新高考化学一轮复习讲义 第7章 热点强化14　速率常数与化学平衡常数的关系

这是一份新高考化学一轮复习讲义 第7章 热点强化14　速率常数与化学平衡常数的关系，共6页。试卷主要包含了全面，扎实训练学科基本技能，培养学生积极的学习态度，有计划等内容，欢迎下载使用。

要正确理解基础，不是会做几个简单题就叫基础扎实。对于一轮复习，基础就是像盖房子一样，需要着力做好两件大事：一是夯实地基，二是打好框架。
2、扎实训练学科基本技能、理解感悟学科基本方法。
一轮复习，要以教材为本，全面细致的回顾课本知识，让学生树立“教材是最好的复习资料”的观点，先引导学生对教材中所涉及的每个知识点进行重新梳理，对教材中的概念、定理、定律进一步强化理解。
3、培养学生积极的学习态度、良好的复习习惯和运用科学思维方法、分析解决问题的能力。
落实学生解题的三重境界：一是“解”，解决当前问题。二是“思”，总结解题经验和方法。三是“归”，回归到高考能力要求上去。解题上强化学生落实三个字：慢（审题），快（书写），全（要点全面，答题步骤规范）。
4、有计划、有步骤、有措施地指导学生补齐短板。
高三复习要突出重点，切忌主次不分，无的放矢。要在“精讲”上下足功夫。抓住学情，讲难点、重点、易混点、薄弱点；讲思路、技巧、规范；讲到关键处，讲到点子上，讲到学生心里去。
热点强化14 速率常数与化学平衡常数的关系
1．假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，其速率可表示为v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
2．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)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常数K＝eq \f(ccC·cdD,caA·cbB)＝eq \f(k正·v逆,k逆·v正)，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝eq \f(k正,k逆)。
[示例] 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·ml－1，该反应中，正反应速率为v正＝k正·c(CH4)·c(H2O)，逆反应速率为v逆＝k逆·c(CO)·c3(H2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。
已知T1时，k正＝k逆，则该温度下，平衡常数K1＝____；当温度改变为T2时，若k正＝1.5k逆，则T2________T1(填“>”“＝”或“<”)。
答案 1 >
解析 解题步骤及过程：
步骤1 代入特殊值：
平衡时v正＝v逆，即
k正·c(CH4)·c(H2O)＝k逆·c(CO)·c3(H2)；
步骤2 适当变式求平衡常数，
K1＝eq \f(cCO·c3H2,cCH4·cH2O)＝eq \f(k正,k逆)；k正＝k逆，K1＝1
步骤3 求其他
K2＝eq \f(cCO·c3H2,cCH4·cH2O)＝eq \f(k正,k逆)；k正＝1.5k逆，K2＝1.5；
1.5>1，平衡正向移动，升高温度平衡向吸热方向移动；则T2>T1。
1．N2O4与NO2之间存在反应：N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，在一定条件下，该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系：v(N2O4)＝k1·p(N2O4)，v(NO2)＝k2·p2(NO2)，其中k1、k2是与反应温度有关的常数。则一定温度下，k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1＝________。
答案 eq \f(1,2)Kpk2
解析 Kp＝eq \f(p2NO2,pN2O4)，平衡时NO2、N2O4的消耗速率之比为v(NO2)∶v(N2O4)＝[k2·p2(NO2)]∶[k1·p(N2O4)]＝2∶1。
2．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) ΔH＜0
已知该反应速率v正＝k正·c4(NH3)·c6(NO)，v逆＝k逆·cx(N2)·cy(H2O) (k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数K＝eq \f(k正,k逆)，则x＝________，y＝________。
答案 5 0
解析 当反应达到平衡时有v正＝v逆，即k正·c4(NH3)·c6 (NO)＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)，变换可得eq \f(k正,k逆)＝eq \f(cxN2·cyH2O,c4NH3·c6 NO)，该反应的平衡常数K＝eq \f(k正,k逆)＝eq \f(c5N2,c4NH3·c6 NO)，所以x＝5，y＝0。
3．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快) ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反应Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢) ΔH2<0
v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝__________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应Ⅰ的活化能EⅠ______(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数__________k2逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
答案 (1)eq \f(k1正·k2正,k1逆·k2逆) < (2)小于
解析 (1)反应达平衡状态时，v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，即k1正·c2(NO)·
k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)·k2逆·c2(NO2)，则有K＝eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)＝eq \f(k1正·k2正,k1逆·k2逆)；因为决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)速率的是反应Ⅱ，所以反应Ⅰ的活化能EⅠ小于反应Ⅱ的活化能EⅡ。
4．肌肉中的肌红蛋白(Mb)与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K＝eq \f(cMbO2,cMb·pO2)。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α＝eq \f(生成的cMbO2,初始的cMb)×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb) · p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆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k正、k逆之间的关系式为K＝____________(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K＝________ kPa－1。已知k逆＝60 s－1，则速率常数k正＝______s－1·kPa－1。
答案 (1)eq \f(k正,k逆) (2)2 120
解析 (1)可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆，所以k正·c(Mb)·p(O2)＝k逆·c(MbO2)，eq \f(k正,k逆)＝eq \f(cMbO2,cMb·pO2)，而平衡常数K＝eq \f(cMbO2,cMb·pO2)＝eq \f(k正,k逆)。(2)c点时，p(O2)＝4.50 kPa，肌红蛋白的结合度α＝90%，代入平衡常数表达式中可得K＝eq \f(cMbO2,cMb·pO2)＝eq \f(0.9,4.50×1－0.9)kPa－1＝2 kPa－1；K＝eq \f(k正,k逆)，则k正＝K·k逆＝2 kPa－1×60 s－1＝120 s－1·kPa－1。
5．(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<0中，v逆＝k逆·c2()，v正＝k正·
c2(CH2==CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数，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)。
A．k正、k逆均增大，且k正增大的倍数更多
B．k正、k逆均减小，且k正减小的倍数更少
C．k正增大、k逆减小，平衡正向移动
D．k正、k逆均减小，且k逆减小的倍数更少
(2)若在1 L的密闭容器中充入1 ml CH2==CH2(g)和1 ml 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0.875倍，则0～10 min内v(O2)＝________，eq \f(k逆,k正)＝________。
答案 (1)B (2)0.025 ml·L－1·min－1 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，k正、k逆均减小，平衡向放热方向即正向进行，正反应速率大于逆反应速率，因此k正减小的倍数更少。
(2) 2CH2==CH2(g)＋O2(g)2(g)
开始/ml 1 1 0
转化/ml 2x x 2x
平衡/ml 1－2x 1－x 2x
eq \f(1－2x＋1－x＋2x,2)＝0.875，x＝0.25 ml，则0～10 min内v(O2)＝eq \f(Δn,V·Δt)＝eq \f(0.25 ml,1 L×10 min)＝
0.025 ml·L－1·min－1，k逆·c2()＝k正·c2(CH2==CH2)·c(O2)，eq \f(k逆,k正)＝eq \f(\f(0.5,1)2×\f(0.75,1),\f(0.5,1)2)＝0.75。
6．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·ml－1，该反应的速率方程可表示为v正＝k正·c(C2H5OH)和v逆＝k逆·c(CH3OCH3)，k正和k逆只与温度有关。该反应的活化能Ea(正)____(填“>”“＝”或“<”)Ea(逆)，已知：T ℃时，k正＝0.006 s－1，k逆＝0.002 s－1，该温度下向某恒容密闭容器中充入1.5 ml乙醇和4 ml甲醚，此时反应________(填“正向”或“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(正)>Ea(逆)；反应达到平衡时正、逆反应速率相等，即k正·c(C2H5OH)＝k逆·c(CH3OCH3)，所以有eq \f(cCH3OCH3,cC2H5OH)＝eq \f(k正,k逆)＝K，T ℃时，k正＝0.006 s－1，k逆＝0.002 s－1，所以该温度下平衡常数K＝eq \f(0.006 s－1,0.002 s－1)＝3，所以该温度下向某恒容密闭容器中充入1.5 ml乙醇和4 ml甲醚时，浓度商Q＝eq \f(4,1.5)<3，所以此时反应正向进行。
7．(1)将CFe2O4负载在Al2O3上，产氧温度在1 200 ℃，产氢温度在1 000 ℃时，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。
第Ⅰ步：CFe2O4(s)＋3Al2O3(s)CAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋eq \f(1,2)O2(g) ΔH＝a kJ·ml－1
第Ⅱ步：CAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋H2O(g)CFe2O4(s)＋3Al2O3(s)＋H2(g) ΔH＝b kJ·
ml－1
第Ⅱ步反应的v正＝k正·c(H2O)，v逆＝k逆·c(H2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。1 000 ℃时，在体积为1 L的B反应器中加入2 ml H2O发生上述反应，测得H2O(g)和H2物质的量浓度随时间的变化如图2所示，则60 min内，v(CFe2O4)＝________g·min－1(保留2位小数)。a点时，v正∶v逆＝________(填最简整数比)。
(2)在T2 K、1.0×104 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、逆反应速率常数，p为气体的分压(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Kp＝4.5×10－5 kPa－1，则CO转化率为20%时，eq \f(v正,v逆)＝________。
答案 (1)6.27 4 (2)0.8
解析 (1)由图2可知，60 min时Δc(H2O)＝(2.0－0.4)ml·L－1＝1.6 ml·L－1，则Δn(CFe2O4)＝Δn(H2O)＝1.6 ml·L－1×1 L＝1.6 ml，Δm(CFe2O4)＝1.6 ml×235 g·ml－1＝376 g，则
60 min内，v(CFe2O4)＝eq \f(376 g,60 min)≈6.27 g·min－1。由图2可知，反应在60 min时达到平衡状态，v正＝v逆，此时c(H2O)＝0.4 ml·L－1，c(H2)＝1.6 ml·L－1，k正·c(H2O)＝k逆·c(H2)，则eq \f(k正,k逆)＝eq \f(cH2,cH2O)＝eq \f(1.6 ml·L－1,0.4 ml·L－1)＝4，a点c(H2O)＝c(H2)，eq \f(v正,v逆)＝eq \f(k正·cH2O,k逆·cH2)＝eq \f(k正,k逆)＝4。
(2)当反应达到平衡时v正＝v逆，eq \f(k正,k逆)＝eq \f(pCH3CHO,pCH4·pCO)＝Kp＝4.5×10－5 kPa－1；T2 K、1.0×104 kPa时，设起始时n(CH4)＝n(CO)＝1 ml，列三段式：
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
起始/ml 1 1 0
变化/ml 0.2 0.2 0.2
最终/ml 0.8 0.8 0.2
所以p(CH4)＝p(CO)＝eq \f(0.8,1.8)×1.0×104 kPa＝eq \f(4,9)×104 kPa，p(CH3CHO)＝eq \f(0.2,1.8)×1.0×104 kPa＝eq \f(1,9)×104 kPa，
所以v正＝k正·p(CO)·p(CH4)＝k正×eq \f(4,9)×104 kPa×eq \f(4,9)×104 kPa，v逆＝k逆·p(CH3CHO)＝k逆×eq \f(1,9)×
104 kPa，eq \f(v正,v逆)＝eq \f(k正,k逆)×eq \f(pCH4·pCO,pCH3CHO)＝4.5×10－5×eq \f(\f(4,9)×104×\f(4,9)×104,\f(1,9)×104)＝0.8。