第 5 讲 化学平衡
学习目标
1. 变化观念与平衡思想：从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态
平衡。
2.证据推理与模型认知：熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
3.认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。
课前诊断
1．反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) －经一段时间后，SO3的浓度增加了 0.4 mol·L 1，在这
O 0.04 mol·L－ －段时间内用 2表示的反应速率为 1·min 1，则这段时间为( )
A．5 s B．10 s C．300 s D．600 s
2．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果
判断，生成氨最快的是( )
A．v(H2)＝0.3 mol·L－1·min－1
B．v(N2)＝0.2 mol·L－1·min－1
C．v(NH )＝0.25 mol·L－1·min－3 1
D．v(H2)＝0.4 mol·L－1·min－1
3．下列说法错误的是( )
①当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应
②发生有效碰撞的分子一定是活化分子
③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
④活化分子间每次碰撞都发生化学反应
⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
A．①④ B．③④ C．④⑤ D．②⑤
4．对于反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能改变化学
反应速率的是( )
A．减小 C(s)的量
B．增大 H2O(g)的浓度
C．增大 CO(g)或 H2(g)的浓度
D．减小 H2O(g)的浓度
知识清单
知识点 1 化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)特征
2．化学平衡状态的建立
高温、高压
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H2 2NH3
催化剂
如图 1所示，N2与 H2随着反应的进行，其浓度逐渐减小，v 正逐渐减小，而 c(NH3)逐渐增大，
v 逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v 正＝v 逆，反应达到平衡。
如图 2所示，随着 NH3的分解，其浓度逐渐减小，v 逆逐渐减小，而 c(N2)、c(H2)逐渐增大，
v 正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v 正＝v 逆，反应达到平衡。
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，
即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我
们称为化学平衡状态，简称化学平衡。
4．化学平衡状态的特征
经典例题
例 1．(2020·成都高二月考)可逆反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，充入由 18O组成的氧气
一段时间后，18O存在下列物质中的( )
A．多余的氧气中
B．生成的三氧化硫中
C．氧气和二氧化硫中
D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中
例 2．可逆反应在一定条件下达到化学平衡时，下列说法正确的是( )
A．正反应速率等于逆反应速率，且都为零
B．反应物和生成物浓度相等
C．反应体系中混合物的组成保持不变
D．反应物断开化学键吸收的能量等于生成物形成化学键所放出的能量
例 3．一定条件下，向 2 L恒容密闭容器中充入 1 mol COCl2(g)，发生反应 COCl2(g) Cl2(g)
＋CO(g)，反应过程中测得的有关数据如下表所示，下列说法不正确的是( )
t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40
A.6 s之后反应到达平衡状态，容器内的压强不再随时间的延续而改变
B．达到 6 s时，反应停止，不再进行
C．8 s时，反应容器中各物质的浓度不再发生变化
D．生成 Cl2的平均反应速率：v(0～2 s)>v(2～4 s)
知识点 2 化学平衡状态的判断方法
1．用本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即 v 正＝v 逆。
(1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
(2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向
的速率。
2．用宏观特征判断
判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
(1)各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
(2)各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
(3)反应物的转化率、产物的产率保持不变。
3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
(1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后
气体分子总数的变化，如：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
当 m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是
压强
当 m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
混合气体的 M 当 m＋n≠p＋q时， M 一定 是
当 m＋n＝p＋q时， M 一定 不一定
(2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有
非气态物质参与反应，如
关注各物质的状态 是否平衡
C(s)＋CO2(g) 2CO(g)(ρ一定) 是
密度ρ N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(ρ一定) 不一定
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)(ρ一定) 不一定
经典例题
例 1．在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应 A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)，当下
列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是( )
①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量
A．①② B．②③ C．①③ D．①④
例 2．已知：N2O4(g) 2NO2(g) ΔH＞0，现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列
示意图不能说明反应达到平衡状态的是( )
例 3．可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的
标志是( )
①单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2
②单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO
③用 NO2、NO、O2表示的反应速率的比为 2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
判断可逆反应是否达到平衡的方法
“双向相等，变量不变”，即判断可逆反应是否达到化学平衡状态，必须是正、逆两个方向，
且能推出 v 正＝v 逆。恒量不能作为判断平衡的标志，变量才能作为判断平衡的标志，“变量
不变”时可逆反应达到平衡。
知识点 3 化学平衡常数
1．化学平衡状态时浓度数据分析
分析课本表 2－1 457.6℃时反应体系 H2(g)＋I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度数据，我们
可以发现以下规律：
2
(1) c HI 无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定， 的值近似相
c H2 ·c I2
等。
2
(2) c HI 无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定， 的值也近似相等。
c H2 ·c I2
2．化学平衡常数的概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的
比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号 K表示。
3．浓度商与化学平衡常数的表达式
cp C ·cq(1) D 浓度商：对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的
cm A ·cn B
cp C ·cq D
称为浓度商，常用 Q表示，即 Q＝ 。
cm A ·cn B
p q
(2) c C ·c D 化学平衡常数表达式：当在一定温度下达到化学平衡时，K＝ 。
cm A ·cn B
(3)Q与 K关系：当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。
4．化学平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当 K＞105时，该反应就进行的
基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当 K＜10－5时，
该反应很难发生。
5．化学平衡常数的影响因素
(1)内因：不同的化学反应及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。
经典例题
例 1.已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 1的平衡常数为 K1， N (g) 32 ＋ H2(g) NH3(g)的平
2 2
衡常数为 K2，NH3(g) 1N2(g) 3＋ H2(g)的平衡常数为 K3。
2 2
①写出 K1和 K2的关系式：________；
②写出 K2和 K3的关系式：________；
③写出 K1和 K3的关系式：________。
例 2．已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下
①C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝_______________________________________________，
K1、K2、K3三者关系为 K3＝________。
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，且不出现固体或纯液体的浓度。
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 若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。
K
②若两反应相减，则总反应的平衡常数 K＝ 1
K2
知识点 4 化学平衡的有关计算
“三段式”法进行化学平衡的有关计算
可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋
qD(g)，在体积为 V的恒容密闭容器中，反应物 A、B 的初始加入量分别为 a mol、b mol，
达到化学平衡时，设 A物质转化的物质的量为 mx mol。
(1)模式
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)
px qx
V p· V q
则有①平衡常数 K＝ a－mx b－nx 。
V m· V n
a－mx －
②平衡时 A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L 1。
V
A α mx③平衡时 的转化率： ＝ ×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B) mx nx＝ ∶ 。
a a b
④平衡时 A的体积分数：φ(A) a－mx＝ ×100%。
a＋b＋ p＋q－m－n x
p 平 a＋b＋ p＋q－m－n x
⑤平衡时和开始时的压强比： ＝ 。
p 始 a＋b
ρ( ) a·M A ＋b·M B ⑥混合气体的密度： 混 ＝ g·L－1。
V
⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：
M a·M A ＋b·M B ＝ g·mol－1。
a＋b＋ p＋q－m－n x
该物质实际产量
⑧生成物产率＝ ×100%。
该物质理论产量
(2)基本步骤
①确定反应物和生成物的初始加入量；
②确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为 x)；
③确定平衡量。
经典例题
例 1．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，计算下列各物质的浓度及 SO2和 NO2的平衡转化率。
①c( SO3) ＝________ mol·L－1，c(SO2)＝________ mol·L－1。
②SO2转化率为________， NO2转化率为________。
例 2．(2019·湛江高二检测)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和
真菌的危害。在恒容密闭容器中，将 CO和 H2S混合加热并达到下列平衡：
CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g) K＝0.1
反应前 CO物质的量为 10 mol，平衡后 CO物质的量为 8 mol。
(1)反应前 H2S的物质的量是________。
(2)CO的平衡转化率是________。
例 3．650 ℃时，一定量的 CO2 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋
CO2(g) 2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为 40%，总压强为 p 总。
(1)平衡时 CO2的转化率为________。
(2)已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。
用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp＝________。
(1)理解 Kp含义
在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
(2)运用计算技巧
课堂闯关
1．下列有关可逆反应的说法不正确的是( )
A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应
B．2HI H2＋I2是可逆反应
点燃 电解
C．2H2＋O2=====2H2O与 2H2O=====2H2↑＋O2↑互为可逆反应
D．可逆反应中反应物和生成物同时存在
2．(2020·福州调研)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g) 2Z2(g)，若 X2、Y2、Z2的
－ － －
初始浓度分别为 0.1 mol·L 1、0.3 mol·L 1、0.2 mol·L 1，当反应达到平衡后，各物质的浓度
可能是( )
①X2为 0.2 mol·L－1 ②Y2为 0.1 mol·L－1 ③Z2为 0.3 mol·L－1 ④Y2为 0.6 mol·L－1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
3．有关化学平衡状态的特征，下列说法正确的是( )
A．所有的化学反应都存在化学平衡状态
B．平衡时反应已达到最大限度，反应停止了
C．平衡时各组分的浓度相等
D．化学平衡状态是一种动态平衡
4．在一定条件下，某容器中充入 N2和 H2合成 NH3，以下叙述错误的是( )
A．开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零
C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定
D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定
5.一定条件下，向密闭容器中充入 1 mol NO和 1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g) 1N2(g)
2
＋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
6．一定条件下，将 NO2与 SO2以体积比为 1∶2 置于密闭容器中，发生反应：NO2(g)＋
SO2(g) SO3(g)＋NO(g) ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是
( )
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和 NO的体积比保持不变
D．每消耗 1 mol SO3的同时生成 1 mol NO2
7．工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为 CO(g)＋H2O(g)
催化剂
CO2(g)＋H2(g)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是( )
A．单位时间内消耗 1 mol H2O的同时生成 1 mol的 H2
B．两个 H—O断裂的同时有两个 C==O断裂
C．反应容器内的气体密度不再发生变化
D．混合气体的平均相对分子质量不发生变化
8．在 4 L密闭容器中充入 6 mol A气体和 5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋
B(g) 2C(g)＋xD(g) ΔH＜0，达到平衡时，生成了 2 mol C，经测定 D的浓度为 0.5 mol·
L－1，下列判断不正确的是( )
A．x＝1
B．平衡时 B的转化率为 20%
C．B的转化率不变，该反应达到平衡状态
D．容器内温度保持恒定，该反应达到平衡状态
9．在某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)的平衡常数为 K，下列说法正
确的是( )
A．K越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大
B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大
C．K随反应物浓度的改变而改变
D．K随温度和压强的改变而改变
10．在一定温度下的密闭容器中，加入 1 mol CO 和 1 mol H2O 发生反应：CO(g)＋
H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得 n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是( )
A．在该温度下，反应的平衡常数 K＝1
B．平衡常数与反应温度无关
C．CO的平衡转化率为 50%
D．平衡时 n(H2O)＝0.5 mol
11．对于反应 3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( )
4
A K c H2 ·c Fe3O4 ． ＝
c3 Fe ·c4 H2O
c4B K H2 ． ＝
c4 H2O
C．增大 c(H2O)或减小 c(H2)，会使该反应平衡常数增大
D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化
12．在一定温度下，下列反应的化学平衡常数数值如下：
①2NO(g) N2(g)＋O2(g) K1＝1×1030
②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
以下说法正确的是( )
A．该温度下，反应①的平衡常数表达式为 K1＝c(N2)·c(O2)
B －．该温度下，反应 2H2O(g) 2H2(g)＋O2(g)的平衡常数的数值约为 5×10 80
C．该温度下，反应①、反应②的逆反应、反应③产生 O2的倾向由大到小的顺序为 NO＞H2O
＞CO2
D．以上说法都不正确
自我挑战
1．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生成物的浓度
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
2．(2019·广东深圳科学高中高二入学考试)对于反应 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，判断下
列说法正确的是( )
①单位时间内生成 2 mol SO2，同时生成 1 mol O2，则处于化学平衡状态 ②SO2的生成速率
等于 SO2的消耗速率，则处于化学平衡状态 ③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，
则处于化学平衡状态 ④SO2、O2、SO3的分子数之比为 2∶1∶2，则处于化学平衡状态
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
3．一定条件下，0.3 mol X(g)与 0.3 mol Y(g)在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g)＋
3Y(g) 2Z(g) ΔH －＝－a kJ·mol 1，下列说法正确的是( )
A．反应一段时间后，X与 Y的物质的量之比仍为 1∶1
B．达到平衡时，反应放出 0.1a kJ的热量
C．达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，Z的正反应速率将不发生变化
D．X的体积分数保持不变，说明反应已达到平衡
4．在温度为 T时，将 NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应 NH4HS(s) NH3(g)＋H2S(g)
达到平衡时，测得总压力为 p，则该反应的平衡常数 Kp为( )
A.1p B.1p2
4 2
C.1p2 D.1p
4 2
5．某温度下，在一个 2 L 的密闭容器中，加入 4 mol A和 2 mol B进行如下反应：3A(g)＋
2B(g) 4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成 1.6 mol C，则下列说法正确
的是( )
c4A C ·c
2 D
．该反应的化学平衡常数表达式是 K＝
c3 A ·c2 B
B．此时，B的平衡转化率是 40%
C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大
D．增加 C，反应速率加快
5．一定温度下，在 10 L 密闭容器中加入 5 mol SO2 和 3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋
O2(g) 2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有 3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了________ mol SO3，v(SO2)＝________。
(2)平衡时 SO3的浓度是________，SO2的转化率是________。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________ mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是
________(填序号)。
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v 正(SO3)＝2v 逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
6．在一定温度下，将 3 mol CO2和 2 mol H2混合于 2 L的密闭容器中，发生如下反应：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式 K＝__________。
(2)已知在 700 ℃时，该反应的平衡常数 K1＝ 0.5，则该温度下反应： CO(g)＋
H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数 K2＝________ 1 1 1，反应 CO2(g)＋ H2(g) CO(g)
2 2 2
1
＋ H2O(g)的平衡常数 K3＝__________。
2第 5 讲 化学平衡
学习目标
1. 变化观念与平衡思想：从可逆反应化学平衡状态的建立过程，认识化学平衡是一种动态
平衡。
2.证据推理与模型认知：熟知化学平衡状态的特征，建立化学平衡状态判断方法的思维模型。
3.认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用。
课前诊断
1．反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)经一段时间后，SO －3的浓度增加了 0.4 mol·L 1，在这
段时间内用 O2表示的反应速率为 0.04 mol·L－1·min－1，则这段时间为( )
A．5 s B．10 s C．300 s D．600 s
答案 C
2．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果
判断，生成氨最快的是( )
A．v(H2)＝0.3 mol·L－1·min－1
B．v(N2)＝0.2 mol·L－1·min－1
C．v(NH3)＝0.25 mol·L－1·min－1
D．v(H2)＝0.4 mol·L－1·min－1
答案 B
3．下列说法错误的是( )
①当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应
②发生有效碰撞的分子一定是活化分子
③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
④活化分子间每次碰撞都发生化学反应
⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
A．①④ B．③④ C．④⑤ D．②⑤
答案 B
4．对于反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能改变化学
反应速率的是( )
A．减小 C(s)的量
B．增大 H2O(g)的浓度
C．增大 CO(g)或 H2(g)的浓度
D．减小 H2O(g)的浓度
答案 A
知识清单
知识点 1 化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)特征
2．化学平衡状态的建立
高温、高压
在一定条件下的容积不变的密闭容器中，合成氨反应如下：N2＋3H2 2NH3
催化剂
如图 1所示，N2与 H2随着反应的进行，其浓度逐渐减小，v 正逐渐减小，而 c(NH3)逐渐增大，
v 逆逐渐增大，t1时刻，它们的浓度不再改变，v 正＝v 逆，反应达到平衡。
如图 2所示，随着 NH3的分解，其浓度逐渐减小，v 逆逐渐减小，而 c(N2)、c(H2)逐渐增大，
v 正逐渐增大，t2时刻起，它们的浓度不再改变，v 正＝v 逆，反应达到平衡。
通过上述两例说明，平衡的建立与建立的途径无关。
3．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应，当正、逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，
即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态我
们称为化学平衡状态，简称化学平衡。
4．化学平衡状态的特征
经典例题
例 1．(2020·成都高二月考)可逆反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，充入由 18O组成的氧气
一段时间后，18O存在下列物质中的( )
A．多余的氧气中
B．生成的三氧化硫中
C．氧气和二氧化硫中
D．二氧化硫、氧气和三氧化硫中
答案 D
例 2．可逆反应在一定条件下达到化学平衡时，下列说法正确的是( )
A．正反应速率等于逆反应速率，且都为零
B．反应物和生成物浓度相等
C．反应体系中混合物的组成保持不变
D．反应物断开化学键吸收的能量等于生成物形成化学键所放出的能量
答案 C
例 3．一定条件下，向 2 L恒容密闭容器中充入 1 mol COCl2(g)，发生反应COCl2(g) Cl2(g)
＋CO(g)，反应过程中测得的有关数据如下表所示，下列说法不正确的是( )
t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40
A.6 s之后反应到达平衡状态，容器内的压强不再随时间的延续而改变
B．达到 6 s时，反应停止，不再进行
C．8 s时，反应容器中各物质的浓度不再发生变化
D．生成 Cl2的平均反应速率：v(0～2 s)>v(2～4 s)
答案 B
知识点 2 化学平衡状态的判断方法
1．用本质特征判断
判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即 v 正＝v 逆。
(1)同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。
(2)不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向
的速率。
2．用宏观特征判断
判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。
(1)各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。
(2)各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。
(3)反应物的转化率、产物的产率保持不变。
3．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
(1)恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后
气体分子总数的变化，如：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
当 m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是
压强
当 m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定
当 m＋n≠p＋q时， M 一定 是
混合气体的 M
当 m＋n＝p＋q时， M 一定 不一定
(2)恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有
非气态物质参与反应，如
关注各物质的状态 是否平衡
C(s)＋CO2(g) 2CO(g)(ρ一定) 是
密度ρ N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(ρ一定) 不一定
H2(g)＋I2(g) 2HI(g)(ρ一定) 不一定
经典例题
例 1．在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应 A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)，当下
列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是( )
①混合气体的密度 ②混合气体的压强 ③B的物质的量浓度 ④混合气体的总物质的量
A．①② B．②③ C．①③ D．①④
答案 C
例 2．已知：N2O4(g) 2NO2(g) ΔH＞0，现将 1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列
示意图不能说明反应达到平衡状态的是( )
答案 B
例 3．可逆反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)在恒容的密闭容器中进行，达到平衡状态的
标志是( )
①单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO2
②单位时间内生成 n mol O2的同时生成 2n mol NO
③用 NO2、NO、O2表示的反应速率的比为 2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦
C．①③④⑤ D．全部
答案 A
判断可逆反应是否达到平衡的方法
“双向相等，变量不变”，即判断可逆反应是否达到化学平衡状态，必须是正、逆两个方向，
且能推出 v 正＝v 逆。恒量不能作为判断平衡的标志，变量才能作为判断平衡的标志，“变量
不变”时可逆反应达到平衡。
知识点 3 化学平衡常数
1．化学平衡状态时浓度数据分析
分析课本表 2－1 457.6℃时反应体系 H2(g)＋I2(g) 2HI(g)中各物质的浓度数据，我们
可以发现以下规律：
2
(1) c HI 无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定， 的值近似相
c H2 ·c I2
等。
2
(2) c HI 无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定， 的值也近似相等。
c H2 ·c I2
2．化学平衡常数的概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的
比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号 K表示。
3．浓度商与化学平衡常数的表达式
(1)浓度商：对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的
cp C ·cq D cp C ·cq D
称为浓度商，常用 Q表示，即 Q＝ 。
cm A ·cn B cm A ·cn B
cp C ·cq(2) D 化学平衡常数表达式：当在一定温度下达到化学平衡时，K＝ 。
cm A ·cn B
(3)Q与 K关系：当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。
4．化学平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度)。
K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当 K＞105时，该反应就进行的
基本完全了。K －值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当 K＜10 5时，
该反应很难发生。
5．化学平衡常数的影响因素
(1)内因：不同的化学反应及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。
经典例题
例 1.已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数为 K
1
1， N2(g)
3
＋ H2(g) NH3(g)的平
2 2
1 3
衡常数为 K2，NH3(g) N2(g)＋ H2(g)的平衡常数为 K3。
2 2
①写出 K1和 K2的关系式：K1＝K 22；
②写出 K2和 K3的关系式：K2·K3＝1；
③写出 K1和 K3的关系式：K1·K 23＝1。
例 2．已知在一定温度下，下列各反应的焓变和平衡常数如下
①C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ΔH1 K1
②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g) ΔH2 K2
③C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH3 K3
则ΔH1、ΔH2、ΔH3三者关系为ΔH3＝_______________________________________________，
K1、K2、K3三者关系为 K3＝________。
答案 ΔH1＋ΔH2 K1·K2
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，且不出现固体或纯液体的浓度。
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 若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。
K
②若两反应相减，则总反应的平衡常数 K＝ 1
K2
知识点 4 化学平衡的有关计算
“三段式”法进行化学平衡的有关计算
可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋
qD(g)，在体积为 V的恒容密闭容器中，反应物 A、B 的初始加入量分别为 a mol、b mol，
达到化学平衡时，设 A物质转化的物质的量为 mx mol。
(1)模式
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始量/mol a b 0 0
转化量/mol mx nx px qx
平衡量/mol a－mx b－nx px qx
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)
px qx
V p· V q
则有①平衡常数 K＝ a－mx b－nx 。
V m· V n
②平衡时 A的物质的量浓度：c(A) a－mx＝ mol·L－1。
V
A α mx③平衡时 的转化率： ＝ ×100%，A mx nx、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝ ∶ 。
a a b
a－mx
④平衡时 A的体积分数：φ(A)＝ ×100%。
a＋b＋ p＋q－m－n x
p 平 a＋b＋ p＋q－m－n x
⑤平衡时和开始时的压强比： ＝ 。
p 始 a＋b
ρ( ) a·M A ＋b·M B ⑥混合气体的密度： 混 ＝ g·L－1。
V
⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：
M a·M A ＋b·M B ＝ g·mol－1。
a＋b＋ p＋q－m－n x
该物质实际产量
⑧生成物产率＝ ×100%。
该物质理论产量
(2)基本步骤
①确定反应物和生成物的初始加入量；
②确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为 x)；
③确定平衡量。
经典例题
例 1．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，计算下列各物质的浓度及 SO2和 NO2的平衡转化率。
①c( SO － －3) ＝________ mol·L 1，c(SO2)＝________ mol·L 1。
②SO2转化率为________， NO2转化率为________。
答案 (1)1 (2)①1.2 1.8 ②40% 60%
例 2．(2019·湛江高二检测)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和
真菌的危害。在恒容密闭容器中，将 CO和 H2S混合加热并达到下列平衡：
CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g) K＝0.1
反应前 CO物质的量为 10 mol，平衡后 CO物质的量为 8 mol。
(1)反应前 H2S的物质的量是________。
(2)CO的平衡转化率是________。
答案 (1)7 mol (2)20%
例 3．650 ℃时，一定量的 CO2 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋
CO2(g) 2CO(g)。平衡时，CO的体积分数为 40%，总压强为 p 总。
(1)平衡时 CO2的转化率为________。
(2)已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。
用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp＝________。
答案 (1)25% (2)0.27p 总
(1)理解 Kp含义
在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
(2)运用计算技巧
课堂闯关
1．下列有关可逆反应的说法不正确的是( )
A．可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应
B．2HI H2＋I2是可逆反应
点燃 电解
C．2H2＋O2=====2H2O与 2H2O=====2H2↑＋O2↑互为可逆反应
D．可逆反应中反应物和生成物同时存在
答案 C
2．(2020·福州调研)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋3Y2(g) 2Z2(g)，若 X2、Y2、Z2的初
始浓度分别为 0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡后，各物质的浓度可
能是( )
－ － － －
①X2为 0.2 mol·L 1 ②Y2为 0.1 mol·L 1 ③Z2为 0.3 mol·L 1 ④Y2为 0.6 mol·L 1
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案 B
3．有关化学平衡状态的特征，下列说法正确的是( )
A．所有的化学反应都存在化学平衡状态
B．平衡时反应已达到最大限度，反应停止了
C．平衡时各组分的浓度相等
D．化学平衡状态是一种动态平衡
答案 D
4．在一定条件下，某容器中充入 N2和 H2合成 NH3，以下叙述错误的是( )
A．开始反应时，正反应速率最大，逆反应速率为零
B．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后减小为零
C．随着反应的进行，逆反应速率逐渐增大，最后保持恒定
D．随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，最后与逆反应速率相等且都保持恒定
答案 B
5.一定条件下，向密闭容器中充入 1 mol NO和 1 mol CO进行反应：NO(g)＋CO(g) 1N2(g)
2
＋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
6．一定条件下，将 NO2与 SO2以体积比为 1∶2 置于密闭容器中，发生反应：NO2(g)＋
SO2(g) SO3(g)＋NO(g) ΔH＝－41.8 kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是
( )
A．体系压强保持不变
B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和 NO的体积比保持不变
D．每消耗 1 mol SO3的同时生成 1 mol NO2
答案 B
7．工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为 CO(g)＋H2O(g)
催化剂
CO2(g)＋H2(g)，下列选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是( )
A．单位时间内消耗 1 mol H2O的同时生成 1 mol的 H2
B．两个 H—O断裂的同时有两个 C==O断裂
C．反应容器内的气体密度不再发生变化
D．混合气体的平均相对分子质量不发生变化
答案 B
8．在 4 L密闭容器中充入 6 mol A气体和 5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋
B(g) 2C(g)＋xD(g) ΔH＜0，达到平衡时，生成了 2 mol C，经测定 D的浓度为 0.5 mol·
L－1，下列判断不正确的是( )
A．x＝1
B．平衡时 B的转化率为 20%
C．B的转化率不变，该反应达到平衡状态
D．容器内温度保持恒定，该反应达到平衡状态
答案 A
9．在某温度下，可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)的平衡常数为 K，下列说法正
确的是( )
A．K越大，达到平衡时，反应正向进行的程度越大
B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大
C．K随反应物浓度的改变而改变
D．K随温度和压强的改变而改变
答案 A
10．在一定温度下的密闭容器中，加入 1 mol CO 和 1 mol H2O 发生反应：CO(g)＋
H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，达到平衡时测得 n(H2)＝0.5 mol，下列说法不正确的是( )
A．在该温度下，反应的平衡常数 K＝1
B．平衡常数与反应温度无关
C．CO的平衡转化率为 50%
D．平衡时 n(H2O)＝0.5 mol
答案 B
11．对于反应 3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( )
A K c
4 H2 ·c Fe3O4
． ＝
c3 Fe ·c4 H2O
4
B K c H2 ． ＝
c4 H2O
C．增大 c(H2O)或减小 c(H2)，会使该反应平衡常数增大
D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化
答案 B
12．在一定温度下，下列反应的化学平衡常数数值如下：
①2NO(g) N2(g)＋O2(g) K1＝1×1030
②2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g) K －3＝4×10 92
以下说法正确的是( )
A．该温度下，反应①的平衡常数表达式为 K1＝c(N2)·c(O2)
B 2H O(g) 2H (g) O (g) 5 10－．该温度下，反应 2 2 ＋ 2 的平衡常数的数值约为 × 80
C．该温度下，反应①、反应②的逆反应、反应③产生 O2的倾向由大到小的顺序为 NO＞H2O
＞CO2
D．以上说法都不正确
答案 C
自我挑战
1．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生成物的浓度
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
2．(2019·广东深圳科学高中高二入学考试)对于反应 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，判断下
列说法正确的是( )
①单位时间内生成 2 mol SO2，同时生成 1 mol O2，则处于化学平衡状态 ②SO2的生成速率
等于 SO2的消耗速率，则处于化学平衡状态 ③SO2、O2、SO3的体积分数不再发生变化，
则处于化学平衡状态 ④SO2、O2、SO3的分子数之比为 2∶1∶2，则处于化学平衡状态
A．①③ B．②④
C．②③ D．③④
答案 C
3．一定条件下，0.3 mol X(g)与 0.3 mol Y(g)在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g)＋
3Y(g) 2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．反应一段时间后，X与 Y的物质的量之比仍为 1∶1
B．达到平衡时，反应放出 0.1a kJ的热量
C．达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，Z的正反应速率将不发生变化
D．X的体积分数保持不变，说明反应已达到平衡
答案 C
4．在温度为 T时，将 NH4HS(s)置于抽真空的容器中，当反应 NH4HS(s) NH3(g)＋H2S(g)
达到平衡时，测得总压力为 p，则该反应的平衡常数 Kp为( )
A.1p B.1p2
4 2
C.1p2 D.1p
4 2
答案 C
5．某温度下，在一个 2 L 的密闭容器中，加入 4 mol A和 2 mol B进行如下反应：3A(g)＋
2B(g) 4C(s)＋2D(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成 1.6 mol C，则下列说法正确
的是( )
c4 C ·c2A D ．该反应的化学平衡常数表达式是 K＝
c3 A ·c2 B
B．此时，B的平衡转化率是 40%
C．增大该体系的压强，化学平衡常数增大
D．增加 C，反应速率加快
答案 B
5．一定温度下，在 10 L 密闭容器中加入 5 mol SO2 和 3 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋
O2(g) 2SO3(g)，10 min时，反应达到平衡状态，此时有 3 mol SO2发生了反应。
(1)反应生成了________ mol SO3，v(SO2)＝________。
(2)平衡时 SO3的浓度是________，SO2的转化率是________。
(3)平衡时容器内气体的总物质的量为________ mol。
(4)物质的浓度不再改变标志着该反应已达平衡，下列还可以说明该反应已达平衡的是
________(填序号)。
①体系内压强不再改变
②容器内气体的密度不再改变
③混合气体的平均相对分子质量不再改变
④v 正(SO3)＝2v 逆(O2)
⑤n(SO3)∶n(O2)∶n(SO2)＝2∶1∶2
答案 (1)3 0.03 mol·L－1·min－1
(2)0.3 mol·L－1 60%
(3)6.5 (4)①③④
6．在一定温度下，将 3 mol CO2和 2 mol H2混合于 2 L的密闭容器中，发生如下反应：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)。
(1)该反应的化学平衡常数表达式 K＝__________。
(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.5，则该温度下反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)
＋H2(g)的平衡常数 K2＝________
1
，反应 CO2(g)
1
＋ H2(g)
1CO(g) 1＋ H2O(g)的平衡常数
2 2 2 2
K3＝__________。
(1)c CO ·c H2O 答案 (2)2 2
c CO2 ·c H2 2
