高中化学化学平衡常数及其计算

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化学平衡常数及其计算

1．O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：

反应① O3O2＋[O] ΔH>0 平衡常数为K1；

反应② [O]＋O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2；

总反应：2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。

下列叙述正确的是( )

A．降低温度，总反应K减小

B．K＝K1＋K2

C．适当升温，可提高消毒效率

D．压强增大，K2减小

解析：选C 降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；K1＝cO2·c[O]cO3、K2＝c2O2c[O]·cO3、K＝c3O2c2O3＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，反应②平衡向左移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。

2．将一定量氨基甲酸铵(NH2COONH4)加入密闭容器中，发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法中不正确的是( )

A．该反应的ΔH>0

B．NH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态

C．A点对应状态的平衡常数K(A)的值为10－2.294

D．30 ℃时，B点对应状态的v正

解析：选B 此题的关键是弄清－lg K越小，K越大，由图中数据可知随温度的升高，－lg K逐渐减小，说明随温度的升高，化学平衡向右移动，正反应为吸热反应，A项正确；由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，可知氨气的体积分数始终为23，B项错误；A点时，－lg K＝2.294，C项正确；由B点对应的数值可知此时Q>K，反应向逆反应方向进行，

v正

3．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＞0，在一定条件下，向体积为1 第

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L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是( )

A．达到平衡时，CH4(g)的转化率为75%

B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1

C．该反应的化学平衡常数K＝0.187 5

D．当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡

解析：选C 由图可知，10 min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75

mol·L－1，则：

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

开始/(mol·L－1) 1 1 0 0

转化/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.25 0.75

平衡/(mol·L－1) 0.75 0.75 0.25 0.75

平衡时甲烷转化率＝0.25 mol·L－11 mol·L－1×100%＝25%，故A项错误；0～10 min内，v(CO)＝0.25 mol·L－110 min＝0.025 mol·L－1·min－1，故B项错误；平衡常数K＝cCO·c3H2cCH4·cH2O＝0.25×0.7530.75×0.75＝0.187 5，故C项正确；同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率为1∶3时，反应到达平衡，故D项错误。

4．(2015·天津高考)某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和 2 mol Y(g)发生反应：X(g)＋mY(g)3Z(g)。平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )

A．m＝2

B．两次平衡的平衡常数相同

C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1

D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1

解析：选D A项，根据再次加入1 mol Z(g)，平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应，因此m＝2。B项，由于温度没有变化，故两次平衡的平衡常数相同。C项，因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物，因此二者的平衡转化率相等。D项，该反应前后气体分子数不变，因此反应后气体的物质的量与反应前一样，都为4 mol，而平衡后Z的体积分数为10%，平衡时Z的物质的量为4 mol×10%＝0.4 mol，容器体积为2 L，Z的浓度为0.2 mol·L－1。

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5．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0，T1温度下的部分实验数据：

t/s 0 500 1 000 1 500

c(N2O5)/(mol·L－1) 5.00 3.52 2.50

2.50

下列说法不正确的是( )

A．500 s内N2O5分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1

B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1 000 s时N2O5的转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5的浓度为2.98 mol·L－1，则T1

D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1>K3，则T1>T3

解析：选C v(N2O5)＝5.00－3.52mol·L－1500 s＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A正确；1 000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式：

2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)

起始/(mol·L－1) 5.00 0 0

转化/(mol·L－1) 2.50 5.00 1.25

平衡/(mol·L－1) 2.50 5.00 1.25

则K＝c4NO2·cO2c2N2O5＝5.004×1.252.502＝125，α(N2O5)＝2.50 mol·L－15.00 mol·L－1×100%＝50%，B正确；1 000 s时，T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2K3，则T1>T3，D正确。

6．T1 ℃时，向容器为2 L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g)，发生如下反应A(g)＋2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据如下表：

反应时间/min n(A)/mol n(B)/mol

0 1.00 1.20

10 0.50

30 0.20

下列说法错误的是( )

A．前10 min内反应的平均速率为

v(C)＝0.025 0 mol·L－1·min－1

B．其他条件不变，起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g)，达到平衡时n(C)＜0.25 mol 第

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C．其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大

D．温度为T2 ℃时(T1＞T2)，上述反应的平衡常数为20，则该反应的正反应为放热反应

解析：选D 前10 min内消耗0.50 mol A，同时生成0.50 mol C，则有v(C)＝0.50 mol2 L×10 min＝0.025 0 mol·L－1·min－1，A正确。10 min时，反应的n(B)＝2n(A)＝2×(1.00 mol－0.50 mol)＝1.00 mol，则10 min时，B的物质的量为0.20 mol，与30 min时B的物质的量相等，则反应10 min时已达到平衡状态；其他条件不变，若起始时向容器中充入0.50 mol A(g)和0.60

mol B(g)，将容积缩小为原来的12时与原平衡等效，达到平衡时n(C)＝0.25 mol，但扩大容积，恢复到原体积，压强减小，平衡逆向移动，故达到平衡时n(C)＜0.25 mol，B正确。其他条件不变时，向平衡体系中再充入0.50 mol A，平衡正向移动，与原平衡相比，达到平衡时B的转化率增大，A的体积分数增大，C正确。由上述分析可知，10 min时n(A)＝0.50 mol，此时达到平衡状态，A、B、C的浓度(mol·L－1)分别为0.25、0.10和0.25，则有K(T1)＝cCcA·c2B＝0.250.102×0.25＝100＞K(T2)＝20，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，D错误。

7．工业合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)催化剂高温、高压2NH3(g)，对其研究如下：

(1)已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，N—H键的键能为391 kJ·mol－1，N≡N键的键能是945.6 kJ·mol－1，则上述反应的ΔH＝________。

(2)上述反应的平衡常数K的表达式为______________________________________。

若反应方程式改写为12N2(g)＋32H2(g)NH3(g)，在该温度下的平衡常数K1＝______

(用K表示)。

(3)在773 K时，分别将2 mol N2和6 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表：

t/min 0 5 10 15 20 25 30

n(H2)/mol 6.00 4.50 3.60 3.30 3.03 3.00 3.00

n(NH3)/mol 0 1.00 1.60 1.80 1.98 2.00 2.00

①该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3的浓度分别为3 mol·L－1、3 mol·L－1、3 mol·L－1，则此时v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

②由上表中的实验数据计算得到“浓度－时间”的关系可用下图中的曲线表示，表示c(N2)-t的曲线是___________________________________________________________。

高中化学第8章第54讲水溶液中四大平衡常数的综合应用---2023年高考化学一轮复习(新高考)

第54讲水溶液中四大平衡常数的综合应用复习目标 1.掌握四大平衡常数[Ka(Kb)、Kh、Kw、Ksp]的简单计算。2.利用题目信息或图像，结合离子平衡，解决实际问题。

1．四大平衡常数的比较

常数符号适用体系影响因素表达式

水的离子积常数 Kw 任意水溶液温度升高，Kw增大 Kw＝c(OH－)·c(H＋)

电离常数酸Ka 弱酸溶液

升温，K增大 HAH＋＋A－，电离常数Ka＝cH＋·cA－cHA

碱Kb 弱碱溶液 BOHB＋＋OH－，电离常数Kb＝cB＋·cOH－cBOH

盐的水解常数 Kh 盐溶液升温，Kh增大 A－＋H2OOH－＋HA，水解常数Kh＝cOH－·cHAcA－

溶度积常数 Ksp 难溶电解质溶液升温，大多数Ksp增大 MmAn的饱和溶液：Ksp＝cm(Mn＋)·

cn(Am－)

注意 (1)四大平衡的基本特征相同，包括逆、动、等、定、变，其研究对象均为可逆变化过程。

(2)溶解平衡有放热反应、吸热反应，升高温度后Ksp可能变大或变小；而电离平衡、水解平衡均为吸热过程，升高温度Ka(或Kb)、Kh均变大。

2．四大平衡常数的应用

(1)判断平衡移动的方向

Q与Ksp的关系平衡移动方向结论

Q＞Ksp 逆向溶液过饱和，有沉淀析出

Q＝Ksp 不移动溶液饱和，处于平衡状态

Q＜Ksp 正向溶液未饱和，无沉淀析出

(2)常数间的关系

①强碱弱酸盐：Kh＝KwKa；②强酸弱碱盐：Kh＝KwKb。

(3)判断离子浓度比值的大小变化。如将NH3·H2O溶液加水稀释，c(OH－)减小，由于电离平衡常数为cNH＋4·cOH－cNH3·H2O，此值不变，故cNH＋4cNH3·H2O的值增大。

(4)利用四大平衡常数进行有关计算。

类型一四大平衡常数在平衡移动中的应用

1．室温下，通过下列实验探究NaHSO3溶液的性质。下列有关说法正确的是( )

高中化学(4)最拿分考点系列考点2 用化学平衡常数进行计算含解析

学必求其心得，业必贵于专精

考点二用化学平衡常数进行计算

【考点定位】本考点考查用化学平衡常数进行计算，提升对化学平衡概念的理解,明确影响平衡常数的因素，及利用平衡常数判断平衡的移动,重点是化学平衡的常见计算方式.

【精确解读】

1．概念

在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡状态时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比值是个常数，这个常数叫做化学平衡常数，简称平衡常数．用符号K示．

对于一般可逆反应：mA(g）+nB（g)⇌pC（g)+qD（g），K=；

2．书写化学平衡常数应注意的问题：

①稀溶液中进行的反应，水的“浓度”作为常数，在平衡常数中不用书写．

②当反应中有固体物质参加时，固体的“浓度”作为常数,在平衡常数表达式中不用书写．

③化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关．同一个化学反应,由于书写的方式不同,各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数就不同．但是这些平衡常数可以相互换算．

如：N2+3H2⇌2NH3 ；K1=

2NH3⇌N2+3H2；K2= 学必求其心得，业必贵于专精

1/2N2+3/2H2⇌NH3;K3=

K1=1/K2= K32

④不同的化学平衡体系，其平衡常数不一样．平衡常数大,说明生成物的平衡浓度较大,反应物的平衡浓度相对较小，即表明反应进行得较完全．因此,平衡常数的大小可以表示反应进行的程度．

⑤一般认为K＞105反应较完全（即不可逆反应)，K＜10-5反应很难进行（即不反应）．

3．平衡表达式K的意义:定量的衡量化学反应进行的程度．

①表示可逆反应进行的程度:K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率也越大．

②判断可逆反应进行的方向:

对于可逆反应，在一定的温度的任意时刻，生成物浓度的化学计量数次幂与反应物的化学计量数次幂的比值叫做反应的浓度商，用Qc表示．

Qc＜K时，向正反应方向进行；Qc=K时，反应平衡;Qc＞K时，向逆反应方向进行．

高中化学知识点化学方程式平衡常数

化学方程式平衡常数是化学反应中一个非常重要的概念，尤其是在高中化学中更是不可或缺的知识点。本文将深入探讨化学方程式平衡常数的概念、计算方法及应用。

一、概念

化学反应通常可以用化学方程式表示，它由反应物和生成物组成。当反应物和生成物的个数比例不同时，化学反应就不会全部进行，而是达到一种新的平衡状态。这种平衡状态下，反应物和生成物的浓度保持不变。于是，由化学方程式表示的化学反应也需要进行平衡状态的描述和分析。

化学方程式平衡常数是一种测量化学反应平衡状态的物理量。它表征了反应物和生成物在平衡时的浓度比例。

二、计算方法

化学方程式平衡常数的计算方法非常简单。对于一般的反应

aA + bB ⇌ cC + dD，化学方程式平衡常数 Kc 可以表示为下面的方程式。

Kc = [C]^c × [D]^d / [A]^a × [B]^b

其中 [A]、[B]、[C]、[D] 分别表示反应物 A、B 和生成物 C、D 的浓度，在平衡状态下保持不变，即为平衡浓度。

三、应用

化学方程式平衡常数在化学和生物化学中有着广泛的应用。它可以帮助我们了解物质之间的相互作用和反应，进而预测化学反应的方向和速率。例如，我们可以借助化学方程式平衡常数预测气相反应的平衡常数，根据它来计算反应的热力学参数，比如焓、熵和自由能。

除此之外，化学方程式平衡常数还能判断某些药物的化学结构和用量，等等。

总之，化学方程式平衡常数是一个非常重要的化学概念。它是研究化学反应平衡和动力学的重要工具，也是化学反应及其应用的必要基础知识。了解和掌握化学方程式平衡常数的相关概念、计算方法和应用十分重要，将有助于我们更好地理解和解决实际化学问题。