2024届高考化学一轮复习 课时分层作业38　分压平衡常数(Kp)与速率常数(k) （含答案）

这是一份2024届高考化学一轮复习 课时分层作业38　分压平衡常数(Kp)与速率常数(k) （含答案），共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时分层作业（三十八）　分压平衡常数(Kp)与速率常数(k)一、选择题（每小题有一个或两个选项符合题目要求）1．向某恒容密闭容器中充入等物质的量的PCl3(g)和Cl2(g)，发生如下反应：PCl3(g)＋Cl2(g)⥫⥬PCl5(g)，测得不同温度下PCl3(g)的转化率α与时间的关系如图所示。其速率方程为v正＝k正·c(PCl3)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(PCl5)（k正、k逆是速率常数，只与温度有关）。下列说法错误的是(　　)A．该反应的ΔH<0B．M点：>C．升高温度，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数D．T1时，若平衡体系中c(Cl2)＝0.25 mol·L-1，则＝16　2．一定条件下，反应H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)的速率方程为v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如下：c(H2)/ (mol·L-1)c(Br2)/ (mol·L-1)c(HBr)/ (mol·L-1)反应速率0.10.12v0.10.428v0.20.4216v0.40.142v0.20.1c4v根据表中的测定结果，下列结论错误的是(　　)A．表中c的值为1B．α、β、γ的值分别为1、2、－1C．反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大D．反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr(g)浓度，会使反应速率增大3．甲醇是重要的化工原料，具有广泛地开发和应用前景。在容积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)。  实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图1所示。下列说法正确的是(　　)图1　　　　　　　　图2A．p总1>p总2B．混合气体的密度不再发生变化，说明该反应已达到平衡状态C．图2中M点能正确表示600 K时该反应平衡常数的对数(lg K)D．若p总1＝0.25 MPa，则Y点的平衡常数Kp＝32二、非选择题4．对于基元反应，如aA＋bB⥫⥬cC＋dD，反应速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆是速率常数，仅受温度影响。已知反应Ⅰ　4NH3(g)＋5O2(g)⥫⥬4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－902 kJ·mol-1反应Ⅱ　8NH3(g)＋6NO2(g)⥫⥬7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH2＝－2 740 kJ·mol-1，反应Ⅲ　N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g)　ΔH3＝＋182.6 kJ·mol-1。对于基元反应Ⅳ　2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH4，在653 K时，速率常数k正＝2.6×103 L2·mol-2·s-1，k逆＝4.1×103 L·mol-1·s-1。(1)ΔH4＝________kJ·mol-1。(2)计算653 K时的平衡常数K＝________，若升高温度，________（填“k正”或“k逆”）增大的倍数较大。(3)653 K时，若NO的浓度为0.006 mol·L-1，O2的浓度为0.290 mol·L-1，则正反应速率为______________mol·L-1·s-1。5．（2022·枣庄模拟）汽车尾气中的NO和CO在催化转化器中反应生成两种无毒无害的气体：2NO＋2CO===N2＋2CO2。 某实验小组在三个容积均为V L的恒容密闭容器中，分别充入1.0 mol NO和1.0 mol CO，在三种不同条件（见表）下进行反应，反应体系的总压强随时间变化如图所示：实验编号abc温度/K500500600催化剂的比表面积/(m2·g-1)82124124(1)实验编号a对应的曲线是________。(2)由曲线Ⅱ数据计算出对应条件下的压强平衡常数Kp＝________；若在曲线Ⅲ对应条件下，某时刻测得NO、CO、N2、CO2的分压依次是10 kPa、20 kPa、40 kPa、40 kPa，则此时反应的速率v正________v逆（填“<”“＝”或“>”）。6．（2022·衡阳模拟）在T1 ℃时将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L密闭容器中，只发生反应CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)，初始压强为p0 kPa，测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ所示[图中A(1，6)代表在1 min时H2的物质的量是6 mol]。(1)T1 ℃时，该反应的平衡常数Kp＝________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。(2)保持投料量不变，仅改变某一条件后，测得n(H2)随时间变化如图中状态Ⅱ所示，与状态Ⅰ相比，状态Ⅱ改变的条件可能是________；若改变某一条件，得到状态Ⅲ，5 min内甲醇的平均生成速率v(CH3OH)＝________ mol·L-1·min-1（保留两位小数）。7．（2022·石家庄模拟）以CO2为碳源选择性加氢合成甲醇一直是研究的热点，涉及的主要反应如下：ⅰ．CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1<0ⅱ．CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0回答下列问题：(1)反应ⅱ的反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO2)·c(H2)－k逆cm(CO)·cn(H2O)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。该反应的平衡常数K＝，则m＝________，升高温度时k正－k逆________（填“增大”“减小”或“不变”）。(2)在一定温度下，向1 L密闭容器中通入1 mol CO2(g)和a mol H2(g)发生上述反应，起始总压强为21.2 MPa。实验测得CO2的平衡转化率和平衡时CH3OH的选择性随温度变化如图所示[已知：CH3OH的选择性＝×100%]。①图中表示平衡时CH3OH的选择性的曲线为________（填“X”或“Y”），温度高于280 ℃时，曲线Y随温度升高而升高的原因是_______________________________________________________________________________________________。②240 ℃时，反应20 min容器内达平衡状态，反应ⅱ的K＝，用CO2表示0～20 min内平均反应速率v(CO2)＝________，初始充入H2的物质的量a＝________ mol，反应ⅰ的平衡常数Kp＝________（计算结果保留1位小数），用物质的量分数表示的Kx＝______________（列出计算式）。    课时分层作业（三十八）1．C　[由图示可知，温度：T2>T1，温度越高PCl3的平衡转化率越低，平衡逆向移动，正反应放热，ΔH<0，A正确；M点还未达到平衡，反应正向进行，v正>v逆，即k正·c(PCl3)·c(Cl2)>k逆·c(PCl5)，变换得>，B正确；正反应放热，升温平衡逆向移动，k逆增大倍数大于k正增大倍数，C错误；T1时，PCl3平衡转化率为80%，c(Cl2)＝0.25 mol·L－1，设氯气与PCl3起始物质的量为y mol，体积为1 L，利用“三段式”可求：　　　　　　PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)起始浓度/(mol·L－1)      y      y         0变化浓度/(mol·L－1)      0.8y   0.8y       0.8y平衡浓度/(mol·L－1)      0.2y   0.25       0.8y则0.2y＝0.25，＝＝＝16，D正确。]2．BD　[速率方程为v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，将H2、Br2、HBr的浓度和反应速率都代入速率方程可以得到，①v＝k×0.1α×0.1β×2γ、②8v＝k×0.1α×0.4β×2γ、③16v＝k×0.2α×0.4β×2γ、④2v＝k×0.4α×0.1β×4γ、由①②得到β＝，由②③得到α＝1，由①④得到γ＝－1，联立4v＝k(0.2)α(0.1)βcγ(HBr)与①，将α＝1，β＝，γ＝－1代入，解得c＝1，由此分析。根据分析，α、β、γ的值分别为1、、－1，故A不符合题意，B符合题意；由于v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，α、β、γ的值分别为1、、－1，由于速率与Br2(g)和H2(g)的浓度成正比，与HBr(g)的浓度成反比，反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大，故C不符合题意；由于γ＝－1，增大HBr(g)浓度，cγ(HBr)减小，在反应体系中保持其他物质浓度不变，会使反应速率降低，故D符合题意。]3．AB　[压强增大，CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)平衡正向移动，甲醇物质的量增大，故p总1>p总2，A正确；ρ＝，气体总质量不变，容器容积可变，达到平衡时，容器容积不变，则ρ不变，故混合气体的密度不再发生变化可说明该反应已达到平衡状态，B正确；由图1可知，压强一定时，升高温度，甲醇的物质的量减少，平衡逆向移动，则lg K减小，由图2知，500 K时，lg K对应的点为Q，升温lg K减小，故N点能正确表示600 K时该反应平衡常数的对数(lg K)，C错误；X、Y点温度相同，则平衡常数相同，X点甲醇的物质的量为0.25 mol，则列三段式可得：　　　　　　CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)起始量/mol    0.5    1    0转化量/mol    0.25    0.5    0.25平衡量/mol    0.25    0.5     0.25则K(Y)＝K(X)＝＝64，D错误。]4．解析：(1)根据盖斯定律，由×（反应Ⅰ×2－反应Ⅱ－反应Ⅲ×7）得反应Ⅳ，故ΔH4＝×(ΔH1×2－ΔH2－ΔH3×7)≈－114.1 kJ·mol-1。(2)653 K反应达到平衡时，v正＝k正·c2(NO)·c(O2)＝v逆＝k逆·c2(NO2)，该温度下的平衡常数K＝＝＝。升温，K减小，减小，k逆增大的倍数较大。(3)正反应速率v正＝k正·c2(NO)·c(O2)，将数据代入，计算得到v正＝2.6×103×0.0062×0.290 mol·L-1·s-1≈2.7×10-2 mol·L-1·s-1。答案：(1)－114.1　(2)　k逆　(3)2.7×10-25．解析：(1)由图可知，曲线Ⅰ起始压强大，且反应速率最快，则对应实验编号为c，曲线Ⅱ、Ⅲ最终平衡状态相同，但曲线Ⅲ先达到平衡状态，对应的化学反应速率较快，催化剂比表面积越大，反应速率越快，则曲线Ⅲ对应实验编号b，曲线Ⅱ对应实验编号a。(2)设转化的NO和CO的物质的量为2x mol，根据曲线Ⅱ列三段式：　　　　　2NO(g)＋2CO(g)⥫⥬N2(g)＋2CO2(g)    1.0    1.0    0       0    2x    2x    x    2x    1－2x    1－2x    x    2xKp＝，p(CO2)＝×160 kPa，p(N2)＝×160 kPa，p(NO)＝p(CO)＝×160 kPa，等温等体积时，物质的量之比等于压强之比，即＝，则＝，x＝0.4，代入Kp计算式中，求出Kp＝1.6。曲线Ⅲ与曲线Ⅱ温度相同，Kp相同，若在曲线Ⅲ对应条件下，某时刻测得NO、CO、N2、CO2的分压依次是10 kPa、20 kPa、40 kPa、40 kPa，可计算此时Qp，Qp＝Kp，所以此时是平衡状态，即v正＝v逆。答案：(1)Ⅱ　(2)1.6　＝6．解析：(1)从题图中可知，8 min后H2的物质的量保持不变，体系达到平衡状态，H2的物质的量为2 mol，根据题意列三段式：　　　　　CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬H2O(g)＋CH3OH(g)    6     8    0    0    2    6        2    2    4    2    2        2平衡时气体的总物质的量为10 mol，平衡时体系压强为p0 kPa＝p0 kPa，则T1 ℃时，该反应的平衡常数Kp＝＝；(2)状态Ⅱ与状态Ⅰ相比，达到平衡所需时间减少，即反应速率变快，平衡时H2的物质的量较小，即平衡正向移动，该反应的正反应气体分子数减少，故状态Ⅱ改变的条件可能是增大压强；若改变某一条件，得到状态Ⅲ，由图可知，5 min时H2的物质的量为4 mol，则v(H2)＝＝0.4 mol·L-1·min-1，则甲醇的平均生成速率v(CH3OH)＝v(H2)≈0.13 mol·L-1·min-1。答案：(1)或　(2)增大压强　0.137．解析：(1)反应达到平衡时v正＝v逆，即k正c(CO2)·c(H2)－k逆cm(CO)·cn(H2O)＝0，＝＝K，从而推出m＝n＝1；反应ⅱ是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数K＝增大，即k正－k逆增大。(2)①反应ⅰ为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CH3OH的产率降低，反应ⅱ为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，根据甲醇的选择性定义，甲醇的选择性降低，依据图像可知，表示平衡时CH3OH的选择性的曲线是X，曲线Y表示平衡时CO2转化率；反应ⅱ为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，温度高于280 ℃时，CO2的转化率增大，此时容器内反应以反应ⅱ为主；②240 ℃时，CO2的转化率为40%，CH3OH的选择性为80%，根据化学反应速率的数学表达式，v(CO2)＝＝0.02 mol·L-1·min-1；达到平衡时，消耗n(CO2)＝1 mol×40%＝0.4 mol，则产生甲醇的物质的量为0.4 mol×80%＝0.32 mol，可列式反应ⅰ：　　　CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)    0.32    0.96    0.32    0.32反应ⅱ：　　　CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)    0.08    0.08    0.08    0.08反应ⅱ的平衡常数K＝＝，解得n(H2)＝0.08 mol，即初始时通入氢气的物质的量为(0.08＋0.08＋0.96)mol＝1.12 mol。恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，则有＝，解得p平＝14.8 MPa。平衡体系中，n(CO2)＝(1－0.32－0.08)mol＝0.6 mol，n(H2)＝1.12 mol－(0.96＋0.08)mol＝0.08 mol，n(CH3OH)＝0.32 mol，n(H2O)＝0.32 mol＋0.08 mol＝0.40 mol，n(CO)＝0.08 mol，n（总）＝0.6 mol＋0.08 mol＋0.32 mol＋0.40 mol＋0.08 mol＝1.48 mol反应ⅰ的Kp＝≈4.2。Kx＝。答案：(1)1　增大　(2)①X　高于280 ℃时，以反应ⅱ为主，反应ⅱ为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大　②0.02 mol·L-1·min-1　1.12　4.2