1、化学反应速率常数和平衡常数专练(建议用时40分钟)1(双选)在一体积不变的密闭容器中发生化学反应：Fe2O3(s)2NH3(g) 2Fe(s)N2(g)3H2O(g)H，实验测得化学平衡时的有关变化曲线如图所示。已知：平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压气体总压物质的量分数。下列说法不正确的是()A.NH3是正反应的还原剂B气体压强p2p1，B错误；平衡后再充入一定量NH3，容器体积不变，则相当于增大NH3的浓度，则平衡右移，NH3的体积分数增大，C错误；假设起始通入2 mol NH3，Fe2O32NH3=2FeN23H2O 起始量(mol) 2 0 0 变化量(mol) 2x x
2、3x 平衡量(mol) 22x x 3xM点时氨气的体积分数为25%，得到(22x)/(22x)0.25，x0.6，气体总物质的量2 mol2x mol3.2 mol，图中M点的平衡常数为Kp，D正确。2(2021杭州模拟)用氢气还原氧化物的反应为2H22NO=2H2ON2，该反应速率与反应物浓度之间满足下面的关系：vkcm(H2)cn(NO)，其中k是一个常数，m、n的值可由实验测定。科研团队测定了该反应在不同投料关系时N2的起始反应速率，数据列于下表：实验编号起始浓度/103molL1NOH2vN2/103molL1s116.001.003.1926.002.006.3831.006.00
3、0.4842.006.001.92下列说法正确的是()Am2、n1B实验2中NO的平均反应速率约为1.28103molL1s1C反应达到最大限度时，NO和H2的浓度之比为21D与H2相比，NO浓度的变化对反应速率影响更为显著【解析】选D。由实验1、2可知，m1，由实验3、4可知，n2，故A错误；实验2中NO的平均反应速率约为6.38103molL1s121.28102molL1s1，故B错误；反应达平衡时，NO和H2的浓度之比与投料比和两者在反应中的计量数有关，不一定是21，故C错误；由幂的数值n大于m可知，与H2相比，NO浓度的变化对反应速率影响更为显著，故D正确。3(2020全国卷节选)硫
4、酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)O2(g)SO3(g)H98 kJmol1。回答下列问题：研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为vk(1)0.8(1n)式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；为SO2平衡转化率，为某时刻SO2转化率，n为常数。在0.90时，将一系列温度下的k、值代入上述速率方程，得到vt曲线，如图(c)所示。曲线上v最大值所对应温度称为该下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_。【解析】vk(1)0.8(1n)，温度升高，表达式中速率常数k增大，反应速率增大；SO2(g)O2(g)SO3(g)H98
5、kJmol1，为放热反应，平衡转化率减小，(1)0.8减小，反应速率减小，ttm时，速率常数k增大，对速率的影响大于因(1)0.8减小对速率的影响，总体速率加快；ttm后速率常数k增大没有减小对速率影响大，速率减小。答案：反应温度升高，速率常数k增大使速率加快，但降低造成速率v减小。ttm时，k增大对v的提高大于引起的降低；ttm后，速率常数k增大小于引起的降低4(2020全国卷节选)天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)H2(g)H1，相关物质的燃烧热数据如下表所示：物质C2H6(g)C2H4
6、(g)H2(g)燃烧热H/( kJmol1)1 5601 411286H1_kJmol1。提高该反应平衡转化率的方法有_、_。容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为。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)。【解析】根据燃烧热书写热化学方程式：.C2H6(g)O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H1 560 kJmol1.C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H1 411 kJmol1.H2(g)O2(g)=H2O(l)H286 kJmol1由方程式可得到反应 C2H6(g)=C2H4(g)H2(g
7、)H11 560 kJmol1(1 411 kJmol1)( 286 kJmol1)137 kJmol1。由知该反应吸热，升高温度平衡右移，转化率增大；减小压强 (增大体积)向气压增加的方向(正向)移动，转化率增大。设通入乙烷和氢气的物质的量为1 mol，C2H6(g)=C2H4(g)H2(g)起始(mol) 1 0 1转化(mol) 平衡(mol) 1 1平衡时气体总物质的量为(1)(1)2，反应的平衡常数Kpp。答案：137升高温度减小压强(增大体积)p5(2020西安模拟)研究CO、CO2的回收利用既可变废为宝，又可减少碳的排放。回答下列问题：(1)T1 K时，将1 mol二甲醚引入一个
8、抽空的50 L恒容容器中，发生分解反应：CH3OCH3(g)CH4(g)H2(g)CO(g)，在不同时间测定容器内的总压，所得数据见下表：反应时间t/min05.013.026.052.0气体总压px/kPa50.055.065.083.2103.8125.0由表中数据计算：05.0 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)_，该温度下平衡常数K_。(2)在T2 K、1.0104 kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应：CO(g)CH4(g)CH3CHO(g)，反应速率v正v逆k正p(CO)p(CH4)k逆p(CH3CHO)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，p为气体的分
9、压(气体分压p气体总压p总体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp4.5105(kPa)1，则CO转化率为20%时，_。【解析】(1)由表中数据计算，压强之比等于物质的量之比，假设05.0 min内二甲醚消耗x mol，CH3OCH3(g) CH4(g)H2(g)CO(g) 开始： 1 mol 0 0 0 转化： x mol x mol x mol x mol 5 min: (1x)mol x mol x mol x mol，则有，解得x0.05，05.0 min内CH3OCH3的平均反应速率v2104molL1min1，该温度下达到平衡时CH3OCH3(g) CH4(g)H2(g)CO(g)
10、 开始： 1 mol 0 0 0 转化： y mol y mol y mol y mol 平衡： (1y)mol y mol y mol y mol，解得y0.75，K6.75104 mol2L2；(2)v正v逆，即k正p(CO)p(CH4)k逆p(CH3CHO)，气体分压表示的平衡常数Kp4.5105(kPa)1，即得Kp4.5105(kPa)1，在T2 K、1.0104 kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应：CO(g)CH4(g)CH3CHO(g)，设开始时n(CO)n(CH4)1 mol，则CO转化率为20%时，CO(g)CH4(g) CH3CHO(g) 开始： 1 m
11、ol 1 mol 0 转化： 0.2 mol 0.2 mol 0.2 mol 平衡： 0.8 mol 0.8 mol 0.2 mol，4.5105(kPa)10.8答案：(1)2104molL1min1675104mol2L2(2)0.8【加固训练拔高】(2021大连模拟)C(s)2H2(g)CH4(g)H。在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示。(已知：可用平衡分压代替平衡浓度算出平衡常数Kp，分压总压物质的量分数)下列有关说法错误的是()AH0Bp16 MPaC.T11 000 K DA点的平衡常数Kp【解析】选D。图象1，在等压线下，升高温度，碳
12、的平衡转化率降低，说明平衡逆向进行，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，H0，故A正确；图象1，向横坐标作垂线，即等温线，该反应正向是体积缩小的反应，碳的转化率越高，说明平衡正向进行，压强越大，即p16 MPa，故B正确；由选项A可知，正反应是放热反应，由图象2向横坐标作垂线，即是等压线，保持压强不变，升高温度，平衡逆向进行，碳的转化率降低，故T11 000 K，故C正确；起始C和H2的物质的量分别为1 mol和2 mol，在A点碳的平衡转化率为50%，可逆反应C(s)2H2(g)CH4(g) 开始(mol) 1 2 0 转化(mol) 0.5 1 0.5 平衡(mol) 0.5 1 0.5平
13、衡时p(H2)1 mol(0.5 mol1 mol)4.5 MPa、p(CH4)0.5 mol(1 mol0.5 mol)4.5 MPa，该反应的平衡常数Kpp(CH4)p2(H2)0.5 mol(0.5 mol1 mol)4.5 MPa1 mol(0.5 mol1 mol)4.5 MPa2，故D错误。6(2021天津模拟)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)H”“”或“”，下同)K乙，p甲_p乙。【解析】(1)该反应为放热反应，故03 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响，导
14、致反应速率增大。(2)到达平衡时，c(NO2)0.02 molL1，c(N2O4)0.09 molL1，K225。(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p乙。答案：(1)03 s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响(2)225(3)7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)H，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，H_(填“”“
15、”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 molL1，则_。【解析】(1)由图象知，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(PCl
16、3)0.2c，c(PCl5)0.8c，c(Cl2)0.25 molL1。K16。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)168温度为T1时，在三个容积均为1 L的密闭容器中仅发生反应：2NO(g)O2(g) 2NO2(g)H”“”或“”)n。【解析】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，当反应达到平衡时，v(NO)消耗v(NO2)消耗，所以K，2NO(g)O2(g) 2NO2 (g)起始/molL1 0.6 0.3 0转化/molL1 0.2 0.1 0.
17、2平衡/molL1 0.4 0.2 0.2K1.25；2NO(g)O2(g)2NO2(g)H0，此反应正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，由于k正/k逆K，若温度升高为T2时，k正、k逆分别增大m倍和n倍，则mn。答案：1.259(1)在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2，测得不同温度下，NH3的产率随时间变化如图所示。T1温度时，015 min内v(H2)_molL1min1。已知：瞬时速率表达式v正k正c3(H2)c(N2)，v逆k逆c2(NH3)(k为速率常数，只与温度有关)。温度由T1调到T2，活化分子百分率_(填“增大”“减小”或“不变”)，k
18、正增大倍数_(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大倍数。T1 时，k正/k逆_。(2)已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中，v正k正c(N2O4), v逆k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K10，则k正_k逆。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)实验测得反应2NO(g)O2(g)=2NO2(g)H0的瞬时速率满足以下关系式：v正k正c2(NO)c(O2)，v逆k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。温度为T1时，在1 L的恒容密闭容器中，投入0.6 mol NO和0.3 mol O
19、2达到平衡时O2为0.2 mol；温度为T2时，该反应存在k正k逆，则T1_(填“大于”“小于”或“等于”)T2。 研究发现该反应按如下步骤进行：第一步：NONON2O2快速平衡第二步：N2O2O22NO2慢反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v1正k1正c2(NO)，v1逆k1逆c(N2O2)。下列叙述正确的是_(填字母)。A.同一温度下，平衡时第一步反应的越大，反应正向移动程度越大B.第二步反应速率低，因而转化率也低C.第二步的活化能比第一步的活化能低D.整个反应的速率由第二步反应速率决定【解析】(1)T1温度下，15 min时，NH3的产率达50%，反应n(H2
20、)1.5 mol, v(H2)0.05 molL1min1；由图象可知，T1时的反应速率比T2时反应速率小，所以温度由T1调到T2，活化分子百分率增大，k正增大倍数小于k逆增大倍数，T1 时， NH3的产率是50%，根据化学方程式可知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)初始/molL1: 0.5 1.5 0转化/molL1: 0.25 0.75 0.5平衡时/molL1: 0.25 0.75 0.5K，K，由于平衡时v逆v正，计算可知，2.37。(2)已知：v正k正c(N2O4)，v逆k逆c2(NO2)，当反应达到平衡时，v正v逆，则k正c(N2O4)k逆c2(NO2)，则K，又K10，则k
21、正10k逆；该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，k正、k逆均增大，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。(3)温度为T1时，在1 L的恒容密闭容器中，投入0.6 mol NO和0.3 mol O2达到平衡时O2为0.2 mol，列三段式：2NO(g)O2(g)=2NO2(g)起始/molL1: 0.6 0.3 0转化/molL1: 0.2 0.1 0.2平衡/molL1: 0.4 0.2 0.2则该温度下，K11.25，平衡时，v正v逆，k正c2(NO)c(O2)k逆c2(NO2)，则K11.25，温度为T2时，该反应存在k正k逆，K21，K2K1，由于反应为放热反应，温度越高平衡常数越小，
22、故 T1T2；根据同一温度下，平衡时第一步反应的越大，化学平衡常数越大，则反应正向移动程度越大，A正确；反应速率低与转化率无因果关系，B错误；相同温度下，第一步反应快速达到平衡，第二步是慢反应，则第二步的活化能比第一步的活化能高，C错误；整个反应的速率由慢反应决定，故由第二步反应速率决定，D正确。答案：(1)0.05增大小于或2.37(2)10大于(3)小于AD10在体积均为2 L的密闭容器A(500 ，绝热)、B(500 ，恒温)中分别加入2 mol CH4、2 molNO2 和相同催化剂。A、B容器中CH4的转化率(CH4)随时间变化如图所示。时间(t/s)0100200300400A中(
23、CH4)/%020222222B中(CH4)/%010202525(1)A容器中前100 s内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)_ molL1s1(2)已知反应速率v正k正c(CH4)c2(NO2)，v逆k逆c(N2)c(CO2)c2(H2O)(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，则B容器中平衡时_，200 s时_。【解析】(1)CH4(g)2NO2(g)N2(g)CO2(g)2H2O(g) 2 2 0 0 0 220% 0.8 0.4 0.4 0.8 1.6 1.2 0.4 0.4 0.8A容器中前100 s内用NO2表示的化学反应速率v(NO2)0.004 molL1s1。(2)B容
24、器中平衡时，容器中正、逆反应速率相等，v正k正c(CH4)c2(NO2)v逆k逆c(N2)c(CO2)c2(H2O)，K，图表中甲烷转化率25%，消耗甲烷物质的量是2 mol25%0.5 mol CH4(g)2NO2(g)N2(g)CO2(g)2H2O(g) 2 2 0 0 0 0.5 1 0.5 0.5 1 1.5 1 0.5 0.5 1K。根据200 s时甲烷转化率20%，利用三段式： CH4(g)2NO2(g)N2(g)CO2(g)2H2O(g) 2 2 0 0 0 220% 0.8 0.4 0.4 0.8 1.6 1.2 0.4 0.4 0.83.75。答案：(1)0.004(2)3.75
