高考化学知识热点系列专题化学平衡常数解题策略.docx

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高考化学知识热点系列专题化学平衡常数解题策略

专题08化学平衡常数解题策略

化学平衡常数与化学平衡及其影响因素的关系是高考命题的趋势之一。

化学平衡常数的引入，对判断化学平衡移动方向带来了科学的依据。

平衡常数是表征反应限度的一个确定的定量关系，是反应限度的最根本的表现。

平衡常数的使用，从定量的角度解决了平衡的移动。

一、化学平衡常数

可逆反应达到化学平衡状态后，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组成成分的含量保持不变，即各物质的浓度保持不变。

此时：

生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，化学上把这一种常数称为化学平衡常数。

在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，无论反应混合物的起始浓度是多少，当反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，这个常数叫化学平衡常数，用K表示。

化学平衡常数的计算公式为：

对于可逆反应：

mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

说明：

1、化学平衡常数K表示可逆反应进行的程度。

（1）化学平衡常数K只针对达到平衡状态的可逆反应适用，非平衡状态不适用。

（2）化学平衡常数K的表达式与可逆反应的方程式书写形式有关。

（3）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率或产率也越大。

（4）K值不随浓度或压强的改变而改变，但随着温度的改变而改变。

（5）一般情况下，对于正反应是吸热反应的可逆反应，升高温度，K值增大；而对于正反应为放热反应的可逆反应，升高温度，K值减少。

2、由于固体浓度为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。

3、由于水的物质的量浓度为一常数（55.6mol·L－1），因平衡常数已归并，书写时不必写出。

4、对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：

K正＝1/K逆。

二、有关化学平衡的计算：

可逆反应在一定条件下达到化学平衡：

mA（g）＋nB（g）

pC（g）＋qD（g）

起始（mol/L）ab00

转化（mol/L）x（n/m）x（p/m）x（q/m）x

平衡（mol/L）a－xb－（n/m）x（p/m）x（q/m）x

平衡时：

A的转化率＝（x/a）×100%

说明：

1、对于同一条件下，同一时间内的可逆反应，参加反应的各物质的物质的量之比与方程式前面的系数成正比，由于可逆反应是在一定的容器中进行的，因此，反应所消耗（或生成）的物质的物质的浓度之比也等于方程式前面的系数比。

但平衡时的物质的量或浓度与方程式前面的系数没有关系。

2、化学平衡中的反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化值，而不是平衡时的浓度。

而平衡时的平衡常数，则是指可逆反应达到平衡时，生成物的物质的量浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积的比值，两者计算要求不同。

3、可逆反应中平衡浓度、起始浓度和变化浓度之间存在以下关系：

起始物的物质的量等于该物质变化的物质的量与平衡时的物质的量之和，若在一定体积的容器中，则起始浓度等于平衡浓度与变化浓度之和。

4、平衡转化率是指达到平衡时反应物消耗的物质的量与原有总物质的量之间的比值，当反应物的起始物质的量与方程式前面的系数成正比时，各物质的转化率也相同，否则不一样。

5、平衡时的产率是指实际得到的产物的产值与理论值之间的比值。

理论值是指某种反应物完全消耗时所能得到的产物的最大值。

6、由于可逆反应一段时间后达到平衡状态，因此，可逆反应不能进行完全，产物的产值应该在0—理论值之间，不可能为0，同样也不可能完全转化。

例1.CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白：

CO＋Hb·O2→O2＋Hb·CO

实验表明，Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%，也可造成人的智力损伤。

抽烟后，测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10－6mol·L－1和10－2mol·L－1，并已知37℃时上述反应的平衡常数K＝220，那么，此时Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的多少倍？

解析：

根据平衡常数的概念和计算公式：

生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，可得：

又因为：

肺部的空气CO和O2的浓度分别为10－6mol·L－1和10－2mol·L－1，则：

则有：

＝2.2%

答案：

Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的0.022倍

例2.现有反应：

CO（气）＋H2O（气）

CO2（气）＋H2（气）放热反应；在850℃时，K＝1。

（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K_____l（填“大于”、“小于”、或“等于”）

（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，则：

当x＝5.0时，上述反应向___________________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。

若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是__________________。

（3）在850℃时，若设x＝5.0和x＝6.0，其它物质的投放量不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%，b%，则a_____b（填“大于、小于或等于”）

解析：

化学平衡常数不随浓度或压强的改变而改变，只随温度的改变而改变。

（1）对于CO（气）＋H2O（气）

CO2（气）＋H2（气），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，根据平衡常数的计算公式可知，K变小，即小于1。

（2）

在一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，当x＝5.0时，则有：

K＝5×1/3×1＞1，此时生成的浓度偏大，而在同一温度下平衡常数保持不变，则必然随着反应的进行，生成物的浓度降低，平衡逆向移动。

若要使平衡正向移动，则有：

K＝x×1/3×1＜1，即x＜3时，可使平衡正向移动。

（3）可逆反应在一定条件下达到化学平衡：

当x＝5.0时

CO（气）＋H2O（气）

CO2（气）＋H2（气）

起始（mol/L）　　1　　3　1　5

转化（mol/L）x　x　　x　　x

平衡（mol/L）1－x3－x　　1＋x　5＋x

则有：

x2/（1－x）（3－x）＝1，解得x＝－1/5，则氢气的体积分数为：

　　　　a%＝H2%＝（5＋x）/10＝40%

同理可得：

当x＝6.0，b%＝52.9%

答案：

（1）K小于1；

（2）当x＝5.0时，平衡逆向移动；x＜3时，可使平衡正向移动。

（3）x＝5.0时，a%＝40%；x＝6.0，b%＝52.9%，即a＜b。

例3.在合成氨过程中，进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1：

3，压强为160atm，从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数为25%。

求：

（1）从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比是多少？

（2）从合成塔出来的气体的压强是多少？

答案：

从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为：

1：

3；

　　从合成塔出来的气体的压强是128atm。

例4.在一定温度下，将100mL氢气和氮气的混合气体充入密闭容器中进行反应，达到平衡时维持温度不变，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，平均分子量为15.5，则达到平衡时氮气的转化率为多少？

解析：

在同温同压下，反应前后的气体的总质量保持不变，则混合气体的密度与体积成反比。

设混合气体中氮气的体积为a，则氢气的体积为：

100－a，则有：

N2　　＋　3H2　

　2NH3

起始（L）　　a　　　100－a　　　0

转化（L）　　x3x2x

平衡（L）a－x　100－a－3x2x

则有：

ρ前/ρ后＝V前/V后；100/（100－2x）＝1.25，x＝10mL。

又同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，则有：

混合气体的相对分子质量等于混合气体的总质量与混合气体的总物质的量之比，则有：

混合气体的总质量＝28a＋2（100－a），

则有：

［28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得：

a＝40mL

则：

氮气的转化率为：

10/40＝25%

答案：

氮气的转化率为25%

【考点再现】

一、考查化学平衡常数表达式的书写

在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，体系内所有反应物和生成物的浓度保持不变，所以生成物浓度幂（以其化学计量数为幂）之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数，叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。

以反应：

mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）为例，K=

。

1．由于固体或纯液体的浓度是一常数，如果有固体或纯液体参加或生成，则表达式中不能出现固体或纯液体；稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。

例如：

（1）CaCO3（s）

CaO（s）+CO2（g）K=c（CO2）

（2）3Fe（s）+4H2O（g）

Fe3O4（s）+4H2（g）K=

/

（3）Cr2O72－（l）+H2O（l）

2CrO42－（l）+2H+（l）K=

（4）CH3COOH（l）+HOCH2CH3（l）

CH3COOCH2CH3（l）+H2O（l）K=

2．表达式与化学计量数一一对应，方程式中化学计量数不同，表达式就不同；可逆反应中，正反应的表达式与逆反应的表达式互为倒数。

例如：

（1）N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）K1=

（2）2NH3（g）

N2（g）+3H2（g）K2=

（3）1/2N2（g）+3/2H2（g）

NH3（g）K3=

同一温度下，K1、K2、K3的数值都固定但相互之间不相等，显然，K1=

，K3=

。

二、考查化学平衡常数的意义

1．在一定条件下，某可逆反应的K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。

2．当K>105或K<10－5时，该反应就基本进行完全，一般当成非可逆反应；而K在10－5～105之间的反应被认为是典型的可逆反应。

3．K值大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，但不能预示反应达到平衡所需要的时间。

三、考查化学平衡常数的影响因素

1．平衡常数K只受温度影响，既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关，也与压强的改变无关；由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率，故平衡常数不受催化剂影响。

2．任何可逆反应，当温度保持不变，改变影响化学平衡的其它条件时，即使平衡发生移动，K值不变。

3．其它条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向正（或逆）反应方向移动，K增大（或减小）；若正反应是放热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向逆（或正）反应方向移动，K减小（或增加）；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。

四、考查化学平衡常数的简单计算

例1．已知在800K时，反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g），若起始浓度c（CO）=2mol/L，c（H2O）=3mol/L，反应达到平衡时，CO转化成CO2的转化率为60%。

若将H2O的起始浓度加大为6mol/L，试求CO转化为CO2的转化率。

解析：

本题考查平衡常数表达式、有关计算及应用。

先由第一次平衡时CO的转化率可求平衡时各物质的浓度：

c（CO）=0.8mol/L，c（H2O）=1.8mol/L，c（CO2）=1.2mol/L，c（H2）=1.2mol/L；

再由此求K值：

K＝

=1.0

假设第二次平衡时，CO的转化浓度为x，则

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）

起始浓度mol/L2600

转化浓度mol/Lxxxx

平衡浓度nol/L2－X6－XXX

由于温度不变，平衡常数不变，则

=1.0，解得：

x=1.5mol/L

故CO的转化率为：

×100%=75%

例2、现有反应：

CO（气）＋H2O（气）

CO2（气）＋H2（气）放热反应；在850℃时，K＝1。

（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K_____l（填“大于”、“小于”、或“等于”）

（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，则：

当x＝5.0时，上述反应向___________________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。

若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是__________________。

解析：

化学平衡常数不随浓度或压强的改变而改变，只随温度的改变而改变。

（1）对于CO（气）＋H2O（气）

CO2（气）＋H2（气），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，根据平衡常数的计算公式可知，K变小，即小于1。

（2）

在一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，当x＝5.0时，则有：

K＝5×1/3×1＞1，此时生成的浓度偏大，而在同一温度下平衡常数保持不变，则必然随着反应的进行，生成物的浓度降低，平衡逆向移动。

若要使平衡正向移动，则有：

K＝x×1/3×1＜1，即x＜3时，可使平衡正向移动。

答案：

（1）K小于1；

（2）当x＝5.0时，平衡逆向移动；x＜3时，可使平衡正向移动。

例3.CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白：

CO＋Hb·O2→O2＋Hb·CO

实验表明，Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%，也可造成人的智力损伤。

抽烟后，测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10－6mol·L－1和10－2mol·L－1，并已知37℃时上述反应的平衡常数K＝220，那么，此时Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的多少倍？

答案：

Hb•CO的浓度是Hb·O2的浓度的0.022倍

例4.在合成氨过程中，进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1：

3，压强为160atm，从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数为25%。

求：

（1）从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比是多少？

（2）从合成塔出来的气体的压强是多少？

解析：

同温同压下，任何气体的体积比等于物质的量之比，则根据平衡常数的计算公式：

有：

N2　　＋　3H2　

　2NH3

起始（L）　1　　　　3　　　　　0

转化（L）　x3x2x

平衡（L）1－x　　　3－3x2x

则有2x/（4－2x）＝25%，x＝0.4，则从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为：

（1－x）：

（3－3x）＝1：

3。

在一定温度和体积固定的容器中，气体的压强比等于物质的量之比，则有：

P前/P后＝4/（4－2x）；160atm/P后＝4/3.2，P后＝128atm。

答案：

从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为：

1：

3；

　　从合成塔出来的气体的压强是128atm。

例5.在一定温度下，将100mL氢气和氮气的混合气体充入密闭容器中进行反应，达到平衡时维持温度不变，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，平均分子量为15.5，则达到平衡时氮气的转化率为多少？

N2　　＋　3H2　

　2NH3

起始（L）　　a　　　100－a　　　0

转化（L）　　x3x2x

平衡（L）a－x　100－a－3x2x

则有：

ρ前/ρ后＝V前/V后；100/（100－2x）＝1.25，x＝10mL。

又同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，则有：

混合气体的相对分子质量等于混合气体的总质量与混合气体的总物质的量之比，则有：

混合气体的总质量＝28a＋2（100－a），

则有：

［28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得：

a＝40mL

则：

氮气的转化率为：

10/40＝25%

答案：

氮气的转化率为25%

【专题测试】

1、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，反应进行的程度越大

B.K越小，达到平衡时，反应物的转化率增大

C.K随反应物浓度的改变而改变

D.K随温度的改变而改变

2、在一密闭容器中，aA（g）

bB（g）达平衡后温度保持不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来平衡时浓度的60%，则：

（）

A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减少了

C.物质B的质量分数增加了D.a＞b

3、在373K时，把0.5molN2O4气体通入体积为5L的真空密闭容器中，立即出现棕色，反应进行到2s时，浓度为0.02mol/L，在60s时，体系已达到平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍，下列说法正确的是（）

A.前2s，以N2O4的浓度变化表示的平均反应速度为0.01mol/（L·s）

B.在2s时容器内压强为开始时压强的1.1倍

C.在平衡体系内含N2O40.25mol

D.平衡时，如果压缩容器体积，则可提高N2O4的转化率

4、在一密闭容器中，等物质的量的X和Y发生如下反应：

X（g）+2Y（g）

2Z（g），反应达到平衡时，若混合气体中X和Y的物质的量之和与Z的物质的量相等，则X的转化率为（　　　）

A.10%　　　　B、50%　　　　C、60%　　　　D、70%

5、在一密闭的容器中，将一定量的NH3加热使其发生分解反应：

2NH3（g）

N2（g）＋3H2（g），当达到平衡时，测得25%的NH3分解，此时容器内的压强是原来的（）

A、1.125倍　　B、1.25倍　　　C、1.375倍　　　D、1.50倍

6、在一定温度下，将1molCO和1mol水蒸气放入一固定容积的密闭容器中，发生反应CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g），达平衡状态后，得到CO20.6mol；再通入0.3mol水蒸气，达到新的平衡状态后，CO2的物质的量可能是（　　　）

A、0.9molB、0.8molC、0.7mol　　D、0.6mol

7、将0.4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：

2A（g）＋B（g）

2C（g），若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L－1，现有下列几种说法：

①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·（L·s）－1

②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·（L·s）－1

③2s时物质A的转化率为70%

④2s时物质B的浓度为0.7mol·L－1

其中正确的是（　　　）

A、①③　　　B、①④　　　　C、②③　　　D、③④

8、在一定体积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q，在一定条件下发生反应：

2R（g）＋5Q（g）

4X（g）＋nY（g），反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是（　　　）

A、2　　　　　B、3　　　　　C、4　　　　　D、5

9、某容器中加入N2和H2，在一定条件下，N2＋3H2

2NH3，达到平衡时N2、H2、NH3的浓度分别是3mol/L、4mol/L、4mol/L，则反应开始时H2的浓度是（　　　）

A、5mol/L　　　B、10mol/L　　C、8mol/L　　　D、6.7mol/L

10、已知下列反应的平衡常数：

H2（g）＋S（s）

H2S（g）　K1

S（s）＋O2（g）

SO2（g）　　K2

则反应H2（g）＋SO2（g）

O2（g）＋H2S（g）的平衡常数是　（　　　）

A、K1＋K2　　　B、K1－K2C、K1×K2D、K1／K2

11、有可逆反应2A（g）＋2B（g）

2C（g）＋D（g）

（1）该反应的化学平衡常数的表达式可表示为：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）该反应选用了一种合适的催化剂，发现反应温度在100℃～400℃的范围内，每高10℃，反应速度为原来的3倍，在400℃～450℃时，每高10℃，反应速度却约为原来的10倍，而温度高于450℃时，反应速度却约为原来的3倍，若其它反应条件不变，试分析造成这种现象的原因＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）若该反应在固定容积的密闭容器中进行，并保持温度不变。

往容器里充入等物质的量的A、B两种气体物质，反应进行5min后，试推测容器内的压强可能发生的变化＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（填正确的字母编号）

A、增大　　　　　　　　　　B、减小　　　　　　　　C、不变

其理由是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）若该反应在恒温下进行并已达平衡，再维持温度不变，将压强由100kPa增大到500kPa平衡发生了移动，但却发现平衡向左移动，你是否怀疑勒夏特列原理对平衡系统的普遍适用性？

＿＿＿＿＿＿＿＿；试写出你的分析理由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

12、平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在25℃时，下列反应式及其平衡常数：

2NO（g）

N2（g）＋O2（g）K1＝1×1030

2H2（g）＋O2（g）

2H2O（g）K2＝2×1081

2CO2（g）

2CO（g）＋O2（g）K3＝4×10－92

（1）常温下NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为＿＿＿＿＿＿＿＿。

（2）常温下水分解产生O2，此时平衡常数值约为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）常温下NO、H2O、CO2三种化合物分解放出氧气的大小顺序为：

＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＞＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）随着轿车进入家庭，汽车尾气污染成为备受关注的环境问题，市政府要求全市对所有汽车尾气处理装置完成改装，以求基本去除氢氧化物、一氧化碳污染气体的排放。

而改装后的尾气处理装置主要是加入了有效催化剂，请你根据以上有关数据分析，仅仅使用催化剂＿＿＿＿＿＿＿＿＿（填能或否）促进污染气体间的反应，而去除污染气体。

13、可逆反应CO＋H2O

CO2＋H2在密闭容器中建立了平衡。

当温度为749K时，Kc＝2.60，问：

（1）当CO起始浓度为2mol/L，H2O起始浓度为2mol/L时，CO的转化率为多少？

（2）当CO起始浓度仍为2mol/L，H2O的起始浓度为6mol/L时，CO的转化率为多少？

14、在接触法制硫酸中，将SO2与空气按1：

3的体积比混合（空气中氮气与氧气的体积比为4：

1）后进入接触室，在一定条件下反应达到平衡后，气体总体积减少为原来的88%（体积均在相同情况下测定），试求：

（1）反应达到平衡时SO2的转化率；

（2）若生成的SO3可在吸收塔中完全被吸收，则排出的尾气中SO2的体积百分含量。

15、在673K，1.01×105Pa时，有1mol气体A发生如下反应：

2A（g）

xB（g）＋C（g）。

在一定条件下已达到平衡。

在平衡混合气体中，A占其体积百分比为58.84%。

混合气体总质量为46g，密度为0.72g·L－1。

求：

（1）平衡混合气体的平均相对分子质量；

（2）A的平衡转化率；

（3）x值

（4）相同条件下，反应前A的密度是平衡混合气体密度的几倍。

【参考答案】

1、AD　2、AC　3、B