新教材2024高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)專題13化學(xué)反應(yīng)原理綜合考查考點(diǎn)3反應(yīng)速率常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算教師用書

考點(diǎn)3反應(yīng)速率常數(shù)、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算核心梳理1.速率常數(shù)(1)假設(shè)基元反應(yīng)(能夠一步完成的反應(yīng))為aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，其速率可表示為v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k稱為反應(yīng)速率常數(shù)或速率常數(shù)，k與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響，通常反應(yīng)速率常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行得越快。(2)正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)與平衡常數(shù)的關(guān)系對(duì)于基元反應(yīng)aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常數(shù)K＝＝，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)v正＝v逆，故K＝。2．化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式(1)不要把反應(yīng)體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式，但在非水溶液中，若有水參加或生成，則此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù)，應(yīng)寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式中。(2)Kp含義及表達(dá)式①Kp含義：有氣體參與的反應(yīng)，在化學(xué)平衡體系中，各氣體物質(zhì)的平衡分壓替代平衡濃度，計(jì)算的平衡常數(shù)叫壓強(qiáng)平衡常數(shù)。②表達(dá)式對(duì)于一般可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，當(dāng)在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)其壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp可表示為Kp＝其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反應(yīng)物和生成物的分壓，用平衡分壓可以這樣計(jì)算：分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。p(總)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)；＝＝。(3)Kx含義：在化學(xué)平衡體系中，各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)替代平衡濃度，計(jì)算的平衡常數(shù)。3．轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率及分壓的計(jì)算反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率＝×100%生成物的產(chǎn)率＝×100%典題精研考向1速率常數(shù)的計(jì)算與應(yīng)用例3某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________；實(shí)驗(yàn)1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q在合成氨過程中，需要不斷分離出氨的原因?yàn)開_______。a.有利于平衡正向移動(dòng)b.防止催化劑中毒c.提高正反應(yīng)速率練3T℃時(shí)，2NO2(g)?N2O4(g)，該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系為：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)(k正、k逆這是速率常數(shù))。(1)圖中表示lgv逆～lgc(N2O4)的線是________(填“m”或“n”)(2)T℃時(shí)，向剛性容器中充入一定量NO2氣體，平衡后測(cè)得c(N2O4)為1.0mol·L－1，則平衡時(shí)，v正＝________(用含a的表達(dá)式表示)。(3)T℃時(shí)，向2L的容器中充入5molN2O4氣體和1molNO2氣體，此時(shí)v正________v逆(填“>”“＜”或“＝”)。考向2平衡常數(shù)的計(jì)算與應(yīng)用例4[2023·全國乙卷]硫酸亞鐵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多用途，如可用作農(nóng)藥防治小麥黑穗病，制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等?；卮鹣铝袉栴}：(1)在N2氣氛中，F(xiàn)eSO4·7H2O的脫水熱分解過程如圖所示：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知x＝____________，y＝____________。(2)已知下列熱化學(xué)方程式：FeSO4·7H2O(s)=FeSO4(s)＋7H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1FeSO4·xH2O(s)=FeSO4(s)＋xH2O(g)ΔH2＝bkJ·mol－1FeSO4·yH2O(s)=FeSO4(s)＋yH2O(g)ΔH3＝ckJ·mol－1則FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)＝2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH＝________。(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中，升高溫度發(fā)生分解反應(yīng)：2FeSO4(s)?Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡時(shí)T的關(guān)系如下圖所示。660K時(shí)，該反應(yīng)的平衡總壓p總＝________kPa、平衡常數(shù)Kp(Ⅰ)=________(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應(yīng)溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)提高溫度，上述容器中進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)2SO3(g)?2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡時(shí)＝________(用、表示)。在929K時(shí)，p總＝＝35.7kPa，則＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出計(jì)算式)。練4一氯化碘(ICl)是一種鹵素互化物，具有強(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：(1)氯鉑酸鋇(BaPtCl6)固體加熱時(shí)部分分解為BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃時(shí)平衡常數(shù)K′p＝1.0×104Pa2。在一硬質(zhì)玻璃燒瓶中加入過量BaPtCl6，抽真空后，通過一支管通入碘蒸氣(然后將支管封閉)。在376.8℃，碘蒸氣初始?jí)簭?qiáng)為20.0kPa。376.8℃平衡時(shí)，測(cè)得燒瓶中壓強(qiáng)為32.5kPa，則pICl＝________kPa，反應(yīng)2ICl(g)=Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝________________________________________________________________________(列出計(jì)算式即可)。(2)McMorris測(cè)定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp：2NO(g)＋2ICl(g)?2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)Kp12NOCl(g)?2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～和lgKp2～均為線性關(guān)系，如下圖所示：①由圖可知，NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。②反應(yīng)2ICl(g)=Cl2(g)＋I(xiàn)2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；該反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，寫出推理過程________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[例3]解析：將實(shí)驗(yàn)1、3中數(shù)據(jù)分別代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，可得γ＝－1。合成氨過程中，不斷分離出氨，即降低體系中c(NH3)，生成物濃度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但不會(huì)提高正反應(yīng)速率，a正確，c錯(cuò)誤；反應(yīng)主產(chǎn)物即氨不能使催化劑中毒，b錯(cuò)誤。答案：－1a[練3]解析：(1)v正＝k正c2(NO2)，則lgv正＝lgk正＋2lgc(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)，則lgv逆＝lgk逆＋lgc(N2O4)，lgv逆～lgc(N2O4)的線斜率較小，則圖中表示lgv逆lgc(N2O4)的線是n；(2)由①可知，圖中表示lgv逆～lgc(N2O4)的線是n，則lgk逆＝a，k逆＝10a，lgk正＝a＋2，k正＝10a＋2，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，v逆＝v正，即k正c2(NO2)＝k逆c(N2O4)，＝，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝100，設(shè)T℃時(shí)，向剛性容器中充入xmol·L－1NO2，平衡后測(cè)得c(N2O4)為1.0mol·L－1，列出三段式：2NO2(g)?N2O4(g)起始/(mol·L－1)x0變化/(mol·L－1)21平衡/(mol·L－1)x－21K＝＝100，x＝2.1，則平衡時(shí)，NO2的濃度為0.1mol·L－1，v正＝k正c2(NO2)＝10a＋2×0.12＝10a；(3)T℃時(shí)，向2L的容器中充入5molN2O4氣體和1molNO2氣體，c(N2O4)＝＝2.5mol·L－1，c(NO2)＝＝0.5mol·L－1，v正＝10a＋2×0.52＝2.5×10a＋1，v逆＝10a×2.5＝2.5×10a，v正＞v逆。答案：(1)n(2)10a(3)＞[例4]解析：(1)由圖中信息可知，當(dāng)失重比為19.4%時(shí)，F(xiàn)eSO4·7H2O轉(zhuǎn)化為FeSO4·xH2O，則＝19.4%，解得x＝4；當(dāng)失重比為38.8%時(shí)，F(xiàn)eSO4·7H2O轉(zhuǎn)化為FeSO4·yH2O，則＝38.8%，解得y＝1。(2)①FeSO4·7H2O(s)=FeSO4(s)＋7H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1②FeSO4·xH2O(s)=FeSO4(s)＋xH2O(g)ΔH2＝bkJ·mol－1③FeSO4·yH2O(s)=FeSO4(s)＋yH2O(g)ΔH3＝ckJ·mol－1根據(jù)蓋斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)=2(FeSO4·xH2O)(s)，則ΔH＝(a＋c－2b)kJ·mol－1。(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中，升高溫度發(fā)生分解反應(yīng)：2FeSO4(s)?Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。由平衡時(shí)T的關(guān)系圖可知，660K時(shí)＝1.5kPa，則＝1.5kPa，因此，該反應(yīng)的平衡總壓p總＝3kPa、平衡常數(shù)Kp(Ⅰ)＝1.5kPa×1.5kPa＝2.25(kPa)2。由圖中信息可知隨著溫度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)隨反應(yīng)溫度升高而增大。(4)提高溫度，上述容器中進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)2SO3(g)?2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同溫同壓下，不同氣體的物質(zhì)的量之比等于其分壓之比，由于僅發(fā)生反應(yīng)(Ⅰ)時(shí)＝，則＝，因此，平衡時(shí)＝。在929K時(shí)，p總＝84.6kPa、＝35.7kPa，則＝p總、＝，聯(lián)立方程組消去，可得＝4p總，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可求出＝46.26kPa，則＝84.6kPa－35.7kPa－46.26kPa＝2.64kPa，Kp(Ⅱ)＝＝kPa。答案：(1)41(2)(a＋c－2b)(3)32.25增大46.26[練4]解析：(1)結(jié)合BaPtCl6(s)?BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)可得376.8℃時(shí)K′p＝1.0×104Pa2＝p2(Cl2)，則平衡時(shí)p(Cl2)＝Pa＝1.0×102Pa＝0.1kPa。相同溫度、相同容積下，氣體物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，設(shè)平衡時(shí)I2減小的壓強(qiáng)為xkPa，根據(jù)三段式法得I2(g)＋Cl2(g)?2ICl(g)起始?jí)簭?qiáng)/(kPa):20.00轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)/(kPa):xx2x平衡壓強(qiáng)/(kPa):20.0－x0.12x根據(jù)平衡時(shí)總壓強(qiáng)為32.5kPa得(20.0－x)＋0.1＋2x＝32.5，解得x＝12.4，則平衡時(shí)pICl＝12.4kPa×2＝24.8kPa。結(jié)合上述分析可知反應(yīng)2ICl(g)?I2(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)K＝＝[或]。(2)①結(jié)合圖像lgKp2～×103可知，隨橫坐標(biāo)逐漸增大，即溫度逐漸降低，lgKp2逐漸減小，即平衡逆向移動(dòng)，說明該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH大于0。②結(jié)合題中信息可知Kp1＝、Kp2＝，故反應(yīng)2ICl(g)?I2(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)K＝＝Kp1·Kp2。設(shè)T′>T，即<，據(jù)圖可知：lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，則lgKp2(T′)＋lgKp1(T′)>lgKp2(T)＋lgKp1(T)，即lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)