反应方向进行；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q>K，反应向
反应方向进行。
（3）判断可逆反应的热效应
【夯基础·小题】
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）Fe3＋（aq）＋3H2O（l）Fe（OH）3（s）＋3H＋（aq）的平衡常数表达式为K＝
（ ）
（2）恒温、恒容条件下，发生反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）达到平衡，向容器中再充入1molSO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大（ ）
（3）化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关；温度越高，化学平衡常数越大（ ）
（4）改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大（ ）
（5）催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数（ ）
（6）平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）× （5）× （6）√
2．高温下，某反应达到平衡状态，平衡常数K＝
。
恒容时，温度升高，H2浓度减小。
下列说法正确的是（ ）
A．该反应的焓变为正值
B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小
C．升高温度，逆反应速率减小
D．该反应的化学方程式为CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）
解析：
选A 根据平衡常数的表达式可得出该反应的化学方程式为CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）；升高温度，正、逆反应速率均增大，H2浓度减小，平衡正向移动，说明正反应是吸热的，焓变为正值；在恒温恒容下，增大压强的方法有多种，H2浓度变化不确定。
3．在一定温度下，已知以下三个反应的平衡常数：
反应①：
CO（g）＋CuO（s）⇌CO2（g）＋Cu（s） K1
反应②：
H2（g）＋CuO（s）⇌Cu（s）＋H2O（g） K2
反应③：
CO（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g） K3
（1）反应①的平衡常数表达式为________。
（2）反应③的K3与K1、K2的关系是K3＝________。
解析：
（2）K3＝
，K2＝
，结合K1＝
，可知K3＝
。
答案：
（1）K1＝
（2）
知识点二 化学平衡常数（K）、转化率的相关计算
【考必备·清单】
1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量
N2 ＋ 3H2
2NH3
起始量130
转化量abc
平衡量1－a3－bc
①反应物的平衡量＝起始量－转化量。
②生成物的平衡量＝起始量＋转化量。
③各物质转化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。
转化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。
因此抓住转化浓度是解题的关键。
2．掌握四个公式
（1）反应物的转化率＝
×100%＝
×100%。
（2）生成物的产率：
实际产量（指生成物）占理论产量的百分数。
一般地，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
产率＝
×100%。
（3）平衡时混合物组分的百分含量＝
×100%。
（4）某组分的体积分数＝
×100%。
3．谨记一个答题模板
对于反应：
mA（g）＋nB（g）⇌pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量分别为amol、bmol，达到平衡后，A的转化量为mxmol，容器容积为VL，则有以下关系：
mA（g）＋nB（g）⇌pC（g）＋qD（g）
起始/molab00
转化/molmxnxpxqx
平衡/mola－mxb－nxpxqx
则有：
①K＝
②c平（A）＝
mol·L－1
③α（A）平＝
×100%，α（A）∶α（B）＝
∶
＝
④φ（A）＝
×100%
⑤
＝
⑥ρ混＝
g·L－1
⑦平衡时体系的平均摩尔质量：
M＝
g·mol－1
[名师点拨] 计算平衡常数时代入的必须是各物质的平衡浓度（对于反应前后气体总体积不变的反应，也可以用各物质平衡时的物质的量）。
平衡常数的单位是一个复合单位，可写，也可以不写。
【探题源·规律】
[典例]
（1）（2019·全国卷Ⅲ）近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。
因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。
Deacon发明的直接氧化法为：
4HCl（g）＋O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）。
下图为刚性容器中，进料浓度比c（HCl）∶c（O2）分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K（300℃）________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。
设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c（HCl）∶c（O2）＝1∶1的数据计算K（400℃）＝________（列出计算式）。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。
进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低、过高的不利影响分别是______________________________。
（2）（2019·全国卷Ⅱ）环戊二烯（
）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（
）在刚性容器内发生反应：
（g）＋I2（g）
（g）＋2HI（g） ΔH3＝＋89.3kJ·mol－1。
若起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝____________Pa。
[解析]
（1）由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl（g）＋O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K（300℃）>K（400℃）。
在温度一定的条件下，c（HCl）和c（O2）的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c（HCl）∶c（O2）（进料浓度比）为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。
当c（HCl）∶c（O2）＝1∶1时，列三段式：
4HCl（g） ＋ O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）
c0 c0 0 0
0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
（1－0.84）c0（1－0.21）c0 0.42c0 0.42c0
K（400℃）＝
＝
。
c（HCl）∶c（CO2）过高时，HCl转化率较低；当c（HCl）∶c（O2）过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
（2）设碘和环戊烯的物质的量均为1mol，达平衡时转化的物质的量为xmol，由题意得：
（g）＋I2（g）
（g）＋2HI（g）
初始物质的量/mol1 1 0 0
转化物质的量/mol x x x 2x
平衡物质的量/mol1－x 1－x x 2x
平衡时，容器内气体总物质的量为（2＋x）mol，
则有
×100%＝20%，解得x＝0.4，
则环戊烯的转化率为
×100%＝40%，
总压强为105Pa×（1＋20%）＝1.2×105Pa，
因此各种气体的分压为p（
）＝1.2×105Pa×
＝0.3×105Pa，
p（I2）＝1.2×105Pa×
＝0.3×105Pa，
p（
）＝1.2×105Pa×
＝0.2×105Pa，
p（HI）＝1.2×105Pa×
＝0.4×105Pa，
反应的平衡常数Kp＝
＝
≈3.56×104Pa。
[答案]
（1）大于
O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
（2）40% 3.56×104
[规律方法] 压强平衡常数（Kp）的计算方法
（1）Kp的含义
在化学平衡体系中，用各气体物质的平衡分压替代平衡浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数，用Kp表示。
（2）计算流程
【夯基础·小题】
1．某温度下，将2molA和3molB充入一密闭容器中，发生反应：
aA（g）＋B（g）⇌C（g）＋D（g），5min后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K＝1，若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则（ ）
A．a＝1 B．a＝2
C．B的转化率为40%D．B的转化率为60%
解析：
选AC 温度不变，扩大容器体积（相当于减小压强）时，A的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a＝1，A正确，B错误；设达到平衡时，B的转化量为xmol，则A、B、C、D的平衡量分别为（2－x）mol、（3－x）mol、xmol、xmol，设容器体积为1L，则平衡常数K＝1＝
，解得x＝1.2，B的转化率＝1.2÷3×100%＝40%，C正确，D错误。
2．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：
①NH4I（s）⇌NH3（g）＋HI（g），②2HI（g）⇌H2（g）＋I2（g）。
达到平衡时：
c（H2）＝0.5mol·L－1，c（HI）＝4mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为________。
解析：
由平衡时H2的浓度，可求得反应②分解消耗HI的浓度，c分解（HI）＝0.5mol·L－1×2＝1mol·L－1，故①式生成c（HI）＝c平衡（HI）＋c分解（HI）＝4mol·L－1＋1mol·L－1＝5mol·L－1，则c平衡（NH3）＝5mol·L－1，根据平衡常数表达式K＝c平衡（NH3）·c平衡（HI）＝5×4＝20。
答案：
20
本题易错填成25。
原因是将①式生成的c（HI）＝5mol·L－1代入公式中计算，而未代入平衡时HI的浓度（4mol·L－1）。
计算平衡常数时，应严格按照平衡常数的计算公式计算，代入的一定是物质的平衡浓度。
3.在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0mol·L－1，在一定条件下发生反应：
CO2（g）＋CH4（g）⇌2CO（g）＋2H2（g），测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示：
则：
（1）该反应的ΔH________（填“<”“＝”或“>”）0。
（2）压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为________。
压强为p4时，在b点：
v（正）________（填“<”“＝”或“>”）v（逆）。
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强p（B）代替物质的量浓度c（B）也可表示平衡常数（记作Kp），则该反应的平衡常数的表达式Kp＝________；如果p4＝0.36MPa，求a点的平衡常数Kp＝________。
（保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）
解析：
（1）根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动。
根据升温时，平衡向吸热反应方向移动可知，正反应为吸热反应，ΔH>0。
（2）该平衡的正反应为气体分子数增大的反应，温度不变时，降低压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故p4>p3>p2>p1。
压强为p4时，b点未达到平衡，反应正向进行，故v（正）>v（逆）。
（3）由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数Kp＝
。
压强为p4时，a点CH4的平衡转化率为80%，则平衡时c（CH4）＝c（CO2）＝0.2mol·L－1，c（CO）＝c（H2）＝1.6mol·L－1，则p（CH4）＝p（CO2）＝p4×
＝
p4，p（CO）＝p（H2）＝p4×
＝
p4，故Kp＝
＝
＝1.64。
答案：
（1）>
（2）p4>p3>p2>p1 ＞
（3）
1.64
知识点三 核心素养迁移——化学反应速率常数及其应用
1．速率常数含义
速率常数（k）是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1时的反应速率。
在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度（或浓度的次方）成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。
因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
2．速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应：
aA＋bB===gG＋hH
则v＝kca（A）·cb（B）（其中k为速率常数）。
如：
①SO2Cl2⇌SO2＋Cl2 v＝k1c（SO2Cl2）
②2NO2⇌2NO＋O2v＝k2c2（NO2）
③2H2＋2NO⇌N2＋2H2Ov＝k3c2（H2）·c2（NO）
3．速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。
[典例] （2018·全国卷Ⅲ）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
对于反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g） ΔH＝＋48kJ·mol－1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
（1）343K时反应的平衡转化率α＝________%。
平衡常数K343K＝________（保留2位小数）。
（2）比较a、b处反应速率大小：
va______vb（填“大于”“小于”或“等于”）。
反应速率v＝v正－v逆＝k正x
－k逆x
x
，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的
＝________（保留1位小数）。
[解析]
（1）温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。
由题图可知，343K时反应的平衡转化率α＝22%。
设起始时SiHCl3（g）的浓度为1mol·L－1，则有
2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）
起始/（mol·L－1） 1 0 0
转化/（mol·L－1）0.220.110.11
平衡/（mol·L－1）0.780.110.11
则343K时该反应的平衡常数
K343K＝
＝
≈0.02。
（2）温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：
va＞vb。
反应速率v＝v正－v逆＝k正x
－k逆x
x
，则有v正＝k正x
，v逆＝k逆x
x
，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正x
＝k逆x
x
，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，
＝
≈0.02。
a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有
[答案]
（1）22 0.02
（2）大于 1.3
1．（2019·南宁期末）反应2NO（g）＋2H2（g）===N2（g）＋2H2O（g）中，每生成7gN2，放出166kJ的热量，该反应的速率表达式为v＝k·cm（NO）·cn（H2）（k、m、n待测），其反应包含下列两步：
①2NO＋H2===N2＋H2O2（慢）
②H2O2＋H2===2H2O（快）
T℃时测得有关实验数据如下：
序号
c（NO）/（mol·L－1）
c（H2）/（mol·L－1）
速率/（mol·L－1·
min－1）
Ⅰ
0.0060
0.0010
1.8×10－4
Ⅱ
0.0060
0.0020
3.6×10－4
Ⅲ
0.0010
0.0060
3.0×10－5
Ⅳ
0.0020
0.0060
1.2×10－4
下列说法错误的是（ ）
A．整个反应速率由第①步反应决定
B．正反应的活化能一定是①＜②
C．该反应速率表达式：
v＝5000c2（NO）·c（H2）
D．该反应的热化学方程式为
2NO（g）＋2H2（g）===N2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－664kJ·mol－1
解析：
选B A．由①、②两反应知，反应过程中反应慢的反应决定反应速率，整个反应速率由第①步反应决定，正确；B.反应①慢，说明反应①的活化能高，正反应的活化能一定是①>②，错误；C.比较实验Ⅰ、Ⅱ数据可知，NO浓度不变，氢气浓度增大一倍，反应速率增大一倍，比较实验Ⅲ、Ⅳ数据可知，H2浓度不变，NO浓度增大一倍，反应速率增大四倍，据此得到速率方程：
v＝kc2（NO）·c（H2），依据实验Ⅰ中数据计算k＝5000，则速率表达式为v＝5000c2（NO）·c（H2），正确；D.反应2NO（g）＋2H2（g）===N2（g）＋2H2O（g）中，每生成7gN2放出166kJ的热量，生成28gN2放热664kJ，热化学方程式为2NO（g）＋2H2（g）===N2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－664kJ·mol－1，正确。
2．（2019·洛阳联考）已知化学反应：
NO2＋CO⇌NO＋CO2，①当t<250℃时，v＝k·c2（NO2），②当t>250℃时，v＝k·c（NO2）·c（CO）。
以上两式中v为反应速率，k为速率常数（一定温度下为定值）。
下列叙述正确的是（ ）
A．当NO2和CO的浓度相等时，升高或降低温度，反应速率不变
B．因反应前后气体分子数目不变，故改变压强反应速率不变
C．增大NO2的浓度为原来的2倍，反应速率一定变为原来的2倍
D．当温度低于250℃时，改变CO的浓度，反应速率基本不变
解析：
选CD 升高温度，反应速率加快，降低温度，反应速率减慢，A项错误；该反应前后气体分子数目不变，改变压强，平衡不移动，但反应速率对应改变，B项错误；增大NO2的浓度为原来的2倍，若t>250℃，根据v＝k·c（NO2）·c（CO）可知，反应速率变为原来的2倍，C项正确；当温度低于250℃时，根据v＝k·c2（NO2）可知，一定温度下，反应速率只与c（NO2）有关，改变CO的浓度，反应速率不变，D项正确。
3．研究氮氧化物的反应机理，对于消除环境污染有重要意义。
升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）的速率却随温度的升高而减小。
某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：
2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）的反应历程分两步：
①2NO（g）⇌N2O2（g）（快）
v1正＝k1正c2（NO） v1逆＝k1逆c（N2O2） ΔH1＜0
②N2O2（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）（慢）
v2正＝k2正c（N2O2）·c（O2） v2逆＝k2逆c2（NO2） ΔH2＜0
请回答下列问题：
（1）一定温度下，反应2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________，根据速率方程分析，升高温度该反应速率减小的原因是________（填字母）。
a．k2正增大，c（N2O2）增大
b．k2正减小，c（N2O2）减小
c．k2正增大，c（N2O2）减小
d．k2正减小，c（N2O2）增大
（2）由实验数据得到v2正～c（O2）的关系可用如图表示。
当x点升高到某一温度时，反应重新达到平衡，则变为相应的点为______（填字母）。
解析：
（1）由反应达到平衡状态可知，v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正c2（NO）×k2正c（N2O2）·c（O2）＝k1逆c（N2O2）×k2逆c2（NO2），则K＝
＝
。
（2）因为决定2NO（g）＋O2（g）⇌2NO2（g）速率的是反应②，升高温度，v2正减小，平衡向逆反应方向移动，c（O2）增大，因此当x点升高到某一温度时，c（O2）增大，v2正减小，符合条件的点为a。
答案：
（1）
c
（2）a
4．（2016·海南高考）顺 1，2二甲基环丙烷和反 1，2二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：
v（正）＝k（正）c（顺）和v（逆）＝k（逆）c（反），k（正）和k（逆）在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。
回答下列问题：
（1）已知：
t1温度下，k（正）＝0.006s－1，k（逆）＝0.002s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea（正）小于Ea（逆），则ΔH________0（填“小于”“等于”或“大于”）。
（2）t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________（填曲线编号），平衡常数值K2＝________；温度t2________t1（填“小于”“等于”或“大于”），判断理由是______________________________________________________。
解析：
（1）根据v（正）＝k（正）c（顺）、k（正）＝0.006s－1，则v（正）＝0.006c（顺）；k（逆）＝0.002s－1，v（逆）＝k（逆）c（反）＝0
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