第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向
[考纲要求] 1.理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
考点一 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，用符号K表示。 2．表达式
对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，
cpC·cqDK＝m(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
cA·cnB中)。 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。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 深度思考
1．对于给定反应，正逆反应的化学平衡常数一样吗？是什么关系？ 答案 正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。
2．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减少？ 答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。
3．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。
答案 对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也就不一样，但对应物质的转化率相同。例如：
1
ccC(1)aA(g)＋bB(g)??cC(g) K1＝a
cA·cbB(2)naA(g)＋nbB(g)??ncC(g)
cncCnnK2＝na＝K1或K1＝K2 nbcA·cB无论(1)还是(2)，A或B的转化率是相同的。
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．温度为t ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示： ①H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)??4HI(g) 下列说法正确的是
－1
－1
－1
( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L·min
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同 C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动 答案 A
解析 H2(g)＋I2(g)??2HI(g) 初始浓度
(mol·L) 0.100 0.100 0 平衡浓度
(mol·L) 0.020 0.020 0.160 转化浓度
(mol·L) 0.080 0.080 0.160
所以，v(HI)＝0.160 mol·L÷20 min＝0.008 mol·L·min，A正确；K①＝
－1
－1
－1
－1－1－1
c2HIc4HI22
＝64，而K②＝2＝K①＝64＝4 096，故选项B错；2cH2·cI2cH2·cI2两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。
2．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)??CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)??Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋
2
H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是 A．反应①的平衡常数K1＝
( )
cCO2·cCu cCO·cCuOB．反应③的平衡常数K＝
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 答案 B
解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
题组二 由化学平衡常数判断化学平衡移动的方向
3．已知可逆反应：M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题： (1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L，c(N)＝2.4 mol·L
1
－1
－
K1K2
K1K2
；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)； (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L，c(N)＝a mol·L
－1
－1
；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L，a＝________；
－1
－1
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L，达到平衡后，M的转化率为________。
答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41% 解析 (1)
－1
M(g) ＋ N(g)?? P(g)＋ Q(g)
2.4 0 1×60%
0
始态mol·L 1
－1
变化量mol·L 1×60%
－1
1 mol·L×60%因此N的转化率为－1×100%＝25%。
2.4 mol·L
(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4 mol·L－1 c(N)＝1.8 mol·L－1 c(P)＝0.6 mol·L－1 c(Q)＝0.6 mol·L－1
3
因此化学平衡常数K＝＝
0.6×0.61
＝
0.4×1.82
cP·cQ
cM·cN由于温度不变，因此K不变，达到平衡后
c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1 c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2)mol·L－1 cP·cQ2×21K＝＝＝ cM·cN2×a－22
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为
c(M)＝b(1－x)mol·L－1 c(N)＝b(1－x)mol·L－1 c(P)＝bx mol·L－1 c(Q)＝bx mol·L－1 cP·cQbx·bx1K＝＝＝ cM·cNb1－x·b1－x2
解得x≈41%。
4．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/℃ K 回答下列问题： 700 0.6 800 0.9 850 1.0 1 000 1.7 1 200 2.6 (1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 (2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。 A．c(CO2)＝c(CO) B．K不变
C．容器中的压强不变 D．v正(H2)＝v正(CO2) E．c(H2)保持不变
(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为__________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为____________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。 答案 (1)正反应 (2)E (3)850 ℃ 向正反应方向进行中
解析 (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应
4
方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变，不正确；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变，故不正确；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由
c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃，此温度
下
cCO·cH2O0.75×1.5
＝＝0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。
cCO2·cH21×1.2
借助平衡常数可以判断一个化 学反应是否达到化学平衡状态
对于可逆反应aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
ccC·cdD＝Qc，称为浓度商。
caA·cbB
Qc?＝K 反应处于化学平衡状态，v正＝v逆??>K 反应向逆反应方向进行，v正 【思路梳理】 1．分析三个量：即起始量、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(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。 考点二 有关化学平衡的计算 mA(g) ＋ nB(g)??pC(g)＋qD(g) b nx 0 0 起始(mol) a 变化(mol) mx px qx 平衡(mol) a－mx b－nx px qx pxV则有：(1)K＝ a－mxVpqxqVb－nxm·V· n 5