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模块三
化学反应原理
主题7　化学反应速率与化学平衡
第23讲　化学平衡状态与化学平衡常数
内容索引
学习目标
活动方案
名卷优选
学 习 目 标
1. 理解化学反应的可逆性。能利用图像、数据等描述化学平衡的建立过程。2. 理解化学平衡的含义，并能根据反应情况判断可逆反应是否达到平衡。3. 知道化学平衡常数的含义及其表示方法，能用化学平衡常数计算反应物的转化率。
活 动 方 案
1. 在同一条件下，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，叫作可逆反应。
(1) 判断下列有关说法是否正确？不正确的请说明理由。
①氢气燃烧生成水，而水可电解生成氢气和氧气，故氢气与氧气的反应是可逆反应。
【答案】 不正确。两个反应发生的条件不同。
②在工业生产条件下，将体积比约为3∶1的氢气与氮气充分反应，氮气的最大转化率小于100%，故此反应是可逆反应。
【答案】 正确。
活动一 可逆反应与化学平衡的建立
③饱和氯水含有Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－等粒子，故氯气与水的反应为可逆反应。
【答案】 正确。
(2) 在一定条件下，将SO2和18O2通入反应容器使之发生反应，当反应达到平衡时18O原子将存在于哪些物质中？
【答案】 存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫3种物质中。
2. 二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。分解过程中二氧化氮浓度与时间的关系如下表所示。
时间/s 0 5 10 15 20 25 45 65
浓度/(mol/L) 0.040 0.031 0.025 0.021 0.018 0.016 0.012 5 0.012 5
(1) 若反应延续至70 s，请在左下图中用实线画出0～70 s的反应进程曲线。若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变)，请在左下图中用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。
【答案】
(2) 在下方框中画出正、逆反应速率随时间变化的曲线示意图。
1. 根据正、逆反应速率随时间变化的曲线示意图，化学反应达到平衡状态的本质特征是什么？
【答案】 正反应速率和逆反应速率相等且不为零。
活动二 化学反应达到平衡状态的标志
2. 下面的问题可以帮助我们理解化学反应达到平衡状态的本质特征。
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H断裂的同时有两个H—I断裂
③百分组成w(HI)＝w(I2)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1
⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑧温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑨温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
②⑥⑧
⑥⑦⑧⑨
1. 写出下列可逆反应的平衡常数的表达式。
活动三 化学平衡常数及其简单计算
2. 某可逆反应进行到某时刻时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值称为浓度商(Q)，浓度商(Q)的表达式与平衡常数(K)的表达式相同。
试通过浓度商(Q)与该反应的平衡常数(K)的相对大小比较，判断反应所处的状态。
【答案】 Q＝K时，反应达到平衡状态；Q＜K时，反应向正反应方向进行；Q＞K时，反应向逆反应方向进行。
3. 在密闭容器中，将2.0 mol CO和2.0 mol H2O混合加热到800 ℃，达到下列平衡：
(1) 求CO转化为CO2的转化率。
【答案】 50%
(2) 若开始时H2O的物质的量为10 mol，其他条件不变，求CO转化为CO2的转化率。
【答案】 83.3%
(1) 相同条件下，若起始只通入0.2 mol SO3，则反应达到的平衡时SO3 的转化率等于多少？
【答案】 20%
(2) 相同条件下，若起始通入0.4 mol SO2 和0.2 mol O2，则反应达到平衡时SO2的转化率与80%的大小关系是什么？
【答案】 大于80%
活动四 有关化学平衡状态建立的案例分析
(1) 相同条件下，若起始只通入2 mol HI，则反应达到平衡时HI的转化率等于多少？
【答案】 40%
(2) 相同条件下，若起始通入4 mol H2和4 mol I2(g)，则反应达到平衡时H2的转化率与60%的大小关系是什么？
【答案】等于60%
名 卷 优 选
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B
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【解析】 ΔH<0、ΔS>0的反应在任意温度下均可自发进行，但该反应的ΔS<0，A错误；移走部分POCl3，反应物的浓度瞬时不变，正反应速率不会增大，C错误；未指明标准状况下，不能利用22.4 L/mol进行计算，D错误。
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1
3
A. 该反应一定能自发进行
B. 该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C. 断裂1 mol N—H的同时断裂1 mol O—H，说明该反应达到平衡状态
D. 达到平衡时，增大容器容积，v(正)增加、v(逆)减小
D
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【解析】 ΔH<0、ΔS>0的反应在任意温度下均可自发进行，A正确；ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能<0，则该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；该反应达到平衡状态时，每消耗4 mol NH3的同时可消耗6 mol H2O，即断裂1 mol N—H的同时断裂1 mol O—H，C正确；达到平衡时，增大容器容积的瞬间，反应物和生成物的浓度均减小，v(正)、v(逆)均减小，D错误。
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A. c点反应没有达到平衡
B. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
C. 体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态
D. NO2浓度：b点>c点
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B
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【解析】 绝热恒容密闭容器中，该反应的正反应速率先增大的原因是反应为放热反应，温度升高使正反应速率增大，正反应速率后减小的原因是反应物浓度随反应进行减小，反应物浓度减小使正反应速率减小。图中所示反应一直在正向进行中，故c点反应没有达到平衡，A正确；正反应是放热反应，ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能<0，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，B错误；绝热恒容密闭容器中，体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态，C正确；图中所示反应一直在正向进行中，NO2的浓度一直减小，故NO2浓度：b点>c点，D正确。
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4 德国化学家弗里茨·哈伯因合成氨工业化而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是(　 　)
A. 若生成3 mol H—H的同时生成6 mol N—H，说明反应处于平衡状态
B. 达到平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C. N2、H2和NH3的反应速率之比为1∶3∶2时，反应达到平衡
D. 达到平衡时，正、逆反应速率均为0
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A
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(1) 该反应的ΔH______(填“<”“>”或“＝”)0。
(2) 900 ℃时，向一个固定容积为2 L的密闭容器中充入0.20 mol A和0.80 mol B，若反应初始到2 s内A浓度变化0.05 mol/L，则A的平均反应速率v(A)＝_____________________。该反应达到平衡时，A的转化率为________，若这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，则平衡时A的转化率_________(填“变大”“变小”或“不变”)。
1
温度/℃ 700 800 900 1 000 1 200
平衡常数 0.5 0.6 1.0 1.6 2.0
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0.025 mol/(L·s)
80%
不变
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(3) 1 200 ℃时，若向另一相同容器中充入0.30 mol A、0.40 mol B、0.40 mol C和0.50 mol D，此时v(正)_______(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。
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大于
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谢谢观看
Thank you for watching第23讲　化学平衡状态与化学平衡常数
学习目标　
1. 理解化学反应的可逆性。能利用图像、数据等描述化学平衡的建立过程。
2. 理解化学平衡的含义，并能根据反应情况判断可逆反应是否达到平衡。
3. 知道化学平衡常数的含义及其表示方法，能用化学平衡常数计算反应物的转化率。
活动方案
可逆反应与化学平衡的建立
1. 在同一条件下，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，叫作可逆反应。
(1) 判断下列有关说法是否正确？不正确的请说明理由。
①氢气燃烧生成水，而水可电解生成氢气和氧气，故氢气与氧气的反应是可逆反应。
②在工业生产条件下，将体积比约为3∶1的氢气与氮气充分反应，氮气的最大转化率小于100%，故此反应是可逆反应。
③饱和氯水含有Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－等粒子，故氯气与水的反应为可逆反应。
(2) 在一定条件下，将SO2和18O2通入反应容器使之发生反应，当反应达到平衡时18O原子将存在于哪些物质中？
2. 二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。分解过程中二氧化氮浓度与时间的关系如下表所示。
时间/s 0 5 10 15 20 25 45 65
浓度/(mol/L) 0.040 0.031 0.025 0.021 0.018 0.016 0.012 5 0.012 5
(1) 若反应延续至70 s，请在左下图中用实线画出0～70 s的反应进程曲线。若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变)，请在左下图中用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。
　
(2) 在右上方框中画出正、逆反应速率随时间变化的曲线示意图。
　　 化学反应达到平衡状态的标志
1. 根据正、逆反应速率随时间变化的曲线示意图，化学反应达到平衡状态的本质特征是什么？
2. 下面的问题可以帮助我们理解化学反应达到平衡状态的本质特征。
(1) 下列各选项中，可以作为反应2HI(g) H2(g)＋I2(g)已达平衡状态标志的有______________(填序号，下同)。
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H断裂的同时有两个H—I断裂
③百分组成w(HI)＝w(I2)
④反应速率v(H2)＝v(I2)＝
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)＝2∶1∶1
⑥温度和体积一定时，某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时，容器内压强不再变化
⑧温度和体积一定时，混合气体的颜色不再变化
⑨温度和压强一定时，混合气体的密度不再变化
(2) 在上述⑥～⑨的说法中，能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态标志的有___________________。
　 化学平衡常数及其简单计算
1. 写出下列可逆反应的平衡常数的表达式。
化学方程式 平衡常数的表达式
(1) 2NO2(g) N2O4(g)
(2) 2Fe3+＋Fe 3Fe2+
(3) Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO
(4) CO＋H2O(g) CO2＋H2
2. 某可逆反应进行到某时刻时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值称为浓度商(Q)，浓度商(Q)的表达式与平衡常数(K)的表达式相同。
试通过浓度商(Q)与该反应的平衡常数(K)的相对大小比较，判断反应所处的状态。
3. 在密闭容器中，将2.0 mol CO和2.0 mol H2O混合加热到800 ℃，达到下列平衡：
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　K＝1.0
(1) 求CO转化为CO2的转化率。
(2) 若开始时H2O的物质的量为10 mol，其他条件不变，求CO转化为CO2的转化率。
　 有关化学平衡状态建立的案例分析　
1. 恒温恒容条件，将0.2 mol SO2 和0.1 mol O2通入容积为2 L的密闭容器中，发生反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，一段时间后，反应达到化学平衡状态，平衡时SO2转化率为80%。
(1) 相同条件下，若起始只通入0.2 mol SO3，则反应达到的平衡时SO3 的转化率等于多少？
(2) 相同条件下，若起始通入0.4 mol SO2 和0.2 mol O2，则反应达到平衡时SO2的转化率与80%的大小关系是什么？
2. 恒温恒容条件，将2 mol H2和2 mol I2(g)通入容积为5 L的密闭容器中，发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，一段时间后，反应达到化学平衡状态。平衡时氢气的转化率为60%。
(1) 相同条件下，若起始只通入2 mol HI，则反应达到平衡时HI的转化率等于多少？
(2) 相同条件下，若起始通入4 mol H2和4 mol I2(g)，则反应达到平衡时H2的转化率与60%的大小关系是什么？
名卷优选
1 [2024徐州一中、淮阴中学、姜堰中学联考]以Cl2、SO2和PCl3为原料， 制备POCl3和氯化亚砜(SOCl2)的原理为PCl3(g)＋Cl2(g)＋SO2(g) POCl3(s)＋SOCl2(g)。下列说法正确的是(　　)
A. 该反应在任意温度下均可自发进行
B. 反应的平衡常数K＝
C. 反应达到平衡状态时，移走部分POCl3，可以增大正反应速率
D. 反应中每消耗2.24 L Cl2，转移的电子数为0.2×6.02×1023
2 [2024无锡四校学情调研]对于反应4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－904 kJ/mol，下列有关说法不正确的是(　　)
A. 该反应一定能自发进行
B. 该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C. 断裂1 mol N—H的同时断裂1 mol O—H，说明该反应达到平衡状态
D. 达到平衡时，增大容器容积，v(正)增加、v(逆)减小
3 [2025常州中学期中]向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，在一定条件下使SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A. c点反应没有达到平衡
B. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
C. 体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态
D. NO2浓度：b点>c点
4 德国化学家弗里茨·哈伯因合成氨工业化而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，在一定条件下使该反应发生。下列说法正确的是(　　)
A. 若生成3 mol H—H的同时生成6 mol N—H，说明反应处于平衡状态
B. 达到平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C. N2、H2和NH3的反应速率之比为1∶3∶2时，反应达到平衡
D. 达到平衡时，正、逆反应速率均为0
5 反应A(g)＋B(g) C(g)＋D(g)的平衡常数和温度的关系如下表所示。
温度/℃ 700 800 900 1 000 1 200
平衡常数 0.5 0.6 1.0 1.6 2.0
(1) 该反应的ΔH______(填“<”“>”或“＝”)0。
(2) 900 ℃时，向一个固定容积为2 L的密闭容器中充入0.20 mol A和0.80 mol B，若反应初始到2 s内A浓度变化0.05 mol/L，则A的平均反应速率v(A)＝________。该反应达到平衡时，A的转化率为________，若这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，则平衡时A的转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3) 1 200 ℃时，若向另一相同容器中充入0.30 mol A、0.40 mol B、0.40 mol C和0.50 mol D，此时v(正)________(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。
第23讲　化学平衡状态与化学平衡常数
【活动方案】
活动一：
1 (1) ①不正确。两个反应发生的条件不同。　②正确。　③正确。　(2) 存在于氧气、二氧化硫和三氧化硫3种物质中。
2 (1) (2)
活动二：
1 正反应速率和逆反应速率相等且不为零。
2 (1) ②⑥⑧　(2) ⑥⑦⑧⑨
活动三：
1 (1) K＝　(2) K＝　(3) K＝　(4) K＝
2 Q＝K时，反应达到平衡状态；Q＜K时，反应向正反应方向进行；Q＞K时，反应向逆反应方向进行。
3 (1) 50%　(2) 83.3%
活动四：
1 (1) 20%　(2) 大于80%
2 (1) 40%　(2) 等于60%
【名卷优选】
1 B　ΔH<0、ΔS>0的反应在任意温度下均可自发进行，但该反应的ΔS<0，A错误；移走部分POCl3，反应物的浓度瞬时不变，正反应速率不会增大，C错误；未指明标准状况下，不能利用22.4 L/mol进行计算，D错误。
2 D　ΔH<0、ΔS>0的反应在任意温度下均可自发进行，A正确；ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能<0，则该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；该反应达到平衡状态时，每消耗4 mol NH3的同时可消耗6 mol H2O，即断裂1 mol N—H的同时断裂1 mol O—H，C正确；达到平衡时，增大容器容积的瞬间，反应物和生成物的浓度均减小，v(正)、v(逆)均减小，D错误。
3 B　绝热恒容密闭容器中，该反应的正反应速率先增大的原因是反应为放热反应，温度升高使正反应速率增大，正反应速率后减小的原因是反应物浓度随反应进行减小，反应物浓度减小使正反应速率减小。图中所示反应一直在正向进行中，故c点反应没有达到平衡，A正确；正反应是放热反应，ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能<0，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，B错误；绝热恒容密闭容器中，体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态，C正确；图中所示反应一直在正向进行中，NO2的浓度一直减小，故NO2浓度：b点>c点，D正确。
4 A　由N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)知，生成3 mol H—H的同时生成6 mol N—H，即生成3 mol H2的同时生成2 mol NH3，能说明反应处于平衡状态，A正确；达到平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不一定相等，B错误；反应过程中，N2、H2和NH3的反应速率之比始终为1∶3∶2，C错误；达到平衡时，正、逆反应速率相等，但不为0，D错误。
5 (1) >　(2) 0.025 mol/(L·s)　80%　不变　(3) 大于
解析：(2) v(A)＝＝0.025 mol/(L·s)。设反应达到平衡时，A的浓度变化为x mol/L，列三段式：
　　　　　　 A(g)　＋　B(g)　 　C(g)　＋　D(g)
起始/(mol/L) 0.1 0.4 0 0
变化/(mol/L) x x x x
平衡/(mol/L) 0.1－x 0.4－x x x
平衡常数K＝＝1，解得x＝0.08，A的转化率＝×100%＝80%。容器容积固定，向其中充入氩气，各组分浓度不变，平衡不移动，A的转化率不变。(3) 保持温度不变，向另一相同容器中充入0.30 mol A、0.40 mol B、0.40 mol C和0.50 mol D，Q＝＝<2＝K，反应正向进行，v(正)>v(逆)。

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