平衡常数K专题解析

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。

(g)FeSO4/Al 2O3 高温 (g)＋3H2(g)

在某温度下，向恒容容器中加入环己烷，其起始浓度为amol·L－1，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

FeSO4/Al 2O3 高温 (g)(g)＋3H2(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==mol3/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·XX理综化学卷，T24节选）铁与其化合物与生产、生活关系密切。 已知t℃时，反应FeO(s)＋CO(g)

Fe(s)＋CO2(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)＋CO2(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)＋CO2(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：/(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·XX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·理综化学卷，T26节选）NH3经一系列反应可以得到HNO3，2NO（g）+O2

2NO2(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（P1、P2）

下温度变化的曲线（如图）。

１、比较P1、P2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)＋O2(g)

2NO2(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，p13、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BaO2放入密闭真空容器中，反应2BaO2(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、BaO2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2BaO2(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(O2)）不变，所以c(O2)不变，所以氧气压强不变，C正确；D、由于该反应2BaO2(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BaO2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·XX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，涉与如下反应： 2NO2（g）+NaCl（s） 2NO（g）+Cl2（g）（1）4NO2（g）+2NaCl（s）

K2表示）。

解析：（1）①×2－②即可得到4NO2（g）+2NaCl（s）

NaNO3（s）+ClNO（g） K1 ∆H < 0 ① 2ClNO（g） K2 ∆H < 0 ②

2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）的平衡常数K=（用K1、

2NaNO3（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4NO2（g）+2NaCl（s）

2NaNO3（s）+2ClNO（g），此时的平

衡常数变为，方程式② 2NO（g）+Cl2（g）

2ClNO（g）的K2

2K1＝c(ClNO)2/c(NO)2。C(Cl2)，由K和K2相比，可得到K总，所以平衡常数K=；

K2四、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(C2H4)=1:1）

.

①列式计算乙烯水合制乙醇反应（CH2＝CH2＋H2O

催化剂 C2H5OH）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：CH2＝CH2＋H2O

催化剂 C2H5OH

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(C2H4)＝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(C2H5OH)＝7.85Mpa×0.2mol/1.8mol=7.85Mpa×1/9 则平衡常数

例8．（2014·XX理综化学卷，T27节选）煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4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： CaSO4(s)+CO(g)

CaO(s) + SO2(g) + CO2(g) ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)

.

CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s) + 4CO2(g) ΔH2= -175.6kJ·mol1(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Kp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Kp=(用表达式表示)。

p4(CO2)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CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，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。 ①

1CaSO4(s)+CO(g)41CaS(s)+CO2(g) ∆H1=—47.3kJ∙mol-1 4CaO(s)+CO2(g) +SO2(g) ∆H2=+210.5kJ∙mol-1

② CaSO4(s)+CO(g)③ CO(g)

11C(s)+ CO2(g) ∆H3=—86.2kJ∙mol-1 22CaS(s)+

（1）反应2CaSO4(s)+7CO(g)

CaO(s)+6CO2(g)+ C(s) +SO2(g)的∆H＝___________（用∆H1、∆H2和∆H3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：2CaSO4(s)+7CO(g)

CaS(s)+ CaO(s)+6CO2(g)+ C(s) +SO2(g)，所以∆H＝4∆H1+∆H2+2∆H3；

（2）结合图像与反应的∆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N2O4，发生反应N2O4g) 度升高，混合气体

回答下列问题：

（1）反应的△H0（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(N2O4)为mol·L

12NO2 (g)，随温的颜色变深。

·s

1；反应的平衡常数K1为。

1（2）100℃时达平衡后，改变反应温度为T，以c(N2O4)以0.0020 mol·L率降低，经10s又达到平衡。

①T100℃（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K2。 【答案】

（1）大于 0.0010 0.36mol·L—1

·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，

c(NO2)=0.120 mol·L—1+0.0020 mol·L—1·s—1×10s×2=0.16 mol·L—1，c(N2O4)=0.040 mol·L—1-0.0020

—12(0.16 molL)mol·L—1·s—1×10s=0.020 mol·L—1，则K2=1.3 mol·L—1； —10.020 molL【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（NO2浓度增大），说明平衡N2O4g)

2NO2 (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，NO2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(N2O4)=

1v(NO2)=0.0010 mol·L—1·s—1；由图像可知，100℃达到平2衡时，c(NO2)= 0.120 mol·L—1，c(N2O4)= 0.040 mol·L—1，所以化学平衡常数

(0.120 molL—1)2K1=0.36mol·L—1； —10.040 molL（2）改变反应温度为T，以c(N2O4)以0.0020 mol·L减低，平衡向着正方向移动，又因为该反应N2O4g) 温度意味着温度升高；②因为c(N2O4)以0.0020 mol·L

11·s

1的平均速率降低，说明c(N2O4)2NO2 (g)的焓变H>0，说明反应·s

1，反应经过的时间是10s，所

以△c(N2O4)= 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(N2O4)= 0.040 mol·L—1-0.020 mol·L—1=0.020 mol·L—1，c(NO2)=0.120

—12(0.16 molL)mol·L—1+0.040 mol·L—1=0.16 mol·L—1，则K2=1.3 mol·L—1； —10.020 molL.