专题08 化学平衡常数解题策略
化学平衡常数与化学平衡及其影响因素的关系是高考命题的趋势之一。化学平衡常数的引入，对判断化学平衡移动方向带来了科学的依据。平衡常数是表征反应限度的一个确定的定量关系，是反应限度的最根本的表现。平衡常数的使用，从定量的角度解决了平衡的移动。
一、化学平衡常数
可逆反应达到化学平衡状态后，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组成成分的含量保持不变，即各物质的浓度保持不变。此时：生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，化学上把这一种常数称为化学平衡常数。
在一定温度下，可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始，无论反应混合物的起始浓度是多少，当反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，这个常数叫化学平衡常数，用K表示。
化学平衡常数的计算公式为： 对于可逆反应：mA（g）＋nB（g） pC（g）＋qD（g）
K 说明：
c(C)pc(D)q c(A)mc(B)n 1、化学平衡常数K表示可逆反应进行的程度。
（1）化学平衡常数K只针对达到平衡状态的可逆反应适用，非平衡状态不适用。 （2）化学平衡常数K的表达式与可逆反应的方程式书写形式有关。 （3）K值越大，表示反应进行的程度越大，反应物转化率或产率也越大。 （4）K值不随浓度或压强的改变而改变，但随着温度的改变而改变。
（5）一般情况下，对于正反应是吸热反应的可逆反应，升高温度，K值增大；而对于正反应为放热反应的可逆反应，升高温度，K值减少。
2、由于固体浓度为一常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。
3、由于水的物质的量浓度为一常数（55.6 mol·L），因平衡常数已归并，书写时不必写出。
4、对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K1/K逆。
二、有关化学平衡的计算：
可逆反应在一定条件下达到化学平衡：
正
－1
＝
mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g）
起始（mol/L） a b 0 0 转化（mol/L） x （n/m）x （p/m）x （q/m）x 平衡（mol/L） a－x b－（n/m）x （p/m）x （q/m）x 平衡时：A的转化率＝（x/a）×100% 说明：
1、对于同一条件下，同一时间内的可逆反应，参加反应的各物质的物质的量之比与方程式前面的系数成正比，由于可逆反应是在一定的容器中进行的，因此，反应所消耗（或生成）的物质的物质的浓度之比也等于方程式前面的系数比。但平衡时的物质的量或浓度与方程式前面的系数没有关系。
2、化学平衡中的反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化值，而不是平衡时的浓度。而平衡时的平衡常数，则是指可逆反应达到平衡时，生成物的物质的量浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积的比值，两者计算要求不同。
3、可逆反应中平衡浓度、起始浓度和变化浓度之间存在以下关系：起始物的物质的量等于该物质变化的物质的量与平衡时的物质的量之和，若在一定体积的容器中，则起始浓度等于平衡浓度与变化浓度之和。
4、平衡转化率是指达到平衡时反应物消耗的物质的量与原有总物质的量之间的比值，当反应物的起始物质的量与方程式前面的系数成正比时，各物质的转化率也相同，否则不一样。
5、平衡时的产率是指实际得到的产物的产值与理论值之间的比值。理论值是指某种反应物完全消耗时所能得到的产物的最大值。
6、由于可逆反应一段时间后达到平衡状态，因此，可逆反应不能进行完全，产物的产值应该在0—理论值之间，不可能为0，同样也不可能完全转化。
例1. CO的中毒是由于CO与血液中血红蛋白的血红素部分反应生成碳氧血红蛋白： CO＋Hb·O2 →O2＋Hb·CO
实验表明，Hb·CO的浓度即使只有Hb·O2浓度的2%，也可造成人的智力损伤。抽烟后，测得吸入肺部的空气中CO和O2的浓度分别为10mol·L和10mol·L，并已知37℃时上述反应的平衡常数K＝220，那么，此时Hb?CO的浓度是Hb·O2的浓度的多少倍？
－6
－1
－2
－1
解析：根据平衡常数的概念和计算公式： K c(C)pc(D)q c(A)mc(B)n c(Hb?CO)c(O2)c(Hb?O2)c(CO) 生成物浓度的幂次方乘积与反应物浓度的幂次方乘积之比是常数，可得：
K?
－6
－1
－2
－1
又因为：肺部的空气CO和O2的浓度分别为10mol·L和10mol·L，则：
K?c(Hb?CO)c(O2)c(Hb?O2)c(CO)?c(Hb?CO)10?2c(Hb?O2)10?6?220
则有：c(Hb?CO)：c(Hb?O2)＝2.2%
答案：Hb?CO的浓度是Hb·O2的浓度的0.022倍 例2. 现有反应：CO（气）＋H2O（气）
CO2（气）＋H2（气）放热反应；在850℃时，K＝1。
（1）若升高温度到950℃时，达到平衡时K__ ___l （填“大于”、“小于”、或“等于”）
（2）850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2
和xmolH2，则：当x＝5.0时，上述反应向___________________（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________ __________。
（3）在850℃时，若设x＝5.0 和x＝6.0，其它物质的投放量不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%，b%，则a___ __b（填“大于、小于或等于”）
解析：化学平衡常数不随浓度或压强的改变而改变，只随温度的改变而改变。 （1）对于CO（气）＋H2O（气）
CO2（气）＋H2（气），正反应为放热反应，升高温度平衡逆向
移动，生成物的浓度减小，反应物的浓度增大，根据平衡常数的计算公式可知，K变小，即小于1。
（2）
K c(CO)c(H) c(CO)c(HO) 222 在一容积可变的密闭容器中同时充入1.0molCO，3.0molH2O，1.0molCO2和xmolH2，当x＝5.0时，则有：K＝5×1/3×1＞1，此时生成的浓度偏大，而在同一温度下平衡常数保持
不变，则必然随着反应的进行，生成物的浓度降低，平衡逆向移动。
若要使平衡正向移动，则有：K＝x×1/3×1＜1，即x＜3时，可使平衡正向移动。 （3）可逆反应在一定条件下达到化学平衡：当x＝5.0时
CO（气）＋H2O（气）
CO2（气）＋H2（气）
起始（mol/L） 1 3 1 5 转化（mol/L） x x x x 平衡（mol/L） 1－x 3－x 1＋x 5＋x
则有：x/（1－x）（3－x）＝1，解得x＝－1/5，则氢气的体积分数为： a%＝H2%＝（5＋x）/10＝40% 同理可得：当x＝6.0，b%＝52.9% 答案：（1）K小于1；
（2）当x＝5.0时，平衡逆向移动；x＜3时，可使平衡正向移动。 （3）x＝5.0时，a%＝40%；x＝6.0，b%＝52.9%，即a＜b。
例3. 在合成氨过程中，进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1：3，压强为160atm，从合成塔出来的混合气体中氨的体积分数为25%。求：
（1）从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比是多少？ （2）从合成塔出来的气体的压强是多少？
2
答案：从合成塔出来的气体中氮气和氢气的体积比为：1：3； 从合成塔出来的气体的压强是128atm。
例4. 在一定温度下，将100mL氢气和氮气的混合气体充入密闭容器中进行反应，达到平衡时维持温度不变，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，平均分子量为15.5，则达到平衡时氮气的转化率为多少？
解析：在同温同压下，反应前后的气体的总质量保持不变，则混合气体的密度与体积成反比。设混合气体中氮气的体积为a，则氢气的体积为：100－a，则有：
N2 ＋ 3H2
2NH3
起始（L） a 100－a 0 转化（L） x 3x 2x 平衡（L） a－x 100－a－3x 2x
则有：ρ前/ρ后＝V前/V后；100/（100－2x）＝1.25，x＝10mL。 又同温同压下，气体的体积比等于物质的量之比，则有：
混合气体的相对分子质量等于混合气体的总质量与混合气体的总物质的量之比，则有：混合气体的总质量＝28a＋2（100－a），
则有：［28a＋2（100－a）］/100－2x＝15.5，可得： a＝40 mL
则：氮气的转化率为：10/40＝25% 答案：氮气的转化率为25%
【考点再现】
一、考查化学平衡常数表达式的书写
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，体系内所有反应物和生成物的浓度保持不变，所以生成物浓度幂（以其化学计量数为幂）之积与反应物浓度幂之积的比值就是一个常数，叫做该反应的化学平衡常数，简称平衡常数，用符号K表示。以反应：mA（g）+nB（g）
pC（g）+qD（g）为例，K =
cp(C)平衡?cq(D)平衡cm(A)平衡?cn(B)平衡。 1．由于固体或纯液体的浓度是一常数，如果有固体或纯液体参加或生成，则表达式中不能出现固体或纯液体；稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。例如：
（1）CaCO3（s）
CaO（s）+CO2（g） K =c（CO2）
