专项26化学速率常数（解析版）_05高考化学_新高考复习资料_2023年新高考资料_专项复习_2023年高考化学热点专项导航与精练（新高考专用）

第四篇 化学反应速率与化学平衡 专项 26 化学速率常数 运用题给陌生的原理和规律进行解题是近几年高考的一大热点，主要考查考生的迁移运用能力，得分 率极低。化学速率常数备受命题者青睐。 速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可 用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率 常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求 出该温度下任意浓度时的反应速率。 速率方程，一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。对于反应： aA(g)＋bB(g) gG(g)＋hH(g)，则 v ＝k ca(A)·cb(B)(其中 k 为正反应的速率常数)，v ＝k 正 正 正 逆 逆 ·cg(G)·ch(H)(其中k 为逆反应的速率常数)。如反应2NO (g) 2NO(g)＋O(g)，v ＝k ·c2(NO )，v ＝ 逆 2 2 正 正 2 逆 k ·c2(NO)·c(O)。 逆 2 1．(2021•河北选择性考试)室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应： ①M+N=X+Y；②M+N=X+Z，反应①的速率可表示为v=kc2(M)，反应②的速率可表示为v=kc2(M) (k 、 1 1 2 2 1 k 为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图，下列说法错误的是 2 A．0～30min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10-8mol•L-1•min-1B．反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变 C．如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为Z D．反应①的活化能比反应②的活化能大 【答案】A 【解析】A项，由图中数据可知，30 min时，M、Z的浓度分别为0.300 mol•L-1和0.125 mol•L-1，则M 的变化量为0.5 mol•L-1-0.300 mol•L-1=0.200 mol•L-1，其中转化为Y的变化量为0.200 mol•L-1-0.125 mol•L-1=0.075 mol•L-1。因此，0~30 min时间段内，Y的平均反应速率为 ，A不正确；B项，由题中信息可知，反应①和反应②的速率之比为 ，Y和Z分别为反 应①和反应②的产物，且两者与M的化学计量数相同(化学计量数均为1)，因此反应开始后，体系中Y和 Z的浓度之比等于 ，由于k、k 为速率常数，故该比值保持不变，B正确； C项，结合A、B的分析 1 2 可知因此反应开始后，在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于 = ，因此，如 果反应能进行到底，反应结束时有 的M转化为Z，即62.5%的M转化为Z，C正确；D项，由以上分析 可知，在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少，因此，反应①的化学反应速率较小，在同一体系中，活 化能较小的化学反应速率较快，故反应①的活化能比反应②的活化能大，D说法正确。故选A。 2．（2022•河北省选择性考试）恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为 ①X Y；②Y Z。反应①的速率 ，反应②的速率 ，式中 为速率常数。 图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的 曲线。下列说法错误的是( )A．随 的减小，反应①、②的速率均降低 B．体系中 C．欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间 D．温度低于T 时，总反应速率由反应②决定 1 【答案】AB 【解析】由图中的信息可知，浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的代 表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度 升高增大的幅度小于反应②的。A项，由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y) 先增大后减小，c(Z)增 大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A错误；B项，根据体系 中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此，v (X)= v (Y) +v(Z)，但是，在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v (X) + v (Y) = v(Z)，B错误；C项，升高温度可以可以加快反应①的速率，但是反应①的速率常数随温度 升高增大的幅度小于反应②的，且反应②的的速率随着Y的浓度的增大而增大，因此，欲提高Y的产率， 需提高反应温度且控制反应时间，C正确；D项，由图乙信息可知，温度低于T时，k＞k，反应②为慢反 1 2 应，因此，总反应速率由反应②决定，D正确；故选AB。 3．(2022•辽宁省选择性考试节选)某合成氨速率方程为： ，根据表中数据， ___________； 实 验 1 m n p q 2 n p3 m n 4 m p 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为___________。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 【答案】 -1 a 【解析】将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：① ，③ ，可得 。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH )，生成物浓度 3 下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确，c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中 毒，b错误。 4．(2020•新课标Ⅰ卷节选)研究表明，SO 催化氧化的反应速率方程为：v=k( −1)0.8(1−nα')。式中：k 2 为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO 平衡转化率，α'为某时刻SO 转化率，n为常数。在 2 2 α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图所示。 曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度t 。tt 后，v逐渐下 m m m 降。原因是__________________________。 【答案】升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜t ，k增大对v的提高大于α m 引起的降低；当t＞t ，k增大对v的提高小于α引起的降低 m 【解析】 由于该反应是放热反应，温度升高后α降低。由题中信息可知，v= ， 升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜t ，k增大对v的提高大于α引起的降低； m 当t＞t ，k增大对v的提高小于α引起的降低。 m 1．速率常数的影响因素温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有 不同的值，但浓度不影响速率常数。 2．速率常数与化学平衡常数之间的关系 一定温度下，可逆反应：aA(g)＋bB(g) gG(g)＋hH(g)，达到平衡状态时，v ＝k ·ca(A)·cb(B)，v 正 正 ＝k ·cg(G)·ch(H)，因平衡时v ＝v ，则k ·ca(A)·cb(B)＝k ·cg(G)·ch(H)，＝＝K。 逆 逆 正 逆 正 逆 1．(2022·河北省张家口市高三联考)在一定温度下的可逆反应X(g) 2Y(g) ΔH＞0，v =k 正 ·c(X)，v =k ·c2(Y)，若该温度下的平衡常数K=10，下列说法错误的是( ) 正 逆 逆 A．该温度下k =10 k 正 逆 B．升高温度，k 增大的倍数大于k 增大的倍数 正 逆 C．有利于测定X的相对分子质量的条件为低温高压 D．恒压条件下，向平衡体系中充入惰性气体He，X的转化率减小 【答案】D 【解析】A项，达到平衡时， ，则k ·c(X)=k ·c2(Y)，平衡常数 ，即k =10 k 正 逆 正 ，故A正确；B项，该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，所以k 增大的倍数大于k 逆 正 增大的倍数，故B正确；C项，测定X的相对分子质量时应该使平衡尽可能逆向移动，该反应的正反应 逆 为气体分子数增多的吸热反应，所以条件为低温高压，故C正确；D项，恒压条件下，向平衡体系中充入 惰性气体He，体积增大，压强减小，平衡正向移动，X的转化率增大，故D错误；故选D。 2．氨气去除NO的反应原理为：4NH (g)+6NO(g) 5N(g)+6HO(g) ΔH<0，反应速率与浓度之间 3 2 2 存在如下关系：v =k ·c4(NH )·c6(NO)，v =k ·c5(N )·c6(H O)，k 、k 为速率常数，只受温度影响。 正 正 3 逆 逆 2 2 正 逆 350℃时，在2L恒容密闭容器中，通入0.9molNH (g)和1.2molNO(g)发生反应，保持温度不变，5min后反 3 应达平衡，NO的转化率为50%。下列说法正确的是( ) A．用NH 表示的化学反应速率为0.06mol·L-1·min-1 3 B．350℃时，该反应的平衡常数为0.5 C．其他条件不变，往反应后的容器中再通入0.9molNH (g)和1.2molNO(g)，重新达平衡时NO的体积 3 分数增大 D．当温度改变为T°C时，若k =k ，则T>350 正 逆 【答案】C【解析】由题意可得如下三段式： A项，由三段式数据可知，用氨气表示的化学反应速率为 =0.04mol·L-1·min-1，故A错误；B 项，由三段式数据可知，350℃时，反应的平衡常数为 =0.25，故B错误；C项， 其他条件不变，往反应后的容器中再通入0.9mol氨气和1.2mol一氧化氮相当于增大压强，该反应是气体体 积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，一氧化氮的体积分数增大，故C正确；D项，反应达 到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，则反应速率k ·c4(NH )·c6(NO) =k ·c5(N )·c6(H O)， = 正 3 逆 2 2 =K，当k =k 时，平衡常数K=1>0.25说明平衡向正反应方向移动，该反应为放热反应， 正 逆 则反应温度小于350℃，故D错误；故选C。 3．(2022·北京市人大附中三模)某温度时两个恒容密闭容器中仅发生反应2NO(g)+O (g) 2 2NO (g) ΔH＞0。实验测得： ， ， 、 为速率常数， 2 只受温度影响。 起始浓度 (mol/L) 平衡浓度(mol/L) 容器编号 c(NO ) c(NO) c(O) c(O) 2 2 2 Ⅰ 0.6 0 0 0.2 Ⅱ 0.6 0.1 0 下列说法不正确的是( ) A．升高温度，该反应的化学平衡常数增大 B．Ⅰ中NO 的平衡转化率约为66.7％ 2C．Ⅱ中达到平衡状态时，c(O)＞0.2 mol·L−1 D．该反应的化学平衡常数可表示为 2 【答案】C 【解析】先用三段式法计算出实验Ⅰ中各组分的改变浓度和平衡浓度： 而实验Ⅱ相当于在Ⅰ的基础上再加入NO，平衡会逆向移动，再判断各量的变。A项，该反应ΔH>0， 为吸热反应，升高温度，K值增大，A正确；B项，由上述分析可知，Ⅰ中NO 的平衡转化率为 2 ，B正确；C项，Ⅰ中平衡时c(O)=0.2 mol·L−1，实验Ⅱ相当于在Ⅰ的基础上再加入 2 NO，平衡会逆向移动，c(O)＜0.2 mol·L−1，C不正确；D项，平衡时，v (NO )=v (NO)，即k c2(NO ) 2 正 2 逆 正 2 ＝k c2(NO)·c(O )，得 = =K，D正确；故选C。 逆 2 4．已知反应2NO(g)＋2H(g)===N (g)＋2HO(g)生成N 的初始速率与NO、H 的初始浓度的关系为v＝ 2 2 2 2 2 kcx(NO)·cy(H )，k为速率常数。在800 ℃时测得的相关数据如下表所示。 2 初始浓度 实验数据 生成N 的初始速率/mol·L－1·s－1 2 c(NO)/ mol·L－1 c(H )/ mol·L－1 2 1 2.00×10－3 6.00×10－3 1.92×10－3 2 1.00×10－3 6.00×10－3 4.80×10－4 3 2.00×10－3 3.00×10－3 9.60×10－4 下列说法中不正确的是( ) A．关系式中x＝1，y＝2 B．800 ℃时，k值为8×104 C．若800 ℃时，初始浓度c(NO)＝c(H )＝4.00×10－3 mol·L－1，则生成N 的初始速率为5.12×10－3 2 2 mol·L－1·s－1 D．当其他条件不变时，升高温度，速率常数将增大 【答案】A 【解析】由实验数据1和2可知，c(H )相同，c(NO)扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝4倍，则x＝ 2 2，由实验数据1和3可知，c(NO)相同，c(H )扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝2倍，则y＝1，A项错 2 误；根据数据 1可知800 ℃时，k值为＝＝8×104，B项正确；若 800 ℃时，初始浓度 c(NO)＝c(H )＝ 2 4.00×10－3 mol·L－1，则生成N 的初始速率v＝k×c2(NO)×c(H )＝[8×104×(4.00×10－3)2×(4.00×10－3)] mol·L－1·s－ 2 21＝5.12×10－3 mol·L－1·s－1，C项正确；温度升高，反应速率加快，则当浓度和其他条件不变时，升高温度， 速率常数一定是增大的，D项正确。 5．某反应A(g)+ B(g) →C (g)+ D(g)的速率方程为 ，其半衰期(当剩余反应物恰 好是起始的一半时所需的时间)为 。改变反应物浓度时，反应的瞬时速率如表所示： c(A)/( mol·L－1) c(B)/( mol·L－1) v/(10-3mol·L－1·min－1) 0.25 0.050 1.4 0.50 0.050 2.8 1.00 0.050 5.6 0.50 0.100 2.8 下列说法正确的是 A．速率方程中的 、 B．该反应的速率常数k=2.8×10-3min－1 C．增大反应物浓度，k增大导致反应的瞬时速率加快 D．在过量的B存在时，反应掉87.5%的A所需的时间是375min 【答案】D 【解析】A项，将第一组数据和第二组数据代入 可得 ，则 m=1，将第二组数据和第四组数据代入 可得 ，则n=0，A错误； B项，由A选项的分析可知，m=1，n=0，则 ，代入第一组数据可得，k=5.6×10-3min－1，B错 误；C项，增大反应物的浓度，增大了速率，并没有改变瞬时速率常数k(只受温度影响)，C错误；D项， 存在过量的B时，反应掉87.5%的A可以看作经历3个半衰期，即50%+25%+12.5%，因此所需的时间为，D正确；故选D。 6．温度为T 时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO (g) 2NO(g)+O (g) 1 2 2 (正反应吸热)。实验测得：v =v(NO ) =k ·c2(NO )，v =v(NO) =2v(O ) =k ·c2(NO)·c(O )，k 、k 为 正 2 消耗 正 2 逆 消耗 2 消耗 逆 2 正 逆 速率常数，受温度影响。下列说法正确的是( ) 容器 物质的起始浓度(mol·L-1) 物质的平衡浓度(mol·L-1) 编号 c(NO ) c(NO) c(O ) c(O ) 2 2 2 Ⅰ 0.6 0 0 0.2 Ⅱ 0.3 0.5 0.2 Ⅲ 0 0.5 0.35 k A．设K为该反应的化学平衡常数，则有K= 逆 k 正 B．达平衡时，容器Ⅱ与容器Ⅲ中的总压强之比为20∶17 C．容器Ⅱ中起始时平衡正向移动，达到平衡时，容器Ⅱ中NO 的转化率比容器Ⅰ中的小 2 D．若改变温度为T，且T>T ，则k ∶k <0.8 2 2 1 正 逆 【答案】C 【解析】平衡时，正、逆反应速率相等，则有 k ·c2(NO )=k ·c2(NO)·c(O )，所以 K= 正 2 逆 2 c2(NO)·c(O 2 ) = k 正，A 项错误。根据化学方程式和容器 Ⅰ 中 O 2 的平衡浓度可知，平衡时， c2(NO ) k 2 逆 c2(NO)·c(O ) c(NO)=0.4 mol·L-1，c(NO 2 )=0.2 mol·L-1，则 T 1 温度下，该反应的平衡常数 K= 2 = c2(NO ) 2 0.42×0.2=0.8；容器Ⅱ中浓度商Q=0.2×0.52 ≈0.56<0.8，反应正向进行，气体的总物质的量大于 1 c 0.22 0.32 mol，而容器Ⅲ中反应向左进行，气体的总物质的量小于0.85 mol，所以达到平衡时，容器Ⅱ与容器Ⅲ中的 0.4 2 总压强之比大于20∶17，B项错误。容器Ⅰ中NO 的转化率为 = ，假设容器Ⅱ中NO 的转化率也为 2 0.6 3 2 2 ，反应正向进行： 32NO (g) 2NO(g)+O (g) 2 2 起始量(mol·L-1) 0.3 0.5 0.2 变化量(mol·L-1) 0.2 0.2 0.1 平衡量(mol·L-1) 0.1 0.7 0.3 平衡常数K=0.3×0.72 =14.7>0.8，所以容器Ⅱ中NO 的转化率小于2，即容器Ⅱ中起始平衡正向移 2 0.12 3 动，达到平衡时，容器Ⅱ中NO 的转化率比容器Ⅰ中的小，C项正确。因为该反应的正反应是吸热反应， 2 温度T>T ，所以T 时平衡常数增大，则k ∶k >0.8，D项错误。 2 1 2 正 逆 7．(2022·浙江省镇海市高三选考模拟)硫酸工业中，将SO 氧化为SO 是生产工艺中的重要环节。在温 2 3 度为T 条件下，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2SO (g)+O(g) 2SO (g)ΔH<0，实 1 2 2 3 验测得：v =k ·c2(SO )·c(O)，v =k ·c2(SO )。 正 正 2 2 逆 逆 3 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1) 容器编号 c(SO ) c(O) C(SO ) c(O) 2 2 3 2 I 0.6 0.3 0 0.2 II 0.5 x 0.3 III 0.3 0.25 0.2 已知：k 、k 为速率常数，仅受温度的影响。 正 逆 下列说法错误的是( ) A．达到平衡时，平衡常数和速率常数的关系： B．若容器II中达到平衡时 =1，则x=0.85 C．容器III中达到平衡时，c(O)<0.25mol·L-1 2 D．当温度升高为T 时，k 、k 分别增大m倍和n倍，则mK， 此时平衡向逆反应方向移动，则平衡时O 的浓度c(O)>0.25mol·L-1，C项错误；D项，ΔH<0，温度升高， 2 2 平衡向逆反应方向移动，k 增大的幅度更大，n>m，D项正确。故选C。 逆 8．100℃时，NO(g) 2NO (g) ，K=0.36。NO 和NO 的消耗速率与浓度存在下列关系： 2 4 2 2 2 4 v(NO)= k• c(N O)，v(NO )= k• c2(NO )，其中k、k 是与反应及温度有关的常数，其消耗速率与浓度的 2 4 1 2 4 2 2 2 1 2 图像如图所示。下列有关说法正确的是 A．曲线X表示NO 消耗速率与浓度的关系 2 4 B．k 与k 都有单位，且单位不同 1 2 C．图中A点处于平衡状态 D．若在T 温度下，k=k，则T＜1000C 1 1 2 1 【答案】B 【解析】A项，根据图象，曲线X随浓度的变化大于曲线X随浓度的变化，因为v(N O)= k • 2 4 1 c(N O)，v(NO )= k• c2(NO )，所以曲线X表示NO 消耗速率与浓度的关系，A错误；B项，根据v(N O)= 2 4 2 2 2 2 2 4 k • c(N O)，v(NO )= k• c2(NO )，浓度的单位为mol/L ，而反应速率的单位为mol/(L·s)，因此k 与k 都 1 2 4 2 2 2 1 2 有单位，且单位不同，k 的单位是s-1，k 的单位为L /( mol·s)，B正确；C项，交点A表示的消耗速率 1 2v( NO)=v( NO )，而达到平衡时NO 的消耗速率应该是NO 消耗速率的2倍，v( NO )=2v( NO)，因此此 2 4 2 2 2 4 2 2 4 时v ＜v ，反应向正反应方向移动，C错误；D项，100℃时，NO(g) 2NO (g) ，K=0.36= 逆 正 2 4 2 ，而平衡时，v( NO )=2v( NO)，因此v(NO )= k• c2(NO )=2 v(N O)=2 k • c(N O)，则 2 2 4 2 2 2 2 4 1 2 4 = =0.36；若在T 温度下，k=k，则 =2，平衡常数增大，反应需要正向移动，温度需要 1 1 2 升高，即T＞100℃，D错误；故选B。 1 9．已知在一定温度下的可逆反应 NO(g) 2NO (g) ΔH>0 中，v ＝k c(NO)，v ＝k 2 4 2 正 正 2 4 逆 逆 c2(NO )(k 、k 只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k ＝________k 。升高温度，k 增 2 正 逆 正 逆 正 大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k 增大的倍数。 逆 【答案】10 大于 【解析】当反应达到平衡时，v ＝v ，即 k ·c(NO)＝k ·c2(NO )，k ＝＝k ·K＝10k ；该反应是 正 逆 正 2 4 逆 2 正 逆 逆 吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，k 增大的倍数大于k 增大的倍数。 正 逆 10．对于基元反应，如aA＋bB cC＋dD，反应速率v ＝k ·ca(A)·cb(B)，v ＝k ·cc(C)·cd(D)， 正 正 逆 逆 其中k 、k 是取决于温度的速率常数。 正 逆 对于基元反应2NO(g)＋O(g) 2NO (g)，在653 K时，速率常数k ＝2.6×103 L2·mol－2·s－1，k 2 2 正 逆 ＝4.1×103 L·mol－1·s－1。 (1)计算653 K时的平衡常数K＝________。 (2)653 K时，若NO的浓度为0.006 mol·L－1，O 的浓度为0.290 mol·L－1，则正反应速率为________ 2 mol·L－1·s－1。 【答案】 (1) L·mol－1 (2)2.7×10－2 【解析】(1)653 K反应达到平衡时，v ＝k ·c2(NO)·c(O )＝v ＝k ·c2(NO )，该温度下的平衡常数K 正 正 2 逆 逆 2 ＝＝＝ L·mol－1。(2)正反应速率v ＝k ·c2(NO)·c(O )，将数据代入，计算得到v ＝2.6×103×0.0062×0.290 正 正 2 正 mol·L－1·s－1＝2.7×10－2 mol·L－1·s－1。 11．利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为： 2CHOH（g） CHOCH （g） + H O（g） ΔH，其速率方程式为：v =k ·c2（CHOH），v 3 3 3 2 正 正 3 =k ·c（CHOCH ）·c（HO），k 、k 为速率常数且只与温度有关。经查阅资料，上述反应平衡状态下 逆 逆 3 3 2 正 逆存在计算式：lnKc = −2.205+ （Kc为化学平衡常数；T 为热力学温度，单位为K）。 反应达到平衡后，仅升高温度，k 增大的倍数_________ k 增大的倍数（填“＞”、“＜”或 正 逆 “＝”）。 【答案】< 【解析】温度升高，lnK 减小，K 减小，说明升高温度，平衡逆向移动，故升高温度，k 增大的倍 C C 正 数小于k 增大的倍数； 逆 12．（1）已知2NO(g)+O (g) 2NO (g) H的反应历程分两步： 2 2 ①2NO(g) N 2 O 2 (g)(快) H 1 <0，v 1正 =k 1正△c2(NO)，v 1逆 =k 1逆 c2(N 2 O 2 ) ②N 2 O 2 (g)+ O 2 (g) 2NO 2 (△g)(慢) H 2 <0，v 2正 =k 2正 c2(N 2 O 2 )•c(O 2 )，v 2逆 =k 2逆 c2(NO 2 ) 比较反应①的活化能E 1 与反应②的活△化能E 2 的大小: E 1 __________ E 2 (填“>”、“<”或“=”) 其判断理 由是_____________________________； （2）2NO(g)+O (g) 2NO (g) 的平衡常数K与上述反应速率常数k 、k 、k 、 k 的关系式 2 2 1正 1逆 2正 2逆 为_______________；已知反应速率常数k随温度升高而增大，若升高温度后k 、 k 分别增大a倍和b 2正 2逆 倍，则a________________________________b (填“>”、“<”或“=”)；一定条件下，2NO (g)+O(g) 2 2NO (g)达平衡后，升高到某温度，再达平衡后v 较原平衡减小，根据上述速率方程分析，合理的解释是 2 2正 ________________________________________。 【答案】（1）＜ 活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢 （2）k1 .k2 /(k1 正 正 .k2 ) ＜ 温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c(NO)减小且其程度 逆 逆 2 2 大于k 和c(O)增大的程度，使三者的乘积即v 减小 2正 2 2正 【解析】（1）活化能越低，反应速率越快，①为快反应，②为慢反应，则活化能大小为E＜E，判 1 2 断理由是：活化能越大，一般分子成为活化分子越难，反应速率越慢.（2）2NO（g）+O （g） 2NO 2 2 （g） 的平衡常数K=c2(NO )/c(O )c2(NO)，反应达到化学平衡时，v =v ，所以k c2（NO）=k c2 2 2 正 逆 1正 1逆 （NO），k c2（NO）·c（O）=k c2（NO ），则有k ·k /k ·k = 2 2 2正 2 2 2 2逆 2 1正 2正 1逆 2逆 c2 (NO )c2 (N O ) c2 (NO ) 2 2 2 = 2 =K，反应速率常数k随温度升高而增大，反应②为放热反应， c(O )c2(NO)c2 (N O ) c(O )c2(NO) 2 2 2 2 温度升高不利于反应正向进行，则v ＜v ，所以若升高温度后k 、k 分别增大a倍和b倍，则a＜b， 正 逆 2正 2逆反应①为快反应，温度升高，两个反应均逆向移动，体系中c（NO）降低，影响v ，导致v 减小，可 2 2 2正 2正 以解释为：温度升高，反应①、②的平衡均逆移，由于反应①的速率大，导致c（NO）减小且其程度大 2 2 于k 和c（O）增大的程度，使三者的乘积即v 减小。 2正 2 2正 13．2NO(g)+O (g) 2NO (g)的反应历程由两步基元反应组成，相关信息如下(E为活化能，v为 2 2 反应速率，k为速率常数)： 2NO(g) NO(g) E=82kJ/mol v=kc2(NO) 2 2 1 1 NO (g) 2NO(g) E =205kJ/mol v=k c(N O) 2 2 -1 -1 2 2 NO(g)+O(g) 2NO (g) E=82kJ/mol v=kc(N O)·c(O ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2NO (g) NO(g) +O (g) E =72kJ/mol v=k c2(NO ) 2 2 2 2 -2 -2 2 则2NO(g) NO(g) H=_______kJ·mol-1，其平衡常数K与上述速率常数k、k 的关系式为 2 2 1 1 -1 K=_______。2NO(g)+O (g) △ 2NO (g) H=_______kJ·mol-1。 2 2 △ 【答案】-123 -113 【解析】由题意可知，反应①2NO(g) NO(g)的正反应的活化能为E=82kJ/mol，逆反应的活 2 2 1 化能E =205kJ/mol，则△H= E —E =82kJ/mol—205kJ/mol=—123kJ/mol；当反应达到平衡时，正逆反应速 -1 1 1 -1 率相等，则 kc2(NO)= k c(N O)，反应的平衡常数 K= = ；反应② NO(g)+O(g) 1 -1 2 2 2 2 2 2NO (g)的正反应的活化能为E=82kJ/mol，逆反应的活化能E =72kJ/mol，则△H=+10kJ/mol，由盖斯定律 2 2 -2 2 可知，①—②可得反应2NO(g)+O (g) 2NO (g)，则△H= H— H=(—123kJ/mol)—(+10kJ/mol)= — 2 2 1 2 133kJ/mol。 △ △ 14．在容积均为1 L的密闭容器A(起始500 ℃，恒温)、B(起始500 ℃，绝热)两个容器中分别加入0.1 mol NO、0.4 mol CO和相同催化剂。实验测得A、B容器中NO的转化率随时间的变化关系如图乙所示。 2 2（1）500 ℃该反应的化学平衡常数K＝________(用分数表示)。 （2）实验测定该反应的反应速率v ＝k ·c(NO)·c(CO)，v ＝k ·c(N)·c(CO)，k 、k 分别是正、 正 正 2 逆 逆 2 2 正 逆 逆反应速率常数，c为物质的量浓度。计算M处的＝________(保留两位小数)。 【答案】（1） （2）1.69 【解析】（1）图乙中b曲线对应A容器中NO的转化率，达到平衡时NO转化率为25%，则有： 2 2 NO(g)＋CO(g) N(g)＋CO(g) 2 2 2 起始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.4 0 0 转化浓度/(mol·L－1) 0.025 0.025 0.025 0.025 平衡浓度/(mol·L－1) 0.075 0.375 0.025 0.025 则500 ℃时该反应的化学平衡常数K＝＝＝。（2）由（1）分析可知，500 ℃恒温容器中达到平衡时， NO(g)、CO(g)、N(g)和CO(g)的平衡浓度(mol·L－1)分别为0.075、0.375、0.025、0.025，则有v ＝k 2 2 2 正 正 ·c(NO)·c(CO)＝k ×0.075×0.375，v ＝k ·c(N)·c(CO)＝k ×0.025×0.025；达到平衡时v ＝v ，则有k 2 正 逆 逆 2 2 逆 正 逆 正 ×0.075×0.375＝k ×0.025×0.025，据此可得＝；M点对应的NO的转化率为20%，此时NO(g)、CO(g)、 逆 2 2 N(g)和CO(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.08、0.38、0.02、0.02，则有＝≈1.69。 2 2 15．甲烷水蒸气的重整反应是工业制备氢气的重要方式，其化学反应方程式为CH(g)+HO(g) 4 2 CO(g)+3H(g)。通过计算机模拟实验，对400~1200℃、操作压强为0.1MPa条件下，不同水碳比(1~10)进行 2 了热力学计算，反应平衡体系中H 的物质的量分数与水碳比、平衡温度的关系如图所示。 2据模拟实验可知，平衡温度为900℃，水碳比为1.0时，H 的物质的量分数为0.6，CH 的转化率为 2 4 ________________，其压强平衡常数为________________；反应速率方程为v=kp(CH )p-1(H )，此时反应速 4 2 率=________________(已知：气体分压=气体的物质的量分数×总压，速率方程中k为速率常数)。 【答案】66.67% 4.32×10−2(MPa)2 【解析】操作压强为0.1MPa、平衡温度为900℃条件下，水碳比为1.0时，H 的物质的量分数为0.6， 2 设甲烷和HO的物质的量均为amol，达化学平衡时，甲烷消耗x，则： 2 ，得 ；则CH 的转化率 。已知：气体分压 4 =气体的物质的量分数×总压， ， ,压强平衡常数为 =；反应速率方程为v=kp(CH )p-1(H )，此时反应速率 4 2 。 16．Burns 和 Dainton 研究了反应 Cl(g)＋CO(g) COCl (g)的动力学，获得其速率方程 v = 2 2 k[c(Cl )]3/2 [c(CO)]m，k为速率常数（只受温度影响），m为CO的反应级数。 2 ①该反应可认为经过以下反应历程： 第一步：Cl 2Cl 快速平衡 2 第二步：Cl + CO COCl 快速平衡 第三步：COCl + Cl →COCl + Cl 慢反应 2 2 下列表述正确的是________________________________（填标号）。 A．COCl属于反应的中间产物 B．第一步和第二步的活化能较高 C．决定总反应快慢的是第三步 D．第三步的有效碰撞频率较大 ②在某温度下进行实验，测得各组分初浓度和反应初速度如下： 实验序号 c(Cl )/mol·L-1 c(CO)/mol·L-1 v/mol·L-1·s-1 2 1 0.100 0.100 1.2×10-2 2 0.050 0.100 4.26×10-3 3 0.100 0.200 2.4×10-2 4 0.050 0.050 2.13×10-3 CO的反应级数m =_________________，当实验4进行到某时刻，测得c(Cl ) = 0.010 mol·L-1，则此时 2 的反应速率v =_________________mol·L-1·s-1（已知： ≈ 0.32）。 【答案】①AC ② 1 3.8×10-5 【解析】①A．根据反应历程，COCl属于反应的中间产物，故A正确；B．第一步和第二步反应能够 快速达到平衡，说明反应容易进行，反应的活化能较低，故B错误；C．反应的快慢由最慢的反应决定， 因此决定总反应快慢的是第三步，故C正确；D．第三步的反应较慢，说明有效碰撞频率较小，故D错误； ②速率方程v = k[c(Cl )]3/2 [c(CO)]m，根据表格数据，当c(Cl )不变时，c(CO)增大1倍，反应速率增大 2 2 1倍，说明v与c(CO)的一次方成正比，m=1，则1.2×10-2= k(0.100)3/2 (0.100)1，因此当k= ，因此当 c(Cl ) = 0.010 mol·L-1，v = ×(0.0100)3/2 (0.0100)1mol·L-1·s-1 =3.8×10-5 mol·L-1·s-1。 2 17．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O(g) 2NO (g)的速率却随温度的升 2 2 高而减小，某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：2NO(g)＋O(g) 2NO (g)的反应历 2 2 程分两步：i：2NO(g) NO(g)(快)，v ＝k c2(NO) v ＝k c(NO) ΔH＜0 2 2 1正 1正 1逆 1逆 2 2 1 ii：NO(g)＋O(g) 2NO (g)(慢)，v ＝k c(NO)c(O) v ＝k c2(NO ) ΔH＜0 2 2 2 2 2正 2正 2 2 2 2逆 2逆 2 2 请回答下列问题： ①一定温度下，反应2NO(g)＋O(g) 2NO (g)达到衡状态，请写出用k 、k 、k 、k 表示的 2 2 1正 1逆 2正 2逆 平衡常数表达式K＝_______________ ②由实验数据得到v ～c(O)的关系可用如图表示。当x点升高到某一温度时，反应重新达到平衡， 2正 2 则变为相应的点为__________________(填字母)。 【答案】① ②a 【解析】①2NO(g) NO(g)；②NO(g)＋O(g) 2NO (g)；目标反应2NO(g)＋O(g) 2 2 2 2 2 2 2 2NO (g)，由反应达平衡状态，所以 ，所以 ， 2 ,则 ，故答案为： ；②2NO(g)＋O(g) 2NO (g)的速率随温度的升高而减小，因为决定该反应速率的是反应②， 2 2 故升高到温度时v 减小，且平衡逆向移动，氧气的浓度增大，所以反应重新达到平衡，则变为相应的点 2正 为a。 18．（1）NaSO 的氧化分富氧区和贫氧区两个阶段，贫氧区速率方程为v=k∙ca(SO 2-)，富氧区反应速 2 3 3 率方程v=k∙c(SO 2-)∙c(O)，k为常数。 3 2 ①当溶解氧浓度为4.0mg/L，此时NaSO 的氧化位于贫氧区时，c(SO 2-)与速率数值关系如下表所示， 2 3 3 则a=_________。 c(SO 2-)×10-3 3.65 5.65 7.3 11.65 3V×106 10.2 24.5 40.8 104.4 ②由富氧区速率方程v=k∙c(SO 2-)∙c(O)，当其他条件不变时，SO 2-、O 的浓度分别增大为原来的2倍， 3 2 3 2 反应速率为原来的_______倍。 （2）两个阶段的速率方程和不同温度的速率常数之比如下表所示。已知ln( )= ，R 为常数，则E(富氧区)_______(填“＞”或“＜”)E(贫氧区)。 a a 反应阶 速率方程 k(297.9K)/k(291.5K) 段 富氧区 v=k∙c(SO 2-)∙c(O) 1.47 3 2 贫氧区 v=k∙ca(SO2-)∙cb(O) 2.59 3 2 【答案】（1）2 4 （2）＜ 【解析】(1)①利用表中数据，3.65与7.3，根据反应常数k不变及贫氧区速率方程可得 = ， 解的a=2；②根据富氧区速率方程v=k∙c(SO 2-)∙c(O)，SO 2-、O 的浓度分别增大为原来的2倍，k不变，则 3 2 3 2 速率v为原来的4倍；(2)ln( )随Ea的增大而增大，富氧区中ln( )的值小于贫氧区，则E(富氧区)＜ a E(贫氧区)。 a 19．一定温度下，在1 L恒容密闭容器中充入一定量C H(g)和HO(g)，发生如下反应：C H(g)+ 2 4 2 2 4 HO(g) CHCHOH(g) ΔH，测得C H(g)的转化率(α)与时间(t)的关系如图2所示。其中T、T 表示 2 3 2 2 4 1 2 温度，速率方程：υ =k ·c(C H)·c(HO)，υ =k ·c(CHCHOH)(k是速率常数，只与温度有关)。 正 正 2 4 2 逆 逆 3 2 ①N点：k /k _______c(CHCHOH)/c(C H)∙c(HO)（填“>”“<”或“=”），升高温度，k 增大的倍 正 逆 3 2 2 4 2 正 数________k 增大的倍数（填“>”“<”或“=”）。 逆②温度为T 时，测定平衡体系中c(HO)=0.25 mol·L−1，则：k /k =__________L·mol−1。 1 2 正 逆 【答案】①> < ② 16 【解析】①反应达到平衡时，υ =υ ，可得平衡常数K= ，N点正反应速率大于逆反应速率，则 正 逆 c(CH CH OH) 3 2 < ，根据“先拐先平数值大”可知，T>T，且平衡时T 温度下，C H 的转化率小于 c(C H )⋅c(H O) 2 1 2 2 4 2 4 2 T 的转化率，故正反应为放热反应，升温平衡向逆向移动，说明k 增大倍数大于k 增大倍数。 1 逆 正 ②温度为T 时，C H(g)的平衡转化率为80%，设C H 的起始浓度为c mol/L，平衡时c(C H)=0.2c 1 2 4 2 4 2 4 mol·L−1，c(CHCHOH)=0.80c mol·L−1，已知c(HO)=0.25 mol·L−1，则：K= = 3 2 2 0.8c L/mol=16.00L/mol。 0.2c×0.25 20．航天员呼吸产生的CO 用下列反应处理，可实现空间站中O 的循环利用。 2 2 Sabatior反应：CO（g）+4H （g） CH（g）+2H O（g） 2 2 4 2 水电解反应：2HO（g） 2H（g）+O （g） 2 2 2 一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO（g）+2H （g） C（s）+2H O（g） △H＜0代替 2 2 2 Sabatier反应，再电解水实现O 的循环利用。 2 350℃时，向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH 和4molCO 发生以上反应，若反应起始和平衡 2 2 时温度相同（均为350℃），测得反应过程中压强随时间的变化如表所示： 时间/min 0 10 20 30 40 50 60 压强 6.00P 5.60P 5.30P 5.15P 5.06P 5.00P 5.00P ①350℃时Bosch反应的K=_________________（K 为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的 p p 体积分数×体系总压） ②Bosch反应的速率方程：v =k •c（CO）•c2（H），v =k •c2（HO）（k是速率常数，只与温 正 正 2 2 逆 逆 2 度有关）。30min时， _________________ （填“＞”“＜”或“=”）；升高温度，k增大的倍数_________________k 增大的倍数。（填“＞”“＜”或“=”） 正 逆 【答案】① ②＞ ＜ 【解析】①向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH 和4molCO 发生以上反应，结合三段式计算平 2 2 衡状态气体物质的量，设达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量为x， 气体压强之比等于物质的量之比， ，得出x=2mol，则平衡下n(CO)=2mol， 2 n(H )=4mol，P=5.00P，CO%=20%，H%=40%，HO%=40%， 2 2 2 2 ； ②Bosch反应的速率方程： ， （k是速率常数，只与温 度有关）。30min时，图表数据分析反应正向进行，v ＞v ，则得到 > 正 逆 ， ，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向进行，v ＜v ，k 正 逆 正 增大的倍数＜k 增大的倍数。 逆 21．（1）一步完成的反应称为基元反应，只由基元反应构成的化学反应称为简单反应，两个及以上 基元反应构成的化学反应称为复杂反应，复杂反应的速率取决（等）于慢的基元反应速率。基元反应 aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，其中k为速率常数。已知反应NO +CO=NO+CO ，在不同 2 2 温度下反应机理不同。 ①温度高于490K时，上述反应为简单反应，请写出其速率方程_______________。 ②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应构成的复杂反应，其速率方程v=k·c2(NO )，已知慢的 2基元反应的反应物和产物为NO、NO 、NO ，用方程式表示反应历程。 2 3 第一步：__________________________________（慢反应）。 第二步：_____________________________________（快反应）。 （2）NO(g) 2NO (g) ΔH =+57 kJ·mol－1 该反应是高中和大学化学学习的经典素材。 2 4 2 ②TK时，向1L真空容器中加入1molN O ，达到平衡时NO 的平衡产率为20%，则该温度下的平衡 1 2 4 2 常数K=________,达到平衡时吸收的热量为______kJ。某温度下，该反应达到平衡，NO 与NO 的混合气 2 2 4 体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，平衡常数K =__________KPa（用平衡分压代替 P 平衡浓度计算）。 ③若v(N O)=k ·c(NO) v(NO )=k ·c(NO )，T 温度下，若k=k ，则T_______________T（填“高 2 4 1 2 4 2 2 2 2 1 2 2 1 于”或“低于”）。 （3）复杂反应2NO(g)+O (g)=2NO (g)由两个基元反应构成，2NO(g)=N O(g)（快速平衡）NO(g) 2 2 2 2 2 2 +O (g)=2NO (g)（慢反应），已知快反应为放热反应，其正、逆反应速率常数分别为k 和k 慢反应正、逆 2 2 1 2 反应速率常数分别为k 和k。若v =k·c2(NO)·c(O) 则k=__________________________________（用k 3 4 正 2 1、 k k 表示）； 2、 3 【答案】（1）v=k·c(NO)·c(CO) 2NO =NO+ NO NO +2CO=NO+CO （2）0.2 11.4 2 2 3 3 2 50 高于 （3）K=k k/k 1 3 2 【解析】（1）①基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)，则温度高于490K时，简单 反应NO +CO=NO+CO 的速率方程为v=k·c(NO)·c(CO)；②温度高于520K时，该反应是由两个基元反应 2 2 2 构成的复杂反应，根据速率方程v=k·c2(NO )可知，慢反应的反应物为NO ，结合产物氮氧化物可知，其慢 2 2 反应为：2NO =NO+ NO，因总反应为NO +CO=NO+CO ，则快反应为NO +2CO=NO+CO ；（2）设转化 2 3 2 2 3 2 的NO 为x mol/L，则： 2 4 因达到平衡时NO 的平衡产率为20%，因理论上1mol/L N O 产生NO 2mol/L，若NO 平均产率为 2 2 4 2 2 20%，则： ，则x= ，该温度下的平衡常数K= ； 达到平衡时吸收的热量为为标准焓变的20%，即57 kJ·mol－1×20%=11.4 kJ·mol－1；某温度下，该反应达到平衡，NO 与NO 的混合气体总压强为100KPa，密度为同状态下氢气密度的34.5倍，则混合气体的摩尔 2 2 4 质量为34.5×2g/mol=69g/mol,则： 根据十字相乘法可知平衡后两种气体的物质的量之比n (NO):n(NO)=23：23=1:1，因平衡NO 与 2 2 4 2 NO 的混合气体总压强为100KPa，平衡常数K = =50 Kpa；③若v(N O)=k ·c(NO) 2 4 P 2 4 1 2 4 v(NO )=k ·c(NO )，T 温度下，若k=k，则平衡产率为50%，与T 温度相比，平衡向正反应方向移动，则 2 2 2 2 1 2 1 T> T；（3）由基元反应aA+bB=cC+dD的速率方程为v=k·ca(A)·cb(B)可知，快速平衡2NO(g)=N O(g)的 2 1 2 2 正反应速率v =k·c2(NO)①，逆反应速率v =k·c(NO)②，慢反应为NO(g)+O(g)=2NO (g)，则v = 快正 1 快逆 2 2 2 2 2 2 2 慢正 k·c(NO)·c(O)，则反应速率v = · c2(NO) c(O )，所以 3 2 2 2 正 2 K=k k/k 。 1 3 2