第11章　第46讲　化学平衡状态与化学平衡常数（含答案） 2025年高考化学大一轮复习全新方案 讲义

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考点一 可逆反应、化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念
在同一条件下，既可以向____________进行，同时又能向____________进行的化学反应。
(2)特点
①双向性；
②双同性(正、逆反应是在同一条件下，同时进行)；
③共存性。
[应用举例]
(1)判断下列有关说法是否正确？不正确的请说明理由。
①氢气燃烧生成水，而水可电解生成氢气和氧气，故此反应是可逆反应。
②在工业生产条件下，氢气与氮气充分发生反应，氮气的转化率约为15%，故此反应是可逆反应。
③少量氯气通入大量水中，所得溶液呈浅黄绿色，且具有酸性和漂白性，故氯气与水的反应为可逆反应。
________________________________________________________________________________
(2)在一定条件下，将SO2和18O2充入反应容器使之发生反应，当反应达到平衡时18O原子将存在于哪些物质中？
________________________________________________________________________________
2．化学平衡状态
(1)概念
在一定条件下的________反应体系中，当正、逆反应速率________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，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)化学平衡的建立
绘制“反应速率－时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
(3)平衡特征
1．在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆( )
2．恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态( )
3．任何可逆反应都有一定限度，达到了化学平衡状态即达到了该反应的限度( )
4．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等( )
5．化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度或百分含量相等( )
6．在一定条件下，向密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2充分反应，生成2 ml NH3( )
化学平衡状态的判断方法
1．一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 ml N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( )
A．①② B．②④ C．③④ D．①④
2．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________(填序号，下同)。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是______________。
(3)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是______________。
(4)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________。
(5)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是______________。
3．若上述题目中的(1)～(3)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
(1)________________________________。
(2)________________________________。
(3)________________________________。
化学平衡状态的判断方法
(1)v正＝v逆eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(同种物质，消耗速率等于生成速率,不同种物质，速率之比等于化学计量数之比，但必须同时有正、逆反应))
(2)宏观组成标志
各组分的浓度保持不变，或各组分的质量、物质的量、百分含量、质量分数等保持不变的状态是平衡状态。
(3)间接标志
①有气体参加的不等体反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，达到平衡状态。
②如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡状态。
③气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡(若体系中各组分均为气体，气体质量守恒；若体系中不全是气体，要注意气体质量变化)。
考点二 化学平衡常数
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，即化学平衡常数，用符号____表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝____________________(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入化学平衡常数表达式中)。
[应用举例]
写出下列反应的平衡常数表达式：
(1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝_______________。
(2)Cr2Oeq \\al(2－,7)(aq)＋H2O(l)2CrOeq \\al(2－,4)(aq)＋2H＋(aq) K＝________________。
3．影响化学平衡常数的因素
K只受________影响，与反应物或生成物的浓度变化、压强变化、是否使用催化剂无关。
4．平衡常数的意义及应用
(1)判断可逆反应进行的程度
(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Q＝eq \f(ccC·cdD,caA·cbB)。
Q＜K，反应向____反应方向进行；
Q＝K，反应处于________状态；
Q＞K，反应向____反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应
1．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式为K＝eq \f(cCO·cH2,cC·cH2O)( )
2．平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动( )
3．化学平衡发生移动，平衡常数一定发生变化( )
4．平衡常数K越大，表示反应进行得越快( )
5．温度不变，增大反应物浓度，平衡正向移动，平衡常数增大( )
6．反应A(g)＋B(g)C(g)达到平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数增大( )
一、化学平衡常数与化学方程式的关系
1．请写出下列反应的平衡常数，并找出K1和K2、K3的关系。
(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K1
(2)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) K2
(3)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K3
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
2．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K＝________(用K1和K2表示)。
(1)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或eq \f(1,n)倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或eq \f(1,n)次幂。
(3)两化学方程式相加得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。
二、平衡常数的简单计算
3．[2018·全国卷Ⅱ,27(1)节选]CH4—CO2催化反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)
ΔH＝＋247 kJ·ml－1。某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 ml CH4、1 ml CO2以及催化剂进行反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________。
4．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________0(填“>”或“＜”)。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(ml·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正____v逆(填“＞”“＝”或“＜”)。
1．(2020·北京，10)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mml·L－1，c(HI)＝0.78 mml·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是( )
(注：1 mml·L－1＝10－3 ml·L－1)
2．[2023·全国甲卷，28(1)节选]甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：
①3O2(g)===2O3(g) K1 ΔH1＝＋285 kJ·ml－1
②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l) K2 ΔH2＝－329 kJ·ml－1
反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)
ΔH3的平衡常数K3＝__________(用K1、K2表示)。
3．[2023·浙江6月选考，19(2)①]已知水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH＝－41.2 kJ·ml－1。恒定总压1.70 MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)＝12∶5]投料，在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压＝总压×该成分的物质的量分数)如下表：
在条件1下，水煤气变换反应的平衡常数K＝____________。
4．[2023·湖南，16(2)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。
在某温度、100 kPa下，向反应器中充入1 ml气态乙苯发生反应C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)，其平衡转化率为50%，欲将平衡转化率提高至75%，需要向反应器中充入________ml水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。
K
105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应接近完全
化学反应
平衡常数
温度/℃
500
800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
K3
A
B
C
D
c(I2)/(mml·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/(mml·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/(mml·L－1)
1.00
1.56
4.00
1.56
p(CO2)/ MPa
p(H2)/ MPa
p(CH4)/ MPa
条件1
0.40
0.40
0
条件2
0.42
0.36
0.02