第2章 第2节 第1课时 化学平衡常数（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（鲁科版 鲁琼专版）

本讲义聚焦化学反应的限度核心知识点，系统梳理化学平衡状态的特征及判断方法（直接判据与“变量不变”间接判据），通过实验数据归纳化学平衡常数概念，详解表达式书写规则（纯固体/液体不列入、与化学计量数关系等）及应用（判断反应方向、程度），构建从现象到本质的学习支架。 该资料以科学思维为核心，通过H₂和I₂反应的浓度数据表格引导学生自主归纳平衡常数，培养证据推理能力。设计多样化例题（如不同反应类型平衡状态判断表格、浓度商计算），强化科学探究与实践。结合化学观念强调温度对平衡常数的影响，课中辅助教师引导深度思考，课后分层练习助学生查漏补缺，巩固知识。

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(g) 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 (1)H2(g)+I2(g)2HI(g)， K=。 (2)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)， K=。 (3)Cl2(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)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=。 (3)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=　(3)K3= 书写平衡常数表达式的注意事项 (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。 ①K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： a.若两反应相加，则总反应的平衡常数K=K1·K2。 b.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。 课时对点练 [分值：100分] [1~9题，每小题6分] 题组一　可逆反应 1.(2024·福州期中)一定条件下，某恒容密闭容器中，N2、H2、NH3的起始浓度分别为0.2 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.5 mol·L-1，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，反应达到平衡时，下列数据合理的是(　　) A.c(N2)+c(H2)=0.1 mol·L-1 B.c(NH3)=0.66 mol·L-1 C.c(NH3)+c(H2)=1.06 mol·L-1 D.c(N2)+c(H2)+c(NH3)=1.5 mol·L-1 答案　B 解析　采用极值法，若反应正向进行，假设完全反应，则： 　　　　　　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 起始/(mol·L-1)　　　0.2　　0.3　　　　0.5 变化/(mol·L-1)　　　0.1　　0.3　　　　0.2 完全反应/(mol·L-1)　0.1　　0　　　　　0.7 若反应逆向进行，假设完全反应，则： 　　　　　　　　　N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 起始/(mol·L-1)　　　0.2　　0.3　　　　0.5 变化/(mol·L-1)　　　0.25　　0.75　　　0.5 完全反应/(mol·L-1)　0.45　　1.05　　　0 该反应为可逆反应，物质不能完全转化，则平衡时c(N2)+c(H2)>0.1 mol·L-1，c(NH3)+c(H2)<1.05 mol·L-1，c(N2)+c(H2)+c(NH3)<(1.05 mol·L-1+0.45 mol·L-1)=1.5 mol·L-1，A、C、D错误；0<c(NH3)<0.7 mol·L-1，c(NH3)可能为0.66 mol·L-1，B正确。 题组二　平衡状态的判断 2.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。 3.将一定量纯净的NH4HS固体置于密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到平衡：NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)。能判断该反应已经达到化学平衡状态的是(　　) ①v正(NH3)=v逆(H2S) ②密闭容器中总压强不变 ③密闭容器中混合气体的密度不变 ④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变 ⑤密闭容器中混合气体的总物质的量不变 ⑥密闭容器中NH3的体积分数不变 ⑦混合气体总质量不变 A.①②③④⑤⑦ B.①③⑤⑥ C.①②③⑤⑦ D.全部 答案　C 解析　①v正(NH3)=v逆(H2S)，正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态；②正反应为混合气体物质的量增大的反应，当密闭容器中总压强不变时，反应达到平衡状态；③在反应过程中容器容积始终是不变的，但是气体的质量是变化的，所以当密闭容器中混合气体的密度不变时，反应达到平衡状态；④由于体系中只有两种气体，且NH3和H2S的物质的量之比始终满足1∶1，所以密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变，故混合气体的平均相对分子质量不变不能说明反应达到平衡状态；⑤正反应气体的物质的量增大，当密闭容器中混合气体的总物质的量不变时，反应达到平衡状态；⑥由于体系中只有两种气体，NH3和H2S的物质的量之比始终满足1∶1，所以密闭容器中NH3的体积分数始终不变，故NH3的体积分数不变不能说明反应达到平衡状态；⑦由于反应物是固体，所以混合气体总质量不变时，反应达到平衡状态；故选C。 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。 题组三　平衡常数及应用 6.(2024·浙江台州八校联盟期中联考)下列关于化学平衡常数的叙述正确的是(　　) A.当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，该反应达到化学平衡状态 B.平衡常数的大小与物质起始浓度有关 C.K值越大，反应物的平衡转化率越小 D.温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为相反数 答案　A 解析　当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，该反应的正反应速率等于逆反应速率，反应达到化学平衡状态，A正确；对于一个确定的反应，平衡常数只与温度有关，与物质起始浓度无关，B错误；通常，K值越大，反应进行的程度越大，反应物的平衡转化率越大，C错误；对于给定的化学反应，温度一定时，正反应与逆反应的平衡常数互为倒数，D错误。 7.(2024·菏泽高二检测)已知某化学反应的平衡常数表达式为K=，不同温度下该反应的平衡常数如下表所示： T/℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 某温度下，若平衡浓度符合关系式=，则此时的温度为(　　) A.800 ℃ B.830 ℃ C.1 000 ℃ D.1 200 ℃ 答案　C 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+F22HF　K=1047；②H2+Cl22HCl　K=1017；③H2+Br22HBr　K=109；④H2+I22HI　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.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==。 [10~13题，每小题8分，有一个或两个选项符合题目要求] 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.(2024·济南高二质检)某可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)　ΔH，在某温度下的平衡常数为K(K≠1)。保持温度不变，将方程式的书写作如下改变，则ΔH和K数值的相应变化正确的是(　　) A.写成2aA(g)+2bB(g)2cC(g)，ΔH、K均扩大了一倍 B.写成2aA(g)+2bB(g)2cC(g)，ΔH扩大了一倍，K保持不变 C.写成cC(g)aA(g)+bB(g)，ΔH、K变为原来的相反数 D.写成cC(g)aA(g)+bB(g)，ΔH变为原来的相反数，K变为原来的倒数 答案　D 解析　写成2aA(g)+2bB(g)2cC(g)，ΔH扩大了一倍，K变为原来的平方，A、B错误；写成cC(g)aA(g)+bB(g)，ΔH变为原来的相反数，K变为原来的倒数，C错误，D正确。 12.(2024·山东聊城第一中学月考)化学平衡常数K的数值大小可衡量化学反应进行的程度，一定温度下的下列反应的平衡常数如下： ①2NO(g)N2(g)+O2(g)　K1=1×1030 ②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　K2=2×1081 mol-1·L ③2CO2(g)2CO(g)+O2(g)　K3=4×10-92 mol·L-1 以下说法正确的是(　　) A.反应①的平衡常数表达式为K1= B.相同温度下，2H2O(g)2H2(g)+O2(g)的平衡常数为5×10-80 mol·L-1 C.相同温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2 D.该温度下，某时刻反应③中CO2(g)、CO(g)、O2(g)的浓度分别为2×10-5 mol·L-1、2×10-10 mol·L-1、10-10 mol·L-1，此时反应逆向进行 答案　CD 解析　反应①的平衡常数表达式为K1=，A错误；反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)的平衡常数K2=2×1081 mol-1·L，则反应2H2O(g)2H2(g)+O2(g)的平衡常数为K= mol·L-1=5×10-82 mol·L-1，B错误；由于相同温度下，K1>K>K3，故NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2，C正确；该温度下，该时刻反应③的Q===10-20 mol·L-1>4×10-92 mol·L-1，反应逆向进行，D正确。 13.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)=2v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　BC 解析　a点处于平衡状态，故v正(M)=2v逆(N)，B正确；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.(6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)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)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.(8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 $