4.
（1）（2015·海南卷节选）硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O，250℃时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为 ，平衡常数表达式为 ；若有1mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为 mol。
（2）（2014·福建卷）已知T℃时，反应FeO（s）+CO（g）
Fe（s）+CO2（g）的平衡常数K=0.25。
①T℃时，反应达到平衡时n（CO）∶n（CO2）= 。
②若在1L密闭容器中加入0.02molFeO（s），并通入xmolCO，T℃时反应达到平衡。
此时FeO（s）转化率为50%，则x= 。
【答案】
（1）NH4NO3
N2O↑+2H2O↑K=c（N2O）·c2（H2O）4
（2）①4∶1 ②0.05
【解析】
（1）根据平衡常数的定义可书写该反应的平衡常数表达式，硝酸铵为固体，不出现在平衡常数表达式中；硝酸铵中N元素的化合价从+5价降低到+1价或从-3价升高到+1价，均转移4个电子，所以有1mol硝酸铵完全分解，则转移4mol电子。
（2）①据题意有K=
=0.25=
，则n（CO）∶n（CO2）=4∶1。
②据题意有n（CO）∶n（CO2）=（x-0.01）∶0.01=4∶1，解得x=0.05。
【自主学习】
考点1 化学平衡的建立与特征
【基础梳理】
1.可逆反应
（1）概念：
在 条件下，既能向 方向进行，又能向 方向进行的反应，叫做可逆反应。
（2）符号：
可逆反应用“
”符号，而不用“
”表示。
（3）特点：
在 条件下，正、逆反应 进行，反应物的转化率 100%。
2.化学平衡的建立
（1）概念：
在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率 逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持 的状态，称为化学平衡状态。
（2）化学平衡的建立
过程
正、逆反应速率
反应物、生成物的浓度
①反应开始
v（正） v（逆）
反应物浓度最大，生成物浓度为零
②反应过程中
v（正）逐渐 ，v（逆）逐渐
反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大
③平衡状态时
v（正） v（逆）≠0
各组分的浓度不再随时间的变化而变化
微课29 判断化学平衡状态的标志
化学平衡状态的本质特征是正反应速率和逆反应速率相等，这是判断化学平衡状态的根本标志。
由于v（正）=v（逆），可使平衡体系中各组分的质量分数保持不变，所以一般情况下平衡体系的压强、气体密度、浓度等多种宏观性质也保持不变，这些宏观的特征有时也可作为判断化学平衡状态的标志。
判断反应是否达到平衡的标志总结如下：
示例反应
mA（g）+nB（g）
pC（g）+qD（g）
混合物体系中各成分的含量
各物质的物质的量或物质的量分数一定
平衡
各物质的质量或质量分数一定
平衡
各气体的体积或体积分数一定
平衡
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
在单位时间内消耗mmolA的同时生成mmolA，即v（正）=v（逆）
平衡
在单位时间内消耗nmolB的同时消耗pmolC，即v（正）=v（逆）
平衡
v（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
在单位时间内生成nmolB的同时消耗qmolD，均指v（逆）
不一定平衡
压强
m+n≠p+q时，总压强一定（其他条件一定）
平衡
m+n=p+q时，总压强一定（其他条件一定）
不一定平衡
混合气体平均相对分子质量
m+n≠p+q时，一定
平衡
m+n=p+q时，一定
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定（其他条件一定）
平衡
密度
反应物、生成物全为气体，定容时，密度一定
不一定平衡
m+n≠p+q，恒温恒压，气体密度一定
平衡
其他
如体系的颜色不再变化
平衡
【举题说法】
【例题1】 （2015·江西临川联考）在一个恒容绝热的密闭容器中，发生可逆反应：
M（?
）+2N（g）
P（g）+Q（g）ΔH>0，已知M的状态未知，则反应达到平衡的标志是（ ）
①当物质M、N、P的体积分数比为1∶1∶1时 ②混合气体的密度不变时 ③体系的温度不变时 ④反应速率2v（N）正=v（Q）逆时 ⑤体系的压强不变时 ⑥气体的平均相对分子质量不变时
A.①③④B.③⑥C.②③⑥D.③④⑤
【答案】 B
【解析】 当物质M、N、P的体积分数比不变时达到平衡状态，①错误；若M是气体，反应前后密度恒定，此时混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，②错误；因为是恒容绝热容器，反应过程中伴随着热效应，因而体系温度会发生变化，当温度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；v（N）正=2v（Q）逆时才达到平衡状态，④错误；当M是非气体时，反应前后气体体积不变，此时压强不变不能说明达到平衡状态，⑤错误；若M是气体，反应正向进行，气体物质的量减小，气体质量不变，则气体的平均相对分子质量增大，若M是非气体，反应正向进行，气体质量增大，气体物质的量不变，气体的平均相对分子质量增大，因而无论M是什么状态，当气体的平均相对分子质量不变时均可说明反应达到平衡状态，⑥正确。
【变式】1 在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应：
（甲）C（s）+H2O（g）
CO（g）+H2（g）；（乙）CO（g）+H2O（g）
CO2（g）+H2（g）。
现有下列状态：
①混合气体平均相对分子质量不再改变；②恒温时，气体压强不再改变；③各气体组分浓度相等；④断裂氢氧键的速率等于断裂氢氢键速率的2倍；⑤混合气体密度不变；⑥单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1；⑦同一时间内，水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量。
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是（ ）
A.①②⑤B.③④⑥C.①⑥⑦D.④⑦
【答案】 D
【解析】 甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于气体体积不相等的反应，乙容器中，反应属于等气体分子数的反应，气体相对分子质量、密度、压强都始终不变，①②⑤错误；各组分浓度相等，不能判断反应是否达到了平衡状态，③错误；断裂氢氧键速率等于断裂氢氢键速率的2倍，经转化得，氢氧键的断裂速率等于生成氢氧键的速率，④正确；消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向，⑥错误；经转化得消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量，⑦正确。
考点2 化学平衡常数及其计算
【基础梳理】
1.化学平衡常数
化学平衡常数的表示：
在 温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时， 浓度幂之积与 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，符号为K。
在一定温度下的可逆反应：
mA（g）+nB（g）
pC（g）+qD（g）达到平衡状态时，平衡混合气体中各组分浓度之间满足如下关系（化学平衡常数）：
K= 。
2.平衡常数的意义
平衡常数K的大小能衡量一个化学反应进行的 （也叫反应的限度）。
K值越大，表示反应进行的 ；K值越小，表示反应进行的 。
3.影响平衡常数的因素
（1）K值只与 有关，而与反应物、生成物的浓度无关。
如果可逆反应是放热反应，升高温度平衡常数K ；如果可逆反应是吸热反应，升高温度平衡常数K 。
（2）在平衡常数的表达式中，只包括气体和溶液中各溶质的浓度，而不包括固体或纯液体的浓度。
在一般情况下，固体或纯液体参加的反应以及在稀溶液中有水参与的反应，它们的浓度不变或变化很小，本身就是或可以看作是一个常数，不在表达式中出现。
如：
CaCO3（s）
CaO（s）+CO2（g）K=c（CO2）
Cr2
+H2O
2Cr
+2H+
K=
（3）平衡常数表达式与化学方程式的化学计量数有关。
同一个化学反应，化学方程式中化学计量数成比例扩大或缩小时，平衡常数的表达式不一样。
注意体会K1、K2、K3的关系，如：
2NO2（g）
N2O4（g） K1=
N2O4（g）
2NO2（g）K2=
NO2（g）
N2O4（g）K3=
（4）平衡常数数值的大小，只能说明一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度，并不能预示反应达到平衡所需要的时间。
如2SO2（g）+O2
2SO3（g），298K时K=3.6×1024很大，但由于反应速率太慢，常温时几乎不发生反应。
【举题说法】
[化学平衡常数（K）以及转化率（α）的计算]
【例题2】 （2015·重庆卷）羰基硫（COS）可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。
在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：
CO（g）+H2S（g）
COS（g）+H2（g）K=0.1
反应前CO的物质的量为10mol，平衡后CO的物质的量为8mol，下列说法正确的是（ ）
A.升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应
B.通入CO后，正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S的物质的量为7mol
D.CO的平衡转化率为80%
【答案】 C
【解析】 升高温度，H2S浓度增加，说明平衡逆向移动，则该反应是放热反应，A错；通入CO后，正反应速率瞬间增大，又逐渐减小，B错；反应前CO的物质的量为10mol，平衡后CO的物质的量为8mol，设反应前H2S的物质的量为nmol，则
CO（g）+H2S（g）
COS（g）+H2（g）
起始/mol：
10 n 0 0
变化/mol：
2 2 2 2
平衡/mol：
8 n-2 2 2
反应前后恰好气体分子数目不变，可以利用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K=
=
=0.1，解得n=7，C正确；根据上述数据，可知CO的平衡转化率为
×100%=20%，D错。
【变式】2 固定和利用CO2能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。
工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法：
CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）
ΔH=-49.0kJ·mol-1
某科学实验将6molCO2和8molH2充入2L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如下图所示。
（1）a点正反应速率 （填“大于”、“等于”或“小于”）逆反应速率。
（2）下列时间段平均反应速率最大的是 （填字母，下同），最小的是 。
A.0~1minB.1~3minC.3~8minD.8~11min
（3）求平衡时氢气的转化率和该条件下反应的平衡常数K（写出计算过程）。
【答案】
（1）大于
（2）A D
（3）CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）
起始物质的量/mol：
6 8 0 0
物质的量变化/mol：
2 6 2 2
平衡物质的量/mol：
4 2 2 2
H2的转化率=
×100%=
×100%=75%
K=
=
=0.5
[化学平衡常数的应用]
【例题3】 CO在催化剂作用下可以与H2反应生成甲醇：
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）
在密闭容器中充有10molCO与20molH2，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。
（1）M、N两点平衡状态下，容器中物质的总物质的量之比为n（M）总∶n（N）总= 。
（2）M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为 。
【答案】
（1）5∶4
（2）KM=KN>KQ
【解析】
（1）M点CO的转化率为0.5，则参加反应的CO为10mol×0.5=5mol，
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）Δn
12
5mol10mol
故M点平衡时，混合气体的总物质的量=10mol+20mol-10mol=20mol；
N点CO的转化率为0.7，则参加反应的CO为10mol×0.7=7mol，
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）Δn
12
7mol14mol
故N点平衡时，混合气体的总物质的量=10mol+20mol-14mol=16mol。
故M、N两点时容器内气体的总物质的量之比为n（M）总∶n（N）总=20mol∶16mol=5∶4。
（2）由图可知，一定压强下，温度越高，CO的转化率越低，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，Q点的温度高于N点，故平衡常数KN>KQ；M点的温度等于N点，故平衡常数相同。
【变式】3 合成气合成甲醇的主要反应是2H2（g）+CO（g）
CH3OH（g）ΔH=-90.8kJ·mol-1，T℃下此反应的平衡常数为160。
此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10min后测得各组分的浓度如下：
物质
H2
CO
CH3OH
浓度/mol·L-1
0.20
0.10
0.40
（1）该时间段内反应速率v（H2）= 。
（2）比较此时正、逆反应速率的大小：
v（正） （填“>”、“<”或“=”）v（逆）。
（3）生产过程中，合成气要进行循环，其目的是 。
【答案】
（1）0.08mol·L-1·min-1
（2）> （3）提高原料利用率（或提高产量、产率）
【解析】
（1）v（H2）=
=0.08mol·L-1·min-1
（2）Q=
=100<160，说明反应还没达到平衡，正反应速率大于逆反应速率。
（3）合成气要进行循环，其目的是提高原料利用率。
定量上转化率的计算一般离不开化学平衡常数，一般是通过平衡常数表达式求得平衡时物质的平衡浓度，从而求得转化率。
CH3COOH
CH3COO-+H+
起始量c00
平衡量c（1-α）cαcα
K=
=
【随堂检测】
1.（2014·四川卷）在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）+Y（g）
M（g）+N（g），所得实验数据如下表。
实验
编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n（X）
n（Y）
n（M）
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列说法正确的是（ ）
A.实验①中，若5min时测得n（M）=0.050mol，则05min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）=1.0×10-2mol·L-1·min-1
B.实验②中，该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
D.实验④中，达到平衡时，b>0.060
【答案】 C
【解析】 实验①中，若5min时测得n（M）=0.050mol，浓度是0.005mol·L-1，则根据反应的化学方程式可知，同时生成的N也是0.005mol·L-1，因此05min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）=
=1.0×10-3mol·L-1·min-1，A不正确；实验②中，平衡时M的浓度是0.008mol·L-1，则同时生成的N的浓度是0.008mol·L-1，消耗X与Y的浓度均是0.008mol·L-1，因此平衡时X和Y的浓度分别为0.010mol·L-1-0.008mol·L-1=0.002mol·L-1、0.040mol·L-1-0.008mol·L-1=0.032mol·L-1，因此反应的平衡常数K=
=1，B不正确；③与②温度相同，则K=1，设X的转化浓度为xmol·L-1，X的转化率为60%。
则
X（g） + Y（g）
M（g）+ N（g）
起始浓度/mol·L-1：
0.0200.030 0 0
转化浓度/mol·L-1：
xx x x
平衡浓度/mol·L-1：
（0.020-x）（0.030-x） x x
则K=
=1，解得x=0.012，则x的转化率为
×100%=60%，C正确；700℃时
X（g）+ Y（g）
M（g）+ N（g）
起始浓度/mol·L-10.0400.010 0 0
转化浓度/mol·L-10.009 0.009 0.009 0.009
平衡浓度/mol·L-10.031 0.001 0.009 0.009
则该温度下平衡常数K=
=2.6>1，这说明升高温度平衡常数减小，即平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，若容器④中温度也是800℃，由于反应前后气体体积不变，则与③是等效平衡，因此最终平衡时M的物质的量b=0.5a=0.5×0.012mol·L-1×10L=0.060，当温度升高到900℃时平衡向逆反应方向移动，因此b<0.060，D不正确。
2.甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上采用如下反应合成甲醇：
CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g），现模拟并分析该反应。
（1）能够说明该反应已达到平衡的是 （填字母）。
A.恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
B.恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
C.一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D.一定条件下，单位时间内消耗2molH2的同时生成1molCH3OH
（2）下图是该反应在不同温度下CO转化率随时间的变化曲线。
①该反应的ΔH （填“>”、“<”或“=”）0。
②T1和T2温度下的平衡常数：
K1 （填“>”、“<”或“=”）K2。
【答案】
（1）AC
（2）①< ②>
【解析】 反应物、生成物都是气体，恒温、恒容体系的密度始终不变，所以不能作为平衡的标志。
T2温度高于T1，由升温CO的转化率下降，可知升高温度平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH<0，所以T1和T2温度下的平衡常数：
K1>K2。
3.
（1）在2L密闭容器内，800℃时反应：
2NO（g）+O2（g）
2NO2（g）ΔH<0体系中，n（NO）随时间的变化如下表。
时间/s
0
1
2
3
4
5
n（NO）/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
①写出该反应的平衡常数表达式：
K= 。
②用O2表示从02s内该反应的平均速率v（O2）= 。
（2）在一密闭容器中发生反应：
2A（g）+B（g）
E（g）。
写出该反应的平衡常数表达式：
，已知升高温度时，v（正）>v（逆），此时K值 （填“变大”、“变小”或“不变”）；该反应的ΔH （填“>”、“=”或“<”）0。
【答案】
（1）①
②1.5×10-3mol·L-1·s-1
（2）K=
变大 >
【解析】
（1）02s时，n（NO）由0.020mol变成0.008mol，消耗0.020mol-0.008mol=0.012mol，消耗氧气的物质的量为0.006mol，v（O2）=
=
=1.5×10-3mol·L-1·s-1。
（2）升高温度，v（正）>v（逆），说明反应正向移动，正反应吸热，K变大。
【参考答案】
【参考答案】
问题思考
问题1 ①正、逆反应的平衡常数互为倒数。
②若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，平衡常数也会随之改变。
③反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不能代入公式。
问题2 可逆反应在一定条件下，正反应和逆反应的反应速率相等时，体系内各物质的浓度维持一定，不随时间变化，此时该体系达到平衡状态，简称化学平衡。
化学平衡状态的特点：
①前提：
封闭体系、恒温、可逆反应；②条件：
正、逆反应速率相等；③标志：
各物质浓度不再随时
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