速率常数与压强平衡常数的综合分析

速率常数与压强平衡常数的综合分析一、选择题:本题包括4小题,每小题只有1个选项符合题意。1.反应C(s)+2H2(g)CH4(g)在1000K时Kp=9955.75kPa-1。当总压为101kPa,气体组成是H270%,CH420%,N210%时,上述反应()A.正向移动 B.逆向移动C.达到平衡 D.不一定2.已知反应2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)生成N2的初始速率与NO、H2的初始浓度的关系为v=kcx(NO)·cy(H2),k为速率常数。在800℃时测得的相关数据如表所示。实验数据初始浓度生成cc12.00×10-36.00×10-31.92×10-321.00×10-36.00×10-34.80×10-432.00×10-33.00×10-39.60×10-4下列说法不正确的是()A.关系式中x=1、y=2B.800℃时,k的值为8×104C.若800℃时,初始浓度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,则生成N2的初始速率为5.12×10-3mol·L-1·s-1D.当其他条件不变时,升高温度,速率常数将增大3.用焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1molNO2和足量C(s)发生该反应,测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示。(已知Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)下列说法正确的是()A.A、B两点的浓度平衡常数关系:Kc(A)<Kc(B)B.A、B、C三点中NO2的转化率最高的是B点C.C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)=2MPaD.增大c(NO2),NO2的转化率增大4.t℃时,在两个起始容积都为1L的恒温密闭容器中发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH<0,实验测得:v(正)=v(H2)消耗=v(I2)消耗=k正·c(H2)·c(I2),v(逆)=v(HI)消耗=k逆·c2(HI),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是()容器物质的起始浓度物质的平衡浓度c(H2)c(I2)c(HI)c(I2)Ⅰ(恒容)0.10.100.07Ⅱ(恒压)000.8A.平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶1B.平衡时,容器Ⅱ中c(I2)>0.28mol·L-1C.t℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数为K=k正D.平衡时,向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI,此时v(正)>v(逆)二、非选择题:本题包括2小题。5.(2022陕西榆林模拟)(1)已知几种物质的燃烧热数据如下:物质CH4(g)C2H2(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热(-890.3-1299.5-1411.0-285.8实验测得2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的速率方程:v(正)=k正c2(CH4),v(逆)=k逆c(C2H2)·c3(H2)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。T1℃下反应达到平衡时k正=1.5k逆,T2℃下反应达到平衡时k正=3k逆。由此推知,T1(填“>”“<”或“=”)T2。

(2)一定温度下,总压强恒定为121kPa时,向密闭容器中充入由CH4和N2组成的混合气体(N2不参与反应),同时发生反应1:2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)ΔH1和反应2:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)ΔH2,测得CH4的平衡转化率与通入气体中CH4的物质的量分数的关系如图。①图中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是

。

②已知M点对应乙炔的选择性为75%[提示:乙炔的选择性=n(C2H2)n提示:用平衡时气体分压计算的平衡常数为Kp,气体分压等于气体总压×气体的物质的量分数。6.(2022四川遂宁检测)丙烯是重要的有机化工原料,丙烷脱氢是工业生产丙烯的重要途径。回答下列相关问题:(1)已知:Ⅰ.2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)ΔH1=-238kJ·mol-1Ⅱ.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH2=-484kJ·mol-1则丙烷脱氢制丙烯反应C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的ΔH为kJ·mol-1。

(2)一定温度下,向1L的密闭容器中充入1molC3H8发生脱氢反应,经过10min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.5倍。①0~10min丙烷的化学反应速率v(C3H8)=mol·L-1·min-1。

②下列情况能说明该反应达到平衡状态的是(填字母)。

A.ΔH不变B.C3H8与H2的物质的量之比保持不变C.混合气体密度不变D.混合气体的总压强不变(3)一定温度下,向恒容密闭容器中充入1molC3H8,开始压强为pkPa,C3H8的气体体积分数与反应时间的关系如图所示:①此温度下该反应的平衡常数Kp=(用含字母p的代数式表示,Kp是用反应体系中气体物质的分压表示的平衡常数,平衡分压=总压×体积分数)。

②已知该反应过程中,v(正)=k正p(C3H8),v(逆)=k逆p(C3H6)·p(H2),其中k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则图中m点处v(正)v(逆)

热点专项练6速率常数与压强平衡常数的综合分析1.A解析:Qp=p(CH4)p2(H2)=20%×101(70%×101)2.A解析:由实验数据1和2可知,c(H2)不变,c(NO)扩大1倍,反应速率扩大为原来的4倍,则x=2,由实验数据1和3可知,c(NO)不变,c(H2)扩大1倍,反应速率也扩大1倍,则y=1,A项错误;根据数据1可知800℃时,k的值为1.92×10-3c2(NO)·c(H2)=1.92×10-3(2.00×10-3)2×6.00×10-3=8×104,B项正确;若800℃时,初始浓度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,则生成N2的初始速率v=kc2(NO)·c(H2)=[8×104×(4.00×103.C解析:平衡常数只与温度有关,由于温度不变,平衡常数不变,Kc(A)=Kc(B),A错误;增大压强,平衡左移,NO2的转化率降低,所以A、B、C三点中压强最小的A点转化率最大,B错误;由焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1molNO2和足量C发生反应在C点时,NO2和CO2的物质的量浓度相等,可知此时反应体系中n(NO2)=0.5mol,n(N2)=0.25mol,n(CO2)=0.5mol,则三种物质的分压分别为:p(NO2)=p(CO2)=10MPa×0.5mol0.5mol+0.25mol+0.5mol=4MPa,p(N2)=2MPa,C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)=2×4242MPa=2MPa,C正确;4.C解析:H2(g)+I2(g)2HI(g),反应前后气体分子总数不变,容器Ⅰ、Ⅱ等温等体积,则气体压强之比为物质的量之比,从投料看,容器Ⅱ的量为容器Ⅰ的4倍,故平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为1∶4,故A错误;结合反应特点和投料看,容器Ⅰ、Ⅱ的平衡为等效平衡,则平衡时容器Ⅰ中c(I2)=0.07mol·L-1,Ⅱ中c(I2)=0.28mol·L-1,故B错误;平衡时,v(正)=v(逆),已知v(正)=v(H2)消耗=v(I2)消耗=k正c(H2)·c(I2),v(逆)=v(HI)消耗=k逆c2(HI),则平衡时,k正c(H2)·c(I2)=k逆c2(HI),则t℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=c2(HI)c(H2)·c(I2)=k正k逆,故C正确;平衡时,向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI,Qc=0.5.答案:(1)<(2)①反应1和2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动②2.5解析:(1)平衡时正、逆反应速率相等,则v(正)v(逆)=k正c2(CH4)k逆c(C2H2)·c3(H2)=1,T1℃下反应达到平衡时k正=1.5k逆,可得c(C2H2)·c3(H2)c2(CH4)=1.5,T2℃下反应达到平衡时k正=3k逆,可得c(C2H2)·c3(H2)c2(CH4)=3,对于反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的平衡常数表达式K=c(C2H2)·c(2)①题图中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是:反应1和2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动;②由题图可知CH4的平衡转化率为40%,通入气体中CH4的物质的量分数为0.6,假设投入CH4和N2组成的混合气体为1mol,则CH4的物质的量为0.6mol,平衡转化的CH4为0.6mol×40%=0.24mol,2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)起始量/mol 0.6 0 0变化量/mol 2x x 3x平衡量/mol 0.36 x 3x+2y2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)起始量/mol 0.6 0 0变化量/mol 2y y 2y平衡量/mol 0.36 y 3x+2y可得2x+2y=0.24,M点对应的乙炔的选择性为75%,则n(C2H2)n(C2H2)+n(C2H4)×100%=xx+y×100%=75%,解得x=0.09,y=0.03,还有不反应的0.4mol氮气,平衡时总物质的量为0.36mol+0.09mol+0.27mol+0.06mol+0.03mol+0.46.答案:(1)+123(2)①0.05②BD(3)①0.9pkPa②5.4解析:(1)根据盖斯定律,由(Ⅰ-Ⅱ)÷2可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g),则ΔH=12(ΔH1-ΔH2)=12×[-238kJ·mol-1-(-484kJ·mol-1)]=+123kJ·mol-1(2)①向1L的密闭容器中充入1molC3H8发生脱氢反应,经过10min达到平衡状态,测得平衡时气体压强是开始的1.5倍,相同温度下,气体的物质的量之比等于压强之比,则平衡时气体的总物质的量为1.5mol,设参加反应的C3H8的物质的量为xmol,则平衡时C3H8、H2、C3H6的物质的量分别为(1-x)mol、xmol、xmol,则有1-x+x+x=1.5,解得x=0.5,即参加反应的C3H8的物质的量为0.5mol,v(C3H8)=0.5mol1L×10min=0.05mol·L-1·min-1。②该反应的ΔH恒定,因此ΔH不变不能说明反应达到平衡状态,A不符合题意;C3H8与H2的物质的量之比保持不变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,B符合题意;反应前后气体的质量不变,容器的容积不变,则气体的密度始终不变,因此混合气体密度不变,不能说明反应达到平衡状态,C不符合题意;该反应是气体体积增大的反应,(3)①由题图可知,反应达到平衡状态时C3H8的体积分数为25%,设C3H8反应了xmol,则平衡时,C3H8的物质的量为(1-x)mol,C3H6的物质的量为xmol,H2的物质的量为xmol,则1-x1+x×100%=25%,解得x=0.6,总物质的量为1.6mol,恒温恒容条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,平衡时气体的压强为1.6pkPa,p(C3H8)=0.4mol1.6mol×1.6pkPa=0.4pkPa,p(C3H6)=p(H2)