习题课3 化学平衡常数与反应速率常数
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1. 能进行化学平衡常数Kc的计算。2. 能进行化学平衡常数Kp的计算。3. 能进行速率常数的简单计算。
化学平衡常数Kc 与Kp的表达式
例 在一容积不变的密闭容器中发生化学反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。
表达式 说明
Kc Kc＝ 平衡浓度
Kp Kp＝ 用平衡分压代替平衡浓度；气体分压＝气体总压×物质的量分数
反应速率常数
1. 基元反应
基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应。现实中有些反应可以一步完成，但多数反应需要经历若干步骤才能完成。
2. 质量作用定律
质量作用定律只适用基元反应
基元反应的反应速率(v)与各反应物浓度的幂的乘积成正比。
aA＋bB＋…―→产物
v＝k·ca(A)·cb(B)
(k为反应速率常数，只与温度有关，与浓度无关)
3. 反应速率常数
(1) 化学平衡常数与反应速率常数的关系
对于基元反应
aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)
v正＝k正·ca(A)·cb(B)
v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)
平衡时v正＝v逆
即k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cc(C)·cd(D)；
K＝＝
(2) 反应速率取决于整个反应历程中最慢的一步。
如：2NO＋O22NO2反应历程如下：
总反应速率由慢反应决定，
则v＝k2·c(N2O2)·c(O2) ①
由K＝＝可得：
c(N2O2)＝·c2(NO)代入①得：
v＝·c2(NO)·c(O2)
总反应速率v＝k·c2(NO)·c(O2)
即k＝
例1 NO与O2反应生成NO2的反应历程如下：
第一步：NO＋NON2O2 (快速平衡)
第二步：N2O2＋O22NO2 (慢反应)
下列叙述正确的是________(填字母)。
A. v(第一步正反应)＜v(第二步正反应)
B. 总反应快慢由第二步决定
C. 第二步的活化能比第一步的高
D. 第二步中N2O2与O2的碰撞100%有效
[分析] 第一步为快反应，则v(第一步正反应)>v(第二步正反应)，A错误；第二步反应较慢，则总反应快慢由第二步决定，B正确；降低活化能，可加快反应速率，则第二步反应的活化能比第一步的高，C正确；第二步反应较慢，则有效碰撞的次数较少，故N2O2与O2的碰撞不可能100%有效，D错误。
例2 2NO2(g) N2O4(g)。实验测得：
v正＝v消耗(NO2)＝k正·c2(NO2)
v逆＝2v消耗(N2O4)＝k逆·c(N2O4)
k正、k逆为速率常数，只受温度影响，则化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K＝________。
[分析] v正＝v消耗(NO2)＝k正·c2(NO2)，v逆＝2v消耗(N2O4)＝k逆·c(N2O4)，2NO2(g)??N2O4(g)，平衡时，v正＝v逆，则k正·c2(NO2)＝k逆·c(N2O4)，平衡常数K＝＝。
例3 反应 H2(g)＋I2(g) 2HI(g)的反应机理如下：
第一步：I22I·(快速平衡)
第二步：I·＋H2H2I(快速平衡)
第三步：H2I＋I·2HI(慢反应)
①第一步反应________ (填 “放出”或“吸收”)能量。
②只需一步完成的反应称为基元反应，基元反应如aA＋dD===gG＋hH 的速率方程，v＝k·ca(A)·cd(D)，k为常数；非基元反应由多个基元反应组成，非基元反应的速率方程可由反应机理推定。H2(g)与I2(g)反应生成 HI(g)的速率方程为v＝________(用含k1、k－1、k2…的代数式表示)。
[分析] ①第一步反应断裂共价键，吸收能量。②反应速率由慢反应决定，即v＝k3·c(H2I)·c(I·)，第一步是快速平衡，k1·c(I2)＝k－1·c2(I·)，可得c2(I·)＝·c(I2)，第二步也是快速平衡，k2·c(I·)·c(H2)＝k－2·c(H2I)，可得c(H2I)＝·c(H2)·c(I·)，则速率方程v＝k3··c(H2)·c(I·)·c(I·)＝k3··c(H2)··c(I2)＝·c(H2)·c(I2)。
类型1 化学平衡常数与反应速率常数
(2024·佛山期末)某温度下发生反应2M(g) N(g)，M和N的消耗速率与本身浓度的关系如图，已知：v消耗(M)＝k1c2(M)，v消耗(N)＝k2c(N)，k1和k2是速率常数。下列说法正确的是( )
A. 曲线y代表的是v消耗(N)
B. 若向1 L恒容密闭容器中通入1 mol M，某时刻可能存在c(N)＝0.5 mol/L
C. 密闭容器中进行该反应，P点时反应逆向进行
D. 此温度下，该反应的平衡常数K＝
类型2 Kc的有关计算
一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，达到平衡时测得有关数据如表所示。
容器 温度/℃ 物质的起始浓度/(mol/L) 物质的平衡浓度/(mol/L)
c(SO2) c(O2) c(SO3) c(SO3)
Ⅰ 758 0.2 0.1 0 0.044
Ⅱ 758 0.1 0.05 0
Ⅲ 858 0.2 0.1 0
下列说法正确的是( )
A. 从开始至平衡时，容器Ⅰ中SO3的反应速率为0.044 mol/(L·s)
B. 平衡时，容器Ⅱ中c(SO3)>0.022 mol/L
C. 平衡时，容器Ⅲ中c(SO3)>0.044 mol/L
D. 若起始时，向容器Ⅰ中充入0.02 mol SO2、0.01 mol O2和0.02 mol SO3，则反应向逆反应方向进行
类型3 Kp的有关计算
(2024·惠州一中)T ℃时，压强为p的恒压密闭容器中，通入1 mol丙烯、1 mol氨气和3 mol氧气发生反应如下：
反应Ⅰ.C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g) C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH1＝－515 kJ/mol
反应Ⅱ.C3H6(g)＋O2(g) C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH2＝－353 kJ/mol
达到平衡时，容器内有a mol C3H3N(g)、b mol C3H4O(g)，此时C3H6(g)的分压p(C3H6)＝________(分压＝总压×物质的量分数，用含a、b的代数式表示，下同)；反应Ⅱ的Kp＝__________。
1. (2024·高州期末)在反应4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(l) ΔH<0中，正反应速率为v正＝k正·c4(NH3)·c5(O2)，逆反应速率为v逆＝k逆·c4(NO)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。已知T3时，k正＝k逆，则该温度下，平衡常数K3＝________；当温度改变为T4时，若k正＝1.5k逆，则T3________(填“>”“<”或“＝”)T4。
2. 一定温度下，N2和H2按物质的量之比为1∶3进行反应，平衡时，NH3的体积分数随压强的变化如图所示。
(1) 随压强增大，NH3的体积分数增大的原因是_____________________________________________ ____________________________________。
(2) 比较b点和a点：平衡常数K(a)______(填“>”“<”或“＝”，下同)K(b)，N2的浓度c(a)________c(b)。
(3) 计算b点的平衡常数Kp＝________(MPa)－2(用分压表示的平衡常数)。
配套新练案
习题课3 化学平衡常数与反应速率常数
1. (2025·东莞市东华高级中学)CO合成甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH，在容积均为2 L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入2 mol CO、4 mol H2与4 mol CO、8 mol H2，在催化剂作用下发生反应。平衡时甲醇的体积分数与温度的关系如图所示。
(1) 能判断甲，乙容器中反应已达到化学平衡状态的依据是________(填字母)。
A. 混合气体的密度不变
B. 2v正(H2)＝v逆(CH3OH)
C. 容器中的气体的压强不变
D. c(CO)∶c(H2)∶c(CH3OH)＝1∶2∶1
(2) 300 ℃时，当甲容器中CH3OH的体积分数处于D点时，此时v正________v逆。
(3) 曲线Ⅰ代表的是容器________(填“甲”或“乙”)中发生的反应。
(4) 该反应的ΔH________(填“>”“＝”或“<”)0，判断的理由是________________________________________________________________________。
(5) A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC大小关系是______________，KC＝________。
2. (2024·江门期末)(1) CO2和H2在催化剂作用下发生反应可合成清洁能源甲醇：
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0
①已知该反应的正反应率v正＝kc(CO2)·c3(H2)(k为正反应的速率常数)，某温度时测得数据如表中所示。则此温度下，表中a＝________。
c(CO2)/(mol/L) c(H2)/(mol/L) v正/[mol/(L·min)]
1 0.02 0.01 2.0×10－4
2 0.04 0.01 a
②在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率(α)与L和X的关系如图1所示，L和X分别表示温度或压强．X表示的物理量是________(填“温度”或“压强”)，L1________L2(填“＞”或“＜”)。
图1
③为探究该反应原理，进行如下实验：在一恒温，体积为2.0 L恒容密闭容器中，充入1.0 mol CO2和4.0 mol H2，进行该反应(不考虑其他副反应)，平衡时测得CH3OH的物质的量为0.80 mol.则该温度下平衡常数K＝________(保留2位有效数字)。
(2) 若CO2和H2按一定比例反应，一定时间内甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图2所示．当温度为470 K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490 K之后，甲醇产率下降，请分析其变化产生可能的原因：______________________________________(写出其中一种)。
图2
3. (2024·惠州市期末)研究表明CO和H2在一定条件下可以合成甲醇，反应的化学方程式为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，向一容积为2 L的密闭容器内，充入0.3 mol CO与0.4 mol H2，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
(1) p1、p2的大小关系是p1________p2(填“>”“＜”或“＝”)A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC由大到小关系是______________。
(2) 下列叙述能说明上述反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A. v正(H2)＝v逆(CH3OH)
B. CH3OH的体积分数不再改变
C. 混合气体的密度不再改变
D. 同一时间内，消耗0.04 mol H2，生成0.02 mol CO
(3) 上述投料在T2 ℃、p2压强下，平衡时H2的体积分数是________；平衡后再加入1.0 mol CO后重新到达平衡，则CO的转化率________(填“增大”“不变”或“减小”)
(4) 在T2 ℃、p2压强时，若p2压强恒定为p，则平衡常数Kp＝______________(Kp用气体平衡分压代替气体平衡浓度，分压＝总压×气体的物质的量分数，整理出含p的最简表达式)。
4. (2025·广州市第八十九中学)(1) 氧化剂N2O4与NO2相互转化的反应为2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0，若正反应速率v正＝k正c2(NO2)，逆反应速率v逆＝k逆c(N2O4)，k正、k逆为速率常数，则该反应的平衡常数K＝________(用k正、k逆表示)。
(2) 已知气体颜色越深，透光率越小。取一支注射器针筒，吸入10 mL二氧化氮气体。将针筒前端封闭，连接传感器，测定透光率；然后将针筒活塞迅速推至5 mL处，再将针筒活塞迅速拉回10 mL处，测定活塞移动过程中透光率的变化，如图所示。下列说法正确的是________(填字母)。
A. e点：v正>v逆
B. c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小
C. cd段透光率保持不变，说明反应达到平衡
D. 若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc
5. (1) (2025·广州市实验外语学校)800 ℃时，在体积为2 L的恒容密闭容器中充入0.20 mol NO和0.10 mol O2，发生反应：2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g) ΔH<0，n(NO)随时间的变化如下表：
时间(s) 0 1 2 3 4 5
n(NO)/mol 0.20 0.12 0.06 0.02 0.02 0.02
①下列既能使加快反应速率，又能增大NO平衡转化率的是________(填字母)。
A. 及时分离出NO2气体
B. 适当升高温度
C. 增大O2的浓度
D. 选择高效的催化剂
②0～2 s内，计算用O2表示的平均反应速率v(O2)＝________。
③800 ℃时，该反应的平衡常数K＝_________________________________(填计算结果)。相同温度下的另一容器中也发生着该反应，某时刻测出NO、O2、NO2三者的浓度分别是0.1 mol/L、0.2 mol/L和0.1 mol/L，此时v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。
④若平衡后容器内的压强为p0 kPa，写出分压平衡常数Kp＝____________________(kPa)－1(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，写计算表达式)。
(2) 在恒温恒容密闭容器中充入一定量X(g)，发生反应：2X(g) Y(g) ΔH<0，已知该反应的速率方程分别是v正(X)＝k正c2(X)和v逆(Y)＝k逆c(Y)，其中k正、k逆为该反应的速率常数 ，通常只与温度、催化剂的活性有关。
①升高温度，速率常数k正和k逆会________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
②根据题意，推断反应的平衡常数K与速率常数k正、k逆的关系式为K＝________。
6. (1) (2025·广州协和学校)用氯气除去废水中H2S的反应为Cl2(aq)＋H2S(aq) S(s)＋2HCl(aq)，该反应的正、逆反应速率表达式分别为v正＝k正c(Cl2)·c(H2S)，v逆＝k逆c2(HCl)，(k正、k逆分别为正、逆反应的反应速率常数，只与温度有关)，化学平衡常数K与k正、k逆的关系是________。
(2) (2025·广州协和学校)H2S可用于高效制取氢气，发生的反应为2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)，若起始时容器中只有H2S，平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图所示：
①A、B两点化学平衡常数较大的是________(填“KA”或“KB”)。
②在恒温恒容的密闭容器中，充入H2S发生该反应。下列能说明该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。
A. 混合气体密度保持不变
B. H2S的转化率保持不变
C. 保持不变
D. v正(H2S)＝2v逆(S2)
③若在两个等体积的恒容容器中分别加入2 mol H2S、1 mol H2S，测得不同温度下H2S的平衡转化率如图所示，代表1 mol H2S分解的曲线是________(填“甲”或“乙”)；M、N两点容器内的压强：p(N)________2p(M)(填“大于”或“小于”)。
(3) Binoist等进行了H2S热分解实验：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)，开始时，当1 mol H2S与23.75 mol Ar混合，在101 kPa及不同温度下反应达平衡时H2、H2S及S2的体积分数如图所示：
①该反应在Q点对应温度下反应达平衡时，n(S2)＝________。
②该反应在Q点对应温度下的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数，结果保留小数点后两位)。
习题课3 化学平衡常数与反应速率常数
分类举题
例1 C 【解析】根据反应：2M(g) N(g)，v消耗(M)受浓度影响大，故曲线y表示v消耗(M)，A错误；向1 L恒容密闭容器中通入1 mol M，若完全反应生成0.5 mol N，该反应为可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，故c(N)一定小于0.5 mol/L，B错误；当2v消耗(N)＝v消耗(M)时反应达到平衡状态，而P点v消耗(N)＝v消耗(M)，则反应逆向进行，C正确；当2v消耗(N)＝v消耗(M)时反应达到平衡状态，即k1c2(M)＝2k2c(N)，该反应的化学平衡常数为K＝＝，D错误。
例2 D 【解析】从开始至平衡时，时间未知，不能计算容器Ⅰ中SO3的反应速率，A错误；容器Ⅰ与容器Ⅱ温度相同，容器Ⅰ中起始量为容器Ⅱ中2倍，相当于对容器Ⅱ减压，平衡逆向移动，故达到平衡时，容器Ⅱ中SO3的浓度小于×0.044 mol/L即0.022 mol/L，B错误；容器Ⅰ与容器Ⅲ起始量相同，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则平衡时，容器Ⅲ中SO3的浓度小于0.044 mol/L，C错误；由容器Ⅰ列三段式为
K＝＝1.02，若起始时，向容器Ⅰ中充入0.02 mol SO2、0.01 mol O2和0.02 mol SO3，Qc＝＝100＞K，则反应向逆反应方向进行，D正确。
例3 ×p
【解析】T ℃，压强为p的恒压密闭容器中，列三段式：
C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)??C3H3N(g)＋3H2O(g)
起始/mol 1 1 3 0 0
转化/mol a a 1.5a a 3a
平衡/mol 1－a－b 1－a 3－1.5a－b a 3a＋b
C3H6(g)＋O2(g) C3H4O(g)＋H2O(g)
起始/mol 1 3 0 3a
转化/mol b b b b
平衡/mol 1－a－b 3－1.5a－b b 3a＋b
则达到平衡时，气体的总物质的量为(5＋0.5a) mol，丙烯的物质的量为(1－a－b) mol，则其分压p(C3H6)＝×p；反应Ⅱ的Kp＝＝。
质量评价
1. 1 >
【解析】已知v正＝k正·c4(NH3)·c5(O2)，逆反应速率为v逆＝k逆·c4(NO)，k正、k逆为速率常数，受温度影响，且T3时，k正＝k逆，则该温度下，平衡常数K3＝＝＝1；当温度改变为T4时，若k正＝ 1.5k逆，k4＝＝＝1.5；已知该反应为放热反应，升高温度，k值减小，则T3>T4。
2. (1) 合成氨是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向合成氨的方向移动，NH3的体积分数增大 (2) ＝ < (3)
【解析】(1) 合成氨是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，NH3的体积分数增大，故随压强增大，NH3的体积分数增大。(2) 平衡常数受温度影响，压强不改变平衡常数，故平衡常数K(a)＝K(b)。a点时，压强为28 MPa时，氨气的体积分数为48%，故氮气的分压为28 MPa×＝3.64 MPa，b点时，压强为60 MPa时，氨气的体积分数为60%，故氮气的分压为60 MPa×＝6 MPa，故b点氮气分压更大，所以b点氮气浓度更大。(3) b点氨气的体积分数为60%，总压强为60 Mpa，假设氮气、氢气的投料分别为1 mol、3 mol，则三段式为
×100%＝60%，a＝0.75 mol，氮气、氢气、氨气的物质的量分别为0.25 mol、0.75 mol、1.5 mol，总的物质的量为0.25 mol＋0.75 mol＋1.5 mol＝2.5 mol，平衡常数Kp＝＝(MPa)－2。
配套新练案
习题课3 化学平衡常数与反应速率常数
1. (1) C (2) > (3) 乙 (4) < 在相同条件下，随着温度的升高，平衡时甲醇的百分含量减小，说明升温平衡逆向移动，该反应正向是放热反应 (5) KA>KB＝KC 12
【解析】(1) 该反应气体总质量不变，恒容条件下混合气体的密度一直不变，不能判断达到化学平衡状态，A错误；当v正(H2)＝2v逆(CH3OH)时才达到化学平衡状态，B错误；该反应前后气体分子数减少，恒容条件下容器中的气体的压强不变时，达到化学平衡状态，C正确；当c(CO)∶c(H2)∶c(CH3OH)＝1∶2∶1时不能判断达到化学平衡状态，D错误。(2) 300 ℃时，当甲容器中CH3OH的体积分数处于D点时，仍未达到化学平衡状态，甲醇的体积分数低于平衡时，故平衡正向移动，v正>v逆。(4) 在相同条件下，随着温度的升高，平衡时甲醇的百分含量减小，说明升温平衡逆向移动，该反应正向是放热反应。(5) 平衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，温度升高，平衡常数减小，B、C温度均为300 ℃，平衡常数相同，A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC大小关系是KA>KB＝KC；根据图中数据，设CO转化了x mol，可列出三段式：
CO(g)＋2H2(g) ?CH3OH(g)
起始/mol 2 4 0
转化/mol x 2x x
平衡/mol 2－x 4－2x x
CH3OH(g)的体积分数为50%，故×100%＝50%，x＝1.5，KC＝＝12。
2. (1) ①4.0×10－4 ②压强 ＜ ③3.1
(2) 不是 该反应是放热反应，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，产率下降
【解析】(1) ①由v正＝kc(CO2)·c3(H2)可知，当c(CO2)扩大两倍，v正扩大2倍，则a＝2×2.0×10－4＝4.0×10－4。②反应正向放热，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率减小，反应正向气体分子数减小，增大压强，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，故X表示的物理量是压强，L表示的物理量为温度，压强相同时，L1温度下CO2的平衡转化率大，故温度L1＜L2。③列三段式：
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
起始量/(mol/L) 0.5 2 0 0
转化量/(mol/L) 0.4 1.2 0.4 0.4
平衡量/(mol/L) 0.1 0.8 0.4 0.4
该温度下平衡常数K＝＝＝3.1。
(2) 图中P点甲醇产率不是最大，所以反应还没有达到平衡，P点不是处于平衡状态；490 K之后，甲醇产率下降，是因为该反应是放热反应，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，产率下降。
3. (1) ＜ KA＝KB＞KC (2) BD (3) 25% 减小 (4)
【解析】(1) 在其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，则p1、p2的大小关系是p1＜p2；由图可知，同一压强下，升高温度，CO的平衡转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，A、B的温度相同，故KA＝KB，C的温度比A和B的高，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，则A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC由大到小关系：KA＝KB＞KC。(2) 不同物质正、逆反应速率之比等于其化学计量数之比，即v正(H2)＝2v逆(CH3OH)时，能说明反应达到平衡状态，A不符合题意；CH3OH的体积分数不再改变，能说明反应达到平衡状态，B符合题意；该反应中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中混合气体的质量始终不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，则混合气体的密度不再改变，不能说明反应达到平衡状态，C不符合题意；同一时间内，消耗0.04 mol H2，生成0.02 mol CO，说明正、逆反应速率相等，能说明反应达到平衡状态，D符合题意。(3) 由图可知，在T2 ℃、p2压强时，CO的平衡转化率为0.5，列三段式：
平衡时H2的体积分数是×100%＝25%，平衡后再加入1.0 mol CO，根据增大一种反应物的量，可以提高另一种反应物的转化率，自身转化率减小可知，H2的转化率增大，CO的转化率减小。(4) 平衡时混合气总物质的量为0.4 mol，若p2压强恒定为p，平衡时CO、H2、CH3OH的分压分别为、、，则Kp＝＝＝。
4. (1) (2) CD
【解析】(1) 正反应速率v正＝k正c2(NO2)，逆反应速率v逆＝k逆c(N2O4)，反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正c2(NO2)＝k逆c(N2O4)，＝，K＝，则该反应的平衡常数K＝。(2) e点透光度逐渐降低，说明气体颜色加深，平衡2NO2(g)??N2O4(g)逆向移动，v正Kc，D正确。
5. (1) ①C ②0.017 5 mol/(L·s) ③16 200 ＞
④ (2) ①增大 逆向 ②
【解析】(1) ①及时分离出NO2气体，可以使平衡正向移动，NO平衡转化率增大，但NO2浓度降低，反应速率减慢，A不符合题意；该反应为放热反应，适当升高温度，反应速率加快，但是平衡逆向移动，NO平衡转化率降低，B不符合题意；增大O2的浓度，反应速率加快，同时使平衡正向移动，NO平衡转化率增大，C符合题意；选择高效的催化剂能加快反应速率，但不影响平衡的移动，D不符合题意。②0～2 s内，Δn(NO)＝0.14 mol，则Δn(O2)＝0.07 mol，用O2表示的平均反应速率v(O2)＝＝0.017 5 mol/(L·s)。
③由表中数据列三段式：
平衡常数K＝＝16 200；另一个容器的Q＝＝5＜K，此时平衡正向移动，即v正＞v逆。④平衡时，容器内气体总物质的量为(0.02＋0.01＋0.18)mol＝0.21 mol，p(NO)＝×p0 kPa、p(O2)＝×p0 kPa、p(NO2)＝×p0 kPa，Kp＝ kPa。
(2) ①升高温度，v正(X)、 v逆(Y)均增大，则k正和k逆会增大，该反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动。②反应达到平衡状态时，v正(X)＝2v逆(Y)，则k正c2(X)＝2k逆c(Y)，平衡常数表达式：K＝＝。
6. (1) K＝ (2) ①KB ②BD ③甲 大于
(3) ①0.25 mol ②1.01
【解析】(1) 由反应达到平衡时，正逆反应速率相等可得：k正c(Cl2)·c(H2S)＝k逆c2(HCl)，＝＝K。(2) ①由图可知，升高温度，生成物的物质的量增大，说明平衡向正反应方向移动，反应的平衡常数增大，A点反应温度小于B点，则A、B两点化学平衡常数较大的是KB。②由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，A错误；硫化氢的转化率保持不变说明反应已达到平衡状态，B正确；反应中始终保持不变，则保持不变不能说明反应达到平衡状态，C错误；v正(H2S)＝2v逆(S2)说明正、逆反应速率相等，反应已达到平衡，D正确。③硫化氢分解的反应是气体分子数增大的反应，恒容容器中起始2 mol硫化氢与起始1 mol硫化氢相比相当于增大压强，平衡向逆反应方向移动，硫化氢的转化率减小，所以代表1 mol硫化氢分解的曲线是甲；M、N点H2S的转化率均为45%，对于M点，可列三段式：
所以M点对应气体总物质的量为(0.55＋0.225＋0.45)mol＝1.225 mol；
对于N点，可列三段式：
所以N点对应气体总物质的量为(1.1＋0.45＋0.9)mol＝2.45 mol，平衡时N点气体的总物质的量为M点气体物质的量的2倍，由图可知，N点温度高于M点，所以容器中压强p(N)>2p(M)。
(3) ①由图可知，Q点时，氢气和硫化氢体积分数相同，设平衡时氢气的物质的量为2a mol，由题意可建立如下三段式：
由氢气和硫化氢体积分数相同可得：1－2a＝2a，解得a＝0.25，即n(S2)＝0.25 mol。②此时，n总＝(23.75＋1.25)mol＝25 mol，则该反应在Q点的平衡常数Kp＝＝1.01 kPa。(共62张PPT)
第二章
化学反应速率与化学平衡
习题课3 化学平衡常数与反应速率常数
目 标 导 航
学习目标 知识网络
1. 能进行化学平衡常数Kc的计算。 2. 能进行化学平衡常数Kp的计算。 3. 能进行速率常数的简单计算。
核心笔记
化学平衡常数Kc 与Kp的表达式
1
1. 基元反应
基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应。现实中有些反应可以一步完成，但多数反应需要经历若干步骤才能完成。
2. 质量作用定律
质量作用定律只适用基元反应
基元反应的反应速率(v)与各反应物浓度的幂的乘积成正比。
aA＋bB＋…――→产物
v＝k·ca(A)·cb(B)
(k为反应速率常数，只与温度有关，与浓度无关)
反应速率常数
2
3. 反应速率常数
(1) 化学平衡常数与反应速率常数的关系
对于基元反应
例1 NO与O2反应生成NO2的反应历程如下：
下列叙述正确的是________(填字母)。
A. v(第一步正反应)＜v(第二步正反应)
B. 总反应快慢由第二步决定
C. 第二步的活化能比第一步的高
D. 第二步中N2O2与O2的碰撞100%有效
[分析] 第一步为快反应，则v(第一步正反应)>v(第二步正反应)，A错误；第二步反应较慢，则总反应快慢由第二步决定，B正确；降低活化能，可加快反应速率，则第二步反应的活化能比第一步的高，C正确；第二步反应较慢，则有效碰撞的次数较少，故N2O2与O2的碰撞不可能100%有效，D错误。
分类举题
类型1 化学平衡常数与反应速率常数
1
C
类型2 Kc的有关计算
2
下列说法正确的是( )
A. 从开始至平衡时，容器Ⅰ中SO3的反应速率为0.044 mol/(L·s)
B. 平衡时，容器Ⅱ中c(SO3)>0.022 mol/L
C. 平衡时，容器Ⅲ中c(SO3)>0.044 mol/L
D. 若起始时，向容器Ⅰ中充入0.02 mol SO2、0.01 mol O2和0.02 mol SO3，则反应向逆反应方向进行
D
类型3 Kp的有关计算
(2024·惠州一中)T ℃时，压强为p的恒压密闭容器中，通入1 mol丙烯、 1 mol氨气和3 mol氧气发生反应如下：
3
质量评价
1
>
2. 一定温度下，N2和H2按物质的量之比为1∶3进行反应，平衡时，NH3的体积分数随压强的变化如图所示。
(1) 随压强增大，NH3的体积分数增大的原因是____________________________ __________________________________________________________。
(2) 比较b点和a点：平衡常数K(a)____(填“>”“<”或“＝”，下同)K(b)，N2的浓度c(a)_____c(b)。
(3) 计算b点的平衡常数Kp＝_____(MPa)－2(用分压表示的平衡常数)。
合成氨是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向合成氨的方向移动，NH3的体积分数增大
＝
<
配套新练案
(1) 能判断甲，乙容器中反应已达到化学平衡状态的依据是_____(填字母)。
A. 混合气体的密度不变
B. 2v正(H2)＝v逆(CH3OH)
C. 容器中的气体的压强不变
D. c(CO)∶c(H2)∶c(CH3OH)＝1∶2∶1
(2) 300 ℃时，当甲容器中CH3OH的体积分数处于D点时，此时v正____v逆。
(3) 曲线Ⅰ代表的是容器____(填“甲”或“乙”)中发生的反应。
C
>
乙
(4) 该反应的ΔH____(填“>”“＝”或“<”)0，判断的理由是__________________ _______________________________________________________________________________________。
(5) A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC大小关系是________________，KC＝____。
<
在相同条件下，随着温度的升高，平衡时甲醇的百分含量减小，说明升温平衡逆向移动，该反应正向是放热反应
KA>KB＝KC
12
【解析】 (1) 该反应气体总质量不变，恒容条件下混合气体的密度一直不变，不能判断达到化学平衡状态，A错误；当v正(H2)＝2v逆(CH3OH)时才达到化学平衡状态，B错误；该反应前后气体分子数减少，恒容条件下容器中的气体的压强不变时，达到化学平衡状态，C正确；当c(CO)∶c(H2)∶c(CH3OH)＝1∶2∶1时不能判断达到化学平衡状态，D错误。(2) 300 ℃时，当甲容器中CH3OH的体积分数处于D点时，仍未达到化学平衡状态，甲醇的体积分数低于平衡时，故平衡正向移动，v正>v逆。(4) 在相同条件下，随着温度的升高，平衡时甲醇的百分含量减小，说明升温平衡逆向移动，该反应正向是放热反应。(5) 平衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，温度升高，平衡常数减小，B、C温度均为300 ℃，平衡常数相同，A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC大小关系是KA>KB＝KC；根据图中数据，设CO转化了x mol，可列出三段式：
2. (2024·江门期末)(1) CO2和H2在催化剂作用下发生反应可合成清洁能源甲醇：
①已知该反应的正反应率v正＝kc(CO2)·c3(H2)(k为正反应的速率常数)，某温度时测得数据如表中所示。则此温度下，表中a＝________________。
4.0×10－4
②在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率(α)与L和X的关系如图1所示，L和X分别表示温度或压强．X表示的物理量是_______(填“温度”或“压强”)，L1____L2 (填“＞”或“＜”)。
图1
③为探究该反应原理，进行如下实验：在一恒温，体积为2.0 L恒容密闭容器中，充入1.0 mol CO2和4.0 mol H2，进行该反应(不考虑其他副反应)，平衡时测得CH3OH的物质的量为0.80 mol.则该温度下平衡常数K＝______(保留2位有效数字)。
压强
<
3.1
(2) 若CO2和H2按一定比例反应，一定时间内甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图2所示．当温度为470 K时，图中P点______(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490 K之后，甲醇产率下降，请分析其变化产生可能的原因：_______________________________________________________________(写出其中一种)。
图2
不是
该反应是放热反应，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，产率下降
(2) 图中P点甲醇产率不是最大，所以反应还没有达到平衡，P点不是处于平衡状态；490 K之后，甲醇产率下降，是因为该反应是放热反应，达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，产率下降。
(1) p1、p2的大小关系是p1____p2(填“>”“＜”或“＝”)A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC由大到小关系是________________。
<
KA＝KB＞KC
(2) 下列叙述能说明上述反应达到化学平衡状态的是______(填字母)。
A. v正(H2)＝v逆(CH3OH)
B. CH3OH的体积分数不再改变
C. 混合气体的密度不再改变
D. 同一时间内，消耗0.04 mol H2，生成0.02 mol CO
(3) 上述投料在T2 ℃、p2压强下，平衡时H2的体积分数是_______；平衡后再加入1.0 mol CO后重新到达平衡，则CO的转化率_______(填“增大”“不变”或“减小”)
(4) 在T2 ℃、p2压强时，若p2压强恒定为p，则平衡常数Kp＝_____(Kp用气体平衡分压代替气体平衡浓度，分压＝总压×气体的物质的量分数，整理出含p的最简表达式)。
BD
25%
减小
【解析】 (1) 在其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，则p1、p2的大小关系是p1＜p2；由图可知，同一压强下，升高温度，CO的平衡转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，A、B的温度相同，故KA＝KB，C的温度比A和B的高，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，则A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC由大到小关系：KA＝KB＞KC。(2) 不同物质正、逆反应速率之比等于其化学计量数之比，即v正(H2)＝2v逆(CH3OH)时，能说明反应达到平衡状态，A不符合题意；CH3OH的体积分数不再改变，能说明反应达到平衡状态，B符合题意；该反应中所有物质都呈气态，建立平衡的过程中混合气体的质量始终不变，容器容积不变，混合气体的密度始终不变，则混合气体的密度不再改变，不能说明反应达到平衡状态，C不符合题意；同一时间内，消耗0.04 mol H2，生成0.02 mol CO，说明正、逆反应速率相等，能说明反应达到平衡状态，D符合题意。(3) 由图可知，在T2 ℃、p2压强时，CO的平衡转化率为0.5，列三段式：
(2) 已知气体颜色越深，透光率越小。取一支注射器针筒，吸入10 mL二氧化氮气体。将针筒前端封闭，连接传感器，测定透光率；然后将针筒活塞迅速推至5 mL处，再将针筒活塞迅速拉回10 mL处，测定活塞移动过程中透光率的变化，如图所示。下列说法正确的是____(填字母)。
A. e点：v正>v逆
B. c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小
C. cd段透光率保持不变，说明反应达到平衡
D. 若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc
CD
①下列既能使加快反应速率，又能增大NO平衡转化率的是______(填字母)。
A. 及时分离出NO2气体 B. 适当升高温度
C. 增大O2的浓度 D. 选择高效的催化剂
C
②0～2 s内，计算用O2表示的平均反应速率v(O2)＝____________________。
③800 ℃时，该反应的平衡常数K＝_________(填计算结果)。相同温度下的另一容器中也发生着该反应，某时刻测出NO、O2、NO2三者的浓度分别是 0.1 mol/L、0.2 mol/L和0.1 mol/L，此时v正_______(填“>”“<”或“＝”)v逆。
④若平衡后容器内的压强为p0 kPa，写出分压平衡常数Kp＝__________________
(kPa)－1(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，写计算表达式)。
0.017 5 mol/(L·s)
16 200
＞
①升高温度，速率常数k正和k逆会________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
②根据题意，推断反应的平衡常数K与速率常数k正、k逆的关系式为K＝_____。
增大
逆向
①A、B两点化学平衡常数较大的是____(填“KA”或“KB”)。
②在恒温恒容的密闭容器中，充入H2S发生该反应。下列能说明该反应达到化学平衡状态的是____(填字母)。
A. 混合气体密度保持不变 B. H2S的转化率保持不变
KB
BD
③若在两个等体积的恒容容器中分别加入2 mol H2S、1 mol H2S，测得不同温度下H2S的平衡转化率如图所示，代表1 mol H2S分解的曲线是____(填“甲”或“乙”)；M、N两点容器内的压强：p(N)______2p(M)(填“大于”或“小于”)。
甲
大于
0.25 mol
1.01
谢谢观赏
