資源簡介

專題強化練2　突破速率常數
題組一　速率常數的應用
1.某反應A(g)+B(g) C(g)+D(g)的速率方程為v=k·cm(A)·cn(B),改變反應物濃度時,反應的瞬時速率如下表所示:
c(A)/(mol·L-1) 0.25 0.50 1.00 0.50 1.00 c1
c(B)/(mol·L-1) 0.05 0.05 0.10 0.10 0.20 c2
v/(10-3 mol·L-1·min-1) 1.6 3.2 v1 3.2 v2 4.8
下列說法不正確的是 (　　)
A.表格中的c1=0.75、v2=6.4
B.該反應的速率常數k=6.4×10-3 min-1
C.由以上數據可知濃度對速率的影響是實驗測得的,無法通過化學方程式直接得出
D.升溫、加入催化劑、縮小容積(加壓),使k增大導致反應的瞬時速率加快
2.用O3處理煙氣中NO時發生反應NO(g)+O3(g) NO2(g)+O2(g)。向容積為2 L的密閉容器中充入0.4 mol NO、0.6 mol O3,測得不同溫度下NO的體積分數隨時間的變化如圖所示。已知v正=k正c(NO)·c(O3),
v逆=k逆c(NO2)·c(O2),k正、k逆為速率常數,受溫度影響。下列說法正確的是 (　　)
A.高溫有利于提高容器中NO的平衡轉化率
B.T1溫度下,0~t1 min內的平均速率v(NO)= mol·L-1·min-1
C.M點,k正>3k逆
D.T2溫度下,若向2 L密閉容器中充入0.6 mol NO、0.4 mol O3,達平衡時c(NO2)小于原平衡時c(NO2)
3.在一定條件下,向密閉容器中充入4.0 mol A和8.0 mol B,發生反應2A(g)+6B(g) C(g)+4D(g)。測得相同時間內A的轉化率隨溫度的變化如圖1所示(虛線表示A的平衡轉化率隨溫度的變化);速率常數的對數lgk與溫度的倒數之間的關系如圖2所示。
已知:①對于反應mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x為物質的量分數。
②已知該反應的速率方程v正=k正c2(A)·c6(B),v逆=k逆c(C)·c4(D),k正、k逆是速率常數。下列說法錯誤的是 (　　)
A.正反應的ΔH<0
B.ac線代表k逆,bd線代表k正
C.T0時,該反應的平衡常數Kx=12
D.升高溫度時,k正-k逆增大
題組二　化學平衡常數與速率常數的關系
4.X、Y可發生相互轉化:X(g) Y(g)　ΔH<0,該反應的速率方程為v正=k正c(X)和v逆=k逆c(Y),k正和k逆分別為正、逆反應速率常數。T1 ℃時,在恒容容器中加入X發生上述反應,X、Y的質量分數w隨時間t的變化如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.反應速率:vM(正)>vN(逆)
B.L點反應達到平衡狀態
C.升高溫度,k正減小,k逆增大
D.T2 ℃時發生反應,測得k正=k逆,則T1>T2
5.已知反應2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)　ΔH[速率方程為v=kc2(NO)·c(Br2),k為速率常數],該反應機理可分為兩步:
(1)NO(g)+Br2(g) NOBr2(g)　快[平衡常數Kc=]
(2)NOBr2(g)+NO(g) 2NOBr(g)　慢　[速率方程為v1=k1·c(NO)·c(NOBr2),k1為速率常數,該反應速率近似認為是總反應的速率]。將2 mol NO與1 mol Br2放入1 L的恒溫容器中反應。下列說法錯誤的是 (　　)
A.k=k1Kc
B.反應物消耗一半時的反應速率與反應起始時的反應速率的比是1∶8
C.10 s時反應達平衡,平衡時n(NO)=n(NOBr),則0~10 s內,用NO表示的平均反應速率為0.10 mol·L-1·s-1
D.達到平衡后,若增大壓強,平衡移動的方向與溫度升高平衡移動的方向相反,則ΔH>0
6.某溫度下,在起始壓強為80 kPa的剛性容器中,發生NO的氧化反應:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH,該反應的反應歷程分兩步進行,其速率方程和反應過程中能量變化如下:
①2NO(g) N2O2(g)　=k1正c2(NO)　v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)　v2正=k2正c(N2O2)·c(O2)　v2逆=k2逆c2(NO2)
下列說法正確的是 (　　)
A.NO的氧化反應的決速步的活化能是(E5-E3) kJ·mol-1
B.一定溫度下,2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常數K=
C.升高溫度,NO的氧化反應的化學平衡向正反應方向移動
D.該溫度下,將等物質的量的NO和O2混合發生反應(忽略2NO2 N2O4),NO的平衡轉化率為40%時,該反應的平衡常數Kp= kPa-1
7.回答下列問題:
(1)在T2 K、1.0×104 kPa下,等物質的量的CO與CH4混合發生反應:CO(g)+CH4(g) CH3CHO(g)。v正-v逆=k正p(CO)·p(CH4)-k逆p(CH3CHO),k正、k逆分別為正、逆反應速率常數,p為氣體的分壓(p=氣體總壓×體積分數)。用氣體分壓表示的平衡常數Kp=4.5×10-5 kPa-1,某時刻CO轉化率為20%,=　　　　。
(2)探索氮氧化物反應的特征及機理,對處理該類化合物的污染問題具有重要意義。回答下列問題:
NO2可發生反應生成N2O4,化學方程式為2NO2(g) N2O4(g),上述反應達到平衡后,升高溫度可使體系顏色加深。已知該反應的正反應速率方程為v正=k正·c2(NO2),逆反應速率方程為v逆=k逆·c(N2O4),其中k正、k逆分別為正、逆反應的速率常數。如圖中lg k表示速率常數的對數,A、B、C、D點的縱坐標分別為a+1.5、a+0.5、a-0.5、a-1.5,則溫度為T1 K時化學平衡常數K=　　　　L·mol-1。上述反應達到平衡后,繼續通入一定量的NO2,與原平衡相比,NO2的平衡轉化率將　　　　。
答案與分層梯度式解析
1.D 2.C 3.D 4.A 5.D 6.B
1.D　將題表中數據組從左到右依次編號為1、2、3、4、5、6,第1、2組數據代入速率方程得:1.6×10-3 mol·L-1·min-1=k×(0.25 mol·L-1)m×(0.05 mol·L-1)n、3.2×10-3 mol·L-1·min-1=k×(0.50 mol·L-1)m×(0.05 mol·L-1)n,聯立兩式得m=1;同理,將第2組和第4組數據代入速率方程,可得n=0;將m=1、n=0及第1組數據代入速率方程得1.6×10-3mol·L-1·min-1=k×0.25 mol·L-1,該反應的速率常數k=6.4×10-3 min-1;由以上分析可知反應速率與A的濃度成正比,則,解得c1=0.75,將第5組數據代入速率方程,v2×10-3mol·L-1·min-1=6.4×10-3 min-1×1.00 mol·L-1,解得v2=6.4,A、B正確。由m=1,n=0可知濃度對速率的影響是實驗測得的,無法通過化學方程式直接得出,C正確;速率常數與濃度無關,縮小容積(加壓)不會使k增大,D錯誤。
2.C　T2溫度下先達到化學平衡狀態,故T2>T1,T2溫度下平衡時NO的體積分數比T1溫度下平衡時NO的體積分數大,說明升高溫度,平衡逆向移動,故該反應的正反應為放熱反應,高溫不利于提高容器中NO的平衡轉化率,A錯誤;反應前后體系中氣體的總物質的量不變,則t1 min時,T1溫度下NO減小的物質的量為0.4 mol-0.1×(0.4 mol+0.6 mol)=0.3 mol,所以v(NO)= mol·L-1·min-1,B錯誤;M點對應的時刻為t1 min,可列出三段式:
NO(g)+O3(g) NO2(g)+O2(g)
c始/mol·L-1　　0.2　　0.3　　0　　0
Δc/mol·L-1　　0.15　　0.15　　0.15　　0.15
/mol·L-1　　0.05　　0.15　　0.15　　0.15
由于未達到平衡狀態且反應正向進行中,故v正>v逆,即k正×0.05 mol·L-1×0.15 mol·L-1>k逆×0.15 mol·L-1×0.15 mol·L-1,則k正>3k逆,C正確;原平衡是T2溫度下向2 L的密閉容器中充入0.4 mol NO、0.6 mol O3達到的平衡狀態,由于NO和O3按物質的量之比為1∶1反應,若向2 L密閉容器中充入0.6 mol NO、0.4 mol O3,達平衡時產生NO2的物質的量相同,故達平衡時c(NO2)也等于原平衡時的c(NO2),D錯誤。
3.D　由題圖可知,隨溫度升高,A的平衡轉化率降低,則升溫平衡逆向移動,正反應為放熱反應,ΔH<0,A正確;升高溫度平衡逆向移動,說明k正隨溫度變化比k逆隨溫度變化慢,bd線的斜率小于ac線的斜率,所以ac線代表k逆,bd線代表k正,B正確;T0時A的平衡轉化率為40%,A轉化的物質的量為4.0 mol×40%=1.6 mol,列三段式:
2A(g)+6B(g) C(g)+4D(g)
起始/mol　　4　　8　　0　　0
轉化/mol　　1.6　　4.8　　0.8　　3.2
平衡/mol　　2.4　　3.2　　0.8　　3.2
該反應的平衡常數Kx==12,C正確;正反應放熱,升高溫度平衡逆向移動,說明溫度對逆反應速率的影響大于對正反應速率的影響,升高溫度時,k正-k逆減小,D錯誤。
4.A　N點未達到平衡狀態且反應正向進行中,則vN(正)>vN(逆),因為反應過程中,正反應速率不斷減小,所以vM(正)>vN(正)>vN(逆),A正確;L點后X的質量分數還在減小,所以L點反應未達到平衡狀態,B錯誤;升高溫度,正、逆反應速率均增大,k正和k逆均增大,C錯誤;T1 ℃時反應達到平衡狀態后,X的質量分數為30%,則Y的質量分數為1-30%=70%,又因為X(g) Y(g),所以M(X)=M(Y),那么X、Y的物質的量分數分別為30%、70%,平衡常數K=,若T2 ℃時k正=k逆,平衡時,k正c平(X)=k逆c平(Y)則平衡常數K==1,又因反應為放熱反應,則升高溫度,K減小,故T2>T1,D錯誤。
名師點睛
正、逆反應的速率常數與平衡常數的關系
對于反應:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆cc(C)·cd(D),平衡常數K=,反應達到平衡時v正=v逆,平衡常數K=。
5.D　由Kc=可得c平(NOBr2)=Kc×c平(NO)·c平(Br2),則平衡時v1=k1Kcc2(NO)×c(Br2),反應2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)可由反應(1)+(2)得到,由于反應(1)快,反應(2)慢,總反應速率由反應(2)決定,v=v1=kc2(NO)·c(Br2)=k1Kcc2(NO)×c(Br2),得出k=k1Kc,A正確;v=kc2(NO)c(Br2),反應物消耗一半時剩余物質濃度均為起始時的一半,v'=k[c(NO)始]2×c(Br2)始,此時反應速率與反應起始時的反應速率的比是1∶8,B正確;設平衡時Br2轉化的濃度為x mol·L-1,列三段式:
2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g)
c(起始)/mol·L-1　　2　　1　　0
c(轉化)/mol·L-1　　2x　　x　　2x
c(平衡)/mol·L-1　　2-2x　　1-x　　2x
平衡時n(NO)=n(NOBr),則2-2x=2x,x=0.5,則0~10 s內,v(NO)==0.10 mol·L-1·s-1,C正確;增大壓強,平衡正向移動,若溫度升高平衡逆向移動,則ΔH<0,D錯誤。
6.B　總反應速率取決于慢反應,活化能越大反應越慢,根據題圖可知活化能大的反應為第二步反應,其活化能為(E4-E2) kJ·mol-1,A錯誤;2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常數K=,而對于反應①平衡時正、逆反應速率相等,即c2(NO)=k1逆c(N2O2),所以反應①的平衡常數K1=,同理可得反應②的平衡常數K2=,所以K=K1·K2=,B正確;根據題圖可知NO的氧化反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,C錯誤;設NO和O2的物質的量均為a mol,NO的平衡轉化率為40%,列三段式:
　　　　　　2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)
起始(mol)　　a　　a　　0
轉化(mol)　　0.4a　　0.2a　　0.4a
平衡(mol)　　0.6a　　0.8a　　0.4a
剛性容器中氣體的壓強之比等于物質的量之比,起始氣體的總物質的量為2a mol,壓強為80 kPa,則平衡時壓強為×80 kPa=72 kPa,p(NO)=24 kPa,p(O2)=32 kPa,p(NO2)=16 kPa,Kp= kPa-1,D錯誤。
7.答案　(1)0.8　(2)10　增大
解析　(1)當反應達到平衡時v正=v逆,則=Kp=4.5×10-5 kPa-1,T2 K、1.0×104 kPa時,設起始時n(CH4)=n(CO)=1 mol,列三段式如下:
　　　　　　　CO(g)+CH4(g) CH3CHO(g)
起始量/mol　　1　　1　　0
變化量/mol　　0.2　　0.2　　0.2
某時刻量/mol　　0.8　　0.8　　0.2
所以p(CH4)=p(CO)=×1.0×104 kPa=×104 kPa,p(CH3CHO)=×1.0×104 kPa=×104 kPa,v正=k正p(CO)·p(CH4)=k正×(×104 kPa)2,v逆=k逆p(CH3CHO)=k逆××104 kPa,×=4.5×10-5 kPa-1× kPa=0.8。
(2)升高溫度體系顏色加深,平衡逆向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0。隨著溫度下降,增大,正、逆反應速率均下降,則lg k正和lg k逆均減小,由于溫度下降平衡正移,v正>v逆,則下降相同溫度時lg k逆減小更快,則表示lg k正隨變化關系的是③,表示lg k逆隨變化關系的是④。溫度為T1 K時lg k正-lg k逆=(a-0.5)-(a-1.5)=1,化學平衡常數K==10 L·mol-1;題述反應達到平衡后,繼續通入一定量的NO2,相當于增大壓強,平衡正向移動,則NO2的平衡轉化率增大。
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