文档内容
第 22 讲 化学平衡常数及转化率的计算
目录
第一部分：网络构建（总览全局）
第二部分：知识点精准记忆
第三部分：典型例题剖析
高频考点1、考查化学平衡常数及影响因素
高频考点2、考查化学平衡常数的应用
高频考点3、考查化学平衡常数Kc的计算
高频考点4、考查压强平衡常数Kp的计算
高频考点5、考查化学反应进行方向的判断
高频考点6、考查化学反应条件的控制
正文
第一部分：网络构建（总览全局）
第二部分：知识点精准记忆
知识点一 化学平衡常数及应用
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，用符号K表示。
2．表达式
（1）K 的一般表达式（以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)为例）
c
Kc＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。
（2）K 的一般表达式（以aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)为例）
p
K ＝[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数或体积分数×总压强]。
p
注：a.分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋……＝p
b.气体的分压之比等于其物质的量之比：＝。c.某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：＝＝φ(B)。
【易错提醒】化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系
(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍，则化学平衡常数变为原来的n次幂或
次幂。
(3)两方程式相加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。
(4)关于HO的浓度问题①稀水溶液中进行的反应，虽然HO参与反应，但是HO只作为溶剂，不能代入
2 2 2
平衡常数表达式。如NH Cl＋HO NH ·H O＋HCl的平衡常数表达式为K＝。②HO的状态不是液态
4 2 3 2 2
而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。
(5)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。
(6)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平
衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。
3．意义
(1)K值越大，反应物的转化率越大，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，与压强变化、是否使用催化剂无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物
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。
4．应用
(1)判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
K值 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物浓度 反应物转化率
越大 越大 越大 越小 越高
越小 越小 越小 越大 越低
【特别提醒】K值大小与反应程度的关系
K <10－5 10－5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应接近完全
(2)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，浓度商Q＝，则将浓度商和平衡常数作比较可判断可逆
c
反应所处的状态。
(3)判断可逆反应的热效应
(4)计算平衡体系中的相关量
根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。
【特别提醒】(1)计算平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。
(2)固体和纯液体的浓度视为恒定常数，不出现在平衡常数表达式中。如 C(s)＋HO(g) CO(g)＋H(g)达
2 2到平衡后的K＝。
(3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。
(4)一般K>105时，认为该反应基本进行完全；K<10－5时，一般认为该反应很难进行；而K在10－5～105反
应被认为是典型的可逆反应。
知识点二 有关化学平衡的计算——三段式计算模式
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、
转化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
1．分析三个量：起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系
(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．计算方法：三段式法
化学平衡计算模式：对以下反应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)
起始量(mol/L) a b 0 0
变化量(mol/L) mx nx px qx
平衡量(mol/L) a－mx b－nx px qx
则有①平衡常数：
K＝。
②A的平衡浓度：c(A)＝ mol·L－1。
③A的转化率：α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。
④A的体积分数：φ(A)＝×100%。
⑤平衡压强与起始压强之比：＝。
⑥混合气体的平均密度(混)＝ g·L－1。
⑦混合气体的平均摩尔质量＝ g·mol－1。
⑧生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，
产率越大。
产率＝×100%。
名师助学：有关化学平衡计算的注意事项
(1)注意反应物和生成物的浓度关系
反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；
生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。
(2)利用ρ ＝和M＝计算时要注意m 应为气体的总质量，V应为反应容器的体积，n 应为气体的总物质
混 r 总 总
的量。
(3)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。
(4)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。
(5)有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。
(6)在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。
4.压强平衡常数Kp
(1)K 含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。
p
(2)计算技巧：
第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；
第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；
第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物
质的量分数)；
第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N(g)＋3H(g) 2NH (g)，压强平衡常数表达式为K
2 2 3 p
＝。
5.转化率大小变化分析
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
m＋n＞p＋q
反应：mA(g)＋nB(g) 均增大
同等倍数地增大
pC(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
m＋n＜p＋q
均减小
反应物A和B的转化率
m＋n＝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
逆反应：mA(g)
增加反应物A的 m＞n＋p 反应物A的转化率增大
用量 恒温恒容
m＜n＋p 反应物A的转化率减小
nB(g)＋pC(g) 条件下
m＝n＋p 反应物A的转化率不变
知识点三 化学反应进行的方向
1.化学反应方向的判断
（1）自发过程
A.含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
B.特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。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)自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
(3)判断化学反应方向的依据
A.焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低
得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
B.熵变与反应方向
①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应
有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a．熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量，用符号S表示。
同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
b．熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
C.综合判断反应方向的依据
①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。
②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。
③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
2．控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有
利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或
控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
3．控制反应条件的基本措施
(1)控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控
反应速率。
(2)提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化
率。
4．工业合成氨的条件选择
(1)反应原理：N(g)＋3H(g) 2NH (g)
2 2 3ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。
(2)
(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
(4)综合考虑——选择适宜的生产条件
①温度：400～500℃
②压强：10～30 MPa
③投料比：＝
④以铁触媒作催化剂
⑤采用循环操作提高原料利用率
第三部分：典型例题剖析
高频考点1、考查化学平衡常数及影响因素
例1．（2022·上海上海·二模）有研究认为，强碱性环境下反应：I-+ClO- IO-+Cl-可能分如下三步进行：
第一步：ClO-+H O HClO+OH- K=3.3×10-10
2 1
第二步：…… K=……
2
第三步：HIO+OH- IO-+H O K=2.3×103
2 3
下列说法正确的是
A．第二步反应的平衡常数表达式为K=
2
B．由K值大小可以判断第三步反应比第一步快
C．升高温度会使K 变小、K 变大
1 3
D．OH-是该反应的催化剂
【变式训练】(平衡常数及影响因素)（2022·河北秦皇岛·三模）一定温度下，在容积为1 L的恒容密闭容器
中发生反应X(g)+2Y(g) Z(g) ΔH，各物质的物质的量随时间变化如表。
时间/ min 0 t 2t 3t 4t
n(X)/mol 2 0.4
n(Y)/mol 4 0.8
n(Z)/mol 0 1.4
下列说法正确的是
A．若升高温度，X(g)的转化率减小，则该反应的ΔH >0
B．0~3t min内，v(Z)= mol· L-1·min-1
C．单位时间内消耗X(g)和生成Z(g)的物质的量相等，说明该反应达到平衡
D．其他条件不变，增大Y(g)的浓度，平衡正向移动，该反应的平衡常数增大
【易错提醒】①即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒
定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律；②平衡常数改变，平衡一定移动，
温度一定改变。
高频考点2、考查化学平衡常数的应用
例2．（2022·北京东城·二模）硝基苯甲酸乙酯(O NC HCOOC H)在碱性条件下发生水解反应：
2 6 4 2 5
ONC HCOOC H+OH- ONC HCOO-+C HOH，两种反应物初始浓度均为0.05mol·L-1，测得
2 6 4 2 5 2 6 4 2 5
ONC HCOOC H 的转化率α随时间t变化曲线如下图所示(忽略溶液体积变化)。下列说法不正确的是
2 6 4 2 5
A．t=700s时，反应达到平衡状态
B．t=600s时，硝基苯甲酸乙酯的浓度为0.015mol·L-1
C．达到平衡之前，随着反应的进行硝基苯甲酸乙酯水解速率逐渐减小
D．其他条件不变，提高c(OH-)，可使该反应的化学平衡常数增大
【题后反思】应用化学平衡常数时应注意的四个问题
(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，其浓度可看作一个常数，而不计入平衡常数表达式中。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物
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。
【变式训练】 (平衡常数的应用)（2022·辽宁辽阳·一模）硫酸工业中，将SO 氧化为SO 是生产工艺中的
2 3
重要环节。在温度为T 条件下，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2SO (g)
1 2
+O (g) 2SO (g)ΔH<0，实验测得：v =k ·c2(SO )·c(O)，v =k ·c2(SO )。
2 3 正 正 2 2 逆 逆 3
⇌ 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1)
容器编号
c(SO ) c(O) C(SO ) c(O)
2 2 3 2
I 0.6 0.3 0 0.2
II 0.5 x 0.3
III 0.3 0.25 0.2
已知：k 、k 为速率常数，仅受温度的影响。
正 逆
下列说法错误的是A．达到平衡时，平衡常数和速率常数的关系：
B．若容器II中达到平衡时 =1，则x=0.85
C．容器III中达到平衡时，c(O)<0.25mol·L-1
2
D．当温度升高为T 时，k 、k 分别增大m倍和n倍，则m350
正 逆
【反思归纳】有关化学平衡计算的“3”点说明
(1)有关化学平衡的常见计算是化学平衡常数、物质的平衡浓度和平衡转化率之间的相关计算。
(2)在进行有关化学平衡的“三段式”计算时，要注意各物质的起始量、转化量和平衡量三者单位的统一。
(3)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。
【变式训练】工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH(g)＋HO(g) CO(g)＋3H(g)
4 2 2
ΔH>0，在一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH (g)和1 mol H O(g)，测得HO(g)和H(g)
4 2 2 2
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，CH(g)的转化率为75%
4
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＝0.1875
D．当CH(g)的消耗速率与H(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡
4 2
高频考点4、考查压强平衡常数Kp的计算
例4.（2022·山东临沂·三模）T℃时，向容积为2L的刚性容器中充入1 mol CO 和一定量的H 发生反应：
2 2
CO(g)+2H(g) HCHO(g) +H O(g) ，达到平衡时，HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始
2 2 2
的关系如图所示。已知：初始加入2molH 时，容器内气体的总压强为1.2p kPa。下列说法错误的
2
是
A．5 min时反应到达c点， (H )=0.1 mol·L-1·min-1
2B．随 增大， HCHO的平衡压强不断增大
C．b点时反应的平衡常数K =
p
D．c点时，再加入CO(g)和HO(g) ，使二者分压均增大0.2p kPa，平衡正向移动
2 2
【方法技巧】1.K 含义：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常
p
数。
2.计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计
算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的
分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，
N(g)＋3H(g)2NH(g)，压强平衡常数表达式为K ＝。
2 2 3 p
【变式训练】氨基甲酸铵发生分解的化学方程式为NH COONH(s) 2NH (g)+CO (g)。利用如下装置
2 4 3 2
测定不同温度下该反应以分压表示的化学平衡常数K。
p
步骤I：关闭K，打开K 和K，开启真空泵抽气至测压仪数值稳定后关闭K；步骤II：关闭K，缓慢开
3 1 2 1 2
启K 至U形管两边液面相平并保持不变，读取压强数值。
3
记录25 ℃、30 ℃下压强分别为12.0 kPa、17.1 kPa．下列说法错误的是。
A．氨基甲酸铵分解反应的ΔH＞0
B．该反应25 ℃时的化学平衡常数K=2.56×1011 Pa3
p
C．步骤I中测压仪数值未稳定即关闭K，K 测量值偏小
1 p
D．步骤II中读数时U形管左侧液面偏高，K 测量值偏大
p
高频考点5、考查化学反应进行方向的判断
例5．（2022·山东·胜利一中模拟预测）图表示生成几种氯化物反应的自由能变化 随温度变化情况。若
在图示温度范围内焓变 和熵变 不变，且 ，其中R为常数，T为温度。下列说法错误
的是A．反应①在温度a时的平衡常数 为1
B．反应②的平衡常数随温度升高而减小
C．图示温度范围内，③是自发进行的
D．任何温度下均可用 还原 制备
【易错提醒】1．反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，复合判据ΔH－TΔS<0的反应不
一定能够实际发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。
2．焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况
－ ＋ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行
＋ － 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行
＋ ＋ 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，高温时非自发
【变式训练】（2022·天津·模拟预测）对于反应4HCl(g)+O (g) 2Cl(g)+2HO(g)，下列说法正确的是
2 2 2
A．该反应△S＞0
B．使用催化剂能降低该反应的△H
C．反应中每消耗1molO 转移电子数约为4×6.02×1023
2
D．反应的平衡常数为K=
高频考点6、考查化学反应条件的控制
例6．（2021·湖北高三二模）萘( )与浓硫酸发生取代反应可以生成2种取代产物，反应进程中能量变化如图所示。其中相同投料，经历相同时间，不同反应温度时产物的比例不同，在40 ℃和160 ℃时，得
到1－取代产物与2－取代产物的比例分别为96：4和15：85，下列说法正确的是
A．1－取代产物比2－取代产物更稳定
B．升温时，1－取代反应的正反应速率减小，2－取代反应的正反应速率增大
C．选择合适的催化剂同样可以提高2－取代产物比率
D．升温时，2－取代产物比率提高是因为2－取代反应平衡正向移动
【名师点睛】在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应
速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求
做出分析，权衡利弊，才能实施生产。
【变式训练】（2021·江苏高三二模）CO、 分别与 反应均能制得粮食熏蒸剂COS，反应如下：
反应Ⅰ： 平衡常数
反应Ⅱ： 平衡常数
已知：在相同条件下， 。
向两个容积相同的密闭容器中按下表投料( 不参与反应)，在催化剂作用下分别发生上述反应，在相同的
时间内COS的物质的量随温度的变化关系如下图中实线所示。图中虚线c、d表示两反应的平衡曲线。反应Ⅰ 反应Ⅱ
起始投料 CO
起始物质的量(mol) 1 1 3 1 1 3
下列有关说法正确的是
A． ，曲线d为反应Ⅱ的平衡曲线
B．900℃时，平衡常数
C．相同条件下，延长反应时间能使反应体系中Y点COS的量达到W点
D．恒温恒容下，向W点表示的反应体系中增大 的物质的量，能提高 的转化率
