2025~2026高中化学选择性必修1教案学案07第二章第二节第1课时化学平衡状态化学平衡常数

第二节化学平衡第1课时化学平衡状态化学平衡常数1．知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态，能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。2．认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义，会书写平衡常数表达式。3．了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向的联系。能利用该关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。能进行平衡常数、转化率的简单计算。一、化学平衡状态1．化学平衡状态在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各种物质的浓度保持不变的状态。2．化学平衡状态的特征二、化学平衡常数1．定义在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，用符号K表示。2．表达式对于反应mA(g)＋n(B)(g)pC(g)＋qD(g)(1)浓度商：Q＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)(任意时刻各组分的浓度关系)(2)化学平衡常数K＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)(平衡时各组分的浓度关系)3．影响因素K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。4．意义(1)K值越大，说明平衡时正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。(2)一般来说，当K>105时，该反应就进行得基本完全了。化学平衡状态的判断炼制1t生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉中出来的气体中含有没有利用的CO气体，炼铁工程师设法增加高炉的高度，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变，这成了炼铁技术的科学悬念。直到19世纪下半叶，人们才认识到CO还原Fe2O3的反应是可逆反应，这一谜底才得以揭开，化学方程式为Fe2O3＋3COeq\o(,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。活动1若在恒容条件下进行上述反应，试写出四个能反映该反应达到平衡状态的依据。提示：①CO或CO2的浓度保持不变；②混合气体的密度保持不变；③n(CO)或n(CO2)保持不变；④Fe2O3(s)的质量保持不变等。活动2若在恒容条件下，压强不变能否作为化学平衡状态的判断标准？提示：恒温、恒容下，气体的物质的量不变，压强始终不变，故压强不变不能作为平衡状态的判断标准。活动3若在恒压条件下进行上述反应，密度不变能否作为化学平衡状态的判断标准？提示：该反应为气体化学计量数不变的反应，气体的物质的量不变，体积不变，但气体质量增大，平衡时才保持不变，故密度不变可以作为判断平衡状态的标准。1．可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率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)C解析：可逆反应达到化学平衡状态的主要特征之一是v正＝v逆，在N2与H2合成NH3的反应中，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，分析时一要注意二者应分别代表正反应速率和逆反应速率，二要注意不同物质的速率之比等于化学计量数之比。2．乙酸、乙醇生成乙酸乙酯的反应是可逆反应，反应一段时间后，达到化学平衡状态。下列描述能说明乙酸与乙醇的酯化反应已经达到化学平衡状态的是()A．乙酸、乙醇、乙酸乙酯的浓度相同B．生成1mol乙酸乙酯，同时生成1mol乙酸C．乙酸断开1mol碳氧单键，同时乙醇断开1mol氢氧键D．正反应的速率与逆反应的速率相等，且等于0B解析：该反应为可逆反应，无论是否达到平衡状态，各种物质都共存，浓度是否相同取决于起始物质的浓度，所以不能作为判断依据，故A错误；生成1mol乙酸乙酯的同时，也生成1mol乙酸，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B正确；无论是否达到平衡状态，乙酸断开1mol碳氧单键的同时，乙醇也断开了1mol氢氧键，反应方向相同，所以不能作为判断依据，故C错误；当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不等于0，故D错误。3．某温度下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1，下列能说明反应达到平衡状态的是()A．体系压强保持不变B．SO2和NO的体积比保持不变C．每消耗1molSO3，同时生成1molNO2D．v(NO2)＝v(SO3)B解析：A项，由于该反应为气体体积不变的反应，体系压强始终不变，故压强不变时不一定是平衡状态，错误；B项，SO2和NO的体积比保持不变，说明各物质的量保持不变，正确；C项，消耗SO3和生成NO2为同一方向的反应，错误；D项，未指明正、逆反应，不一定是平衡状态，错误。判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志：v正＝v逆≠0①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，eq\f(v正A,v逆B)＝eq\f(a,b)时，反应达到平衡状态。(2)静态标志：各种“量”不变①各物质的质量、物质的量或浓度不变。②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。③温度、压强(化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。注意：当可逆反应只有一种气体或只有生成物(或反应物)是气体，某一气体的体积分数不变，不能标志平衡。化学平衡常数的理解与应用碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种理想的锂电池有机电解液。生成碳酸甲乙酯的原理为C2H5OCOOC2H5(g)＋CH3OCOOCH3(g)2CH3OCOOC2H5(g)，650℃时，反应物配比为1∶1，平衡常数K活动1写出该反应的化学平衡常数表达式。提示：K＝eq\f(c2CH3OCOOC2H5,cC2H5OCOOC2H5·cCH3OCOOCH3)。活动2该反应的逆反应的平衡常数是多少？若把该反应的化学计量数改为原来的2倍，平衡常数是多少？提示：eq\f(1,9)，81。正反应与逆反应的平衡常数互为倒数，故逆反应的平衡常数为eq\f(1,9)。若化学计量数为原来的2倍，常数互为平方关系，故化学平衡常数为81。活动3该温度下，增大压强，平衡常数如何变化？提示：不变。1．下列关于化学平衡常数的叙述，正确的是()A．化学平衡常数表示反应进行的程度，与温度无关B．两种物质反应，不管怎样书写化学方程式，平衡常数均不变C．化学平衡常数等于某一时刻生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值D．温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数D解析：对于给定的可逆反应，化学平衡常数只与温度有关，A错误；化学平衡常数表达式的书写与化学方程式的书写有关，因此一定温度下，两种物质反应，化学方程式书写形式改变，平衡常数改变，B错误；化学平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，C错误；由平衡常数的定义知，温度一定，对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，D正确。2．已知反应①CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在同温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K3。则下列说法正确的是()A．反应①的平衡常数K1＝eq\f(cCO2·cCu,cCO·cCuO)B．反应③的平衡常数K3＝eq\f(K1,K2)C．对于反应③，温度升高，K3不变D．对于反应②，增大压强，K2减小B解析：纯固体不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝①－②，得K3＝eq\f(K1,K2)，B正确；对于反应③，温度改变，K3改变；对于反应②，增大压强，K2不变，C、D错误。应用平衡常数时的易错点(1)化学平衡常数不表示反应的快慢，即K值大，化学反应速率不一定大。(2)在化学平衡常数表达式中，物质的浓度是指平衡时的浓度，平衡浓度的幂指数就是化学方程式中各物质的化学计量数。任一可逆反应，不考虑该反应的反应机理，只要知道始态与终态，就能写出相应的化学平衡常数表达式。化学平衡常数的有关计算酸雨有很大的危害，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，造成湖泊中大量鱼类死亡。SO2虽然是大气污染物，但也是重要的化工原料，对SO2进行综合治理和应用会造福人类。在H2SO4生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(g)。活动1某温度下，将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应体系达到平衡后，SO2的转化率为80%，计算反应的平衡常数。提示：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(g)c(始)/(mol·L－1)0.20.10c(变)/(mol·L－1)0.160.080.16c(平)/(mol·L－1)0.040.020.16K＝eq\f(c2SO3,c2SO2·cO2)＝eq\f(0.162,0.042×0.02)＝800。活动2增大O2的浓度或降低温度，均能够使SO2的平衡转化率变为85%，若将此时平衡常数分别记为K1、K2，比较K1、K2的大小关系。提示：K1＜K2。平衡常数与温度有关，增大O2的浓度，平衡常数不变。降低温度，SO2的转化率增大，正向反应程度增大，平衡常数增大。1．某温度下，向容积为2L的密闭反应器中充入0.10molSO3，当反应器中的气体压强不再变化时，测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数为()A．3.2×103 B.1.6×103C．8.0×102 D.4.0×102A解析：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)c(始)/(mol·L－1)000.05c(变)/(mol·L－1)0.010.0050.01c(平)/(mol·L－1)0.010.0050.04K＝eq\f(c2SO3,c2SO2·cO2)＝3.2×103。2．N2O4是NO2的二聚产物，NO、NO2等氮氧化物是主要的大气污染物，氮氧化物与悬浮在大气中的粒子相互作用时，涉及如下反应：①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)ΔH1＜0K1②2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g) ΔH2＜0K2(1)反应4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的ΔH＝________(用ΔH1、ΔH2表示)，该反应的平衡常数为________(用K1、K2表示)。(2)为研究不同条件对反应②的影响，T℃时，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.2molCl2，经5min达到平衡状态，反应过程中容器内的压强减小10%，则5min内反应的平均速率v(ClNO)＝________mol·L－1·min－1，NO的平衡转化率α1＝________%。解析：(1)分析反应①、②，根据盖斯定律，由①×2－②可得4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，则该反应的ΔH＝2ΔH1－ΔH2，该反应的平衡常数K＝eq\f(K\o\al(2,1),K2)。(2)根据阿伏加德罗定律可知，同温、同容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应过程中容器内的压强减小10%，则平衡时气体的总物质的量为0.4mol×(1－10%)＝0.36mol。设反应中NO转化xmol，则：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)n(始)/mol0.20.20n(变)/molx0.5xxn(平)/mol0.2－x0.2－0.5xx则有0.2－x＋0.2－0.5x＋x＝0.36，解得x＝0.08，故5min内反应的平均速率为v(ClNO)＝eq\f(0.08mol,2L×5min)＝0.008mol·L－1·min－1，NO的平衡转化率α1＝eq\f(0.08mol,0.2mol)×100%＝40%。答案：(1)2ΔH1－ΔH2eq\f(K\o\al(2,1),K2)(2)0.008403．油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。已知H2S热分解反应为2H2S(g)=S2(g)＋2H2(g)。在1470K、100kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S的平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa。解析：假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，设H2S转化的物质的量为xmol，根据三段式可知：2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)n(始)/mol100n(变)/molx0.5xxn(平)/mol1－x0.5xx平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为eq\f(0.5,1)×100%＝50%，所以平衡常数Kp＝eq\f(pS2×p2H2,p2H2S)＝eq\f(\f(0.25,5.25)×100kPa×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100kPa))2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.5,5.25)×100kPa))2)≈4.76kPa。答案：50%4.76平衡转化率的解题思路知识点1化学平衡1．已知：K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2＋的试剂，若溶液中存在Fe2＋，将产生蓝色沉淀。将0.2mol·L－1KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，取混合液分别完成下列实验，能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2”编号实验操作实验现象①滴入KSCN溶液溶液变红色②滴入AgNO3溶液有黄色沉淀生成③滴入K3[Fe(CN)6]溶液有蓝色沉淀生成④滴入淀粉溶液溶液变蓝色A．① B.②和④C．③和④ D.①和③A解析：0.2mol·L－1KI溶液和0.05mol·L－1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后，I－过量，若不是可逆反应，Fe3＋全部转化为Fe2＋，则溶液中无Fe3＋，只要证明有Fe3＋存在，即可证明此反应是可逆反应。向混合溶液中滴入KSCN溶液，溶液变红，说明含有Fe3＋，A正确。2．某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下反应：CaC2O4(s)CaO(s)＋CO2(g)＋CO(g)，下列情况一定能说明反应已达到平衡的是()①容器内压强不随时间而变化②单位时间内，消耗1molCO2同时生成1molCO③气体的密度不随时间而变化④混合气体的平均摩尔质量不随时间而变化⑤该反应的焓变不随时间而变化A．①④⑤ B.①②③C．②③⑤ D.①②④B解析：该反应为气体分子数增大的反应，恒容时，体系压强为变化量，若压强不变时，反应达到平衡，①正确；CO2和CO均为生成物，消耗CO2代表逆反应速率，生成CO代表正反应速率，两者化学计量数相同，故单位时间内消耗1molCO2同时生成1molCO，反应达到平衡，②正确；根据质量守恒定律，反应后气体质量增加，体积不变，由ρ＝eq\f(m,V)可知，密度是变化量，当密度不变时，反应达到平衡，③正确；反应中只有CO2和CO两种产物为气体，因此混合气体的平均摩尔质量始终不变，④错误；反应热与是否达到平衡无关，⑤错误。知识点2化学平衡常数3．5mL0.1mol·L－1KI溶液与1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是()A．加入苯，振荡，可以萃取溶液中的碘单质B．经苯两次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN溶液，溶液呈红色，表明该化学反应存在限度C．该反应的K越大，表明正反应进行的程度越大D．该反应的平衡常数K＝eq\f(c2Fe2＋,c2Fe3＋·c2I－)D解析：在已知平衡体系中，加入苯，振荡，可以萃取溶液中的碘单质，A正确；因KI溶液过量，经苯两次萃取后，在水溶液中加入KSCN溶液，溶液呈红色，说明溶液中含有Fe3＋，表明该反应是可逆反应，存在反应限度，B正确；该反应的K越大，表明正反应进行的程度越大，C正确；依据化学平衡常数的定义知，该反应的平衡常数K＝eq\f(c2Fe2＋·cI2,c2Fe3＋·c2I－)，D错误。4．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标准。在一定温度下，下列反应的化学平衡常数数值如下：2NO(g)N2(g)＋O2(g)K1＝1×10302H2(g)＋O2(g)2H2O(g)K2＝2×10812CO2(g)2CO(g)＋O2(g)K3＝4×10－92以下说法正确的是()A．该温度下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)B．该温度下，水分解产生O2，此反应的平衡常数的数值约为5×10－80C．该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2D．以上说法都不正确C解析：由化学平衡常数定义可知K1＝eq\f(cN2·cO2,c2NO)，A错误；该温度下，水分解产生O2的反应的平衡常数为eq\f(1,K2)＝eq\f(1,2×1081)＝5×10－82，B错误；该温度下，NO、H2O、CO2三种化合物分解产生O2的化学平衡常数数值分别为1×1030、5×10－82、4×10－92，所以产生O2的倾向：NO>H2O>CO2，C正确，D错误。5．下列反应达到平衡状态的是()A．反应：AsOeq\o\al(3－,3)(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsOeq\o\al(3－,4)(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)，eq\f(cAsO\o\al(3－,4),cAsO\o\al(3－,3))不再变化时B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，该反应的ΔH不变时C．反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，当v(NO)生成＝v(CO2)消耗时D．将SiO2(s)和HF(g)放在体积不变的密闭容器中发生反应SiO2(s)＋4HF(g)SiF4(g)＋2H2O(g)，SiF4(g)和H2O(g)的体积比保持不变时A解析：达到平衡时各物质的浓度保持不变，即eq\f(cAsO\o\al(3－,4),cAsO\o\al(3－,3))不再变化，A正确；只要参加反应物质的物质的量一定，不论化学反应是否达到平衡状态，给定反应的ΔH均不变，B错误；反应进行必须是向两个方向进行，且符合反应速率之比等于物质的化学计量数之比，反应达到平衡，C错误；因SiO2(s)和HF(g)放在体积不变的密闭容器中发生反应，SiF4(g)和H2O(g)都是生成物，在任何情况下二者的体积比总是满足1∶2，D错误。6．一定温度下，在容积为2L的密闭容器中发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，部分数据见下表(表中t2＞t1)：反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/moln(CO2)/moln(H2)/mol01.200.6000t10.80t20.20下列说法正确的是()A．反应在t1min内的平均速率为v(H2)＝eq\f(0.4,t1)mol·L－1·min－1B．平衡时CO的转化率为66.67%C．该温度下反应的平衡常数为1.00D．其他条件不变，若起始时n(CO)＝0.60mol，n(H2O)＝1.20mol，则平衡时n(CO2)＝0.20molC解析：由表中数据可知，反应在t1min内消耗0.40molCO(g)和0.40molH2O(g)，同时生成0.40molH2，则有v(H2)＝eq\f(0.4mol,t1min×2L)＝eq\f(0.2,t1)mol·L－1·min－1，A错误；在t1min内消耗0.40molH2O(g)，此时剩余0.20molH2O(g)，而t2min时n(H2O)仍为0.20mol，则t1min时该反应达到平衡状态，故平衡时CO的转化率为eq\f(0.40mol,1.20mol)×100%≈33.33%，B错误；据“三段式法”计算：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始浓度/(mol·L－1)0.600.3000转化浓度/(mol·L－1)0.200.200.200.20平衡浓度/(mol·L－1)0.400.100.200.20则该温度下反应的平衡常数K＝eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＝eq\f(0.20×0.20,0.40×0.10)＝1.00，C正确；若起始时n(CO)＝0.60mol、n(H2O)＝1.20mol，与起始时n(CO)＝1.20mol、n(H2O)＝0.60mol平衡时生成物的浓度相等，在t1min时达到平衡，n(CO2)＝0.40mol，D错误。7．在1L恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(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/moln(CO2)n(H2)n(CH3OH)①1500.230.190.03②2000.100.260.02③2000.17a0.01实验①平衡常数K＝________。实验②达到平衡时H2的转化率为________。实验③a＝________。解析：在1L恒容密闭容器中充入CO2和H2，对实验①列出三段式：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)c始/(mol·L－1)0.230.1900Δc/(mol·L－1)0.030.090.030.03c平/(mol·L－1)0.20.10.030.03实验①平衡常数K＝eq\f(0.03×0.03,0.2×0.13)＝4.5。实验②达到平衡时H2的转化率为eq\f(0.02mol·L－1×3,0.26mol·L－1)×100%≈23.1%。实验②和实验③的温度相同，平衡常数相同，则eq\f(0.02×0.02,0.1－0.02×00.26－0.02×33)＝eq\f(0.01×0.01,0.17－0.01×a－0.033)，解得a＝0.13。答案：4.523.1%0.138．(挑战创新题)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途。(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中