平衡常数 K＝＝≈6.7×103 例4　某温度下，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K＝0.25，若在此温度下，在10 L的密闭容器中充入0.2 mol HI气体，达到平衡时，HI的分解率为__________________________。 答案　80% 解析　第一步，计算2HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝4。 第二步，设未知量，列“三段式” 设生成的H2的浓度为x mol·L－1， 2HI(g)H2(g)＋I2(g) 起始/(mol·L－1)　　0.02　　　0　　0 转化/(mol·L－1)　　2x　　　　x　　x 平衡/(mol·L－1)　　0.02－2x　x　　x 第三步，代入平衡常数表达式，计算未知量 K＝＝4，x＝0.008， α(HI)＝×100%＝80%。 (选择题1～11题，每小题6分，共66分) 题组一　化学平衡常数及其意义 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表示，生成物浓度用平衡浓度表示 B．可逆反应中，反应物的转化率增大，一定导致化学平衡常数增大 C．可以用化学平衡常数来定量描述化学反应的限度 D．平衡常数的大小与温度、浓度、压强、催化剂有关 答案　C 解析　在平衡常数表达式中，反应物浓度和生成物浓度都应用平衡浓度表示，故A项错误；同一反应，化学平衡常数只受温度影响，反应物的转化率增大，平衡常数不一定改变，故B项错误；平衡常数越大，说明可逆反应进行的程度越大，故C项正确；同一反应，化学平衡常数只受温度影响，与浓度、压强、催化剂无关，故D项错误。 2．(2023·浙江舟山中学高二期中)反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数(K)表达式正确的是(　　) A．K＝ B．K＝ C．K＝ D．K＝ 答案　C 3．反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡后，保持温度不变，再通入O2，重新达到平衡，则新平衡与旧平衡相比，的值(　　) A．变小 B．变大 C．不变 D．无法确定 答案　C 解析　＝，K只与温度有关，温度不变，则K不变，故选C。 4．下列有关化学平衡常数的描述正确的是(　　) A．化学平衡常数的大小取决于化学反应本身，与其他外界条件无关 B．相同温度下，反应A(g)＋B(g)C(g)与反应C(g)A(g)＋B(g)的化学平衡常数相同 C．化学平衡常数越大，化学反应速率也越大，反应进行得越完全 D．反应A(g)＋B(g)2C(g)的平衡常数表达式为K＝ 答案　D 解析　化学平衡常数的大小取决于化学反应本身，并且只与温度有关，A项错误；同一反应的正、逆反应的平衡常数互为倒数，一般不相等，B项错误；化学平衡常数越大，反应进行得越完全，但化学平衡常数与化学反应速率没有必然联系，C项错误。 题组二　K与化学方程式的关系 5．一定温度下，反应Ⅰ：H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；反应Ⅱ：HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数为K2，则K1、K2之间的关系为(　　) A．K1＝K B．K1＝K2 C．K1＝K2 D．K1＝ 答案　D 解析　根据平衡常数的定义可知，K1＝，K2＝ ，比较K1、K2，可得K1＝。 6．(2023·深圳六校高二期中)反应SO2(g)＋O2(g)SO3(g)的平衡常数为K1，反应NO(g)＋O2(g)NO2(g)的平衡常数为K2，则反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)的平衡常数为(　　) A．K1＋K2 B．K2－K1 C. D．K1×K2 答案　C 解析　反应①的平衡常数K1＝，反应②的平衡常数为K2＝，反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)的平衡常数K＝＝。 题组三　平衡常数与平衡转化率的计算 7．将2 mol N2(g)与5 mol H2(g)放入2 L的密闭容器中，在一定条件下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0达到平衡，测得平衡时NH3(g)的浓度为1.0 mol·L－1。则此条件下反应：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数K为(　　) A．2 B．1 C．0.5 D．0.25 答案　C 解析　由于平衡时NH3(g)的浓度为1.0 mol·L－1，则平衡时c(N2)＝＝0.5 mol·L－1，c(H2)＝＝1 mol·L－1，故反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为＝＝2，相同反应条件下，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数K＝0.5，C正确。 8．在773 K时，CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K＝9，若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L－1，则在此条件下CO的转化率是(　　) A．60% B．50% C．75% D．25% 答案　C 解析　设达到平衡时CO转化的浓度为x mol·L－1，则平衡时c(CO)＝c(H2O)＝(0.020－x)mol·L－1，c(CO2)＝c(H2)＝x mol·L－1。K＝＝＝9，解得x＝0.015，则CO的转化率为×100%＝75%。 9．在25 ℃时，恒容密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表所示： 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 下列说法错误的是(　　) A．反应达到平衡时，X的转化率为50% B．反应可表示为X(g)＋3Y(g)2Z(g)，其平衡常数为1 600 C．反应前后压强之比为2∶3 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 答案　C 解析　X、Y、Z的浓度变化量分别为0.05 mol·L－1、0.15 mol·L－1、0.1 mol·L－1，且X、Y的浓度减小，Z的浓度增大，所以该反应的化学方程式为X(g)＋3Y(g)2Z(g)。X的转化率为×100%＝50%；平衡常数K＝＝1 600；平衡常数受温度的影响；反应前后压强之比为3∶2。 10．一定温度下，向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196 kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的，下列说法错误的是(　　) A．当容器内气体的压强不变时说明该反应达到化学平衡状态 B．SO2的转化率为90% C．达到平衡时反应放出的热量为196 kJ D．此温度下该反应的平衡常数K＝20 250 答案　C 解析　该反应是一个恒容条件下的化学反应，反应前后气体物质的量不相等，故压强不变，说明气体总物质的量不变，反应达到了化学平衡状态，A项正确；设反应的SO2的物质的量为2x mol，列三段式： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 起始/mol　　0.4　　　　0.2　　　0 转化/mol　　2x　　　　　x　　　2x 平衡/mol　　0.4－2x　　0.2－x　　2x 则＝，解得x＝0.18，所以SO2的转化率为90%，B项正确；参与反应的SO2为0.36 mol，根据热化学方程式可求得放出的热量为35.28 kJ，C项错误；此温度下，该反应的平衡常数K＝20 250，D项正确。 11．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3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　设平衡时N2O5的浓度减小x，则 N2O5N2O3＋O2，N2O3N2O＋O2 开始/(mol·L－1)　　4　　　　0　　0　　x　　　　　x 转化/(mol·L－1)　　x　　　　x　　x 平衡/(mol·L－1)　　4－x　　　x　　x　　1.7　　　　4.5 所以4.5－x＝x－1.7，所以x＝3.1，则t ℃时反应①的平衡常数为＝8.5。 12．(10分)反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2 mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数为______________。 (2)在上述温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3 mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2 mol·L－1，达到化学平衡状态时，则： ①c(SO3) ＝__________ mol·L－1，c(SO2)＝________________ mol·L－1。 ②SO2的平衡转化率为______________， NO2的平衡转化率为____________。 答案　(1)1　(2)①1.2　1.8　②40%　60% 解析　(1)设平衡时SO2的浓度为x mol·L－1， SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) 起始/(mol·L－1)　　2　　　　2　　　　0　　　0 平衡/(mol·L－1)　　x　　　　x　　　　2－x　2－x 由题意可知×100%＝50%，x＝1，K＝＝1。 (2)设达平衡时NO的浓度为y mol·L－1， SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g) 起始/(mol·L－1)　3　　　　2　　　0　　　　0 平衡/(mol·L－1)　3－y　　2－y　　y　　　　y 因为温度不变，平衡常数不变，则＝1，解得y＝1.2。 ①平衡浓度：c(SO3)＝1.2 mol·L－1，c(SO2)＝3 mol·L－1－1.2 mol·L－1＝1.8 mol·L－1。 ②α(SO2)＝×100%＝40%；α(NO2)＝×100%＝60%。 13．(6分)工业上可利用废气中的CO2合成CH3OH，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49 kJ·mol－1。 在1 L恒容密闭容器中充入CO2和H2，所得实验数据如下表： 实验编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n(CO2) n(H2) n(CH3OH) ① 150 0.23 0.19 0.03 ② 200 0.10 0.26 0.02 ③ 200 0.17 a 0.01 实验①的平衡常数K＝______。实验②达到平衡时H2的转化率为______。实验③中a＝______。 答案　4.5　23.1%　0.13 解析　由实验①中的数据列三段式： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始/(mol·L－1)　0.23　　0.19　　　0　　　　0 转化/(mol·L－1)　0.03　　0.09　　　0.03　　0.03 平衡/(mol·L－1)　0.2　　　0.1　　　0.03　　0.03 实验①的平衡常数K＝＝4.5。实验②达到平衡时H2的转化率为×100%≈23.1%。实验②和实验③的温度相同，平衡常数相同，则＝，解得a＝0.13。 14．(18分)亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)。 (1)在1 L恒容密闭容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示。 ①反应开始到10 min时NO的平均反应速率v(NO)＝________ mol·L－1·min－1。 ②T2时该反应的平衡常数K＝________。 ③T2时Cl2的平衡转化率为__________。 (2)若按投料比n(NO)∶n(Cl2)＝2∶1把NO和Cl2加入一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示。 ①该反应的ΔH____(填“>”“<”或“＝”)0。 ②在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。 ③若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。 答案　(1)①0.1　②2　③50% (2)①<　②40%　③ 解析　(1)①10 min时，c(NOCl)＝1 mol·L－1，则转化的NO的物质的量浓度为1 mol·L－1，则v(NO)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。②平衡常数K＝＝2。③Cl2的平衡转化率为×100%＝50%。 (2)①根据图像，升高温度，平衡时NO的转化率减小，平衡逆向移动，说明该反应的正反应属于放热反应，ΔH＜0。②根据图像，在p压强条件下，M点NO的转化率为50%，根据2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)可知，气体减小的体积为反应的NO的体积的一半，因此NO的体积分数为×100%＝40%。③设起始时NO的物质的量为2 mol，则Cl2的物质的量为1 mol， 2NO(g)　＋　Cl2(g)2NOCl(g) 起始/mol　　2　　　　　1　　　　0 反应/mol　　1　　　　　0.5 　　1 平衡/mol　　1　　　　　0.5　　　1 平衡分压 p× p× p× M点的压强平衡常数Kp＝＝。 学科网（北京）股份有限公司 $