第十一章 第41讲 化学平衡状态与化学平衡常数（原卷版）

第十一章化学反应速率与化学平衡第41讲化学平衡状态与化学平衡常数【高考考向预测】化学平衡状态判定依据变量不变、正逆反应速率相等两大核心依据，平衡常数只由温度决定，可衡量反应限度、判断反应方向，常结合三段式完成浓度、常数数值运算；近三年属于平衡体系基础必考内容，选择填空与综合大题均高频设问；预测2027年侧重平衡状态多角度辨析，依托反应数据计算平衡常数，结合温度变化分析常数改变，联动转化率、平衡移动规律综合考查。【双基自测●明考向】1.Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O为可逆反应()2.化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等()3.化学反应达到平衡后，反应物和生成物的浓度或百分含量相等()4.一定条件下反应N2+3H2⥬2NH3达到平衡时，3v正(H2)=2v逆(NH3)()5.恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)+O2(g)⥬2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态()6.C(s)+H2O(g)⥬CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=c(CO)·c(7.平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动()8.化学平衡发生移动，平衡常数一定发生变化()9.平衡常数K越大，表示反应进行得越快()10.反应A(g)+B(g)⥬C(g)达到平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数增大()【考点突破●明方向】考点一可逆反应、化学平衡状态1.可逆反应在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。2.化学平衡状态(1)概念在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称之为化学平衡状态，简称化学平衡。(2)建立过程绘制“反应速率-时间”图像，表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。(3)平衡特征逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。动：化学平衡是一种动态平衡。等：v正=v逆=0定：反应物和生成物的质量或浓度保持不变。变：条件改变，平衡状态可能改变，新条件下建立新的平衡状态。【考点突破●明方向】考向一、可逆反应的特征1.一定条件下，对于可逆反应X(g)+3Y(g)⥬2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1，则下列判断正确的是()A.c1∶c2=3∶1B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L-1考向二、化学平衡状态的判断方法2.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量。(1)能说明2SO2(g)+O2(g)⥬2SO3(g)达到平衡状态的是(填序号，下同)。

(2)能说明I2(g)+H2(g)⥬2HI(g)达到平衡状态的是。

(3)能说明C(s)+CO2(g)⥬2CO(g)达到平衡状态的是。

(4)能说明NH2COONH4(s)⥬2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是。

(5)能说明5CO(g)+I2O5(s)⥬5CO2(g)+I2(s)达到平衡状态的是。

3.若上述题目中的(1)~(3)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？(1)。(2)。

(3)。

4.反应Ⅰ可用于在国际空间站中处理二氧化碳，同时伴有副反应Ⅱ发生。主反应Ⅰ.CO2(g)+4H2(g)⥬CH4(g)+2H2O(g)ΔH1副反应Ⅱ.CO2(g)+H2(g)⥬CO(g)+H2O(g)ΔH2一定条件下反应Ⅰ中存在v正H2=k1·c4H2·cCO2，v逆H2O=k2·c2H2O·cCH4，相应的速率与温度关系如图所示。反应Ⅰ的平衡常数K=化学平衡状态的判断方法(1)动态标志：v正=v逆≠0①同种物质：生成速率等于消耗速率。②不同物质：必须标明是“正”“逆”的反应速率关系。如aA+bB⥬cC+dD，v正(A)v(2)静态标志：各种“变量”不变①各物质的质量、物质的量或物质的量浓度不变。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(绝热体系)、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。考点二化学平衡常数1.概念在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，即化学平衡常数，用符号K表示。2.表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)⥬pC(g)+qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K=cp[应用举例]写出下列反应的平衡常数表达式：(1)CaCO3(s)⥬CaO(s)+CO2(g)K=c(CO2)。(2)Cr2O72−(aq)+H2O(l)⥬2CrO42−(aq)+2H+(aq)3.影响化学平衡常数的因素K通常情况下只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化、压强变化、是否使用催化剂无关。4.平衡常数的意义及应用(1)判断可逆反应进行的程度K<10-510-5~105>105反应程度很难进行反应可逆反应接近完全(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向对于化学反应aA(g)+bB(g)⥬cC(g)+dD(g)的任意状态，浓度商Q=ccQ<K，反应向正反应方向进行；Q=K，反应处于平衡状态；Q>K，反应向逆反应方向进行。(3)判断可逆反应的热效应①升高温度：1)K增大→正反应为吸热反应。2)K减小→正反应为放热反应。②降低温度：1)K增大→正反应为放热反应。2)K减小→正反应为吸热反应。【考点突破●明方向】考向一、化学平衡常数与化学方程式的关系1.请写出下列反应的平衡常数，并找出K1和K2、K3的关系。①N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)K1②12N2(g)+32H2(g)⥬NH3(g)③2NH3(g)⥬N2(g)+3H2(g)K32.已知下列反应的平衡常数：①H2(g)+S(s)⥬H2S(g)K1；②S(s)+O2(g)⥬SO2(g)K2；则反应H2(g)+SO2(g)⥬O2(g)+H2S(g)的平衡常数K=(用K1和K2表示)。

(1)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍或1n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或1(3)两化学方程式相加(减)得到新的化学方程式，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积(商)。考向二、平衡常数的简单计算及应用3.在不同温度下，向2L密闭容器中加入1molNO和1mol活性炭，发生反应：2NO(g)+C(s)⥬N2(g)+CO2(g)ΔH=-213.5kJ·mol-1，达到平衡时的数据如下：温度/℃n(活性炭)/moln(CO2)/molT10.70T20.25下列说法不正确的是()A.上述信息可推知：T1<T2B.T1℃时，该反应的平衡常数K=9C.T1℃时，若开始时反应物的用量均减小一半，平衡后NO的转化率减小D.T2℃时，平衡后，再充入1.5molNO、0.75molN2、0.75molCO2和足量的碳，平衡不移动4.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：化学反应平衡常数温度/℃500800①2H2(g)+CO(g)⥬CH3OH(g)K12.50.15②H2(g)+CO2(g)⥬H2O(g)+CO(g)K21.02.50③3H2(g)+CO2(g)⥬CH3OH(g)+H2O(g)K3(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=(用K1、K2表示)。

(2)反应③的ΔH(填“>”或“<”)0。

(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正

(填“>”“=”或“<”)v逆。反应达平衡后，再任意加入“反应物或生成物”，往往利用Q与K相比，判断平衡的移动或v正与v逆的相对大小。【考点突破●明方向】1.[2025·安徽，17(2)]通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应：①HCOOH(g)=CO(g)+H2O(g)ΔH1=+26.3kJ·mol-1②HCOOH(g)=CO2(g)+H2(g)ΔH2=-14.9kJ·mol-1一定温度下，向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g)，发生上述两个分解反应，下列说法中能表明反应达到平衡状态的是(填标号)。

a.气体密度不变b.气体总压强不变c.H2O(g)的浓度不变d.CO和CO2的物质的量相等2.(2024·福建，7)多卤离子I3−、IBr离子分解反应平衡常数值I3I3−(aq)=I2(aq)+I1.4×10-3IClICl2−(aq)6.0×10-3IBrIBr2−(aq)K下列说法错误的是()A.K<6.0×10-3B.上述分解反应均为氧化还原反应C.共价键极性：ICl>IBrD.BrCl2−(aq)可分解为BrCl(aq)和Cl3.[2025·四川，18(4)]乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(CO+H2)为原料制备乙二醇，反应按如下两步进行：①HCHO(g)+CO(g)+H2(g)=HOCH2CHO(l)②HOCH2CHO(l)+H2(g)=HOCH2CH2OH(l)反应中伴随副反应：HCHO(g)+H2(g)=CH3OH(l)若反应在恒容密闭容器中进行，溶剂中甲醛初始浓度为1.0mol·L-1。①反应5h后，羟基乙醛、乙二醇、甲醇的产率分别为38%、8%、10%，则甲醛的平均消耗速率v=mol·L-1·h-1。

②溶剂中H2和CO浓度分别保持为1.0×10-4mol·L-1、6.0×10-4mol·L-1，羟基乙醛、乙二醇、甲醇的平衡产率分别为18%、34%、14%，生成乙二醇的平衡常数K=(mol·L-1)-3(科学记数，保留小数点后2位)。

【限时训练】（30分钟）(1~11题，每小题3分)1.(2025·安徽A10联盟期中联考)下列过程与可逆反应无关的是()A.高炉炼铁排放的尾气，随高炉的高度增加，CO的比例不变B.氯气溶于水，溶液中既存在Cl-也存在Cl2C.铜和浓硫酸在加热条件下能反应，不加热不能反应D.SO2和O2在接触室中反应生成SO32.(2025·湖南湘潭模拟预测)CO2催化氢化合成附加值高的产品有助于促进“碳中和”。一定温度下，在恒容密闭容器中充入1molCO2和1molH2发生CO2(g)+H2(g)⥬HCOOH(g)、CO2(g)+H2(g)⥬CO(g)+H2O(g)，下列能说明两反应均达到平衡状态的是()A.气体密度不随时间变化B.气体平均摩尔质量不随时间变化C.CO2与H2的浓度比不随时间变化D.HCOOH(g)的生成速率等于CO(g)的消耗速率3.关于化学平衡常数，下列说法不正确的是()A.化学平衡常数不随反应物或生成物的浓度的改变而改变B.对于一定温度下的同一个反应，其正反应和逆反应的化学平衡常数的乘积等于1C.温度越高，K值越大D.化学平衡常数随温度的改变而改变4.在密闭容器中进行反应：X2(g)+Y2(g)⥬2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是()A.Z为0.3mol·L-1B.Y2为0.4mol·L-1C.X2为0.2mol·L-1D.Z为0.4mol·L-15.一定温度下，向一体积不变的密闭容器中加入一定量的SO2和O2，发生反应：2SO2(g)+O2(g)⥬2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1。下列有关该反应的叙述正确的是()A.达到平衡状态时，正、逆反应速率相等B.达到平衡状态时，SO2和O2的浓度都为0C.若起始时加入2molSO2和1molO2，则达平衡时放出的热量为196.6kJD.若反应达到平衡状态后，2min时生成amolSO3，则4min时生成2amolSO36.一定温度下，在恒容密闭容器中充入CO和H2，发生反应：2H2(g)+CO(g)⥬CH3OH(g)ΔH<0。下列图像符合实际且t0时达到平衡状态的是()7.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：2NO2(g)+NaCl(s)⥬NaNO3(s)+ClNO(g)K1ΔH1<0；2NO(g)+Cl2(g)⥬2ClNO(g)K2ΔH2<0。则反应4NO2(g)+2NaCl(s)⥬2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数是()A.K12K2 B.2KC.2K1K2 D.8.(2025·西安中学高三模拟)将一定量的固体Ag2SO4置于1L容积不变的密闭容器中，在一定温度下加入催化剂后发生下列反应：①Ag2SO4(s)⥬Ag2O(s)+SO3(g)；②2SO3(g)⥬2SO2(g)+O2(g)。反应经过10min后达到了平衡状态，测得c(SO3)=0.4mol·L-1，c(SO2)=0.1mol·L-1，下列说法正确的是()A.SO3(g)的分解率为25%B.此温度下反应①的平衡常数K=0.4C.在上述平衡体系中再加入少量的Ag2O(s)，再次达到平衡后c(SO3)将减小D.若温度不变，体积缩小为原来的一半，n(SO2)不变9.(2026·南通阶段检测)在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)+4CO(g)⥬Ni(CO)4(g)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是()温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10-5A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B.25℃时，反应Ni(CO)4(g)⥬Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为2×10-5C.80℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L-1，则此时v正>v逆D.80℃达到平衡时，测得n(CO)=0.3mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L-110.(2025·杭州模拟)将气体H2S和CH4按体积之比[V(H2S)∶V(CH4)]=2∶1导入管式反应器(如图1)热解制H2，高于T℃下发生如下两个反应(反应过程用N2稀释)：Ⅰ.2H2S(g)⥬S2(g)+2H2(g)K1Ⅱ.CH4(g)+S2(g)⥬CS2(g)+2H2(g)K2在常压下反应相同时间后，不同温度下测得气体H2、S2及CS2体积分数随温度的变化如图2。下列说法错误的是()A.高于T℃，该体系总反应为2H2S(g)+CH4(g)⥬CS2(g)+4H2(g)K3=K1·K2B.曲线b表示S2(g)的体积分数随温度的变化C.1000℃时，反应的活化能：反应Ⅰ<反应ⅡD.在1000℃、常压下，通入H2S(g)的体积分数保持不变，提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)]，H2S的转化率减小11.(2025·成都一模)已