第09讲 化学平衡常数（暑假预习讲义））新高二化学苏教版

第09讲 化学平衡常数 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1．了解化学平衡常数的概念，会写化学平衡常数的表达式。 2．了解平衡转化率的含义。 3．学会运用平衡常数进行相关的计算。 预习重点 化学平衡常数的概念及意义；化学平衡常数的计算。 预习难点 有关化学平衡常数的计算。 情｜境｜启｜思 当一个可逆反应进行到一定程度时，就会达到化学平衡状态。此时，反应物和生成物的浓度 不再发生变化。那么，我们如何定量地描述一个化学反应的限度呢？观察下图中的平衡现象，思考能否用一物物理量来表示平衡时反应物和生成物浓度之间的关系。 深｜研｜精｜炼 知识点01 化学平衡常数 1.化学平衡常数表达式 对于可逆反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在温度一定时，无论起始浓度如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度满足以下关系式： K = 该结果是一个常数，此常数称为化学平衡常数，简称平衡常数，用字母K表示。 固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式。 2.化学平衡常数的意义 【交流讨论】已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数如下表： 化学方程式 平衡常数K F2＋H22HF 6.5×1095 Cl2＋H22HCl 2.57×1033 Br2＋H22HBr 1.91×1019 I2＋H22HI 8.67×102 平衡常数的大小能说明反应进行的程度(也叫反应的限度)。 K值越大，表示反应进行得越完全，当K>105时，该反应进行得基本完全了。 3.化学平衡常数的影响因素 (1)内因：不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响。 已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡常数与温度的关系如下： T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 ①放热反应，温度升高，K值减小； ②吸热反应，温度升高，K值增大。 (3)写出下表中各反应的平衡常数表达式： 化学方程式 平衡常数表达式 2NO2(g)N2O4(g) K＝ 3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g) K＝ Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO K＝ 【特别提醒】 (1)反应物和生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。 (2)平衡常数K只受温度的影响，当温度不变时，K值不变。 【例1】 活性Fe3O4催化加氢生成HCOO-的总反应为：H2(g)＋(aq)HCOO-(aq)＋H2O(l)，可能的反应历程如图所示。下列说法正确的是   A．x=0.1时，Fe3O4-x中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3:2 B．该反应平衡常数K= C．该步骤中吸附在Fe上的H与C结合 D．Fe3O4-x能帮助形成H-H键，加快反应速率 【答案】C 【分析】H2在Fe3O4-x表面被吸附，H-H键断裂，变成活性H原子，也被吸附在催化剂表面，和活性H原子作用，最终形成HCOO-和H2O，完成反应。 【详解】A．当x=0.1时，Fe3O4-x(x=0.1)中，设Fe2+为a，Fe3+为b，根据化合价代数和为0：2a+3b=23.9=7.8，且a+b=3，解得a=1.2，b=1.8，所以n(Fe2+)∶n(Fe3+)=1.2:1.8=2:3，A错误； B．根据反应式，反应平衡常数，B错误； C．从反应历程图可知，吸附在Fe上的H与中的C结合，最终形成HCOO-中的C-H键，C正确； D．Fe3O4-x作为催化剂，促进H-H键的断裂，加快反应速率，D错误； 故选C。 【即练1】 已知反应：。该反应的平衡常数表达式为 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据方程式可得该平衡常数表达式为。 故选D。 【即练2】用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是 A．上述反应 B．上述反应平衡常数 C．上述反应中消耗，转移电子的数目为 D．使用合适的催化剂可以提高活化分子百分率，增大反应速率 【答案】D 【详解】A．反应为气体分子数增大的反应，熵变ΔS>0，A错误； B．化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方与反应物的浓度系数次方之比；平衡常数应为，B错误； C．每1 mol NH3中N从-3→0，失去3 mol电子，消耗1 mol NH3转移3×6.02×1023电子，C错误； D．催化剂降低活化能，提高活化分子百分率，加快反应速率，D正确； 故选D。 知识点02 平衡转化率 1.平衡转化率的概念 (1)概念： 某一反应的平衡转化率α等于该物质在反应中的已转化量（如物质的量、物质的量浓度等）与该物质起始总量的比值，可表示为： α = ×100% (2)对于可逆反应：aA＋bBcC＋dD αA＝×100%＝×100% 或αA＝×100%＝×100% (3)平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。 2.平衡转化率的意义 反应的平衡转化率表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。 【特别提醒】 (1)在一定温度下，一个具体的化学反应，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同。 (2)多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。 【例2】可作大型船舶的绿色燃料。工业上用制备的原理如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 分别在3、5下，将的混合气体置于密闭容器中，若仅考虑上述反应，不同温度下反应体系达到平衡时，转化率（）、产物选择性（S）的变化如图所示。 已知：S（或） 下列说法不正确的是 A．反应 B．350℃后，不同压强下接近相等的原因是制备过程以反应Ⅱ为主 C．250℃时，反应Ⅱ的平衡常数 D．250℃、5下，的混合气体在催化下反应一段时间达到P点的值，延长反应时间可能达到20% 【答案】C 【详解】A．已知反应Ⅰ中产物为气态甲醇和气态水，ΔH1=−49.5 kJ/mol；若产物变为液态，甲醇和水液化会额外放出热量，放出总热量增大，ΔH更负，因此ΔH<−49.5 kJ/mol，A正确； B．反应Ⅰ是气体分子数减少的反应，压强改变会影响平衡转化率；反应Ⅱ是气体分子数不变的反应，压强改变不影响平衡移动。350℃后温度较高，放热的反应Ⅰ平衡逆向移动，吸热的反应Ⅱ平衡正向移动，此时反应体系以反应Ⅱ为主，因此压强对CO2转化率影响很小，不同压强下转化率接近相等，B正确； C．设起始n(CO2)=1 mol，n(H2)=3 mol，由图可知，250℃时，5 MPa下α(CO2)=20%，S(CH3​OH)=S(CO)=50%，则： 转化的CO2总物质的量：1 mol×20%=0.2 mol，生成n(CH3OH)=0.1 mol，n(CO)=0.1 mol。 结合反应计量关系，平衡时各物质：n(CO2)=0.8 mol，n(H2)=2.6 mol，n(CO)=0.1 mol，n(H2O)=0.2 mol。 反应Ⅱ平衡常数；，C错误； D．由图可知，250℃、5MPa下，P点转化率低于平衡转化率，说明反应未达到平衡，延长反应时间，反应继续正向进行，可以升高到20%，D正确； 故选C。 【即练1】 CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1：1的CO2和H2，发生反应：①  ，②  。在相同时间内，CO2的转化率、的选择性[HCOOH的选择性]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是 A．温度高于673K时，主要发生反应② B．温度等于673K时，参加反应①的H2的转化率是28.5% C．若673K下反应达到平衡时，CO2、HCOOH、CO的浓度之比为5：57：133 D．平衡时，再充入0.1 molCO2和0.1 molH2，再次平衡，HCOOH的物质的量增大 【答案】C 【详解】A．根据图像可知，当温度高于时，的转化率增加，但的选择性降低，故以发生反应②为主，A正确； B．据题意，利用转化率和选择性表达式可知，时的转化率为95%，其中的选择性为，那么的选择性为，设起始时二氧化碳的物质的量为，根据化学方程式利用元素守恒知，平衡时二氧化碳，和物质的量之和为，那么的物质的量为，的物质的量为，则参加反应①的为，故参加反应①的的转化率是，B正确； C．由B分析，恒容密闭容器中、、的浓度之比为 ，C错误； D．反应①为气体分子数减小的反应、反应②为气体分子数不变的反应，则平衡时再充入和，使得反应①平衡正向移动，导致的物质的量增大，D正确； 故选C。 【即练2】将浓度均为的A、B混合置于恒容密闭容器中，发生反应，经2min后测得D的浓度为。0∼2min内以A表示的平均反应速率，下列说法错误的是 A． B．0∼2min内 C．反应过程中，A的转化率始终小于B的转化率 D．反应过程中，容器内混合气体的总物质的量在增大 【答案】A 【详解】A．0~2 min期间，，故，反应前没有D，故，由化学计量关系可知，，解得，A错误； B. 由知反应为，0~2 min内，由化学计量关系可知，，，B正确； C．A和B初始浓度均为，反应结束前A、B的转化率分别为和，且反应过程始终满足，说明B的消耗量始终为A的消耗量的2倍，所以A的转化率小于B的转化率，C正确； D．A、B、C、D均为气体，由化学计量关系可知，对每1摩尔该反应，生成物气体总物质的量为1+3=4，反应物气体总物质的量为1+2=3，所以随反应进行，容器内混合气体的总物质的量增大，D正确； 故选A。 知识点03 化学平衡常数有关的计算 1.计算模型——三段式法 　　　　　　 aA(g) ＋ bB(g) cC(g)＋dD(g) c(初)(mol·L－1) x y 0 0 Δc(mol·L－1) am bm cm dm c(平)(mol·L－1) x-am y-bm cm dm 【特别提醒】 用“三段式”进行化学平衡的计算要注意的问题： (1)变化量的比值一定等于化学方程式中的系数之比，但是达到平衡时各组分的量的比值不一定等于方程式中的系数之比。 (2)进行有关计算时，可用物质的量浓度，也可用物质的量。 2.解题思路 (1)设未知数：具体题目要具体分析，一般设某物质的转化量或转化率为x。 (2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者之间的关系，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”列表。 (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，求出题目答案。 3.基本计算关系 (1)各物质的物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。 (2)反应物的转化率＝×100%＝×100%。 (3)反应产物的产率＝×100%。 (4)平衡时B组分的体积分数＝平衡时B组分的物质的量分数＝×100%。 4.实例分析 850 K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10－3 mol·L－1、 8.0×10－3 mol·L－1和4.4×10－2 mol·L－1。 （1）计算该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数。 （2）计算达平衡时SO2的转化率。 解答：SO3的初始浓度为0，所以SO3的变化浓度为4.4×10－2 mol·L－1，SO2和SO3的化学计量数都是2，因此SO2的变化浓度为4.4×10－2 mol·L－1，SO2的初始浓度为(6.0×10－3 mol·L－1+4.4×10－2 mol·L－1)= 5.0×10－2 mol·L－1。 (1)K = = = 6.72×103 (2) α(SO2) = = ×100%＝ 88% 【特别提醒】 (1)化学平衡常数表达式书写注意事项 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、纯液体或水溶液中水的浓度。 ②化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。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。 (2)已知两反应的平衡常数分别为K1、K2 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＝。 【例3】 800℃时，向某5 L的恒温恒容密闭容器中充入和，在催化剂作用下发生反应：  ，反应过程中随时间变化情况如图： 下列说法正确的是 A．在0~10 min内， B．当容器内混合气体的压强不变时，说明反应达到平衡状态 C．800℃时，该反应的平衡常数 D．10 min时，向容器中再充入和，则 【答案】C 【详解】A．0~10min内，，则，A错误； B．该反应前后气体分子数不变，在反应过程中容器内压强始终不变，压强不变不能作为判断反应达平衡的标志，B错误； C．根据反应方程式列三段式(单位：)： ，C正确； D．10 min时再充入和，则，平衡逆向移动，则，D错误； 故选C。 【即练1】 在一体积不变的密闭容器中发生化学反应：Fe2O3(s)+2NH3(g) 2Fe(s)+N2(g)+3H2O(g)　ΔH，实验测得化学平衡时的有关变化曲线如图所示。已知：平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压=气体总压×气体物质的量分数。下列说法不正确的是 A．NH3是正反应的还原剂 B．气体压强：p2>p1 C．平衡后再充入一定量NH3，则平衡正向移动，NH3的体积分数减小 D．M点的平衡常数Kp= 【答案】C 【详解】A．正反应中，由NH3转化为N2，N由-3价变为0价，NH3是正反应的还原剂，A正确； B．反应为气体物质的量增大的反应，相同温度下，加压平衡逆向移动，氨的体积分数增大，故气体压强：p2>p1，B正确； C．平衡后再充入一定量NH3，容器体积不变，NH3的浓度增大，平衡正向移动，达新的平衡后NH3的体积分数较原来大，C错误； D．假设1400 K时起始加入一定量Fe2O3(s)和2 mol NH3，平衡时生成N2的物质的量为x mol，列三段式如下： M点时氨气的体积分数为25%，得到=0.25，解得x=0.6，则平衡时气体总物质的量为3.2 mol，图中M点的平衡常数Kp=，D正确； 故选C。 【即练2】某温度下发生反应：，M和N的消耗速率与本身浓度的关系如图，已知：，，和是速率常数，只与温度、催化剂有关。下列说法正确的是 A．曲线y代表的是 B．其他条件不变，压缩容器体积，体系内活化分子百分数增大 C．此温度下，该反应的平衡常数 D．密闭容器中进行该反应，P点时反应逆向进行 【答案】D 【详解】A．由，，可知是二次函数，故曲线表示，故A错误； B．其他条件不变，压缩容器体积，可增大单位体积内的活化分子数目，但活化分子百分数不变，故B错误； C．当，即时反应达到平衡，该反应的化学平衡常数，故C错误； D．依化学方程式可判断，当时反应达到平衡状态，而点，反应逆向进行，故D正确； 故选D。 一、单选题 1．（25-26高二下·江苏盐城·阶段检测）已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为放热反应，下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下都能自发进行 B．使用高效催化剂能降低反应的焓变，提高化学反应速率 C．升温、加压或使用催化剂能增大SO3的生成速率 D．该反应的平衡常数可表示为K= 【答案】C 【详解】A．该反应、，根据反应才能自发，可知该反应仅低温下可自发进行，A错误； B．催化剂能降低反应的活化能、提高化学反应速率，但不能改变反应的焓变，B错误； C．升温能提高活化分子百分数，加压可增大反应物浓度，催化剂可降低反应活化能，三者均能增大的生成速率，C正确； D．平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，该反应平衡常数应为K=，D错误； 故选C。 2．（25-26高二上·江苏扬州·期中）和反应生成的羰基硫用于粮食熏蒸，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。，下列说法正确的是 A．已知该反应在加热条件下能自发进行，则其 B．上述反应的平衡常数 C．上述反应中消耗，生成的物质的量小于 D．实际应用中，通过增加的量来提高转化率，能有效减少碳排放 【答案】A 【详解】A．已知该反应在加热条件下能自发进行，根据ΔG=ΔH-TΔS<0，反应在高温下自发且ΔH>0，故ΔS必须>0，A正确； B．平衡常数应包含H2O的浓度，正确表达式为K=，B错误； C．按反应计量关系，消耗1 mol H2S必生成1 mol H2O，故C错误； D．增加H2S虽提高CO2转化率，但H2S本身有毒，会造成二次污染，故该方法并非有效方案，D错误； 故选A。 3．（25-26高二上·江苏宿迁·期中）氯气在生产、生活中应用广泛。工业上可用地康法制备，在下，以作催化剂，地康法制备原理示意图如下。下列说法正确的是 A．该反应， B．反应的平衡常数可表示为 C．的使用可以减小该反应的化学平衡常数 D．反应达到平衡状态时，反应停止 【答案】A 【分析】反应1为，反应2为，总反应为。 【详解】A．该反应气体分子总数减少，，若，则一定不能自发进行，而该反应在下能自发进行，故使反应自发，A正确； B．该反应的平衡常数可表示为，B错误； C．是反应的催化剂，降低反应的活化能，加快反应速率，不能改变反应的化学平衡常数，C错误； D．反应达到平衡状态时，是动态平衡，反应仍在进行，D错误； 故选A。 4．（25-26高二上·江苏南通·阶段检测）下列关于反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)  ΔH=-206.3 kJ/mol说法正确的是 A．反应过程中及时分离出H2O(g)，逆反应速率增大 B．恒温恒容下，容器内混合气体的密度保持不变，说明该反应达到了化学平衡 C．其他条件不变时，减小压强（扩大容积），表达式的数值变小 D．当v(H2O)正=3v(H2)逆时，反应处于平衡状态 【答案】C 【详解】A．分离出会降低反应物浓度，导致正反应速率减小，而逆反应速率由生成物浓度决定，此时生成物未被分离，故逆反应瞬时速率不变，A错误； B．反应前后气体总质量不变，恒容下密度始终不变，无法作为平衡判据，B错误； C．减小压强（扩大容积）瞬间，各物质浓度均降低，表达式数值变小，C正确； D．平衡时正逆反应速率相等，需满足，D错误； 故选C。 5．（24-25高三上·江苏·阶段检测）二氧化碳加氢可用于合成甲醇：，其反应过程中能量变化如图所示，下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数 B．反应达平衡后，升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．提高的比例，可增大的平衡转化率 D．总反应的决速步为 【答案】C 【详解】A．化学平衡常数等于生成物的浓度系数次方与反应物的浓度系数次方之比；该反应平衡常数，A错误； B．升高温度，正逆反应速率均增大，B错误； C．提高的比例，使得平衡正向移动，促进氢气转化，可增大的平衡转化率，C正确；    D．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则活化能越小，活化能越小反应越快，活化能越大反应越慢，决定总反应速率的是慢反应，由图，总反应的决速步为，D错误； 故选C。 6．（25-26高二上·江苏苏州·阶段检测）反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法不正确的是 A．该反应、 B．该反应的平衡常数 C．高温下反应每生成需消耗标准状况下 D．用E表示键能，该反应 【答案】D 【详解】A．反应中气体物质的量增加，ΔS>0；高温促使反应正向进行，说明ΔH>0，A正确； B．固体不能出现在平衡常数表达式中，B正确； C．生成1 mol Si需2 mol H2，标准状况下体积为2×22.4 L，与高温条件无关，C正确； D．ΔH等于反应物键能之和-生成物键能之和，正确表达式应为ΔH=4E(Si-Cl)+2E(H-H)-4E(H-Cl)-2E(Si-Si)，D错误； 故选D。 7．（24-25高二下·江苏无锡·期中）使用V2O5-WO3/TiO2催化剂高效脱除燃煤电厂烟气中NO的反应为：4NH3 (g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，ΔH＜0.下列说法正确的是 A．该反应的ΔS＜0 B．该反应的平衡常数K= C．反应每消耗1 mol NH3时，转移电子的数目约为3×6.02×1023 D．反应物的键能总和大于生成物的键能总和 【答案】C 【详解】A．反应前后气体物质的量增加，熵变（ΔS）应大于0，A错误； B．平衡常数K的表达式应为生成物浓度幂次方乘积除以反应物浓度幂次方乘积，即：，选项未包含的浓度项，B错误； C．中N的氧化态从-3升至0，1mol 失去3mol电子。反应中每消耗4mol 转移12mol电子，因此1mol 转移3mol电子，数目为 ，C正确； D．放热反应（ΔH < 0）的键能关系为：反应物的键能总和－生成物的键能总和＜0，即反应物键能总和小于生成物键能总和，D错误； 故选C。 8．（24-25高二上·江苏南通·阶段检测）丙烯腈是制备腈纶的单体。一种制备丙烯腈反应的热化学方程式为，，下列说法正确的是 A．该反应的 B．该反应的平衡常数 C．使用催化剂能改变反应路径，不能改变反应的活化能 D．该反应每消耗，转移电子的物质的量为 【答案】B 【详解】A．该反应正反应是一个气体体积增大的反应，该反应，A错误； B．由化学平衡常数的定义可知，该反应的平衡常数，B正确； C．催化剂可以改变反应的活化能，C错误； D．由反应方程式可知，反应中转移了6个电子，该反应每消耗1molNH3，转移电子的物质的量为6mol，D错误； 故选B。 9．（25-26高二上·江苏南京·期末）甲烷催化重整反应为  。下列说法正确的是 A．该反应 B．反应平衡常数 C．平衡时升高温度，增大，减小 D．其他条件相同，增大， 的转化率升高 【答案】D 【详解】A．该反应反应物总气体物质的量为2 mol，生成物总气体物质的量为4 mol，气体物质的量增大，混乱度增加，故，A错误； B．平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，正确表达式应为，选项表达式缺少气态反应物的浓度项，B错误； C．升高温度会使体系活化分子百分数增大，正、逆反应速率均增大，该反应正反应吸热，增大的幅度大于，并非减小，C错误； D．其他条件相同时，增大相当于提高反应物的投料，平衡正向移动，的消耗量增加，转化率升高，D正确； 故选D。 10．（24-25高二上·江苏南通·期中）研究CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： 反应I：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)   △H1>0 反应II：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)  △H2<0 反应II：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)     △H3<0 一定压强下，C-H2O-CaO体系达平衡后，如图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2物质的量分数随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．b线对应的物种为CO2 B．温度高于T1时，c线对应物种的物质的量分数逐渐升高 C．温度为T0时，向平衡体系中通入少量CO2，重新达平衡后c(CO2)将增大。 D．温度为T0时，平衡体系中气体总物质的量为4.0mol，则CaCO3(s)的物质的量为0.5mol 【答案】D 【分析】图示温度范围内C(s)已完全反应，则反应Ⅰ已经进行完全，反应Ⅱ和Ⅲ均为放热反应，从开始到T1，温度不断升高，反应Ⅱ和Ⅲ逆向移动，依据反应Ⅱ，H2量减小，摩尔分数减小，CO量升高，摩尔分数，且二者摩尔分数变化斜率相同，所以a曲线代表H2的摩尔分数的变化，b曲线代表CO的摩尔分数随温度的变化，开始到T1，CO2的摩尔分数升高，说明在这段温度范围内，反应Ⅲ占主导，当温度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，CO2摩尔分数减小，只发生反应Ⅱ，则c曲线代表CO2的摩尔分数随温度的变化； 【详解】A．根据分析，b线对应的物种为CO，A错误； B．温度高于T1时，CaCO3(s)已完全分解，c线对应物种的物质的量分数逐渐减小，B错误； C．温度为T0时，反应Ⅲ的K= c(CO2)，温度不变，K不变，故向平衡体系中通入少量CO2，重新达平衡后c(CO2)将不变，C错误； D．设起始状态1molC(s)，xmolH2O(g)，反应Ⅰ进行完全，列三段式：，，，则有， ，，解得，，，则n（总）= ，，则n(CaCO3)= ，D正确； 故选D。 二、解答题 11．（25-26高二上·江苏苏州·期中）目前资源化利用成为减少碳排放的主要研究方向。 (1)醇化反应为，在一定温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入3 mol和1 mol，控制条件仅发生醇化反应，测得、和的物质的量(n)随时间的变化如图1所示。 ①0∼3 min内，用表示的化学反应速率_______，醇化反应进行到第3 min时，v(正)_______v(逆)(填“>”、“＜”或“=”)。 ②在反应达到平衡后，再向容器中加入0.25 mol和0.75 mol，则平衡_______(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。 (2)利用合成尿素，主要通过下列反应实现 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)的表达式为_______，降低温度，反应Ⅰ的平衡常数(K)_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)电催化合成尿素：向溶液中通至饱和，在电极上生成原理如图2所示。(尿素中氮元素的化合价为-3) ①电极a是电解池的_______极。 ②生成的电极反应式为_______。 【答案】(1) > 不 (2) 增大 (3) 阴 【分析】在电解池装置中，向溶液中通至饱和，在电极上生成原理如图2所示。根据氢离子移动或者电极上的物质转化可判断电极y是阳极，电极x是阴极。 【详解】（1）①0～3 min内，，则，用表示的化学反应速率。 醇化反应进行到3 min时物质的量继续降低，和的物质的量继续升高则平衡正移，故。 ②反应在10 min后达到平衡，此时物质的量为0.25 mol，和的物质的量均为0.75 mol，则，平衡时剩余的。，在反应达到平衡后，再向容器中加入0.25 mol和0.75 mol，则，故平衡不移动。 （2）平衡常数用于表示化学反应进行的限度，其表达式是用生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积得到，其中固体和纯液体没有浓度，也不影响反应平衡，不写入平衡常数表达式中，故密闭体系中反应I的平衡常数(K)的表达式为； 反应I是化合反应，正向放热，随着温度的升高反应向逆反应方向移动，则降温该反应正移，K只与温度有关，温度降低平衡正移则K增大。 （3） ①该装置为电解池，氢离子向阴极移动，故电极b是电解池阳极，电极a是电解池阴极。 ②在阴极，被还原生成，根据电子守恒、电荷守恒、元素守恒配平电极反应式为。 12．（25-26高二上·江苏苏州·阶段检测）回答下列问题。 (1)工业上用甲烷催化法可以制取乙烯，发生反应为  。T℃，向体积为2L的密闭容器中充入，测得反应过程中部分物质的物质的量随时间的变化如下图所示。 ①0～20min内，___________； ②14min时的转化率为___________； ③T℃时该反应的平衡常数K为___________ ④T℃时且保持温度不变，若起始向容器中充入、、均为，则此时___________(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)与重整的主要反应的热化学方程式如下： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   反应Ⅲ：   ①在与重整体系中通入适量，可减少的生成，反应：的___________。 ②下，将的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中和的平衡转化率如下图所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率，其原因是___________。 (3)催化加氢合成二甲醚是一种转化方法，其过程中主要发生下列反应： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   在恒压、和的起始量一定的条件下，平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如下图所示。的选择性。 ①温度高于300℃，平衡转化率随温度升高而上升的原因是___________。 ②为提高的平衡产率，下列措施中合理的是___________。 A．低温高压  B．高温低压  C．延长反应时间  D．选用对反应Ⅱ更有利的催化剂 【答案】(1) 66.7% 3.2 大于 (2) 反应Ⅰ、反应Ⅱ为吸热反应，而反应Ⅲ为放热反应，升高温度使得反应Ⅰ、反应Ⅱ正向移动、反应Ⅲ逆向移动，导致800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率 (3) 温度高于300℃，升高温度后，反应I正向移动的程度大于反应Ⅱ的逆向移动，二氧化碳净消耗量增加，所以二氧化碳的平衡转化率增加 AD 【详解】（1）①由图，0～20min内，反应1.0mol-0.2mol=0.8mol甲烷，反应速率比等于反应系数比，则此时生成0.8mol氢气、0.4mol乙烯，； ②由图，14min时甲烷、乙烯的物质的量相同，假设反应amol甲烷，则生成0.5amol乙烯，则1-a=0.5a，a=，的转化率为； ③据①分析，T℃时该反应的平衡常数K=； ④T℃时且保持温度不变，若起始向容器中充入、、均为，则此时，则反应正向进行，>； （2）①已知： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   由盖斯定律，反应3×Ⅰ-2×Ⅱ得反应：，则； ②反应Ⅰ、反应Ⅱ为吸热反应，而反应Ⅲ为放热反应，升高温度使得反应Ⅰ、反应Ⅱ正向移动、反应Ⅲ逆向移动，导致800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率； （3）①由题意得，反应Ⅰ是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大，而反应Ⅱ是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2平衡转化率减小，图中CO2平衡转化率随温度先下降后升高，说明低温时主要发生反应Ⅱ，升高温度，平衡逆向移动，CO2平衡转化率减小，而高温时主要发生反应Ⅰ，升高温度，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大，即温度高于300℃，升高温度后，反应I正向移动的程度大于反应Ⅱ的逆向移动，二氧化碳净消耗量增加，所以二氧化碳的平衡转化率增加。 ②生成的反应为气体分子数减小的放热反应，低温利于反应正向进行，故A选项合理；延长反应时间不能改变平衡移动，选用对反应Ⅱ更有利的催化剂，能够提高二甲醚的选择性，从而提高二甲醚的平衡产率；故选AD。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第09讲 化学平衡常数 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1．了解化学平衡常数的概念，会写化学平衡常数的表达式。 2．了解平衡转化率的含义。 3．学会运用平衡常数进行相关的计算。 预习重点 化学平衡常数的概念及意义；化学平衡常数的计算。 预习难点 有关化学平衡常数的计算。 情｜境｜启｜思 当一个可逆反应进行到一定程度时，就会达到化学平衡状态。此时，反应物和生成物的浓度 不再发生变化。那么，我们如何定量地描述一个化学反应的限度呢？观察下图中的平衡现象，思考能否用一物物理量来表示平衡时反应物和生成物浓度之间的关系。 深｜研｜精｜炼 知识点01 化学平衡常数 1.化学平衡常数表达式 对于可逆反应：aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，在______一定时，无论起始浓度如何，反应达到平衡后，各物质的物质的量浓度满足以下关系式： K = __________________________________________________________________________________________________________________ 该结果是一个常数，此常数称为化学平衡常数，简称平衡常数，用字母______表示。 固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为______，其浓度不列入平衡常数表达式。 2.化学平衡常数的意义 【交流讨论】已知：25 ℃时，卤化氢生成反应的平衡常数如下表： 化学方程式 平衡常数K F2＋H22HF 6.5×1095 Cl2＋H22HCl 2.57×1033 Br2＋H22HBr 1.91×1019 I2＋H22HI 8.67×102 平衡常数的大小能说明反应进行的______(也叫反应的______)。 K值越大，表示反应进行得越______，当K>105时，该反应进行得基本完全了。 3.化学平衡常数的影响因素 (1)内因：不同的化学反应及化学方程式的书写形式是决定化学平衡常数的________。 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受______影响。 已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0的平衡常数与温度的关系如下： T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 ①放热反应，温度升高，K值______； ②吸热反应，温度升高，K值______。 (3)写出下表中各反应的平衡常数表达式： 化学方程式 平衡常数表达式 2NO2(g)N2O4(g) 3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g) Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO 【特别提醒】 (1)反应物和生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可以看做“1”而不代入公式。 (2)平衡常数K只受温度的影响，当温度不变时，K值不变。 【例1】 活性Fe3O4催化加氢生成HCOO-的总反应为：H2(g)＋(aq)HCOO-(aq)＋H2O(l)，可能的反应历程如图所示。下列说法正确的是   A．x=0.1时，Fe3O4-x中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=3:2 B．该反应平衡常数K= C．该步骤中吸附在Fe上的H与C结合 D．Fe3O4-x能帮助形成H-H键，加快反应速率 【即练1】 已知反应：。该反应的平衡常数表达式为 A． B． C． D． 【即练2】用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是 A．上述反应 B．上述反应平衡常数 C．上述反应中消耗，转移电子的数目为 D．使用合适的催化剂可以提高活化分子百分率，增大反应速率 知识点02 平衡转化率 1.平衡转化率的概念 (1)概念： 某一反应的平衡转化率α等于该物质在反应中的________（如物质的量、物质的量浓度等）与该物质________的比值，可表示为： α = ×100% (2)对于可逆反应：aA＋bBcC＋dD αA＝×100%＝×100% 或αA＝×100%＝×100% (3)平衡转化率与平衡常数均能表示化学反应进行的程度，但平衡常数不直观，转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。 2.平衡转化率的意义 反应的平衡转化率表示在一定______和一定______浓度下反应进行的限度。 【特别提醒】 (1)在一定温度下，一个具体的化学反应，只有一个平衡常数，但不同反应物的平衡转化率可能不同。 (2)多种反应物参加反应时，可通过增加一种反应物的浓度来提高另一种反应物的平衡转化率，而其本身的平衡转化率会降低。 【例2】可作大型船舶的绿色燃料。工业上用制备的原理如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 分别在3、5下，将的混合气体置于密闭容器中，若仅考虑上述反应，不同温度下反应体系达到平衡时，转化率（）、产物选择性（S）的变化如图所示。 已知：S（或） 下列说法不正确的是 A．反应 B．350℃后，不同压强下接近相等的原因是制备过程以反应Ⅱ为主 C．250℃时，反应Ⅱ的平衡常数 D．250℃、5下，的混合气体在催化下反应一段时间达到P点的值，延长反应时间可能达到20% 【即练1】 CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1：1的CO2和H2，发生反应：①  ，②  。在相同时间内，CO2的转化率、的选择性[HCOOH的选择性]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是 A．温度高于673K时，主要发生反应② B．温度等于673K时，参加反应①的H2的转化率是28.5% C．若673K下反应达到平衡时，CO2、HCOOH、CO的浓度之比为5：57：133 D．平衡时，再充入0.1 molCO2和0.1 molH2，再次平衡，HCOOH的物质的量增大 【即练2】将浓度均为的A、B混合置于恒容密闭容器中，发生反应，经2min后测得D的浓度为。0∼2min内以A表示的平均反应速率，下列说法错误的是 A． B．0∼2min内 C．反应过程中，A的转化率始终小于B的转化率 D．反应过程中，容器内混合气体的总物质的量在增大 知识点03 化学平衡常数有关的计算 1.计算模型——三段式法 　　　　　　 aA(g) ＋ bB(g) cC(g)＋dD(g) c(初)(mol·L－1) x y 0 0 Δc(mol·L－1) am bm cm dm c(平)(mol·L－1) x-am y-bm cm dm 【特别提醒】 用“三段式”进行化学平衡的计算要注意的问题： (1)变化量的比值一定等于化学方程式中的系数之比，但是达到平衡时各组分的量的比值不一定等于方程式中的系数之比。 (2)进行有关计算时，可用物质的量浓度，也可用物质的量。 2.解题思路 (1)设未知数：具体题目要具体分析，一般设某物质的转化量或转化率为x。 (2)确定三个量：根据反应物、生成物及变化量三者之间的关系，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”列表。 (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，求出题目答案。 3.基本计算关系 (1)各物质的物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。 (2)反应物的转化率＝×100%＝×100%。 (3)反应产物的产率＝×100%。 (4)平衡时B组分的体积分数＝平衡时B组分的物质的量分数＝×100%。 4.实例分析 850 K时，在一密闭反应器中充入一定量的SO2和O2，当反应达到平衡后测得SO2、O2和SO3的浓度分别为6.0×10－3 mol·L－1、 8.0×10－3 mol·L－1和4.4×10－2 mol·L－1。 （1）计算该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数。 （2）计算达平衡时SO2的转化率。 解答：SO3的初始浓度为0，所以SO3的变化浓度为4.4×10－2 mol·L－1，SO2和SO3的化学计量数都是2，因此SO2的变化浓度为4.4×10－2 mol·L－1，SO2的初始浓度为(6.0×10－3 mol·L－1+4.4×10－2 mol·L－1)= 5.0×10－2 mol·L－1。 (1)K = = = 6.72×103 (2) α(SO2) = = ×100%＝ 88% 【特别提醒】 (1)化学平衡常数表达式书写注意事项 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、纯液体或水溶液中水的浓度。 ②化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。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。 (2)已知两反应的平衡常数分别为K1、K2 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＝。 【例3】 800℃时，向某5 L的恒温恒容密闭容器中充入和，在催化剂作用下发生反应：  ，反应过程中随时间变化情况如图： 下列说法正确的是 A．在0~10 min内， B．当容器内混合气体的压强不变时，说明反应达到平衡状态 C．800℃时，该反应的平衡常数 D．10 min时，向容器中再充入和，则 【即练1】 在一体积不变的密闭容器中发生化学反应：Fe2O3(s)+2NH3(g) 2Fe(s)+N2(g)+3H2O(g)　ΔH，实验测得化学平衡时的有关变化曲线如图所示。已知：平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压=气体总压×气体物质的量分数。下列说法不正确的是 A．NH3是正反应的还原剂 B．气体压强：p2>p1 C．平衡后再充入一定量NH3，则平衡正向移动，NH3的体积分数减小 D．M点的平衡常数Kp= 【即练2】某温度下发生反应：，M和N的消耗速率与本身浓度的关系如图，已知：，，和是速率常数，只与温度、催化剂有关。下列说法正确的是 A．曲线y代表的是 B．其他条件不变，压缩容器体积，体系内活化分子百分数增大 C．此温度下，该反应的平衡常数 D．密闭容器中进行该反应，P点时反应逆向进行 一、单选题 1．（25-26高二下·江苏盐城·阶段检测）已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为放热反应，下列说法正确的是 A．该反应在任何温度下都能自发进行 B．使用高效催化剂能降低反应的焓变，提高化学反应速率 C．升温、加压或使用催化剂能增大SO3的生成速率 D．该反应的平衡常数可表示为K= 2．（25-26高二上·江苏扬州·期中）和反应生成的羰基硫用于粮食熏蒸，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。，下列说法正确的是 A．已知该反应在加热条件下能自发进行，则其 B．上述反应的平衡常数 C．上述反应中消耗，生成的物质的量小于 D．实际应用中，通过增加的量来提高转化率，能有效减少碳排放 3．（25-26高二上·江苏宿迁·期中）氯气在生产、生活中应用广泛。工业上可用地康法制备，在下，以作催化剂，地康法制备原理示意图如下。下列说法正确的是 A．该反应， B．反应的平衡常数可表示为 C．的使用可以减小该反应的化学平衡常数 D．反应达到平衡状态时，反应停止 4．（25-26高二上·江苏南通·阶段检测）下列关于反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)  ΔH=-206.3 kJ/mol说法正确的是 A．反应过程中及时分离出H2O(g)，逆反应速率增大 B．恒温恒容下，容器内混合气体的密度保持不变，说明该反应达到了化学平衡 C．其他条件不变时，减小压强（扩大容积），表达式的数值变小 D．当v(H2O)正=3v(H2)逆时，反应处于平衡状态 5．（24-25高三上·江苏·阶段检测）二氧化碳加氢可用于合成甲醇：，其反应过程中能量变化如图所示，下列有关说法正确的是 A．该反应平衡常数 B．反应达平衡后，升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．提高的比例，可增大的平衡转化率 D．总反应的决速步为 6．（25-26高二上·江苏苏州·阶段检测）反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法不正确的是 A．该反应、 B．该反应的平衡常数 C．高温下反应每生成需消耗标准状况下 D．用E表示键能，该反应 7．（24-25高二下·江苏无锡·期中）使用V2O5-WO3/TiO2催化剂高效脱除燃煤电厂烟气中NO的反应为：4NH3 (g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，ΔH＜0.下列说法正确的是 A．该反应的ΔS＜0 B．该反应的平衡常数K= C．反应每消耗1 mol NH3时，转移电子的数目约为3×6.02×1023 D．反应物的键能总和大于生成物的键能总和 8．（24-25高二上·江苏南通·阶段检测）丙烯腈是制备腈纶的单体。一种制备丙烯腈反应的热化学方程式为，，下列说法正确的是 A．该反应的 B．该反应的平衡常数 C．使用催化剂能改变反应路径，不能改变反应的活化能 D．该反应每消耗，转移电子的物质的量为 9．（25-26高二上·江苏南京·期末）甲烷催化重整反应为  。下列说法正确的是 A．该反应 B．反应平衡常数 C．平衡时升高温度，增大，减小 D．其他条件相同，增大， 的转化率升高 10．（24-25高二上·江苏南通·期中）研究CaO对C-H2O体系制H2的影响，涉及主要反应如下： 反应I：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)   △H1>0 反应II：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)  △H2<0 反应II：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)     △H3<0 一定压强下，C-H2O-CaO体系达平衡后，如图示温度范围内C(s)已完全反应，CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2物质的量分数随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．b线对应的物种为CO2 B．温度高于T1时，c线对应物种的物质的量分数逐渐升高 C．温度为T0时，向平衡体系中通入少量CO2，重新达平衡后c(CO2)将增大。 D．温度为T0时，平衡体系中气体总物质的量为4.0mol，则CaCO3(s)的物质的量为0.5mol 二、解答题 11．（25-26高二上·江苏苏州·期中）目前资源化利用成为减少碳排放的主要研究方向。 (1)醇化反应为，在一定温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中充入3 mol和1 mol，控制条件仅发生醇化反应，测得、和的物质的量(n)随时间的变化如图1所示。 ①0∼3 min内，用表示的化学反应速率_______，醇化反应进行到第3 min时，v(正)_______v(逆)(填“>”、“＜”或“=”)。 ②在反应达到平衡后，再向容器中加入0.25 mol和0.75 mol，则平衡_______(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。 (2)利用合成尿素，主要通过下列反应实现 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)的表达式为_______，降低温度，反应Ⅰ的平衡常数(K)_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)电催化合成尿素：向溶液中通至饱和，在电极上生成原理如图2所示。(尿素中氮元素的化合价为-3) ①电极a是电解池的_______极。 ②生成的电极反应式为_______。 12．（25-26高二上·江苏苏州·阶段检测）回答下列问题。 (1)工业上用甲烷催化法可以制取乙烯，发生反应为  。T℃，向体积为2L的密闭容器中充入，测得反应过程中部分物质的物质的量随时间的变化如下图所示。 ①0～20min内，___________； ②14min时的转化率为___________； ③T℃时该反应的平衡常数K为___________ ④T℃时且保持温度不变，若起始向容器中充入、、均为，则此时___________(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)与重整的主要反应的热化学方程式如下： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   反应Ⅲ：   ①在与重整体系中通入适量，可减少的生成，反应：的___________。 ②下，将的混合气体置于密闭容器中，不同温度下重整体系中和的平衡转化率如下图所示。800℃下平衡转化率远大于600℃下平衡转化率，其原因是___________。 (3)催化加氢合成二甲醚是一种转化方法，其过程中主要发生下列反应： 反应Ⅰ：   反应Ⅱ：   在恒压、和的起始量一定的条件下，平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如下图所示。的选择性。 ①温度高于300℃，平衡转化率随温度升高而上升的原因是___________。 ②为提高的平衡产率，下列措施中合理的是___________。 A．低温高压  B．高温低压  C．延长反应时间  D．选用对反应Ⅱ更有利的催化剂 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $