第2章 第2节 第2课时 平衡转化率 压强平衡常数（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）

本高中化学讲义聚焦平衡转化率与压强平衡常数计算，承接平衡常数基础概念，通过“三段式”计算模型衔接转化量、平衡浓度与转化率的关系，系统讲解压强平衡常数表达式及分压计算方法，构建从基础公式到综合应用的学习支架。 资料以阶梯式例题（含高考真题）和分层题组设计为特色，通过实例推导培养科学思维中的模型建构与证据推理能力，助力学生掌握计算逻辑，课中辅助教师高效授课，课后便于学生自主练习查漏补缺，强化化学平衡定量分析能力。

第2课时　平衡转化率　压强平衡常数 [核心素养发展目标]　1.掌握平衡常数与平衡转化率的相关计算。2.了解压强平衡常数。 一、平衡常数与平衡转化率的相关计算 1．计算模型——“三段式”法 有关平衡常数和平衡转化率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1　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) 初始浓度/(mol·L－1)　　　　0.050　　0.030　　0 转化浓度/(mol·L－1)　　　　0.044　　0.022　　0.044 平衡浓度/(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 mol－1·L 例2　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%。 例3　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＝______________。 (2)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　(2)否　大于 解析　(1) 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。 (2)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。 二、压强平衡常数及简单计算 1．压强平衡常数(Kp)的概念 在化学平衡体系中，由各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数，用符号Kp表示，其单位与表达式有关。 2．表达式 对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下，达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝。其中p平(A)、p平(B)、p平(C)、p平(D)表示对应物质的分压。 注意　①混合气体中某组分的分压＝总压×该组分的物质的量分数，pB＝p总×。 ②混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和，即p总＝pA＋pB＋pC＋…。 例1　在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比为1∶3通入恒压密闭容器中发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的压强平衡常数Kp＝______________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 答案　 MPa－2 解析　设起始时通入1 mol CO2、3 mol H2，列三段式： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol　　　　1　　　3　　　　0　　　　0 变化量/mol　　　　0.5　　1.5　　　0.5　　　　0.5 平衡量/mol　　　　0.5　　1.5　　　0.5　　　　0.5 p平(CO2)＝p平(CH3OH)＝p平(H2O)＝8× MPa＝ MPa，p平(H2)＝8× MPa＝4 MPa，所以Kp＝ MPa－2＝ MPa－2。 例2　[2021·全国乙卷，28(2)]一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。 氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2, 376.8 ℃时平衡常数Kp＝1.0×104 Pa2，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则p平(ICl)＝_______kPa，反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝_____________(列出计算式即可)。 答案　24.8　　 解析　由题意可知，376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常数Kp＝1.0×104 Pa2，则平衡时p(Cl2)＝1.0×104 Pa2，p平(Cl2)＝100 Pa，设到达平衡时I2(g)的分压减小p kPa，则 Cl2(g)＋I2(g)2ICl(g) 开始/kPa　　　　　　　　20.0　　0 变化/kPa　　　　　　　　p　　　2p 平衡/kPa　　　　　0.1　20.0－p　2p 376．8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，则平衡时p平(ICl)＝2p kPa＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa；则平衡时，I2(g)的分压为(20.0－p) kPa＝(20×103－12.4×103) Pa，p平(ICl)＝24.8 kPa＝24.8×103 Pa，p平(Cl2)＝0.1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝。 例3　已知2NO2(g)N2O4(g)，用分压p(某组分的分压等于总压与其物质的量分数的积)表示的平衡常数Kp＝ 。298 K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为100 kPa。已知Kp＝2.7×10－3kPa－1，则NO2的转化率为(　　) A．70% B．55% C．46% D．35% 答案　D 解析　假设NO2起始时投入的物质的量为1 mol，转化率为x，用三段式法计算； 2NO2(g)N2O4(g) 起始量/mol　　　1　　　　0 改变量/mol　　　x　　　　0.5x 平衡量/mol　　　1－x　　　0.5x 同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，则p平(NO2)∶p平(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100 kPa∶p平(N2O4)，则p平(N2O4)＝ kPa，因此Kp＝ kPa－1＝2.7×10－3 kPa－1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡转化率为35%，故选D。 (选择题1～10题，每小题6分，11～12题，每小题7分，共74分) 题组一　平衡转化率的简单计算 1．实验室用4 mol SO2与2 mol O2进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.64 kJ·mol－1，当放出314.624 kJ热量时，SO2的转化率为(　　) A．40% B．50% C．80% D．90% 答案　C 解析　根据放出314.624 kJ热量可知参加反应的SO2的物质的量为×2＝3.2 mol，故SO2的转化率为×100%＝80%。 2．X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器，发生反应：X＋2Y2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为(　　) A.×100% B.×100% C.×100% D.×100% 答案　B 解析　　　　　　　　X　＋　2Y2Z 起始/mol　　　　　　a　　　　b　　0 变化/mol　　　　　　x　　　　2x　　2x 平衡/mol　　　　　a－x　　　b－2x　2x 据题意有(a－x)＋(b－2x)＝2x，解得x＝，故Y的转化率为×100%＝×100%。 3．在一定温度下，将100 mol N2、H2的混合气体充入密闭的恒压容器中反应，达平衡时，测得反应后混合气体的密度是反应前混合气体密度的1.25倍，且反应后混合气体的平均相对分子质量为15.5，则平衡时，N2转化的百分率为(　　) A．20% B．25% C．30% D．40% 答案　B 解析　设起始时N2物质的量为a mol，H2物质的量为b mol，反应的N2物质的量为x mol，依题意： N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g) 起始/mol　　　　a　　　　b　　　　0 转化/mol　　　　x　　　　3x　　　　2x 平衡/mol　　　　a－x　　　b－3x　　2x 解得 α(N2)＝×100%＝25%。 题组二　压强平衡常数 4．温度为T时，将NH4HS(s)置于抽成真空的容器中，当NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡时，测得体系的总压强为6 kPa，则该反应的平衡常数Kp为(　　) A．6 kPa2 B．9 kPa2 C．8 kPa2 D．36 kPa2 答案　B 解析　总压强为6 kPa，所以p平(NH3)＝p平(H2S)＝3 kPa。Kp＝3 kPa×3 kPa＝9 kPa2，故选B。 5．在一定条件下，实际的化学过程往往有若干种平衡状态存在，一种物质同时参与几种平衡，如气态的SO2、SO3、NO、NO2及O2，在一个反应器中共存时，存在以下平衡①SO2＋O2SO3　Kp1的值为3×1012；②NO2NO＋O2　Kp2；③SO2＋NO2SO3＋NO　Kp3的值为1.89×106[Kp为用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，如Kp3＝]，则Kp2的值为(　　) A．6.3×10－7 B．6.3×107 C．1.59×106 D．1.59×10－6 答案　A 解析　根据Kp为用平衡分压代替平衡浓度计算，Kp2＝，结合Kp1、Kp3表达式可知Kp2＝，则Kp2的值为＝6.3×10－7，故选A。 题组三　平衡常数与平衡转化率的计算 6．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的值为(　　) 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平(N2)＝＝0.5 mol·L－1，c平(H2)＝＝1 mol·L－1，故反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为 ＝mol－2·L2＝2 mol－2·L2，相同反应条件下，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数K＝0.5 mol2·L－2，C正确。 7．恒温、恒压下，将1 mol O2和2 mol SO2气体充入一容积可变的容器中(状态Ⅰ)，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，状态Ⅱ时达平衡，则O2的转化率为(　　) A．60% B．40% C．80% D．90% 答案　A 解析　恒温、恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比。设O2的转化率为x。则： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) n始/mol　　2　　　　1　　　　0 n变/mol　　2x　　　　x　　　2x n平/mol　　2－2x　　1－x　　2x (2－2x)＋(1－x)＋2x＝3×，解得x＝60%。 8．(2023·杭州调研)铁及其化合物与生产、生活关系密切，已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)的平衡常数K＝0.25。若在2 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x的值为(　　) A．0.1 B．0.05 C．0.04 D．0.02 答案　B 解析　反应开始到平衡时，Δn(FeO)＝0.02 mol×50%＝0.01 mol，列三段式： FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) 起始/mol　0.02　　x　　　　0　　　　0 变化/mol　0.01　　0.01　　　0.01　　0.01 平衡/mol　0.01　　x－0.01　　0.01　　0.01 平衡常数K＝＝＝0.25，　解得x＝0.05，故选B。 9．在一定温度下，反应H2(g)＋X2(g)HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol HX(g)通入容积为1.0 L的密闭容器中，在该温度下HX(g)的最大分解率接近于(　　) A．5% B．17% C．25% D．33% 答案　B 解析　反应HX(g)H2(g)＋X2(g)在该温度下的平衡常数为，设分解的HX的物质的量浓度为x mol·L－1，列三段式： HX(g)H2(g)＋X2(g) 初始/(mol·L－1)　　　1.0　　　0　　　0 转化/(mol·L－1)　　　x　　　　x　　x 平衡/(mol·L－1)　　　1.0－x　　x 　x K＝＝，x＝，α(HX)＝×100%≈17%。 10．一定温度下，在体积恒定的密闭容器中通入气体X和Y并发生反应，它们物质的量浓度随时间的变化关系如图。下列说法正确的是(　　) A．t1时，v正<v逆 B．t2时，反应达到平衡状态 C．Y的平衡转化率为50% D．该温度下，反应的平衡常数K＝5 mol－1·L 答案　D 解析　t1时，反应向正反应方向进行，则v正>v逆，A错误；t2时，X和Y的物质的量浓度相等，但不是保持恒定不变，则反应未达到平衡状态，B错误；由图知，Y达到平衡时物质的量浓度为0.50 mol·L－1，Y起始物质的量浓度为2.00 mol·L－1，则Y的平衡转化率为×100%＝75%，C错误；由图知Y为反应物，X为反应产物，平衡时X的变化量为0.75 mol·L－1，Y的变化量为1.50 mol·L－1，则该反应的化学方程式为2YX，则平衡常数K＝ mol－1·L＝5 mol－1·L，D正确。 11．在25 ℃时，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 mol－2·L2 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的平衡转化率为×100%＝50%；平衡常数K＝mol－2·L2＝1 600 mol－2·L2；平衡常数受温度的影响；反应前后压强之比为3∶2。 12．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的平衡常数的值为(　　) 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 mol·L－1，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mol·L－1＝8.5 mol·L－1。 13．(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，计算下列各物质的平衡浓度及SO2和NO2的平衡转化率。 ①c(SO3) ＝__________ mol·L－1，c(SO2)＝________________ mol·L－1。 ②SO2的转化率为______________， NO2的转化率为____________。 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%。 14．(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平衡常数K＝________。实验②达到平衡时H2的转化率为______。实验③a＝________。 答案　4.5 mol－2·L2　23.1%　0.13 解析　　　　　　　　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平衡常数K＝mol－2·L2＝4.5 mol－2·L2。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 mol－2·L2＝ mol－2·L2，解得a＝0.13。 15．(10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在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。 ②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 mol－1·L　③50% (2)①40%　② 解析　(1)①10 min时，c(NOCl)＝1 mol·L－1，则转化的NO的物质的量为1 mol，则v(NO)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。②T2时，平衡常数K＝mol－1·L＝2 mol－1·L。③T2时，Cl2的平衡转化率为×100%＝50%。 (2)①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%。②设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 转化/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 $