2021年高考化学一轮复习讲义 第7章 专项提能特训16　速率常数与化学平衡常数综合分析

专项提能特训16　速率常数与化学平衡常数综合分析

1．T1温度时在容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH<0。实验测得：v正＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k正c2(NO)·c(O2)，v逆＝v(NO2) 消耗＝k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，只受温度影响。不同时刻测得容器中n(NO)、n(O2)如表：

(1)T1温度时，＝______________。

(2)若将容器的温度改变为T2时，其k正＝k逆，则T2_______(填“>”“<”或“＝”)T1。

答案　(1)160　(2)>

解析　(1)根据v正＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k正c2(NO)·c(O2)，得出k正＝，根据v逆＝v(NO2)消耗＝k逆·c2(NO2)，得出k逆＝，因为v(NO)消耗＝v(NO2)消耗，所以＝＝K，表格中初始物质的量：n(NO)＝1 mol，n(O2)＝0.6 mol，体积为2 L，则列出三段式如下：

　　　　　　　2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)

始/mol·L－1 　　0.5　　　0.3　　 0

转/mol·L－1 　　0.4　　　0.2　　 0.4

平/mol·L－1 　　0.1　　　0.1　　 0.4

K＝＝＝160。

(2)若将容器的温度改变为T2时，其k正＝k逆，则K＝1＜160，因反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH＜0，K值减小，则对应的温度增大，即T2＞T1。

2．顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：

(1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。

(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝________；温度t1________(填“小于”“等于”或“大于”)t2，判断理由是________________________________________________________________________。

答案　(1)3　小于

(2)B　　小于　该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动

解析　(1)根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006 s－1，则v(正)＝0.006 c(顺)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002 s－1，则v(逆)＝0.002c(反)，化学平衡状态时正、逆反应速率相等，则0.006c(顺)＝0.002c(反)，该温度下反应的平衡常数K1＝＝＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于0。(2)随着时间的推移，顺式异构体的质量分数不断减少，且减少速率随时间减小，则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x，可逆反应左右物质的化学计量数相等，均为1，则平衡时，顺式异构体为0.3x，反式异构体为0.7x，所以平衡常数为K2＝＝。因为K1＞K2，对于放热反应升高温度时平衡逆向移动，所以温度t2＞t1。

3.在一定温度下，在1 L恒容密闭容器中充入一定量PCl3(g)和Cl2(g)，发生如下反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)　ΔH，测得PCl3(g)的转化率与时间关系如图所示。

其速率方程：v正＝k正·c(PCl3)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(PCl5)(k是速率常数，只与温度有关)

(1)上述反应中，ΔH______(填“＞”“＜”或“＝”)0，理由是________________________

________________________________________________。

(2)M点：________(填“＞”“＜”或“＝”)，升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。

(3)T1时，测得平衡体系中c(Cl2)＝0.25 mol·L－1，则＝_____________(要求结果带单位)。

答案　(1)＜　T2大于T1，温度升高，平衡转化率降低，说明正反应是放热反应

(2)＞　小于

(3)16 L·mol－1

解析　(1)由图像知，T2先达到平衡，说明T2大于T1，T2达到平衡时PCl3转化率较低，升高温度，平衡向左移动，说明正反应是放热反应。(2)M点正反应速率大于逆反应速率，K＝，说明浓度商小于平衡常数；正反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，平衡常数K减小，说明k逆增大的倍数大于k正增大的倍数。(3)T1下，平衡时PCl3(g)的转化率为80%，设PCl3(g)的起始浓度为c，平衡时c(PCl3)＝0.2c，c(PCl5)＝0.8c，c(Cl2)＝0.25 mol·L－1。K＝＝＝ L·mol－1＝16 L·mol－1。

4．某科研小组研究臭氧氧化—碱吸收法同时脱除SO2和NO工艺，氧化过程反应原理及反应热、活化能数据如下：

反应Ⅰ：NO(g)＋ O3(g)NO2(g)＋O2(g)

ΔH1 ＝－200.9 kJ·mol－1　Ea1＝＋3.2 kJ·mol－1

反应Ⅱ：SO2(g)＋ O3(g)SO3(g)＋O2(g)

ΔH2 ＝－241.6 kJ·mol－1　Ea2＝＋58 kJ·mol－1

已知该体系中臭氧发生分解反应：2O3(g)3O2(g)。请回答：

其他条件不变，每次向容积为2 L的反应器中充入含1.0 mol NO、1.0 mol SO2的模拟烟气和2.0 mol O3，改变温度，反应相同时间t后体系中NO和SO2的转化率如图所示：

(1)由图可知相同温度下NO的转化率远高于SO2，结合题中数据分析其可能原因______________。

(2)下列说法正确的是________(填字母)。

A．P点一定为平衡状态点

B．温度高于200 ℃后，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降，最后几乎为零

C．其他条件不变，若缩小反应器的容积可提高NO和SO2的转化率

答案　(1)反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，相同条件下更易发生反应　(2)BC

解析　(1)反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能，相同条件下更易发生反应，因此相同温度下NO的转化率远高于SO2。

(2)图中曲线属于描点法所得图像，P点不一定为图像的最高点，即不一定为平衡状态点，可能是建立平衡过程中的一点，故A错误；根据图像，温度高于200 ℃后，2O3(g)3O2(g)反应进行程度加大，体系中的臭氧浓度减小，NO和SO2的转化率随温度升高显著下降，当臭氧完全分解，则二者转化率几乎为零，故B正确；其他条件不变，若缩小反应器的容积，使得2O3(g)3O2(g)平衡逆向移动，臭氧浓度增大，则反应Ⅰ：NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)和反应Ⅱ：SO2(g)＋O3(g)SO3(g)＋O2(g)平衡正向移动，NO和SO2的转化率提高，故C正确。

5．苯乙烯是一种重要的化工原料，可采用乙苯催化脱氢法制备，反应如下：

(g)＋H2(g)　ΔH＝＋17.6 kJ·mol－1

实际生产中往刚性容器中同时通入乙苯和水蒸气，测得容器总压和乙苯转化率随时间变化结果如图所示。

(1)平衡时，p(H2O)＝________kPa，平衡常数Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数)。

(2)反应速率v＝v正－v逆＝k正·p(乙苯)－k逆·p(苯乙烯)·p(氢气)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。计算a处的＝____。

答案　(1)80　45　(2)2.5

6．容积均为1 L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入0.2 mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲中NO2的相关量随时间变化如下图所示。

(1)0～3 s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是

________________________________________________________________________。

(2)甲达平衡时，温度若为T ℃，此温度下的平衡常数K＝________。

(3)平衡时，K甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)K乙，p甲________p乙。

答案　(1)0～3 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响　(2)225　(3)<　>

解析　(1)该反应为放热反应，故0～3 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响，导致反应速率增大。(2)到达平衡时，c(NO2)＝0.02 mol·L－1，c(N2O4)＝0.09 mol·L－1，K＝＝225。(3)甲为绝热容器，乙为恒温容器，该反应为放热反应，则到达平衡时甲的温度高于乙，故K甲<K乙，甲中反应正向进行的程度小于乙，气体总体积大于乙，故p甲>p乙。