化学平衡常数及转化率的计算（讲）-高考化学（原卷版）

第20讲化学平衡常数及转化率的计算

【化学学科素养】

变化观念与平衡思想：能从化学平衡常数的角度分析化学反应，运用化学平衡常数解决问题。能多角

度、动态地分析化学反应的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。

证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的木质特征、构成要素及其相互

关系，建立模型。能运用模型解祥化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。

科学探究与创新意识：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能运用化学反应原理对与化学有关的社

会热点问题做出正确的价值判断。

【必备知识解读】

一、化学平衡常数的概念及应用

1.化学平衡常数

在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度辕之积与反应物浓度暴之积的比值是一

个常数，用符号K表示。

2.表达式

⑴对于反应mA(g)+〃B(g)=pC(g)+,/D(g),长=君就苛(计算K利用的是物质的平衡浓度，而不

是任意时刻浓度，也不能用物质的最。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。

(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数

均发生改变。举例如下：

化学方程式平衡常数关系式

;

C(NH3)

N(g)+3H(g)=2NE(g)K,-

22C(N2).?(H2)

C(NH3)e限

；N2(g)+%(g)=NH3(g)

C1(N2)-C1(H2)

K3~KX

C(N)-C3(H)

2NHKg)lN2(g)+3H2(g)。22

r(NH3)

3.注意事项

(1)K值越大，反应物的转化更越高，正反应进行的程度越大。

(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。

⑶催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。

4.应用

(1)判断可逆反应进行的程度

K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化

率低。

K<10-510—5〜1()5>105

反应程度很难讲行反应可逆反应可接近完全

(2)判断化学反应进行的方向

对于可逆反应4A(g)+〃B(g)=cC(g)+</D(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：

。=筮器，称为浓度商，

Q<K反应向正反应方向进行，u正>^逆

Q=K反应处于化学平衡状态，口正=力正

Q>K反应向逆反应方向进行，ViE<Viff

(3)判断可逆反应的热效应

二、化学反应进程的方向

1.自发过程

⑴含义

不用借助外力就可以自动进行的过程。

⑵特点

①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。

②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。

2.嫡与牖变

(1)烯

描述体系混乱程度的物理量，符号为S。

牖值越大，体系混乱度越大。

(2)端变

AS=S(反应产物)一S(反应物)。

3.反应进行的方向

⑴判据

(2)规律

①A”V(),ASAO的反应任何温度卜都能自发进行；

②A">0,AS<0的反应任何温度下都不能自发进行；

③△”和AS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当A"VO,ASVO时，低

温下反应能自发进行；当△”>(),AS〉。时，高温下反应能自发进行。

【特别提醒】对于一个特定的气相反应，端变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。

【方法技巧】熔变、嫡变和温度对化学反应方向的影响

△S反应情况

—+永远是负值在任何温度下均自发进行

+—永远是正值在任何温度下均非自发进行

++低温为正，高温为负低温时非自发，高温时自发

——低温为负，高温为正低温时自发，高温时北自发

【关键能力拓展】

一、平衡常数和转化率的相关计算

1.明确三个量——起始量、变化量、平衡量

N2+3H2•舒卢在2NH3

起始量130

变化量abc

平衡量1~a3~bc

①反应物的平衡量=起始量一转化量。

②生成物的平衡量=起始量+转化量。

③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变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.因此抓住变化浓度是解题的关键.

2.掌握四个公式

(1)反应物的转化率=瞿条x1()()%=宏寿<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,•般来讲，转化率越大，原料利用率越高，

产率越大。产率

a+Z?=c+dA、B的转化率不变

同倍增大

a-Vb>c+dA、B的转化率增大

c(A)和c(B)

&+〃Vc+dA、B的转化率减小

(2)反应wA(g)〃B(g)+«(g)的转化率分析

在7、V不变时,增加A的量，等效于压缩容器容积，A的转化率与化学计量数有关。

A的转化率不变

增大dA)A的转化率增大

jn<n-\-qA的转化率减小

【核心题型例解】

PH

F&IIIMXL体系部分物种分布图

B.pH在9.570.5之间，含L的物种主要为L?

47F

S

O

。

C.曲线①表示容器II的变化过程

高频考点二化学平衡常数的应用

D.反应温度为T1,当容器内压强不变时，反应达到平衡状态

D.实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小

D.溶液中I元素与Hg元素的物质的量之比始终为2:1

高频考点三转化率及其计算

【例3】（2023•全国甲卷第28题）甲烷选择性氧化制备甲隔是一种原子利用率高的方法。回答下列问

题：

（1）已知下列反应的热化学方程式：

0.6.7斗4.卜++'=*=+=*=

.6

Srj++1dL4T卜-卜：干笆Jr

。..JLJLi

(111X11/i11I0/T1

父4RI1J1fX；R1.T/flt，

()。

，iiiiiiI)iIridx«

o¥H-皿・金■A-

11019

w(。iiii•tt1X

0.3

t521I1X8I1/11I010

)。-

。。十b七*4,

rt

。44"j4T+

-十拜田省+十十步和6

月:TflfTiiiirniI)

306090120150

时间/s

100

：rz<

II/:1I:■

0100200300400500600700

r/℃

A.图中曲线①表示平衡时H?产率随温度的变化

B.升高温度，平衡时CO的选择性增大

【方法技巧】转化率大小变亿分析

判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。

常见有以下几种情形：

反应类型条件的改变反应物转化率的变化

恒容时只增加反

反应物A的转化率减小，反应物B的转化率增大

应物A的用量

恒温恒压条件下反应物转化率不变

有多种反应物的可逆反应物A和B的转化率

反应：，〃A(g)+〃B(g)同等倍数地增大均增大

x~5pC(g)+qD(g)反应物A、B的恒温恒容反应物A和B的转化率

量条件下均减小

反应物A和B的转化率

〃?+〃=p+q

均不变

恒温恒压

反应物转化率不变

只有一种反应物的可条件下

增加反应物A的

逆反应：〃2A(g),——反应物A的转化率增大

用量怛温恒容

〃B(g)+pC(g)反应物A的转化率减小

条件下

反应物A的转化率不变

II

a+2

a.

°lgc(NO2)^lgc(N2O4)

高频考点四平衡常数与转化率的相关计算

[例4](2023・新课标卷第29题)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。

回答下列问题：

①图中压强由小到大的顺序为,判断的依据是o

②进料组成中含有情性气体Ar的图是o

【变式探究JCO2技化为高附加值的产品是应对气候变化和能源高速消耗的有效措施，我国科学家研究

CO?加氢制备甲醇方面取得一定进展。在一定温度和压强下，CO?加氢制备甲醉的过程中主要发生如下三个

反应，反应I、n、in对应的平衡常数分别为《、&和Kc。

回答下列问题：

(2)为提高甲醇的平衡产率，可通过(填“升高”或“降低”)温度，(填“增大”或“减小”)

压强来实现。

A

ZCO2的平衡转化

件率/%

(

127

8

(

2213

7.7

高频考点五压强平衡常数(%)的相关计算

【例5】(2023•全国乙卷第28题)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗

病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:

5.0

4.5

4.0

3.5

e3.0

（2.5

密2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

560600640680720760

77K

【方法技巧】

1.理解Kp含义

在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。

2.运用计算技巧

【举一反三】（2023•辽宁卷第18题）硫酸工业在国民经济中占有重要地位。

（1）我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆（CuSO»5H2O）取精华法”。借助现代仪器分析，该制

备过程中CUSO4-5H2O分解的TG曲线（热重）及DSC曲线（反映体系热量变化情况,数值已省略）如下图所示。

70CTC左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO?、和（填化学式）。

（2）铅室法使用了大容枳铅室制备硫酸（76%以下,副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：

NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4

2NO+O2=2NO2

（i）上述过程中NO?的作用为o

（ii）为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是_______（答出两点即可）。

（3）接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：

SO2（g）+yO2（g）USO3（g）AW=98.9kJmol'

（i）为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率（。）下反应速率（数值已略去）与

温度的关系如下图所示，下