高考化学知识点化学平衡(基础)

高考总复习化学平衡

【考纲要求】

1．了解化学反应的可逆性。

2．了解化学平衡建立的过程，理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。

3．理解化学平衡的标志。

【考点梳理】

考点一、可逆反应

1．概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应。

2．可逆反应的特点：

要点诠释：

(1) 在相同条件下，正、逆反应能同时进行。

(2) 反应有一定的限度，不能进行完全，任一反应物的转化率均小于100%。

(3) 最终只能得到反应物和生成物的混合物。

3．表示：

化学方程式中的“=”用“”代替。

考点二、化学平衡状态

1．化学平衡状态的含义：

指在一定条件下的可逆反应中，正反应和逆反应的速率相等，反应体系中所有反应物和生成物的质量（或浓度）保持不变的状态。

【高清课堂：二、2．化学平衡状态的特征：】

2．化学平衡状态的特征：“逆、等、定、动、变、同”

要点诠释：

（1）“逆”：可逆反应。

（2）“等”：υ正＝υ逆

对于同种物质：该物质的生成速率＝消耗速率；

对于不同物质：要将不同物质表示的速率按照速率比等于系数比折算成同一物质表示的速率，且满足上述条件（υ正＝υ逆）。

（3）“定”：条件一定时，反应体系中所有反应物和生成物的浓度（或质量、物质的量、物质的量百分含量、反应物转化率等）不再随时间变化。

（4）“动”：正逆反应都在进行，对同一物质：υ正＝υ逆≠0，体系处于动态平衡。

（5）“变”：反应条件改变，正逆反应速率可能不再相等，平衡就会发生移动，直至建立新的平衡，正逆反应速率又达到相等。

（6）“同”：一个特定化学平衡的建立与反应途径无关（等效平衡）。对于同一个可逆反应，只要条件相同（温度、浓度、压强），不论从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，或从正、逆两个方向同时开始，只要投料相当，均能达到同一平衡状态。

例如：相同条件下，对于可逆反应2SO2(g) + O2(g)2SO3(g)，投料2 mol SO2和1 mol O2或投料2 mol SO3，最终达到同一平衡状态。

3．判断化学平衡状态的标志：

（1）等速标志：υ正＝υ逆(对同一种物质而言)，这是本质特征。

（2）恒浓标志：各物质的物质的量浓度、质量、物质的量、物质的量百分含量（即体积分数）均保持不变，这是外部特征。

考点三、化学平衡常数

1．定义：

在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘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（简称平衡常数）。

2．表达式：

对于可逆反应mA(g) + nB(g)pC(g) + qD(g)，在一定温度下达到平衡，其平衡常

数的表达式：

()()

()()

p q

m n

c C c D K

c A c B

3．使用平衡常数应注意的几个问题：

要点诠释：

（１）纯固体或纯液体（如液态水）的浓度为一定值，不列入平衡常数的表达式中。如：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)，K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)

FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)，K=c(CO2)/c(CO)

（2）任何一个平衡常数表达式必须和具体的化学反应方程式相匹配。对于同一化学反应，由于方程式书写形式不同，其平衡常数表达式也会相应改变，平衡常数数值也会改变。

若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。不同书写形式的平衡常数，虽然表达式不同，但实际含义相同。

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为K1，

1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)的平衡常数为K2，

NH3(g)1/2N2(g)+3/2H2(g)的平衡常数为K3；

K1和K2的关系式：K1=K22。

K2和K3的关系式：K2·K3=1 。

K1和K3的关系式：K1·K32=1 。

（3）影响K的因素：

不同的化学反应，K值一般不同。对于特定的化学反应方程式，影响K值的外界因素只有温度,与反应物或生成物的浓度无关。温度升高时，对ΔH＜0的反应K值变小，对ΔH ＞0的反应K值增大。

4．平衡常数的意义：

（1）平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度（也叫反应的限度）。表示可逆反应的限度，K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，它的正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率也就越高；反之，反应就越不完全，转化率就越低。一般认为K＞105时，该反应进行得就基本完全。

（2）判断正在进行的可逆反应是否达到平衡及反应向何方向进行：

对于可逆反应：mA(g)+ nB(g)pC(g)+ qD(g)，在一定的温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Q c=C p(C)·C q(D)/C m(A)·C n(B)，叫该反应的浓度商。

Q c＜K ，反应向正反应方向进行

Q c＝K ，反应处于平衡状态

Q c＞K ，反应向逆反应方向进行

（3）利用Ｋ可判断反应的热效应

若升高温度，Ｋ值增大，则正反应为吸热反应(填“吸热”或“放热”)。

若升高温度，Ｋ值减小，则正反应为放热反应(填“吸热”或“放热”)。

（4）计算反应物或生成物的平衡浓度及反应物的转化率。

5．利用平衡常数的计算模式：

（1）步骤

①写出有关化学平衡的方程式。

②确定各物质的起始量、转化量、平衡量。

③根据已知条件建立等式关系进行解答。

（2）模式（“三段式”） 如mA (g)+nB (g) pC (g)+qD (g)，令A 、B 起始物质的量浓度分别为a mol / L 、b mol / L ，达到平衡后消耗A 的物质的量浓度为mx mol / L 。

mA (g) + nB (g) pC (g)+qD (g)

起始（mol ·L ―1） a b 0 0

变化（mol ·L ―1） mx nx px qx

平衡（mol ·L ―1） a ―mx b ―nx px qx

()()()()p q

m n px qx K a mx b nx ?=-?-

（3）说明

①反应物：c （平）=c （始）―c （变）

生成物：c （平）=c （始）+c （变）

②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。

③100%?反应物转化的物质的量浓度

转化率=反应物起始的物质的量浓度

【典型例题】

类型一：化学平衡状态的判断

【高清课堂：化学平衡 练一练1】

例1、H 2(g)+ I 2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的标志是______________________。 ①c(H 2)=c(I 2)=c(HI)时

②c(H 2):c(I 2):c(HI)=1:1:2时

③c(H 2)、c(I 2)、c(HI)不再随时间而改变

④单位时间内生成nmolH 2的同时生成2nmolHI

⑤单位时间内生成nmolH 2的同时生成nmolI 2

⑥反应速率v(H 2)=v(I 2)=1/2v(HI)

⑦一个H-H 键断裂的同时有两个H-I 键断裂

⑧温度和体积一定时，容器内压强不再变化

⑨温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化

⑩温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化

⑾条件一定，混合气体的平均相对分子质量不再变化

【思路点拨】要抓住本反应前后体积不变的特点来分析。

【答案】③④⑦⑨

【解析】①三者浓度相等，不能说明已达到平衡状态；

②浓度之比与平衡状态无必然联系；

③浓度不变，说明已达平衡。注意不要把浓度不变与①、②两种情况混淆；

④“生成nmolH2”指逆反应，“生成2nmolHI”指正反应，且v正=v逆，正确；

⑤“生成nmolH2”、“生成nmolI2”都指逆反应，不能判断；

⑥无论是v正、v逆，用不同物质表示时,一定和化学计量数成正比,与是否达到平衡状态无关。

⑦从微观角度表示v正=v逆，正确；

⑧该反应是一个气体总质量不变、反应前后等体积的可逆反应，压强始终不改变；故温度和体积一定时，容器内压强不再变化不能表明达到平衡。

⑨颜色不变，说明I2(g)浓度不变，可以判断；

⑩由于Δν(g) = 0，体积始终不变，且反应混合物总质量始终不变，密度不变，不能判断是否达到平衡。

⑾反应前后气体的物质的量、质量均不变，所以平均分子量始终不变，不一定达到平衡状态。

【总结升华】（1）从化学平衡的本质判断可逆反应是否达到化学平衡时，必须同时表明正反应速率和逆反应速率，且对同一种物质而言满足：v (正)=v (逆)。

（2）要抓住本反应前后体积不变的特点来分析。

举一反三：

【变式1】在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生反应：X (g)+2Y (g)2Z (g)，此反应达到平衡的标志是（）

①容器内压强不随时间变化

②容器内各物质的浓度不随时间变化

③容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶2∶2

④单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z

A．①②③④B．②③C．①②D．③④

【答案】C

【高清课堂：化学平衡练一练3】

【变式2】A对可逆反应4NH3(g) + 5O2(g)4NO(g) + 6H2O(g)，下列叙述正确的是A．达到化学平衡时，4υ正(O2)= 5υ逆(NO)

B．若单位时间内生成x mol NO同时消耗x mol NH3 ，则反应达到平衡状态

C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减少，逆反应速率增大

D．化学反应速率的关系是2υ正(NH3)= 3υ正(H2O)

【答案】A

【解析】A项，达到化学平衡时，4υ正(O2)= 5υ逆(NO)，又因为υ正(O2)：υ正(NO)=5:4，则有υ正(NO)= υ逆(NO)，故A成立。B项描述的是同一方向，不能判断平衡。C项，若增加容器体积，正逆反应速率均减小。D项，化学反应速率的关系是3υ正(NH3)= 2υ正(H2O)。

类型二：化学平衡常数

例2、PCl 5的热分解反应如下：PCl5（g）PCl3（g）+ Cl2（g）

（1）写出反应的平衡常数表达式；

（2）已知某温度下，在容积为10.0L的密闭容器中充入2.00mol PCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为0.150mol/L。计算该温度下的平衡常数。

【思路点拨】平衡常数表达式中生成物的平衡浓度在分子上。

【总结升华】本题考查了化学平衡常数的求算。对于反应： mA + nB pC + qD ，

平衡常数的数学表达式为：

举一反三：

【变式1】工业合成氨的反应为N 2(g)+3H 2(g)2NH 3(g)。设在容积为2.0L 的密闭容器中充入0.60mol N 2(g)和1.60 mol H 2(g),反应在一定条件下达到平衡时，NH 3的物质的量分数(NH 3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。计算：

① 该条件下N 2的平衡转化率；

②该条件下反应2NH 3(g)N 2(g)+3H 2(g)的平衡常数。

【答案】①该条件下N 2的平衡转化率：66.7%

②该条件下反应2NH 3(g)N 2(g) +3H 2(g)的平衡常数为0.005

【解析】起始时，c(N 2)=0.3 mol/L ；c(H 2)=0.8 mol/L 。由三行式法计算可知：

N 2(g)+ 3H 2(g)

2NH 3(g)

起始浓度 0.3 0.8 0

转化浓度 x 3x 2x

平衡浓度 0.3-x 0.8-3x 2x

平衡时NH 3的物质的量分数＝2x / (0.3-x+0.8-3x+2x)＝4/7；∴x= 0.2 mol/L 。

平衡时，c(N 2)=0.1 mol/L ；c(H 2)=0.2 mol/L ；c(NH 3)=0.4 mol/L 。 ①N 2的平衡转化率=[ (0.3-0.1) ÷0.3]×100%=66.7%；

②反应2NH 3(g)

N 2(g)+3H 2(g)的平衡常数K= c(N 2)c 3(H 2)/ c 2(NH 3)=0.005。 答案：①66.7%；0.005

【变式2】某温度下H 2(g)+I 2(g) 2HI(g)的平衡常数是50，在这个温度下使H 2与I 2(g)发生反应，反应开始时，碘蒸气的浓度是1mol/L ，当达到平衡时c(HI)=0.9mol/L ，求H 2的转化率。

【答案】

93.8%

根据题给条件可知，H 2的转化浓度应该是H 平衡浓度的一半为0.45mol/L 。因此要求出H 2的转化率必然应求出H 2的起始浓度。而H 2的起始浓度为H 2的转化浓度和H 2平衡浓度()()()()

p q m n

c C c D K c A c B ?=?

之和。

设c(H 2)的起始浓度为xmol/L ，c(H 2)的平衡浓度为ymol/L 。

H 2 + I 2(g) 2HI

起始浓度（mol/L ） x 1 0

转化浓度（mol/L ） 0.45 0.45 0.9

平衡浓度（mol/L ） y 0.55 0.9

y=0.0295mol/L

x=0.0295 mol/L +0.45 mol/L =0.4795mol/L

【变式3】在一定体积的密闭容器中进行如下反应：CO 2 (g)+H 2 (g)

CO (g)+H 2O (g)；其化学平衡常数K 和温度t 的关系如下表：

t ℃

700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6

回答下列问题：

（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=________。

（2）该反应为________反应（填“吸热”或“放热”）。

（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是________。

a ．容器中压强不变

b ．混合气体中

c (CO)不变 c ．v 正(H 2)=v 逆(H 2O)

d ．c (CO 2)=c (CO)

（4）若向容器中投入各物质2 mol 时，加热到800℃使反应进行，则此时反应的生成物是________。

【答案】（1）222(CO)(H O)(CO )(H )

c c c c ?? （2）吸热 （3）b 、c （4）CO 2和H 2

类型三：化学平衡的计算

例3、在5L 的密闭容器中充入2molA 气体和1molB 气体，在一定条件下发生反应：

2A(g) + B(g) 2C(g)达平衡时，在相同条件下测得容器内混合气体的压强是反应前的5/6，则A 的转化率为( )

A.67％

B. 50％

C. 25％

D. 5％

【思路点拨】将题给条件中的压强关系转化成气体物质的量关系是解题的基础；本题利用了“三段式”（起始量、变化量、平衡量）的化学平衡计算的基本模式。

【答案】B

【解析】根据阿伏加德罗定律的推论，同温同体积时，气体压强之比等于物质的量之比，平衡时气体的物质的量为×(2+1) mol=2.5mol 。

设达平衡时，B 反应的物质的量为x mol ，根据

【总结升华】有关化学平衡的计算包括：求平衡时各组分含量，平衡浓度、起始浓度、反应物转化率、混合气体的密度或平均相对分子质量，某物质的化学计量数等。解这类试题时要用到下列方法或规律：

(1)化学平衡计算的基本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法。

基本模式：三段分析→根据条件→列方程

(2)化学平衡计算中用到的基本关系与定律：

①各物质变化浓度之比＝方程式中的化学计量数之比；

②反应物转化率＝其消耗浓度与起始浓度之比；

③平衡时某组分体积分数＝该组分在平衡混合物中的物质的量的分数；

④阿伏加德罗定律及其推论。

举一反三：

【变式1】A、B、C为三种的气体，把amolA和bmolB充入一密闭容器中，发生反应A+2B2C，达到平衡时，若它们的物质的量满足n(A)+ n(B)= n(C)，则A的转化率为：A、(a+b)/5；B、2(a+b)/5b；C、2(a+b)/5；D、(a+b)/5a。

【答案】D