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    2024高考化学一轮复习讲义(步步高版)第7章 第43讲 热点强化17 化学平衡常数与速率常数的关系

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    热点强化17 化学平衡常数与速率常数的关系正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)vk·ca(A)·cb(B)vk·cc(C)·cd(D)平衡常数K反应达到平衡时vvK 温度为T1在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g) ΔH=+206.3 kJ·mol1该反应中正反应速率为vk·c(CH4)·c(H2O)逆反应速率为vk·c(CO)·c3(H2)kk为速率常数受温度影响已知T1kk则该温度下平衡常数K1____当温度改变为T2k1.5kT2________(>”“<)T1答案 1 mol2·L2 >解析 解题步骤及过程:步骤1 代入特殊值:平衡时vv,即k·c(CH4)·c(H2O)k·c(CO)·c3(H2)步骤2 适当变式求平衡常数,K1kkK11 mol2·L2步骤3 求其他,K2k1.5kK21.5 mol2·L21.5>1,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则T2>T11利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染其中除去NO的主要反应如下4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(l) ΔH0已知该反应速率vk·c4(NH3)·c6(NO)vk·cx(N2)·cy(H2O)(kk分别是正逆反应速率常数)该反应的平衡常数Kx________y________答案 5 0解析 当反应达到平衡时有vv,即k·c4(NH3)·c6(NO)k·cx(N2)·cy(H2O),变换可得,该反应的平衡常数K,平衡状态下K,所以x5y02乙烯气相直接水合法过程中会发生乙醇的异构化反应C2H5OH(g)CH3OCH3(g) ΔH=+50.7 kJ·mol1该反应的速率方程可表示为vk·c(C2H5OH)vk·c(CH3OCH3)kk只与温度有关该反应的活化能Ea()__________(>”“<)Ea()已知T k0.006 s1k0.002 s1该温度下向某恒容密闭容器中充入1.5 mol乙醇和4 mol甲醚此时反应________(正向逆向)进行答案 > 正向解析 该反应焓变大于0,焓变=正反应活化能-逆反应活化能,所以Ea()>Ea();反应达到平衡时正、逆反应速率相等,即k·c(C2H5OH)k·c(CH3OCH3),所以有KT 时,k0.006 s1k0.002 s1,所以该温度下平衡常数K3,所以该温度下向某恒容密闭容器中充入1.5 mol乙醇和4 mol甲醚时,浓度商Q<3,所以此时反应正向进行。3肌肉中的肌红蛋白(Mb)O2结合生成MbO2其反应原理可表示为Mb(aq)O2(g)MbO2(aq)该反应的平衡常数可表示为K37 条件下达到平衡时测得肌红蛋白的结合度(α)p(O2)的关系如图所示[α×100%]研究表明正反应速率vk·c(Mb)·p(O2)逆反应速率vk·c(MbO2)(其中kk分别表示正反应和逆反应的速率常数)(1)试写出平衡常数K与速率常数kk之间的关系式为K________(用含有kk的式子表示)(2)试求出图中c点时上述反应的平衡常数K________ kPa1已知k60 s1则速率常数k______s1·kPa1答案 (1) (2)2 120解析 (1)可逆反应达到平衡状态时,vv,所以k·c(Mb)·p(O2)k·c(MbO2),而平衡常数K(2)c点时,p(O2)4.50 kPa,肌红蛋白的结合度α90%,代入平衡常数表达式中可得KkPa12 kPa1K,则kK·k2 kPa1×60 s1120 s1·kPa14(2022·青岛高三模拟)乙烯环氧乙烷是重要的化工原料用途广泛实验测得2CH2==CH2(g)O2(g)2(g) ΔH<0vk·c2()vk·c2 (CH2==CH2)·c(O2)(kk为速率常数只与温度有关)(1)反应达到平衡后仅降低温度下列说法正确的是________(填字母)Akk均增大k增大的倍数更多Bkk均减小k减小的倍数更少Ck增大k减小平衡正向移动Dkk均减小k减小的倍数更少(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CH2==CH2(g)1 mol O2(g)在一定温度下只发生上述反应经过10 min反应达到平衡体系的压强变为原来的0.875010 minv(O2)________________答案 (1)B (2)0.025 mol·L1·min1 0.75解析 (1)该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,kk均减小,平衡向放热方向即正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此k减小的倍数更少。(2)    2CH2==CH2(g)O2(g)2(g)开始/mol 1        1    0转化/mol 2x        x    2x平衡/mol 12x      1x   2x0.875x0.25,则010 minv(O2)0.025 mol·L1·min1k·c2()k·c2(CH2==CH2)·c(O2)0.755(1)CoFe2O4负载在Al2O3产氧温度在1 200 产氢温度在1 000 可顺利实现水的分解氢气产量高且没有明显的烧结现象循环机理如下过程如图1所示不考虑温度变化对反应ΔH的影响CoFe2O4(s)3Al2O3(s)CoAl2O4(s)2FeAl2O4(s)O2(g) ΔHa kJ·mol1步:CoAl2O4(s)2FeAl2O4(s)H2O(g)CoFe2O4(s)3Al2O3(s)H2(g) ΔHb kJ·mol1步反应的vk·c(H2O)vk·c(H2)kk分别为正逆反应速率常数仅与温度有关1 000 在体积为1 LB反应器中加入2 mol H2O发生上述反应测得H2O(g)H2物质的量浓度随时间的变化如图2所示60 minv(CoFe2O4)________g·min1(结果保留2位小数)a点时vv________(填最简整数比)(2)T2 K1.0×104 kPa等物质的量的COCH4混合气体发生如下反应CO(g)CH4(g)CH3CHO(g)反应速率vvk·p(CO)·p(CH4)k·p(CH3CHO)kk分别为正逆反应速率常数p为气体的分压(气体分压p气体总压p×体积分数)用气体分压表示的平衡常数Kp4.5×105 kPa1CO的转化率为20%________答案 (1)6.27 4 (2)0.8解析 (1)由图2可知,60 minΔc(H2O)(2.00.4)mol·L11.6 mol·L1,则Δn(CoFe2O4)Δn(H2O)1.6 mol·L1×1 L1.6 molΔm(CoFe2O4)1.6 mol×235 g·mol1376 g,则60 min内,v(CoFe2O4)6.27 g·min1。由图2可知,反应在60 min时达到平衡状态,vv,此时c(H2O)0.4 mol·L1c(H2)1.6 mol·L1k·c(H2O)k·c(H2),则4ac(H2O)c(H2)4(2)当反应达到平衡时vvKp4.5×105 kPa1T2 K1.0×104 kPa时,设起始时n(CH4)n(CO)1 mol,列三段式:CO(g)CH4(g)CH3CHO(g)起始/mol   1   1     0转化/mol   0.2  0.2    0.2最终/mol   0.8  0.8    0.2所以p(CH4)p(CO)×1.0×104 kPa×104 kPap(CH3CHO)×1.0×104 kPa×104 kPa,所以vk·p(CO)·p(CH4)k××104 kPa××104 kPavk·p(CH3CHO)k××104 kPa×4.5×105×0.8

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