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第21讲化学平衡
基础考点梳理
最新考纲
1.了解反应的可逆性。
2.了解化学平衡建立的过程。
理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
自主复习
一、化学平衡状态
1.可逆反应
在相同条件下，既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应。
2.化学平衡状态
在一定条件下，将0.02molCO和
1.02molH2O（g）通入2L密闭容器中，
进行催反化剂应：
CO＋H2O（g）
CO＋H。
高温22
（1）反应刚开始时，反应物浓度最大，
正反应速率最大；生成物浓度为0，逆
反应速率为0。
（2）反应进行中，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。
（3）达到平衡时，正反应速率与逆反应速率相等，此时反应物浓度不再发生变化，生成物浓度也不再发生变化。
（4）若达平衡时，水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则平衡时一氧化碳的转化率为50%。
用可逆反应中正反应速率和逆反应速率的变化表示上
述过程，如图所示：
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平衡状态时，生成物浓度计量数次方的乘积与反应物浓度计量数次方的乘积的比值是一个常数，用符号K表示。
2.表达式
对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）
＋qD（g），
[c（C）]p·[c（D）]qK＝[c（A）]m·[c（B）]n。
3.平衡常数的应用和注意事项
（1）K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越高。
（2）利用浓度商判断平衡移动方向。
（3）平衡常数只与温度有关，与其他因素无关。
（4）固体和纯液体的浓度通常看作常数“1”，不计入平衡常数表达式中。
（5）化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
若反应方向改变，则平衡常数改变。
若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
网络构建
热点典例突破
热点考向
1.根据可逆反应的特点进行有关的判断，理解反应进行的程度。
2.化学平衡状态的判断及比较。
3.利用平衡常数判断反应进行的方向或计算反应物的转化率及某一物质的消耗量，百分含量的变化。
热点探究
热点1化学平衡状态的判断
判断一个可逆反应是否达到化学平衡状态，可以从三个方面来进行。
1.根据化学平衡状态的本质标志：
正反应速率等于逆反应速率；各组分的浓度保持不变。
2.根据“浓度不变”衍生出的一些间接判断方法：
各组分的百分含量保持不变、各组分的物质的量不随时间的改变而改变、各气体的分压不变、各气体的体积不随时间的改变而改变、有颜色变化的体系颜色不变等。
3.结合可逆反应的特点不同，建立平衡的条件不同，从不同的角度进行特例判断。
如：
列举反
应
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或
物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或质量
分数一定
平衡
③各气体的体积或体积
分数一定
平衡
④总体积、总压强、总
物质的量一定
不一
定平
衡
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA，即v正＝v逆
平衡
②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC，则v正＝v逆
平衡
③v（A）：
v（B）：
v（C）
：
v（D）
＝m：
n：
p：
q，v正不
一定等于v逆
不一定平衡
④在单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD，因均指v逆
不一定平衡
压强
①m＋n≠p＋q时，总压强一定（其他条件一定）
平衡
②若m＋n＝p＋q，总压强一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体的平均相对
①
Mr
一定，只有当
平衡
m＋n≠p＋q时
②
Mr
一定，且
不一
分子质
量（Mr）
m＋n＝p＋q时
定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量的变化，当体系温度一定时（其他不变）
平衡
体系的密度（ρ）
密度一定
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化等
平衡
注意：
（1）化学平衡的实质是v（正）
＝v（逆）＞0，表现为平衡体系各组分的物质的量或物质的量分数不再变化，因此v（正）＝v（逆）>0是化学平衡判断的充要条件。
（2）运用v（正）＝v（逆）>0时，注意方向和数量关系。
（3）学会“变”与“不变”判断。
“变”就是到达平衡过程中量“变”，而到达平衡后“不变”，否则，不一定平衡。
【例1】可逆反应：
2NO2（g）
2NO（g）＋O2（g），在体积固定的密闭
容器中，达到平衡状态的标志是（）
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2；
②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO；
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．①④⑥⑦B．②③⑤⑦
C．①③④⑤D．全部
[解析]本题不仅考查了化学平衡的直接标志，也要求对化学平衡的间接标志进行分析，判断。
①中单位时间内
生成nmolO2必消耗2nmolNO2，而生
成2nmolNO2时，必消耗nmolO2，能说明反应达到平衡。
②不能说明。
③中无论达到平衡与否，化学反应速率都等于化学计量数之比。
④有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡。
⑤体积固定、气体质量反应前后守恒，密度始终不变。
⑥反应前后Δv≠0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。
⑦由于气体的质量
不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，该反应Δn≠0，能说明反应达到平衡。
[答案]A
变式1下列方法中可以证明2HI（g）H2（g）＋I2（g）已达平衡状态的是。
①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI；
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂；
③百分组成ω（HI）＝ω（I2）；
④反应速率v（H2）＝v（I2）＝v（HI）/2
时；
⑤c（HI）：
c（H2）：
c（I2）＝2：
1：
1时；
⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化；
⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化；
⑧条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化；
⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化；
⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化。
解析：
①②④是从v正＝v逆≠0来判断的，由上面分析可知，只有②符合；
③⑤⑥⑦⑧⑨⑩分别是从结果上来判断
的，由于该反应是两边气体体积相等的
反应，所以由左栏归纳可知，⑥⑨可以判断。
答案：
②⑥⑨
热点2化学平衡常数1.
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，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用符号K表示。
2.化学平衡常数的表示
对于一般的可逆反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），在一定温度下的平衡
cp（C）cq（D）
常数为：
K＝cm（A）cn（B）。
如可逆反应I2（g）＋H2（g）2HI（g）
的平衡常数
c2（HI）K＝c（H2）c（I2）。
3.化学平衡常数的特点
（1）化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
（2）反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代人公式（联想化学反应速率一节固体和纯液体的处理）。
（3）化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。
若反应方向改变，则平衡常数改变；若方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。
4.化学平衡常数的应用
（1）利用K可以推测可逆反应进行的程度。
K的大小表示可逆反应进行的程度，K大说明反应进行程度大，反应物的转化率大。
K小说明反应进行的程度小，反应物的转化率小。
（2）借助平衡常数，可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。
对于可逆反应aA（g）＋bB（g）
cC（g）＋dD（g），在一定温度下的任意
时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
cc（C）cd（D）Q＝ca（A）cb（B），QError!
。
（3）利用K可判断反应的热效应
若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；
若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
【例2】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：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L－1
0.1
0.2
0.0
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＋3Y2Z，其平衡常数为1600
C.增大压强使平衡向生成Z的方
向移动，平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
[解析]X浓度变化了0.05，所以达到化学平衡时，X的转化率为0.05÷0.1×100%＝50%，选项A正确；
Y的浓度变化了0.15，Z的浓度变化了
1.1，故该反应的化学方程式为X＋3Y2Z，B正确；平衡常数与浓度、压强无关，只与温度有关，故选项C错误、D正确。
[答案]C
变式2（2010·北京市西城区抽样）
合成氨反应N（g）＋3H（g）高温、高压
22催化剂
2NH3（g）ΔH<0具有重要的意义。
（1）该反应的化学平衡常数表达式是
K＝。
（2）该反应的化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示：
T/K
473
573
673
……
K
4.4×10－2
K1
K2
……
其中，K1K2（填“>”、
“＝”或“<”）。
解析：
（1）化学平衡常数是生成物的浓度幂之积与反应物的浓度幂之积的比值，该反应的化学平衡常数K＝
c2（NH3）
c（N2）·c3（H2）。
（2）该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆方向移动，化学平衡常数减小，
因此K1>K2。
c2（NH3）
答案：
（1）c（N2）·c3（H2）
（2）>
热点3化学平衡的计算
1.三段法（始态、变化、终态）
步骤：
（1）写出有关平衡的化学方程
式。
（2）找出各物质的起始量、转化量、平衡量（可设为未知数）。
（3）利用条件列方程计算。
如：
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
起始（mol/L）:
ab00转化（mol/L）:
mxnxpxqx平衡（mol/L）:
a－mxb－nxpxqx
说明：
计算中存在以下量的关系
①反应物：
n（平）＝n（始）－n（变）；生成物：
n（平）＝n（始）＋n（变）。
②各物质的转化量之比等于化学方程式中化学计量数之比。
③转化率＝
反应物转化的物质的量（或浓度、体积）反应物起始的物质的量（或浓度、体积）
×100%。
2.平衡时混合气的平均相对分子质量
对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g）
＋qD（g），若A、B起始物质的量分别为
amol、bmol，达平衡后，A的物质的
量变化了mxmol，则平衡混合气的平均相对分子质量为：
aMA➡bMB
Mr＝a－mx➡b－nx➡px➡qx。
【例3】（2010·北京理综）某温度
下，H2（g）＋CO2（g）H2O（g）＋CO（g）的
9
平衡常数K＝4。
该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2（g）和CO2（g），其起始浓度如下表所示。
起始浓度
甲
乙
丙
c（H2）（mol/L）
0.010
0.020
0.020
c（CO2）（mol/L）
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是（）
A.平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B.平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时，丙中c（CO2）是甲中的
2倍，是0.012mol/LD．反应开始时，丙中的反应速率
最快，甲中的反应速率最慢
[解析]本题考查化学平衡常数及转化率的计算，意在考查考生对数据的分析和处理能力。
设平衡时甲中CO2的转化浓度为xmol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为（0.01－x）mol/L、（0.01－x）mol/L、xmol/L、xmol/L，根据平衡常数K＝
x×x9
（0.01－x）×（0.01－x）＝4，解得x＝0.006，则甲中CO2的转化率为0.006
0.01×100%＝60%，由于乙相对于甲增大了c（H2），因此CO2的转化率增大，A项正确；设平衡时丙中CO2的转化浓度为ymol/L，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为（0.02－y）mol/L、（0.02－y）mol/L、y
mol/L、ymol/L，根据平衡常数K＝y×y9
（0.02－y）×（0.02－y）＝4，解得y＝0.012，则丙中CO2的转化率为0.012
0.02×100%＝60%，B项正确；平衡时甲中c（CO2）
＝0.01－0.006＝0.004（mol/L），丙中
c（CO2）＝0.02－0.012＝0.008（mol/L），C
项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D项正确。
[答案]C
△
变式3在密闭容器中进行的如下反应：
2SO2（g）＋O2（g）
催化剂
2SO3（g）
SO2的起始浓度是0.4mol·L－1，O2
的起始浓度1mol·L－1。
当SO2的转化
率为80%时，反应达到平衡状态。
（1）求反应的平衡常数。
（2）若将平衡时反应混合物的压强增大1倍，通过计算判断平衡将如何移动？
（3）平衡时保持体积不变，向平衡混合气体中充入稀有气体Ar，使体系总
压变为原来的3倍，平衡又将如何移动？
（1）平衡常数K＝
（0.32mol·L－1）2400
（0.08mol·L－1）2×0.84mol·L－1＝21（m
ol·L－1）－1
（2）压强增大1倍，各组分的浓度增大
1倍，
Qc＝
（0.64mol·L－1）2
（0.16mol·L－1）2×1.68mol·L－1200400
＝21（mol·L－1）－1<21（mol·L－1）－1
即Qc（3）保持体积不变，充入稀有气体Ar，尽管总压改变，但反应混合物各组分的浓度保持不变。
Qc＝
（0.32mol·L－1）2
（0.08mol·L－1）2×0.84mol·L－1400
＝21（mol·L－1）－1＝K，所以平衡不发生移动。
答案：
（1）K＝
400
21（mol·L－1）－1
（2）
平衡向正反应方向移动（3）平衡不发生
移动
方法规律技巧
等效平衡
1.等效平衡原理
相同条件下，同一可逆反应体系，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，只要按反应方程式中的化学计量数之比投入反应物或生成物，建立起的平衡状态都是相同的，这就是所谓的等效平衡原理。
由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。
因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件（温度、浓度、压强）完全相同，则可形成等效平衡。
如常温常压下，可逆反应：
2SO2＋O22SO3
①2mol1mol0mol
②0mol0mol2mol
③0.5mol0.25mol1.5mol
①从正反应开始，②从逆反应开始，
③从正逆反应同时开始，由于
①、②、③三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等（如将②、③折算为①），因此三者为等效平衡。
2.等效平衡规律
（1）对于恒温、恒容条件下体积可变的反应
如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。
例如：
2SO2＋O22SO3
①2mol1mol0mol
②0mol0mol2mol
③0.5mol0.25mol1.5mol
上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物，则SO2均为2
mol，O2均为1mol，三者建立的平衡状态完全相同。
（2）对于恒温、恒容条件下体积不变
的反应
如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡是等效的。
例如：
H2（g）＋I2（g）2HI（g）
①
1mol
1mol
0mol
②
2mol
2mol
1mol
上述两种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下H2与I2（g）的物质的量之比均为1：
1，因此上述两种情况下建立的化学平衡状态是等效的。
（3）对于恒温、恒压条件下的可逆反应（体积可变的反应或体积不变的反应）
如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡状态是等效的。
注意：
三种情况下的等效均指平衡混合物中各组分的百分含量保持不变。
实际上三种等效是有差别的，第1种情
况是绝对等效（包括浓度、密度、相对分子质量等都相等），而第2种和第3种情况下，物质的量存在倍数关系。
【考例】（2010·江苏）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4
kJ·mol－1）：
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1molN2、3molH2
2molNH3
4molNH3
NH3的浓度（mol·L－1）
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出akJ
吸收
bkJ
吸收
ckJ
体系压强（Pa）
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是（）A．2c1>c3B．a＋b＝92.4
C．2p2[解析]本题考查化学平衡知识，意在考查考生解决实际问题的能力。
A项，可假设丙的容积为甲的两倍，达平衡时浓度与甲相等，再压缩至容积相等，若平衡不移动，则氨气浓度为甲中2倍，现平衡向正反应方向移动，则有2c1从两个不同方向建立相同的平衡，故正确；C项，由A项分析可知，压缩至相同体积时，若平衡不移动则丙中压强是甲中的2倍，但丙中平衡会向正反应方
向移动，故压强会小于甲中的2倍，即2p2>p3，故不正确；D项，由A项分析可知，若压缩至相同体积时，平衡不移动，则有α1＋α3＝1，现在丙中平衡向
正反应方向移动，则α1＋α3<1，故正确。
[答案]BD
22
变式在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：
2SO＋O
催化剂
Δ2SO3，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。
现在该容器中维持温度不变，令
a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量（mol）。
如a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。
请填写下列空白：
（1）若a＝0，b＝0，则c＝。
（2）若a＝0.5，则b＝和c＝。
（3）a、b、c必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）：
、。
解析：
在其他条件不变时，改变平衡体系中有关物质的量，使之平衡状态相同。
解题思路是：
有关物质的量不论取何值，都把它转化成最初给定的物质的量。
若其值与题干给出的量相同，则符合题意。
（1）2molSO3相当于2molSO2和1molO2。
（2）0.5molSO2与0.25molO2反应生成0.5molSO3，再加上1.5molSO3，其SO3的量是2mol，同
（1）。
（3）若SO2与SO3的物质的量之和等于2mol，相当于原来加入的2mol
c
SO2。
cmolSO3分解得2molO2，若
c
2＋b＝1，两者之和等于初始氧气的量就符合题意。
答案：
（1）2
（2）0.251.5（3）
c
a＋c＝2，2＋b＝1
点评：
关键是理解解析中的第一段的内容。
我们把这一类问题称作等效平衡，“等效”是指改变加入的物质与原来加入的物质，在数量上“等效”。
备选习题
22高温
1.可逆反应N（g）＋3H（g）
、高压2NH（g）的正、逆反应速率
催化剂3
可用各反应物或生成物浓度的变化来表
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）
解析：
当正向反应速率等于逆向反应速率时，可逆反应达到平衡状态。
根据化学方程式中NH3和H2的计量关系，可以看出正反应在单位时间内有3mol
H2发生化合反应，必定同时生成2molNH3，故有2v正（H2）＝3v正（NH3）。
这时逆反应如果同时有2molNH3发生分解反应，NH3的物质的量就相当于没有变化，好像“表面上静止”达到平衡状态。
所以当2v正（H2）＝3v逆（NH3）时，NH3的正、逆反应速率相等，说明反应已达到平衡状态。
答案：
C
2．（2010·山东省潍坊市抽样）一定条件下，在密闭容器中，能表示反应X（g）＋2Y（g）2Z（g）一定达到化学平衡
状态的是（）
①X、Y、Z的物质的量之比为
1：
2：
2；
②X、Y、Z的浓度不再发生变化；
③容器中的压强不再发生变化；
④单位时间内生成nmolZ，同时生成2nmolY。
A．①②B．①④C．②③D．③④
解析：
X、Y、Z的物质的量之比
等于计量数
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