苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题2第二单元基础课时13化学平衡常数学案
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| 名称 | 苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题2第二单元基础课时13化学平衡常数学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 792.5KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-09 18:53:56 | ||
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文档简介
基础课时13 化学平衡常数
学习任务 1．通过了解化学平衡常数的概念，会写化学平衡常数的表达式，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。 2．通过了解平衡转化率的含义，学会运用平衡常数进行相关的计算，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、化学平衡常数
1．化学平衡常数的概念与表达式
(1)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。
(2)表达式。
对于一般的可逆反应：aA＋bB cC＋dD，在一定温度下达到平衡时K＝。
部分可逆反应的平衡常数表达式。
化学方程式 平衡常数表达式
2NO2 N2O4 K＝
NO2 N2O4 K＝
2Fe3+＋Fe 3Fe2+ K＝
Br2＋H2O H＋＋Br－＋HBrO K＝
2．化学平衡常数的意义
平衡常数K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；K值越小，表示反应进行得越不完全。
3．化学平衡常数的影响因素
(1)对于指定反应，平衡常数只受温度影响。
(2)固体、纯液体、水溶液中的水浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度。 (×)
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。 (×)
(3)对于指定反应，平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关。 (√)
(4)化学方程式中的固态或纯液态物质不能代入平衡常数表达式。 (√)
二、平衡转化率
1．定义：物质在反应中已转化的量与该物质起始总量的比值。
2．表达式
α＝×100%。
对于反应aA＋bB cC＋dD，反应物A的平衡转化率为α(A)＝×100%，式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。
3．意义：反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。
化学平衡常数的表达式及应用
一定温度下，有下列三个可逆反应：
①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) K1
②CO(g)＋H2(g) C(s)＋H2O(g) K2
③2C(s)＋2H2O(g) 2CO(g)＋2H2(g) K3
[问题1] 分析①②两式的平衡常数表达式，总结可逆反应中正、逆反应的平衡常数有何关系？
提示：互为倒数关系，即K1＝。
[问题2] 分析①③两式的平衡常数表达式，总结若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，平衡常数如何变化？
提示：等倍数次幂增大或减小。即K3＝。
[问题3] 对于反应③，若保持其他条件不变，升高温度，K3值增大，该反应是吸热反应还是放热反应？
提示：对于反应③，升高温度，K3值增大，说明反应正向进行，则说明正反应是吸热反应。
1．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数
(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。
如N2＋3H2 2NH3 K＝a，
则有：2NH3 N2＋3H2 K′＝。
N2＋H2 NH3 K″＝。
(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。
②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝或。
2．化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度。
(2)判断反应的热效应。
【特别提醒】 压强平衡常数。
(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。
1．高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃ 1 000 1 150 1 300
平衡常数 4.0 3.7 3.5
该反应的平衡常数表达式K＝____________，ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
[解析] 因Fe和Fe2O3都为固体，不能代入平衡常数的表达式，所以K＝，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明ΔH<0。
[答案] <
2．硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝______，升高温度，K值____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为______________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)______K(B)(填“＞”“＜”或“＝”)。
[解析] (1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝；升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。
(2)①由题图可知，0.10 MPa时，
2SO2(g)＋ O2(g) 2SO3(g)
起始量 2 mol 1 mol 0
转化量 2 mol×80%
＝1.6 mol 1.6 mol× 1.6 mol
平衡量 0.4 mol 0.2 mol 1.6 mol
则平衡时c(SO2)＝＝0.04 mol·L-1，c(O2)＝＝0.02 mol·L-1，c(SO3)＝＝0.16 mol·L-1；K＝＝＝800；
②由A到B，温度不变，只增大体系压强，K值不变。
[答案] (1) 减小 (2)①800 ②＝
平衡转化率及化学平衡常数的计算
工业上利用反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)合成氨。相同温度下，在体积为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：
编号 起始时各物质的物质的量/mol 平衡时反应中的能量变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量a kJ
② 2 3 0 放出热量b kJ
[问题1] 试计算容器①中反应物N2的转化率。
提示：1 mol N2与3 mol H2完全反应时放出的热量为92.4 kJ，①中反应物N2的转化率为×100%。
[问题2] 请写出容器①中反应的化学平衡常数的计算式。
提示： N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
初始浓度/(mol·L-1) 1 3 0
转化浓度/(mol·L-1)
平衡浓度/(mol·L-1) 1－ 3－
K＝＝。
[问题3] 两个容器中合成氨反应的平衡常数有什么关系？
提示：相等；平衡常数只与温度有关。
[问题4] 试比较两个容器中N2、H2的转化率的大小。
提示：N2的转化率：①>②；H2的转化率：②>①。
利用“三段式”计算平衡常数及反应物的转化率
(1)步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
②确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
③根据已知条件建立等式关系进行解答。
(2)方法：
如mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
c(初)/(mol·L-1) a b 0 0
Δc/(mol·L-1) mx nx px qx
c(平)/(mol·L-1) a－mx b－nx px qx
(3)计算：
1．可逆反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K＝，问：
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L-1时，CO的转化率为__________。
(2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L-1，H2O的起始浓度为6 mol·L-1时，CO的转化率为________________________________________________________。
[解析] (1)设CO转化的物质的量浓度为x mol·L-1：
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 2 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 2－x 2－x x x
K＝＝，解得：x＝1.2。
CO的转化率：×100%＝60%。
(2)设CO转化的物质的量浓度为y mol·L-1，
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 6 0 0
转化/(mol·L-1) y y y y
平衡/(mol·L-1) 2－y 6－y y y
K＝＝，解得：y≈1.7；
CO的转化率：×100%＝85%。
[答案] (1)60% (2)85%
2．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：
(1)该条件下N2的平衡转化率为_____________________________________。
(2)该条件下反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为__________。
[解析] 设N2转化的物质的量浓度为x mol·L-1。
N2 ＋ 3H2 2NH3
起始浓度/(mol·L-1) 0.3 0.8 0
转化浓度/(mol·L-1) x 3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 0.3－x 0.8－3x 2x
所以＝，
解得x＝0.2，
N2的转化率为×100%≈66.7%。
反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数
K＝＝＝0.005。
[答案] (1)66.7% (2)0.005
1．关于化学平衡常数，下列说法不正确的是( )
A．平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变
B．平衡常数随温度的改变而改变
C．平衡常数随压强的改变而改变
D．使用催化剂不能使平衡常数增大
C [A.平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变，故A正确；B.平衡常数随温度的改变而改变，故B正确；C.平衡常数不随压强的改变而改变，故C错误；D.使用催化剂只改变反应速率，不改变平衡，不能使平衡常数增大，故D正确。]
2．某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为( )
A．3.2×103 B．1.6×103
C．8.0×102 D．4.0×102
A [ 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
c(始)/(mol·L-1) 0 0 0.05
c(转)/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.01
c(平)/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.04
K＝＝3.2×103。]
3．下表为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH的平衡常数与温度的关系：
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
由表中数据分析可知：
(1)温度升高，K值减小，则正反应为______反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。
(2)对于某一反应，若温度升高时，K值增大，则正反应为________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。
[解析] 由表格可知，升高温度，K值减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，由此得出规律：升温，K值减小；降温，K值增大。
[答案] (1)放热 ＜ (2)吸热 ＞
4．将0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容积为1 L的密闭容器中，反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO2)＝0.040 mol·L-1。
(1)该条件下的平衡常数为________。
(2)平衡时SO2的平衡转化率是________。
[解析] 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
c(初始)/(mol·L-1) 0.050 0.030 0
Δc/(mol·L-1) 0.010 0.005 0.010
c(平衡)/(mol·L-1) 0.040 0.025 0.010
所以，平衡常数K＝(0.010)2÷[(0.040)2×0.025]＝2.5，平衡时SO2的平衡转化率： ×100%＝20%。
[答案] (1)2.5 (2)20%
基础课时固基练(13) 化学平衡常数
1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是( )
A．与该反应的压强有关
B．与反应的温度有关，还与反应本身有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
B [K与反应温度有关，表达式与方程式的书写有关，但与起始浓度、压强无关。]
2．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
A [K越大，表示反应达到平衡时，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，反之，反应物的转化率越小，K只与温度有关，与浓度、压强无关。]
3．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值分别是①H2＋F2 2HF K＝1047；②H2＋Cl2 2HCl K＝1017；＋Br2 2HBr K＝109；＋I2 2HI K＝1。比较K值大小，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
A [化学平衡常数越大，表示该反应的正向进行的程度越大，故A正确。]
4．2 000 K时，反应CO(g)＋O2(g) CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)的平衡常数K′为( )
A． B．K2
C． D．
C [平衡常数与化学方程式的写法有关，对于题干中的两个反应，K＝，K′＝，所以K′＝。]
5．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＝
B．K＝
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
B [A项，固体物质的浓度可视为常数，在平衡常数表达式中不写，错误；B项，符合平衡常数表达式的书写要求，正确；C项，化学平衡常数只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度变化无关，故增大c(H2O)或减小c(H2)，该反应的平衡常数不变，错误；D项，温度改变，平衡常数一定改变，错误。]
6．某可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)在某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将化学方程式的书写做如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为( )
A．写成2aA(g)＋2bB(g) 2cC(g)，ΔH值、K值均扩大了1倍
B．写成2aA(g)＋2bB(g) 2cC(g)，ΔH值扩大了1倍，K值保持不变
C．写成cC(g) aA(g)＋bB(g)，ΔH值、K值变为原来的相反数
D．写成cC(g) aA(g)＋bB(g)，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数
D [A、B项ΔH值扩大1倍，K值变为原来的平方；C项K值变为原来的倒数。]
7．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800
C．反应前后压强之比为3∶2
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
B [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的转化率为×100%＝50%，平衡常数K＝＝1 600；平衡常数只受温度的影响，不受压强和浓度的影响；反应前后压强之比为3∶2。]
8．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
C [由化学平衡常数的定义可知K1＝，A项错误；该温度下，水分解反应的平衡常数为＝＝5×10-82，B项错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数数值分别为1×1030、5×10-82、4×10-92，所以产生O2的倾向由大到小顺序为NO＞H2O＞CO2，C项正确，D项错误。]
9．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( )
A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝
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
B [C是固体，不能出现在平衡常数的表达式中，A错；生成1.6 mol C时，消耗了0.8 mol B，B的平衡转化率是40%，B对；化学平衡常数只受温度的影响，增大该体系的压强，化学平衡常数不变，C错；C为固体，浓度为定值，增加其量，反应速率不变，D错。]
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
B [ CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
由化学方程式及以上数据判断可得A、C、D项正确；平衡常数与反应温度有关，B项错误。]
11．(素养题)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，测得总压强为p，则该反应的平衡常数Kp为( )
A．p B．p2
C．p2 D．p
C [ NH4HS(s) NH3(g)＋H2S(g)
开始时 0 0
平衡时 p p
则该反应的平衡常数Kp＝p(H2S)·p(NH3)＝p·p＝p2。]
12．在容积不变的容器中加入一定量的A和B，发生反应：2A(g)＋B(g) 2C(g)，在相同时间内，测得不同温度下A的转化率如下表所示。下列说法正确的是( )
温度/℃ 100 200 300 400 500
转化率/% 30 75 75 50 18
A．该反应随着温度升高，反应速率先变大后变小
B．400 ℃时，若B的平衡浓度为0.5 mol·L-1，则该反应的平衡常数K＝2
C．200 ℃，A的转化率为75%时，反应达到平衡状态
D．当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，反应达到平衡状态
B [A.任何化学反应速率都是随着温度升高而变大，A错误；B.400 ℃时，若B的平衡浓度为0.5 mol·L-1，假设A的起始浓度为c mol/L，则根据三段式进行计算：
2A(g) ＋ B(g) 2C(g)
起始浓度/(mol/L) c 0.25c＋0.5 0
转化浓度/(mol/L) 0.5c 0.25c 0.5c
平衡浓度/(mol/L) 0.5c 0.5 0.5c
则该反应的平衡常数K＝＝＝2，B正确；C.由表中数据可知200 ℃和300 ℃，A的转化率均为75%，故说明200 ℃，A的转化率为75%时，反应并未达到平衡状态，C错误；D.生成n mol B的同时消耗2n mol C均表示逆反应，故当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，不能说明反应达到平衡状态，D错误。]
13．在一体积为1 L的密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，在850 ℃发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。CO和H2O浓度变化如图：
(1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。
(2)850 ℃时，平衡常数K＝___________________________________。
(3)850 ℃时，若向该容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O，则CO的平衡转化率为________________。
(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________________(填字母)。
a．v正(H2)＝v逆(H2O)
b．c(CO2)＝c(CO)
c．容器中气体密度不变
[解析] (1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝＝0.03 mol·L-1·min-1。
(2)850 ℃时，平衡时各物质的浓度为c(CO)＝0.08 mol·L-1，c(H2O)＝0.18 mol·L-1，c(CO2)＝0.12 mol·L-1，c(H2)＝0.12 mol·L-1，所以平衡常数K＝＝1。
(3)设达到平衡时被转化的CO的物质的量浓度为x mol·L-1。
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 1.0 3.0 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 1.0－x 3.0－x x x
850 ℃时，反应的平衡常数是1，有(1.0－x)×(3.0－x)＝x×x，解得x＝0.75，则CO的平衡转化率为×100%＝75%。
(4)该反应是在固定容积的密闭容器中进行的反应，且反应前后气体的物质的量不变，密度不变不能作为平衡的标志；c(CO2)＝c(CO)是一特定的状态，不一定达到平衡。
[答案] (1)0.03 (2)1 (3)75% (4)a
学习任务 1．通过了解化学平衡常数的概念，会写化学平衡常数的表达式，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。 2．通过了解平衡转化率的含义，学会运用平衡常数进行相关的计算，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
一、化学平衡常数
1．化学平衡常数的概念与表达式
(1)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。
(2)表达式。
对于一般的可逆反应：aA＋bB cC＋dD，在一定温度下达到平衡时K＝。
部分可逆反应的平衡常数表达式。
化学方程式 平衡常数表达式
2NO2 N2O4 K＝
NO2 N2O4 K＝
2Fe3+＋Fe 3Fe2+ K＝
Br2＋H2O H＋＋Br－＋HBrO K＝
2．化学平衡常数的意义
平衡常数K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；K值越小，表示反应进行得越不完全。
3．化学平衡常数的影响因素
(1)对于指定反应，平衡常数只受温度影响。
(2)固体、纯液体、水溶液中的水浓度可视为定值，其浓度不列入平衡常数表达式中。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)在平衡常数表达式中，反应物浓度用起始浓度，生成物浓度用平衡浓度。 (×)
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。 (×)
(3)对于指定反应，平衡常数的大小只与温度有关，而与浓度、压强、催化剂等无关。 (√)
(4)化学方程式中的固态或纯液态物质不能代入平衡常数表达式。 (√)
二、平衡转化率
1．定义：物质在反应中已转化的量与该物质起始总量的比值。
2．表达式
α＝×100%。
对于反应aA＋bB cC＋dD，反应物A的平衡转化率为α(A)＝×100%，式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。
3．意义：反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。
化学平衡常数的表达式及应用
一定温度下，有下列三个可逆反应：
①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) K1
②CO(g)＋H2(g) C(s)＋H2O(g) K2
③2C(s)＋2H2O(g) 2CO(g)＋2H2(g) K3
[问题1] 分析①②两式的平衡常数表达式，总结可逆反应中正、逆反应的平衡常数有何关系？
提示：互为倒数关系，即K1＝。
[问题2] 分析①③两式的平衡常数表达式，总结若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，平衡常数如何变化？
提示：等倍数次幂增大或减小。即K3＝。
[问题3] 对于反应③，若保持其他条件不变，升高温度，K3值增大，该反应是吸热反应还是放热反应？
提示：对于反应③，升高温度，K3值增大，说明反应正向进行，则说明正反应是吸热反应。
1．化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数
(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。
如N2＋3H2 2NH3 K＝a，
则有：2NH3 N2＋3H2 K′＝。
N2＋H2 NH3 K″＝。
(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。
②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝或。
2．化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度。
(2)判断反应的热效应。
【特别提醒】 压强平衡常数。
(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。
1．高炉炼铁过程中发生的主要反应为Fe2O3(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃ 1 000 1 150 1 300
平衡常数 4.0 3.7 3.5
该反应的平衡常数表达式K＝____________，ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
[解析] 因Fe和Fe2O3都为固体，不能代入平衡常数的表达式，所以K＝，由表中数据知，温度升高，平衡常数减小，说明ΔH<0。
[答案] <
2．硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0。某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝______，升高温度，K值____________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为______________。
②平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)______K(B)(填“＞”“＜”或“＝”)。
[解析] (1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝；升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即平衡向左移动，故K值减小。
(2)①由题图可知，0.10 MPa时，
2SO2(g)＋ O2(g) 2SO3(g)
起始量 2 mol 1 mol 0
转化量 2 mol×80%
＝1.6 mol 1.6 mol× 1.6 mol
平衡量 0.4 mol 0.2 mol 1.6 mol
则平衡时c(SO2)＝＝0.04 mol·L-1，c(O2)＝＝0.02 mol·L-1，c(SO3)＝＝0.16 mol·L-1；K＝＝＝800；
②由A到B，温度不变，只增大体系压强，K值不变。
[答案] (1) 减小 (2)①800 ②＝
平衡转化率及化学平衡常数的计算
工业上利用反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)合成氨。相同温度下，在体积为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。实验测得起始、平衡时的有关数据如下表：
编号 起始时各物质的物质的量/mol 平衡时反应中的能量变化
N2 H2 NH3
① 1 3 0 放出热量a kJ
② 2 3 0 放出热量b kJ
[问题1] 试计算容器①中反应物N2的转化率。
提示：1 mol N2与3 mol H2完全反应时放出的热量为92.4 kJ，①中反应物N2的转化率为×100%。
[问题2] 请写出容器①中反应的化学平衡常数的计算式。
提示： N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
初始浓度/(mol·L-1) 1 3 0
转化浓度/(mol·L-1)
平衡浓度/(mol·L-1) 1－ 3－
K＝＝。
[问题3] 两个容器中合成氨反应的平衡常数有什么关系？
提示：相等；平衡常数只与温度有关。
[问题4] 试比较两个容器中N2、H2的转化率的大小。
提示：N2的转化率：①>②；H2的转化率：②>①。
利用“三段式”计算平衡常数及反应物的转化率
(1)步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
②确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
③根据已知条件建立等式关系进行解答。
(2)方法：
如mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L-1。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
c(初)/(mol·L-1) a b 0 0
Δc/(mol·L-1) mx nx px qx
c(平)/(mol·L-1) a－mx b－nx px qx
(3)计算：
1．可逆反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749 K时，K＝，问：
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2 mol·L-1时，CO的转化率为__________。
(2)当CO的起始浓度仍为2 mol·L-1，H2O的起始浓度为6 mol·L-1时，CO的转化率为________________________________________________________。
[解析] (1)设CO转化的物质的量浓度为x mol·L-1：
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 2 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 2－x 2－x x x
K＝＝，解得：x＝1.2。
CO的转化率：×100%＝60%。
(2)设CO转化的物质的量浓度为y mol·L-1，
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 2 6 0 0
转化/(mol·L-1) y y y y
平衡/(mol·L-1) 2－y 6－y y y
K＝＝，解得：y≈1.7；
CO的转化率：×100%＝85%。
[答案] (1)60% (2)85%
2．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：
(1)该条件下N2的平衡转化率为_____________________________________。
(2)该条件下反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为__________。
[解析] 设N2转化的物质的量浓度为x mol·L-1。
N2 ＋ 3H2 2NH3
起始浓度/(mol·L-1) 0.3 0.8 0
转化浓度/(mol·L-1) x 3x 2x
平衡浓度/(mol·L-1) 0.3－x 0.8－3x 2x
所以＝，
解得x＝0.2，
N2的转化率为×100%≈66.7%。
反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数
K＝＝＝0.005。
[答案] (1)66.7% (2)0.005
1．关于化学平衡常数，下列说法不正确的是( )
A．平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变
B．平衡常数随温度的改变而改变
C．平衡常数随压强的改变而改变
D．使用催化剂不能使平衡常数增大
C [A.平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变，故A正确；B.平衡常数随温度的改变而改变，故B正确；C.平衡常数不随压强的改变而改变，故C错误；D.使用催化剂只改变反应速率，不改变平衡，不能使平衡常数增大，故D正确。]
2．某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为( )
A．3.2×103 B．1.6×103
C．8.0×102 D．4.0×102
A [ 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
c(始)/(mol·L-1) 0 0 0.05
c(转)/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.01
c(平)/(mol·L-1) 0.01 0.005 0.04
K＝＝3.2×103。]
3．下表为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH的平衡常数与温度的关系：
T/K 373 473 573 673 773
K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103
由表中数据分析可知：
(1)温度升高，K值减小，则正反应为______反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。
(2)对于某一反应，若温度升高时，K值增大，则正反应为________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。
[解析] 由表格可知，升高温度，K值减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，由此得出规律：升温，K值减小；降温，K值增大。
[答案] (1)放热 ＜ (2)吸热 ＞
4．将0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容积为1 L的密闭容器中，反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)在一定条件下达到平衡，测得c(SO2)＝0.040 mol·L-1。
(1)该条件下的平衡常数为________。
(2)平衡时SO2的平衡转化率是________。
[解析] 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
c(初始)/(mol·L-1) 0.050 0.030 0
Δc/(mol·L-1) 0.010 0.005 0.010
c(平衡)/(mol·L-1) 0.040 0.025 0.010
所以，平衡常数K＝(0.010)2÷[(0.040)2×0.025]＝2.5，平衡时SO2的平衡转化率： ×100%＝20%。
[答案] (1)2.5 (2)20%
基础课时固基练(13) 化学平衡常数
1．下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中，正确的是( )
A．与该反应的压强有关
B．与反应的温度有关，还与反应本身有关
C．与化学反应本身和温度有关，并且会受到起始浓度的影响
D．只与化学反应本身有关，与其他任何条件无关的一个不变的常数
B [K与反应温度有关，表达式与方程式的书写有关，但与起始浓度、压强无关。]
2．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
A [K越大，表示反应达到平衡时，反应正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，反之，反应物的转化率越小，K只与温度有关，与浓度、压强无关。]
3．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值分别是①H2＋F2 2HF K＝1047；②H2＋Cl2 2HCl K＝1017；＋Br2 2HBr K＝109；＋I2 2HI K＝1。比较K值大小，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
A [化学平衡常数越大，表示该反应的正向进行的程度越大，故A正确。]
4．2 000 K时，反应CO(g)＋O2(g) CO2(g)的平衡常数为K，则相同温度下反应2CO2(g) 2CO(g)＋O2(g)的平衡常数K′为( )
A． B．K2
C． D．
C [平衡常数与化学方程式的写法有关，对于题干中的两个反应，K＝，K′＝，所以K′＝。]
5．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＝
B．K＝
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
B [A项，固体物质的浓度可视为常数，在平衡常数表达式中不写，错误；B项，符合平衡常数表达式的书写要求，正确；C项，化学平衡常数只与温度有关，而与反应物、生成物的浓度变化无关，故增大c(H2O)或减小c(H2)，该反应的平衡常数不变，错误；D项，温度改变，平衡常数一定改变，错误。]
6．某可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)在某温度下的平衡常数为K(K≠1)，反应热为ΔH。保持温度不变，将化学方程式的书写做如下改变，则ΔH和K数值的相应变化为( )
A．写成2aA(g)＋2bB(g) 2cC(g)，ΔH值、K值均扩大了1倍
B．写成2aA(g)＋2bB(g) 2cC(g)，ΔH值扩大了1倍，K值保持不变
C．写成cC(g) aA(g)＋bB(g)，ΔH值、K值变为原来的相反数
D．写成cC(g) aA(g)＋bB(g)，ΔH值变为原来的相反数，K值变为原来的倒数
D [A、B项ΔH值扩大1倍，K值变为原来的平方；C项K值变为原来的倒数。]
7．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800
C．反应前后压强之比为3∶2
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
B [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的转化率为×100%＝50%，平衡常数K＝＝1 600；平衡常数只受温度的影响，不受压强和浓度的影响；反应前后压强之比为3∶2。]
8．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
C [由化学平衡常数的定义可知K1＝，A项错误；该温度下，水分解反应的平衡常数为＝＝5×10-82，B项错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的反应的化学平衡常数数值分别为1×1030、5×10-82、4×10-92，所以产生O2的倾向由大到小顺序为NO＞H2O＞CO2，C项正确，D项错误。]
9．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( )
A．该反应的化学平衡常数表达式是K＝
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
B [C是固体，不能出现在平衡常数的表达式中，A错；生成1.6 mol C时，消耗了0.8 mol B，B的平衡转化率是40%，B对；化学平衡常数只受温度的影响，增大该体系的压强，化学平衡常数不变，C错；C为固体，浓度为定值，增加其量，反应速率不变，D错。]
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
B [ CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
转化/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 0.5
由化学方程式及以上数据判断可得A、C、D项正确；平衡常数与反应温度有关，B项错误。]
11．(素养题)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，测得总压强为p，则该反应的平衡常数Kp为( )
A．p B．p2
C．p2 D．p
C [ NH4HS(s) NH3(g)＋H2S(g)
开始时 0 0
平衡时 p p
则该反应的平衡常数Kp＝p(H2S)·p(NH3)＝p·p＝p2。]
12．在容积不变的容器中加入一定量的A和B，发生反应：2A(g)＋B(g) 2C(g)，在相同时间内，测得不同温度下A的转化率如下表所示。下列说法正确的是( )
温度/℃ 100 200 300 400 500
转化率/% 30 75 75 50 18
A．该反应随着温度升高，反应速率先变大后变小
B．400 ℃时，若B的平衡浓度为0.5 mol·L-1，则该反应的平衡常数K＝2
C．200 ℃，A的转化率为75%时，反应达到平衡状态
D．当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，反应达到平衡状态
B [A.任何化学反应速率都是随着温度升高而变大，A错误；B.400 ℃时，若B的平衡浓度为0.5 mol·L-1，假设A的起始浓度为c mol/L，则根据三段式进行计算：
2A(g) ＋ B(g) 2C(g)
起始浓度/(mol/L) c 0.25c＋0.5 0
转化浓度/(mol/L) 0.5c 0.25c 0.5c
平衡浓度/(mol/L) 0.5c 0.5 0.5c
则该反应的平衡常数K＝＝＝2，B正确；C.由表中数据可知200 ℃和300 ℃，A的转化率均为75%，故说明200 ℃，A的转化率为75%时，反应并未达到平衡状态，C错误；D.生成n mol B的同时消耗2n mol C均表示逆反应，故当单位时间内生成n mol B的同时消耗2n mol C时，不能说明反应达到平衡状态，D错误。]
13．在一体积为1 L的密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，在850 ℃发生反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。CO和H2O浓度变化如图：
(1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。
(2)850 ℃时，平衡常数K＝___________________________________。
(3)850 ℃时，若向该容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O，则CO的平衡转化率为________________。
(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________________(填字母)。
a．v正(H2)＝v逆(H2O)
b．c(CO2)＝c(CO)
c．容器中气体密度不变
[解析] (1)0～4 min的平均反应速率v(CO)＝＝0.03 mol·L-1·min-1。
(2)850 ℃时，平衡时各物质的浓度为c(CO)＝0.08 mol·L-1，c(H2O)＝0.18 mol·L-1，c(CO2)＝0.12 mol·L-1，c(H2)＝0.12 mol·L-1，所以平衡常数K＝＝1。
(3)设达到平衡时被转化的CO的物质的量浓度为x mol·L-1。
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
起始/(mol·L-1) 1.0 3.0 0 0
转化/(mol·L-1) x x x x
平衡/(mol·L-1) 1.0－x 3.0－x x x
850 ℃时，反应的平衡常数是1，有(1.0－x)×(3.0－x)＝x×x，解得x＝0.75，则CO的平衡转化率为×100%＝75%。
(4)该反应是在固定容积的密闭容器中进行的反应，且反应前后气体的物质的量不变，密度不变不能作为平衡的标志；c(CO2)＝c(CO)是一特定的状态，不一定达到平衡。
[答案] (1)0.03 (2)1 (3)75% (4)a