第2章 第2节 第2课时 化学平衡常数-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（人教版单选）

本高中化学讲义聚焦化学平衡常数核心知识点，系统梳理其含义、表达式书写规则（含纯固体/液体不列入），通过浓度商与平衡常数比较判断反应方向，结合三段式法进行简单计算，并延伸至压强平衡常数（Kp）的应用，构建从基础概念到定量计算的递进学习支架。 资料以“问题-提示”模式引导思考（如宝剑淬火反应平衡常数书写），结合高考真题（2023湖南高考节选）和模拟题强化计算，培养科学思维中的证据推理与模型认知能力。课中助力教师分层教学，课后学生可通过练习题巩固平衡常数应用，有效查漏补缺，提升解决实际问题的科学探究与实践能力。

第2课时　化学平衡常数　 1．知道化学平衡常数的含义，能书写化学平衡常数的表达式并进行简单的计算。 2．了解化学平衡常数的意义，知道它可以衡量化学反应进行的程度，能通过比较平衡常数的大小判断不同反应在相同温度下反应进行的相对程度。 3．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡，提升从定量角度分析化学反应的能力 「任务一」　学会化学平衡常数的表达及简单计算 宝剑淬火被称为打造宝剑的点睛之笔。宝剑淬火过程实际上发生了如下反应：3Fe＋4H2O(g)⥫⥬Fe3O4＋4H2。 问题1.该反应的平衡常数表达式如何书写？ 提示：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平衡常数的表达式中计算，因此该反应的平衡常数表达式为K＝。 问题2.若在某温度下该反应的K＝1，则当体系中水蒸气和氢气的浓度分别为1 mol·L-1 和2 mol·L-1时反应向哪个方向进行？ 提示：Q＝16＞1，因此该反应正在向逆反应方向进行。 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．化学平衡常数 (1)表达式 当该反应在一定温度下达到化学平衡时，各物质的浓度间有：＝K，K是常数，称为化学平衡常数，简称平衡常数。当Q＝K时，表明反应达到化学平衡状态。 (2)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，与浓度、压强无关。 (3)意义 ①K值越大，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，即反应进行得越完全，反应物的转化率越大。 ②一般来说，当K>105时，该反应进行得基本完全了。 (1)化学方程式中化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数不会发生改变(×) (2)可逆反应2A(s)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋3D(g)的平衡常数为K＝(×) (3)平衡常数表达式中，物质的浓度可以是任一时刻的浓度(×) (4)对于乙酸和乙醇的酯化反应(ΔH<0)，加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大(×) 突破1　对化学平衡常数的理解 【例1】 对于下列反应，反应过程的能量变化如图所示： 编号 反应 平衡常数 反应热 反应① A(g)⥫⥬B(g)＋C(g) K1 ΔH1 反应② B(g)＋C(g)⥫⥬D(g) K2 ΔH2 反应③ A(g)⥫⥬D(g) K3 ΔH3 下列说法正确的是(　　) A．K3＝K1＋K2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C．加催化剂，反应①的反应热降低，反应速率加快 D．增大压强，K1减小，K2增大，K3不变 【命题分析】 本题通过三个虚拟的反应，侧重考查平衡常数的表达式书写、平衡常数的关系及影响因素等。 解析：选B。K1＝，K2＝，所以K3＝＝K1·K2，A错误；根据盖斯定律，反应①＋反应②＝反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，B正确；催化剂能加快反应速率，不能改变反应热，C错误；化学平衡常数只与温度有关，增大压强平衡常数不变，D错误。 1．化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体。 2．化学平衡常数表达式与化学方程式的书写形式有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。 3．化学平衡常数与反应方程式的关系 (1)在相同温度下，对于给定可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数，即K正＝ 。 (2)方程式乘以某个系数n，则平衡常数变为原来的n次方。 (3)若两化学方程式相减得第三个化学方程式，则K3＝；若两化学方程式相加得第三个化学方程式，则K3＝K1×K2。 突破2　化学平衡常数的相关计算 【例2】 (2023·湖南高考节选)在某温度、100 kPa下，向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋118 kJ·mol-1，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率提高至75%，需要向反应器中充入________mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。 解析：设充入H2O(g)物质的量为x mol；在某温度、100 kPa下，向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应。乙苯的平衡转化率为50%，可列三段式 　 C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H5CH===CH2(g)＋H2(g) n(起始)/mol　1 0 0 n(转化)/mol　0.5 0.5 0.5 n(平衡)/mol　0.5 0.5 0.5 此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol，设容器的体积为V L，当乙苯的平衡转化率为75%，可列三段式 　C6H5C2H5(g)⥫⥬C6H5CH===CH2(g)＋H2(g) n(起始)/mol　1 0 0 n(转化)/mol　0.75 0.75 0.75 n(平衡)/mol　0.25 0.75 0.75 此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75 mol，混合气的总物质的量为(1.75＋x)mol，在恒温、恒压时，体积之比等于物质的量之比，此时容器的体积为V L；两次平衡温度相同，则平衡常数相等，则＝，解得x＝5。 答案：5 1．化学平衡常数的计算模式及解题思路 (1)计算模式——三段式 　 　aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)＋dD(g) c初 y1 y2 0 0 Δc x x x x c平 y1－x y2－x x x (2)解题思路 ①巧设未知数：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：根据反应物、生成物及变化量的关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、变化量、平衡量，并按(1)中“模式”计算。 ③解题设问题：明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物转化率等，得出题目答案。 2．化学平衡常数的应用 (1)判断反应的热效应 升高温度，若K值增大，则正反应为吸热反应；若K值减小，则正反应为放热反应。 (2)判断反应进行的方向 对于一般的可逆反应，浓度商Q与平衡常数K存在： 1．已知下列3个热化学方程式(K为平衡常数)： ①Cu2S(s)＋O2(g)⥫⥬Cu2O(s)＋SO2(g)　ΔH1　K1 ②2Cu2O(s)＋Cu2S(s)⥫⥬6Cu(s)＋SO2(g)　ΔH2　K2 ③Cu2S(s)＋O2(g)⥫⥬2Cu(s)＋SO2(g)　ΔH3　K3 则ΔH3和K3的表达式分别为(　　) A．， B．， C．， D．， 解析：选C。根据盖斯定律，×(2×①＋②)得到③，则ΔH3＝，K3＝。 2．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)⥫⥬NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c平(H2)＝0.5 mol·L-1，c平(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 解析：选C。根据反应②2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)可知，消耗的c(HI)＝2c平(H2)＝1 mol·L-1，再结合反应①NH4I(s)⥫⥬NH3(g)＋HI(g)可知，c平(NH3)＝c始(HI)＝1 mol·L-1＋4 mol·L-1＝5 mol·L-1。因此该温度下，反应①的平衡常数K＝c平(NH3)·c平(HI)＝5×4＝20。 3．化学反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)是硫酸制造工业的基本反应。若在一定温度下，将0.1 mol的SO2(g)和0.06 mol O2(g)注入体积为2 L的密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中有0.08 mol SO3(g)，则在该温度下： (1)此反应的平衡常数是________。 (2)SO2(g)和O2(g)的平衡转化率分别是__________________。 解析：(1)可列出三段式： 　　　　　　　　　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) 0.040 0.020 0.040 平衡浓度/(mol·L-1) 0.010 0.010 0.040 K＝＝1 600。 (2)α(SO2)＝×100%＝80%； α(O2)＝×100%≈66.7%。 答案：(1)1 600　(2)80%、66.7% 「任务二」　学会压强平衡常数(Kp)的表达及有关计算 1．压强平衡常数(Kp)的含义 (1)在化学平衡体系中，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。 (2)压强平衡常数Kp的表达式 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可表示为：Kp＝，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示各反应物和生成物的分压。 2．压强平衡常数的影响因素 影响Kp的因素为温度。 突破1　压强平衡常数的有关计算 【例1】 苯催化加氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定条件下，发生如下反应： Ⅰ.主反应：(g)＋3H2(g)⥫⥬(g)　ΔH1<0 Ⅱ.副反应：(g)⥫⥬(g)　ΔH2>0 回答下列问题： 恒压反应器中，按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料，发生Ⅰ、Ⅱ反应，总压为p0，平衡时苯的转化率为α，环己烷的分压为p，则反应Ⅰ的Kp＝________________________________________________________________________ (列出计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 【点拨】 利用题目信息找出(或计算)平衡体系的总压强，再应用“三段式”计算出平衡时体系中总的物质的量，然后计算出各自的分压，带入平衡常数表达式即得结果。 解析：恒压反应器中，按照n(H2)∶n(C6H6)＝4∶1投料，设投入的苯的物质的量为1 mol，发生Ⅰ、Ⅱ反应总压为p0，平衡时苯的转化率为α，副反应产生的甲基环戊烷为x mol，环己烷的分压为p，则 　　　　　C6H6(苯，g)＋3H2(g)⥫⥬C6H12(环己烷，g) 起始量/mol　1　　　　　4　　 　 　0 变化量/mol　α　　　　　3α　　　 　α 平衡量/mol　1－α　　　4－3α　　 　α 　 　　　C6H12(环己烷，g)⥫⥬C6H12(甲基环戊烷，g) 起始量/mol 　 α　　　　　　　0 变化量/mol 　 x　　　　　　　　x 平衡量/mol 　 α－x　　　 　 　x 反应后平衡体系中总的物质的量为1－α＋4－3α＋α－x＋x＝5－3α，故平衡时，苯的分压为p0，H2的分压为p0，则反应Ⅰ的Kp＝＝。 答案： 突破2　速率常数与平衡常数的关系 【例2】 Boderlscens研究反应：H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)　ΔH<0。温度T时，在两个体积均为1 L的密闭容器中进行实验，测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数w(HI)与反应时间t的关系如下表： 容器编号 起始物质 wHI/% 0 min 20 min 40 min 60 min 80 min 100 min Ⅰ 0.5 mol I2、 0.5 mol H2 0 50 68 76 80 80 Ⅱ x mol HI 100 91 84 81 80 80 研究发现上述反应中v正＝ka·w(H2)·w(I2)，v逆＝kb·w2(HI)，其中ka、kb为常数。下列说法正确的是(　　 ) A．温度为T时该反应的＝32 B．容器Ⅰ中前20 min的平均速率v(HI)＝0.012 5 mol·L-1·min-1 C．若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1 mol的H2、I2、HI，反应逆向进行 D．若两容器中，kaⅠ＝kaⅡ且kbⅠ＝kbⅡ则x的值一定为1 解析：选D。温度为T时该反应的＝＝＝＝64，A错误；容器Ⅰ中前20 min w(HI)＝50%，则物质的量为0.5 mol，故平均速率v(HI)＝(0.5 mol÷1 L)÷20 min＝0.025 mol·L-1·min-1，B错误；容器Ⅰ平衡时H2、I2、HI浓度分别为0.1 mol/L、0.1 mol/L、0.8 mol/L，K＝＝64，若起始时，向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1 mol的H2、I2、HI，Q＝<64，Q<K，反应正向进行，C错误；若两容器中kaⅠ＝kaⅡ且kbⅠ＝kbⅡ则为恒容条件下的两种相同的平衡状态，且容器Ⅰ、Ⅱ的正反应速率、逆反应速率相等，则x的值一定为1，D正确。 ◎速率方程　鲁科版《化学反应原理》P76 在298 K时，实验测得溶液中的反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2在反应物浓度不同时的反应速率v＝kc(H2O2)·c(HI)。必须指明，一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中各物质化学式前的系数并无确定关系。 1．(2025·福建南平质检)T ℃下，向密闭容器中充入等物质的量的A和B，发生反应2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋D(s)　ΔH<0，反应过程中物质的量浓度变化如图所示。反应速率可表示为v正＝k正c2(A)c(B)，v逆＝k逆c2(C)，其中k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是(　　) A．平衡后再充入一定量A(g)，该反应的平衡常数减小 B．a点时，＝20 C．当v(B)正＝2v(C)逆时，反应达到平衡状态 D．反应开始至平衡，用B表示的平均反应速率为0.02 mol·L-1·min-1 解析：选D。温度不变，平衡常数不变，A错误；向密闭容器中充入等物质的量的A和B，由图可知，起始c(A)＝4 mol/L，平衡时A、C浓度分别为0.8 mol/L、3.2 mol/L，根据三段式： 　 　 　　　　　2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋D(s) c始/(mol·L-1) 4 4 0 Δc/(mol·L-1) 3.2 1.6 3.2 c平/(mol·L-1) 0.8 2.4 3.2 平衡时v正＝v逆，k正c2(A)c(B)＝k逆c2(C)，＝＝＝，v(B)＝v(C)＝ mol·L-1·min-1＝0.02 mol·L-1·min-1，a点时A、C均为2 mol/L，根据三段式： 　 　 　　　　　2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋D(s) c始/(mol·L-1) 4 4 0 Δc/(mol·L-1) 2 1 2 ca点/(mol·L-1) 2 3 2 ＝＝×＝，B错误、D正确；2v(B)正＝v(C)逆时平衡，v(B)正＝2v(C)逆时，正逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，C错误。 2．现代技术用氨气将汽车尾气中的NOx还原为N2和H2O，反应原理是NO(g)＋NO2(g)＋2NH3(g)⥫⥬3H2O(g)＋2N2(g)　ΔH<0。500 ℃时，在2 L恒容密闭容器中充入1 mol NO、1 mol NO2和2 mol NH3，8 min时反应达到平衡，此时NH3的转化率为40%，体系压强为p0 MPa, 500 ℃时该反应的平衡常数Kp＝___________MPa(用含p0的代数式表示，Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。 解析：利用三段式有： NO(g) +NO2(g) +2NH3(g)3H20(g) +2 N2(g) 开始/mol 1 1 2 0 0 转化/mol 0.4 0.4 0.8 1.2 0.8 平衡/mol 0.6 0.6 1.2 1.2 0.8 根据阿伏加德罗定律，恒温恒容时，压强与物质的量成正比，500 ℃时该反应的平衡常数Kp＝ MPa＝p0 MPa。 答案：p0 3．天然气工业制氢主要涉及如下反应： 主反应：CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247 kJ/mol 副反应：a.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ/mol b．CH4(g)＋3CO2(g)⥫⥬4CO(g)＋2H2O(g)　ΔH (1)副反应b的ΔH＝___________kJ/mol。 (2)某温度下，向恒容密闭容器中通入等物质的量的CH4和CO2混合气体，初始压强为100 kPa，经过t min达到平衡，此时体系内的压强为120 kPa。忽略副反应，t min内H2的平均反应速率为___________kPa/min；该温度下，反应的平衡常数Kp＝_______kPa2(用气体分压代替浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 解析：(1)根据盖斯定律，副反应b为主反应＋2×副反应a，ΔH＝＋247 kJ/mol＋2×41 kJ/mol＝＋329 kJ/mol；(2)某温度下，向恒容密闭容器中通入等物质的量的CH4和CO2混合气体，初始压强为100 kPa，设起始CH4和CO2的物质的量为x mol，转化了y mol，列三段式有 CH4(g) +CO2(g) 2CO(g) +2H2(g) 起始/mol x x 0 0 转化/mol y y 2y 2y 平衡/mol x-y x-y 2y 2y 经过t min达到平衡，此时体系内的压强为120 kPa，所以＝，解得y＝0.2x，则p(H2)＝p(CO)＝×120 kPa＝20 kPa，p(CH4)＝p(CO2)＝×120 kPa＝40 kPa，t min内H2的平均反应速率为 kPa/min。 答案：(1)＋329　(2)　100 1．298 K时，在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2+(aq)⥫⥬Sn2+(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2+)和c(Sn2+)变化关系如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．K＝ B．298 K时，该反应的平衡常数K＝2.2 C．1～2分钟内，用Sn2+表示的平均速率是0.06 mol·L-1·min-1 D．若溶液中Pb2+和Sn2+的浓度均为0.10 mol·L-1，则反应向左进行 解析：选D。Q＝＝＝1<K＝2.2，故反应未达到平衡，反应向右进行，D错误。 2．(2025·河北唐山联考)尾气中的NO2会发生反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，在100 kPa时NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图所示。 在100 kPa、25 ℃时，该反应的平衡常数Kp是(　　 ) A．0.12 B．0.03 C．0.01 D．0.06 解析：选D。100 kPa、25 ℃时，2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)平衡体系中，由图可知，NO2的平衡转化率为80%，设NO2的起始量为1 mol，则其变化量为0.8 mol，N2O4的变化量为0.4 mol，NO2和N2O4的平衡量分别为0.2 mol和0.4 mol，则平衡体系中，NO2和N2O4的物质的量分数分别为和，因此，平衡常数Kp＝＝0.06。 3．(2025·武汉六校联考)等物质的量的CO与CH4气体在1.0×104 kPa下发生反应CO(g)＋CH4(g)⥫⥬CH3CHO(g)，反应速率v＝v正－v逆＝k正p(CO)p(CH4)－k逆p(CH3CHO)，k正、k逆为反应速率常数，p为气体分压，Kp＝4.5×10-5 kPa-1。下列说法正确的是(　　) A．由题意可得k正>k逆 B．气体的压强保持不变，则反应已达到化学平衡状态 C．当CO的转化率为20%时，p(CH3CHO)＝1.11×103 kPa D．当CO的转化率为20%时，v正∶v逆＝5∶4 解析：选C。反应达到平衡状态时，v正＝v逆，则k正p(CO)p(CH4)＝k逆p(CH3CHO)，＝＝Kp＝4.5×10-5 kPa-1<1，知k正<k逆，A错误；该容器为恒压容器，压强始终保持不变，B错误；当CO的转化率为20%时，设初始时CO的物质的量为1 mol，等物质的量的CO与CH4气体反应，根据三段式： 　 　CO(g)＋CH4(g)⥫⥬CH3CHO(g) n始/mol 1 1 0 Δn/mol 0.2 0.2 0.2 n平/mol 0.8 0.8 0.2 气体总物质的量为1.8 mol，容器中压强为1.0×104 kPa，p(CH3CHO)＝×1.0×104 kPa＝1.11×103 kPa，此时＝＝4.5×10-5 kPa-1×＝，C正确、D错误。 4．甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。一定温度下，向容积为2.0 L的恒容密闭容器中投入反应物，发生反应CH3OH(g)＋NH3(g)⥫⥬CH3NH2(g)＋H2O(g)，测得有关实验数据如下： 温度/K 起始物质的量/mol 平衡时物质的量/mol CH3OH(g) NH3(g) CH3NH2(g) H2O(g) CH3NH2(g) H2O(g) 530 0.40 0.40 0 0 0.30 530 K时，若起始时向容器中充入0.10 mol CH3OH、0.15 mol NH3、0.10 mol CH3NH2、0.10 mol H2O，则反应将向____(填“正”或“逆”)反应方向进行。 解析：由表可知530 K时，K＝＝9，改变初始加入的物质的量，浓度商Qc＝＝<K，反应向正反应方向进行。 答案：正 5．H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)⥫⥬COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)平衡时CO2的浓度为________。 (2)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。 解析：对于反应 　　　 　H2S(g)＋CO2(g)⥫⥬COS(g)＋H2O(g) 初始/mol　 0.40　　 0.10　　　0　　　 0 转化/mol　　x　　　　x　　　 x　　　 x 平衡/mol　0.40－x　0.10－x　 x　　 　 x 反应平衡后水的物质的量分数为0.02，则＝0.02，x＝0.01。H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%，钢瓶的体积为2.5 L，则平衡时各物质的浓度分别为c(H2S)＝0.156 mol·L-1，c(CO2)＝0.036 mol·L-1，c(COS)＝c(H2O)＝0.004 mol·L-1，则K＝≈0.002 85。 答案： (1)0.036 mol·L-1　(2)2.5　0.002 85 学科网（北京）股份有限公司 $