第2章 第2节 第1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（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本讲义聚焦“化学反应的限度”第1课时核心内容，系统梳理化学平衡状态的特征及判断方法，通过浓度数据分析引出化学平衡常数概念，构建从平衡状态判断到平衡常数表达式书写、意义及应用的完整知识支架。 资料以科学思维为核心，通过实验数据表格分析（如不同初始浓度下平衡常数的恒定值）培养证据推理能力，结合多样化练习题（如不同反应类型的平衡状态判断、浓度商计算）提升模型建构素养，课中辅助教师高效授课，课后助力学生查漏补缺，强化知识应用。

第2节　化学反应的限度 第1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.建立化学平衡状态判断方法及平衡常数表达式书写的思维模型。 一、化学平衡状态及其判断 1．化学平衡状态 在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和反应产物的组成(浓度、百分含量)不再随时间的延续而变化，正反应速率和逆反应速率相等的状态。 2．化学平衡状态的特征 3．平衡状态的判断方法 (1)直接判据——定义法 (2)间接判据——“变量不变”时即为平衡 当反应过程中变化的量不再改变时，化学反应达到平衡状态，即反应前后始终不变的量不能作为判据。 (1)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆(　　) (2)化学平衡状态是一定条件下可逆反应进行到最大限度的结果(　　) (3)化学反应达到化学平衡状态后反应物和反应产物的浓度相等(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)× 1．在一定温度下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一定容积的密闭容器中，在催化剂作用下发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到化学平衡时，下列说法正确的是(　　) A．用SO2表示的化学反应速率等于0 B．SO2和SO3共2 mol C．放出197 kJ热量 D．生成O2的速率与生成SO3的速率相同 答案　B 解析　可逆反应处于平衡状态时，正、逆反应速率相等但不等于0，A错误；化学反应中原子守恒，所以化学平衡时SO2和SO3中硫原子的总物质的量等于反应初始时SO2的物质的量，B正确；达到化学平衡时2 mol SO2和1 mol O2不可能完全转化为2 mol SO3，故放出的热量小于197 kJ，C错误；化学反应中SO3和O2的化学计量数不同，二者的生成速率不同，D错误。 2．在恒温恒容条件下，下列三个可逆反应的某些“量”不再随时间改变时，判断是否一定达到了平衡状态。 N2(g)＋3H2(g)2NH3 H2(g)＋I2(g)2HI(g) C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ①混合气体的总质量m总 不一定 不一定 是 ②混合气体的总物质的量n总 是 不一定 是 ③混合气体的密度ρ 不一定 不一定 是 ④体系的压强p 是 不一定 是 ⑤混合气体的平均摩尔质量 是 不一定 是 二、认识化学平衡常数 1．下表是698.6 K时，反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)以不同初始浓度测得和计算的数据。 初始浓度/(mol·L－1) 平衡浓度/(mol·L－1) c始(H2) c始(I2) c始(HI) c平(H2) c平(I2) c平(HI) 0.010 67 0.011 96 0 0.001 83 0.003 13 0.017 67 54.51 0.011 35 0.009 04 0 0.003 56 0.001 25 0.015 59 54.62 0.011 34 0.007 51 0 0.004 57 0.000 74 0.013 54 54.21 0 0 0.004 49 0.000 48 0.000 48 0.003 53 54.08 0 0 0.010 69 0.001 14 0.001 14 0.008 41 54.42 观察各组分的初始浓度和值，可得出的结论是_________________________。 答案　不管H2、I2和HI的初始浓度是多大，只要保持反应体系的温度不变，达到化学平衡状态后就为常数 2．平衡常数的概念 在一定温度下，一个可逆反应达到化学平衡时，体系内反应产物浓度幂(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，叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。 3．平衡常数表达式 对于一般的可逆反应： aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) K＝ 1．写出下列可逆反应的平衡常数表达式 ①H2(g)＋I2(g)2HI(g)，K＝。 ②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，K＝。 ③Cl2(aq)＋H2O(l)H＋(aq)＋Cl－(aq)＋HClO(aq)，K＝。 2．写出下列反应的化学平衡常数表达式，并回答下列问题。 (1)①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K1＝。 ②N2(g)＋H2(g)NH3(g)　K2＝。 ③2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K3＝。 (2)书写化学平衡常数表达式时应注意哪些问题？ 提示　①对于有纯固体或纯液体参与的反应，纯固体或纯液体不列入化学平衡常数的表达式中；②对于某一化学反应，K的表达式不是唯一的，取决于化学方程式的系数。 (3)由化学方程式①②知，若化学方程式①的化学计量数变为原来的后成为化学方程式②，化学平衡常数K1、K2有何关系？ 提示　K2＝。 (4)由化学方程式①③得出正向反应和逆向反应的平衡常数有何关系？ 提示　互为倒数，即K1·K3＝1。 3．(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＝。 三、平衡常数的意义及应用 1．影响化学平衡常数的因素 (1)内因：反应物本身的性质，同一温度下，不同的反应化学平衡常数不同。 (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 2.意义及应用 (1)判断可逆反应进行的程度 平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。 K值 <10－5 10－5～105 >105 反应程度 很难进行 可逆 进行得较完全 (2)判断可逆反应是否达到化学平衡状态及反应进行的方向 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意状态，反应物与反应产物的浓度有如下关系： 浓度商Q＝， Q (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(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 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 mol2·L－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＝ mol2·L－2＝0.03 mol2·L－2<1.2 mol2·L－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反应产物的浓度，K与Q仍然相等，平衡状态不变。 (选择题1～13题，每小题6分，共78分) 题组一　平衡状态的判断 1．(2023·河北保定校考期中)一定条件下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)已达到平衡，下列说法正确的是(　　) A．C和CO2不再反应 B．v正(C)＝v逆(C)＝0 C．混合物中CO和CO2的浓度不变 D．混合物中CO的浓度一定是CO2的两倍 答案　C 解析　化学平衡为正、逆反应速率相等且不为零的动态平衡，故A、B错误；当化学反应达到平衡后，正、逆反应速率相等，混合物中一氧化碳和二氧化碳的浓度不变，但一氧化碳的浓度不一定是二氧化碳的两倍，故C正确、D错误。 2．在一定条件下，气体参与的某正反应方向ΔH＜0的可逆反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是(　　) A．反应物的浓度一定等于反应产物的浓度 B．反应体系中压强恒定 C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．反应体系中温度不变 答案　A 解析　对于放热的可逆反应，达到平衡时，反应物与反应产物的浓度不一定相等，A项错误；可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，气体分子数保持不变，反应体系中压强恒定，混合物的组成保持不变，反应体系中温度不变，B、C、D项正确。 3．可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或反应产物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 答案　C 解析　可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，而3v正(N2)＝v正(H2)并未反映出v正＝v逆的关系，即A项不正确；在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速率之比等于化学计量数之比。 4.一定条件下，向密闭容器中充入1 mol NO和1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)，测得化学反应速率随时间的变化关系如图所示，其中处于化学平衡状态的点是(　　) A．d点 B．b点 C．c点 D．a点 答案　A 解析　由图可知，a、b、c点的正反应速率均大于逆反应速率，都未达到化学平衡状态；只有d点正、逆反应速率相等，处于化学平衡状态。 5．恒温时向2 L密闭容器中通入一定量的气体X和Y，发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，Y的物质的量n(Y)随时间t变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A．正反应速率a点比b点小 B．t0 min时该反应停止 C．t0 min时，c(Z)＝0.75 mol·L－1 D．当密闭容器中的压强不再变化，该可逆反应达到化学平衡状态 答案　C 解析　反应开始加入一定量的气体X和Y，则反应2X(g)＋Y(g)3Z(g)从正反应方向开始进行，随着反应的进行，正反应速率越来越小，到平衡时达到最小值，则根据图示可知，a点的正反应速率大于b点的正反应速率，A错误；可逆反应t0 min时达到平衡，此时反应仍在进行，正反应速率等于逆反应速率，B错误；从图像中可以看出，从反应开始到平衡，参加反应的Y的物质的量为0.5 mol，则生成的Z的物质的量为1.5 mol，因此t0 min时，c(Z)＝＝0.75 mol·L－1，C正确；该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，体系的压强始终不变，因此不能根据压强不变判断反应是否达到平衡状态，D错误。 题组二　平衡常数及影响因素 6．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，反应产物浓度用平衡浓度表示 B．任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值 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，反应物浓度和反应产物浓度都应用平衡浓度表示，故A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、催化剂等无关，故D项错误。 7．已知：298 K下合成氨反应的平衡常数K＝4.1×106 mol－2·L2，下列说法错误的是(　　) A．合成氨反应在298 K时进行得比较完全 B．合成氨反应在298 K时反应速率较快 C．仅从K的值无法得知该反应的平衡转化率 D．改变温度，K的值也会变化 答案　B 解析　K的数值大于105，通常认为反应进行得较完全，A正确；K只能衡量反应进行的程度，而不能体现反应速率，B错误；K不能体现转化率，如恒温条件下，转化率发生变化，但是K不变，C正确；K的值只与温度有关，随着温度的变化而变化，D正确。 8．在一定条件下，有下列分子数之比相同的可逆反应，其平衡常数K分别是①H2＋F22HF　K＝1047；②H2＋Cl22HCl　K＝1017；③H2＋Br22HBr　K＝109；④H2＋I22HI　K＝1。比较K的大小，可知各反应的正反应进行的程度由大到小的顺序是(　　) A．①②③④ B．④②③① C．①④③② D．无法确定 答案　A 解析　化学平衡常数越大，表示该反应的正反应进行的程度越大。 9．对于可逆反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下平衡常数为K，下列变化中，能使K发生变化的是(　　) A．将SO2的浓度增大 B．增大体系的压强 C．使用合适的催化剂 D．升高体系的温度 答案　D 解析　化学平衡常数只随温度的改变而改变，则只有改变体系温度才能使K发生变化，故选D。 10．下列标志可表明对应反应达到平衡状态的是(　　) 选项 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) 2v正(H2)＝v逆(HI) D 恒温恒压 2NO2(g)N2O4(g) c(NO2)＝2c(N2O4) 答案　C 解析　该反应的反应物和反应产物都是气体，气体的质量不变，反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，反应混合气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，A不符合题意；该反应中只有反应产物是气体，二者的物质的量之比为定值，NH3在混合气体中的百分含量始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，B不符合题意；在任何时刻都存在2v正(H2)＝v正(HI)，若2v正(H2)＝v逆(HI)，则v正(HI)＝v逆(HI)，反应处于平衡状态，C符合题意；在任何时刻物质反应时转化浓度关系为c(NO2)＝2c(N2O4)，但反应达到平衡时是否存在该浓度关系，与开始时加入反应物的多少及反应条件有关，不能据此判断反应是否达到平衡状态，D不符合题意。 11．一定温度下，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＝，可得K1＝。 12．已知下列反应的平衡常数：①H2(g) ＋S(s)H2S(g)　K1；②S(s)＋ O2(g)SO2(g)　K2 ；则反应H2(g) ＋SO2(g)O2(g) ＋H2S(g)的平衡常数是(　　) A．K1＋K2 B．K1－K2 C．K1 ·K2 D. 答案　D 解析　根据平衡常数的定义可知，K1＝、K2＝，H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K＝＝。 13．(2023·四川巴中高二期末)在容积不变的密闭容器中进行反应：2M(g)＋N(g)2Q(g)　ΔH，其平衡常数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．b点时v正>v逆 B．a点处v正(M)＝v逆(N) C．c点处v正(M)∶v正(N)＝2∶1 D．a、b、c三点中，只有b点处反应达到平衡状态 答案　C 解析　a点处于平衡状态，故v正(M)＝2v逆(N)，B错误；化学反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，c点处，v正(M)∶v正(N)＝2∶1，C正确； a、b、c三点都处于曲线上，故都达到平衡状态，D错误。 14．(10分)在2 L密闭容器内，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如下表： 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 (1)(6分)图中表示NO2的浓度变化的曲线是________，用O2表示0～2 s内该反应的平均反应速率v(O2)＝________。 (2)(4分)能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。 A．v(NO2)＝2v(O2) B．容器内气体总的物质的量保持不变 C．v逆(NO)＝2v正(O2) D．容器内气体的密度保持不变 答案　(1)b　1.5×10－3 mol·L－1·s－1　(2)BC 解析　(1)该反应达到平衡时，n(NO)＝0.007 mol，此时n(NO2)＝0.013 mol，其浓度变化量为0.006 5 mol·L－1，所以表示NO2浓度变化的曲线是b。v(NO)＝＝0.003 mol·L－1·s－1，v(O2)＝v(NO)＝0.001 5 mol·L－1·s－1。(2)A项中未指明正、逆反应速率，故无法说明该反应是否达到平衡状态，而D项中容器的体积及气体的总质量都不变，气体的密度也始终不变。 15．(12分，每空3分)下列反应在210 ℃时达到平衡： ①PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH1＞0 K1＝1 mol·L－1 ②CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)　ΔH2＜0 K2＝5×104 mol－1·L ③COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH3＞0　K3 (1)根据反应①的平衡常数K的表达式，平衡时下列等式必定成立的是________(填字母)。 A．c平(PCl5)＝c平(PCl3)＝c平(Cl2)的值为1 B．c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2)的值为1 C．c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2) (2)反应②和反应③的平衡常数表达式____(填“相同”或“不同”)，K3＝______ mol·L－1。 (3)降低Cl2浓度，反应③的平衡常数K3将______(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案　(1)C　(2)不同　2×10－5　(3)不变 解析　(1)反应①K1＝＝1 mol·L－1，故c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2)，但其值不一定均等于1，故选C。 (2)反应②③互为可逆反应，所以K2与K3不同，K3＝＝2×10－5 mol·L－1。 (3)平衡常数只随温度变化而变化，故Cl2浓度改变，K3不变。 学科网（北京）股份有限公司 $