平衡常数K专题解析

平衡常数K 专题

化学平衡常数统领化学平衡移动的结果分析，堪称化学平衡的精灵，是高考试题的宠儿。纵观各地高考试题，放在一起，经过排序之后，发现很美妙的一件事情，平衡常数的不同层面像一首美妙的歌曲呈现在考试题中。

一、序曲----化学平衡常数的常规考查

1、前奏---化学平衡常数的常规计算

例1．（2014·重庆理综化学卷，T11节选）氢能是最重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。储氢可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。

FeSO 4/Al 2O 3

高温

＋3H 2(g)

－1在某温度下，向恒容容器中加入环己烷，其起始浓度为amol ·L ，平衡时苯的浓度为

bmol ·L －1，该反应的平衡常数K

＝

解析：利用三段式解题

FeSO 4/Al 2O 3

高温 ＋3H 2(g)

起始（mol/L） a 0 0

转化（mol/L） b b 3b

平衡（mol/L） a-b b 3b

化学平衡常数K= =mol 3/L3；

2、小插曲---固体物质在平衡常数表达式中处理的技巧

例2．（2014·福建理综化学卷，T24节选）铁及其化合物与生产、生活关系密切。 已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO 2(g)的平衡常数K ＝0.25。

①t ℃时，反应达到平衡时n (CO)：n (CO2) ＝。

②若在1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入xmolCO ，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为50%，则x ＝。

解析：根据反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO 2(g)，平衡常数K 为0.25，因为固体的浓度为1，则k=c(CO2)/c(CO)=0.25，体积相同，所以反应达到平衡时n (CO)：n (CO2)=4:1，若在1 L

密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入xmolCO ，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)转化率为率为50%，

FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO 2(g)

起始 0.02 x 0 0

变化 0.01 0.01 0.01 0.01

平衡时 0.01 x-0.01 0.01 0.01

因为温度不变，所以平衡常数K=0.25得：0.0.1/(x-0.01)=0.25 解得x=0.05。

二、深入考查-----化学平衡常数与平衡移动因素的辩证思维

1、平衡移动因素与化学平衡常数的辩证关系

例3．（2014·上海单科化学卷，T14）只改变一个影响因素，平衡常数K 与化学平衡移动的关系叙述错误的是

A ．K 值不变，平衡可能移动

C ．平衡移动，K 值可能不变 B ．K 值变化，平衡一定移动 D ．平衡移动，K 值一定变化

解析:A、K 值代表化学平衡常数，平衡常数只与温度有关系，K 值不变只能说明温度不改变，但是其他条件也可能发生改变，平衡也可能发生移动，A 正确；B 、K 值变化，说明反应的温度一定发生了变化，因此平衡一定移动，B 正确；C 、平衡移动，温度可能不变，因此K 值可能不变，C 正确；D 、平衡移动，温度可能不变，因此K 值不一定变化，D 错误。所以，答案为D

2、再强调----温度与化学平衡常数的关系

例4．（2014·北京理综化学卷，T26节选）NH 3经一系列反应可以得到HNO 3，2NO （g ）+O22NO 2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO 的平衡转化率在不同压强（P 1、P 2）下温度变化的曲线（如图）。

１、比较P 1、P 2的大小关系：________________。

２、随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________________。

解析：１、控制单一变量，可以选取600℃，看纵坐标，Ｐ２对应的纵坐标大于Ｐ１对应的纵坐标，纵坐标为NO 的平衡转化率，即Ｐ２时NO 的平衡转化率大于Ｐ１时NO 的平衡转化率。分析反应的特点由2NO(g)＋O 2(g) 2NO 2(g)可知该反应为气体体积减小的反应，温度相同，增大压强，平衡正向移动，NO 的平衡转化率增大，所以，p 1

3、当用平衡移动原理解释相互矛盾时，平衡常数的妙用

例5（2014·海南单科化学卷，T12）将BaO 2放入密闭真空容器中，反应2BaO 2(s) 2BaO(s)+O2(g)达到平衡，保持温度不变，缩小容器容积，体系重新达到平衡，下列说法正确的是（ ）

A 、平衡常数减小 B 、BaO 量不变 C 、氧气压强不变 D 、BaO 2量增加

解析：A 、化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不改变，A 错误；B 、由于该反应2BaO 2(s) 2BaO(s)+O2(g)的正反应是气体体积增大的反应，当温度保持不变时，缩小容器体积（相当于加压），平衡会向体积减小的方向即逆方向移动，所以BaO 量减小，B 错误；C 、缩小容器的体积，氧气的压强增大，平衡逆向移动，氧气的压强减小，到底增大的多，还是减少得多？用平衡移动原理无法判断，可借助平衡常数。温度不变，则化学平衡常数（k=c (O 2) ）不变，所以c (O 2) 不变，所以氧气压强不变，C 正确；D 、由于该反应2BaO 2(s) 2BaO(s)+O2(g)的正反应是体积增大的反应，当温度保持不变时，缩小容器体积（相当于加压），平衡会向体积减小的方向即逆方向移动，所以BaO 2量增加，D 正确。【答案】CD

三、平衡常数在盖斯定律运用中的华丽变形

例6．（2014·山东理综化学卷，T29节选）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO 2（g ）+NaCl（s ）

2NO （g ）+Cl2（g ）

（1）4NO 2（g ）+2NaCl（s ）

K 1、K 2表示）。 NaNO 3（s ）+ClNO（g ） K 1 ∆H

解析：（1）①×2－②即可得到4NO 2（g ）+2NaCl（s ）2NaNO 3（s ）+2NO（g ）+Cl2（g ）。此方程式的平衡常数表达式为k 总=c(Cl)·c(NO)2/c(NO2) 4

请看平衡常数的变形过程：

如果①×2 ，则方程式变为4NO 2（g ）+2NaCl（s ）2NaNO 3（s ）+2ClNO（g ），此时的平衡常数变为

22，方程式② 2NO （g ）+Cl2（g ）2ClNO （g ）的K 12K 2＝c(ClNO)/c(NO)。C(Cl2) ，由K 和K2相比，可得到K 总，所以平衡常数K=； K 2

四、高潮-----丰富多彩的化学平衡常数表达方式变形

例7．（2014·全国理综I 化学卷，T28节选）乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题：下图为气相直接水合法乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系（其中n (H2O) :n (C2H 4) =1:1）

①列式计算乙烯水合制乙醇反应（CH 2＝CH 2＋H 2O 催化剂

C 2H 5OH ）在图中A 点（对

应的转化率为20%）的平衡常数Kp=_______（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

解析：A 点乙烯的平衡转化率是20%。

根据反应：CH 2＝CH 2＋H 2O 催化剂

C 2H 5OH

起始 1mol 1mol 0

转化 0.2mol 0.2mol 0.2mol

平衡 0.8mol 0.8mol 0.2mol

则平衡时乙烯的分压：P(C2H 4) ＝7.85Mpa×0.8mol/1.8mol=7.85Mpa×4/9

水蒸气的分压：P(H2O) ＝7.85Mpa×0.8mol/1.8mol=7.85Mpa×4/9

乙醇的分压：P(C2H 5OH) ＝7.85Mpa×0.2mol/1.8mol=7.85Mpa×1/9

则平衡常数

例8．（2014·浙江理综化学卷，T27节选）煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO 2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO 4的形式固定，从而降低SO 2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO 又会与CaSO 4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：

CaSO 4(s)+CO(g)

CaSO 4(s)+4CO(g) CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH 1=218.4kJ·mol -1(反应Ⅰ) CaS(s) + 4CO2(g) ΔH 2= -175.6kJ·mol 1(反应Ⅱ) －

请回答下列问题：对于气体参与的反应，表示平衡常数K p 时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c (B)，则反应Ⅱ的K p (用表达式表示) 。

p 4(CO 2) 解析：根据固体的浓度为常数，则反应的平衡常数为Kp=4； p (CO )

练习：

1．（2014·广东理综化学卷，T31）（16分）用CaSO 4代替O 2与燃料CO 反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO 2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。 ①1CaSO 4(s)+CO(g) 41CaS(s)+CO2(g) ∆H 1= —47.3kJ∙mol-1 4

CaO(s)+CO2(g) +SO2(g) ∆H 2= +210.5kJ∙mol-1 ② CaSO4(s)+CO(g)

③ CO(g) 11C(s)+ CO 2(g) ∆H3= —86.2kJ∙mol-1 22

CaS(s)+ （1）反应2CaSO 4(s)+7CO(g)

CaO(s)+6CO2(g)+ C(s) +SO2(g)的∆H ＝

___________（用∆H 1、∆H 2和∆H 3表示）

（2）反应①－③的平衡常数的对数lgK 随反

应温度T 的变化曲线见图18，结合各反应的

∆H ，归纳lgK-T 曲线变化规律：

a)_______________________________；b)____________________________。

【解析】（1）根据盖斯定律，①×4+②+③×2得：2CaSO 4(s)+7CO(g)

C(s) +SO2(g)，所以∆H ＝4∆H1+∆H2+2∆H3；

（2）结合图像及反应的∆H 可知，反应①③为放热反应，温度升高K 值减小，lgK 也减小，反应②为吸热反应，温度升高K 值增大，lgK 也增大。

（2）a) 反应②为吸热反应，温度升高K 值增大，lgK 也增大（2分）

b) 反应①③为放热反应，温度升高K 值减小，lgK 也减小（2分）

2．（2014·全国理综II 化学卷，T26节选）在容积为100L 的容器中，通入一定量的N 2O 4，发生反应N 2O 4g)

回答下列问题：

（1）反应的△H 0（填“大于”或“小于”）；100℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0～60s 时段，反应速率v (N2O 4) 为L

平衡常数K 1为

（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T ，以c (N2O 4) 以0.0020 mol·L

率降低，经10s 又达到平衡。

①T 100℃（填“大于”或“小于”），判断理由是 。

②列式计算温度T 时反应的平衡常数K 2。

【答案】

（1）大于 0.0010 0.36mol·L —1 -1-1CaS(s)+ CaO(s)+6CO2(g)+ 2NO 2 (g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。 ·s -1；反应的·s -1的平均速

（2）①大于 反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高 ②平衡时，

L —1+0.0020 mol·L —1·s —1×10s×2=0.16 mol·L —1，c (N2O 4)=0.040 mol·L —1-0.0020 c (NO2)=0.120 mol·

(0. 16 mol ⋅L —1) 2

mol·L ·s ×10s=0.020 mol·L ，则K 2==1.3 mol·L —1； —10. 020 mol ⋅L —1—1—1【解析】（1）根据题目提供的信息：随温度升高，混合气体的颜色变深（NO 2浓度增大），说明平衡N 2O 4g) 2NO 2 (g)向正方向移动，则说明正反应是吸热反应，∆H >0。

-

1根据图像可知，0~60s时间段内，NO 2的物质的量浓度变化量是0.120 mol·L ，所以

=0.0020 mol·L —1·s —1，根据各物质的化学反应速率之比等于化

学计量数之比，所以ν(N2O 4) =1L —1·s —1；由图像可知，100℃达到平v (NO 2) =0.0010 mol·2

衡时，c (NO2)= 0.120 mol·L —1，c (N2O 4)= 0.040 mol·L —1，所以化学平衡常数

(0. 120 mol ⋅L —1) 2

K 1==0.36mol·L —1； —10. 040 mol ⋅L

（2）改变反应温度为T ，以c (N2O 4) 以0.0020 mol·L

减低，平衡向着正方向移动，又因为该反应N 2O 4g)

温度意味着温度升高；②因为c (N2O 4) 以0.0020 mol·L -1-1·s -1的平均速率降低，说明c (N2O 4) 2NO 2 (g)的焓变∆H >0，说明反应·s -1，反应经过的时间是10s ，所以

△c (N2O 4)= 0.0020 mol·L —1·s —1×10s=0.020 mol·L —1，则△c (NO2)= 0.020 mol·L —1×2= 0.040 mol·L —1，所以平衡时c (N2O 4)= 0.040 mol·L —1-0.020 mol·L —1=0.020 mol·L —1，c (NO2)=0.120

(0. 16 mol ⋅L —1) 2

—1mol·L +0.040 mol·L =0.16 mol·L ，则K 2==1.3 mol·L ； —10. 020 mol ⋅L —1—1—1