新教材2024高考化学二轮专题复习专题13化学反应原理综合考查考点3反应速率常数化学平衡常数的计算教师用书

考点3反应速率常数、化学平衡常数的计算核心梳理1.速率常数(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，k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。(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＝＝，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝。2．化学平衡常数表达式(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式，但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。(2)Kp含义及表达式①Kp含义：有气体参与的反应，在化学平衡体系中，各气体物质的平衡分压替代平衡浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。②表达式对于一般可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时其压强平衡常数Kp可表示为Kp＝其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反应物和生成物的分压，用平衡分压可以这样计算：分压＝总压×物质的量分数。p(总)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)；＝＝。(3)Kx含义：在化学平衡体系中，各物质的物质的量分数替代平衡浓度，计算的平衡常数。3．转化率、产率及分压的计算反应物转化率＝×100%生成物的产率＝×100%典题精研考向1速率常数的计算与应用例3某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝________；实验1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q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.提高正反应速率练3T℃时，2NO2(g)⇌N2O4(g)，该反应正、逆反应速率与浓度的关系为：v正＝k正c2(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)(k正、k逆这是速率常数)。(1)图中表示lgv逆～lgc(N2O4)的线是________(填“m”或“n”)(2)T℃时，向刚性容器中充入一定量NO2气体，平衡后测得c(N2O4)为1.0mol·L－1，则平衡时，v正＝________(用含a的表达式表示)。(3)T℃时，向2L的容器中充入5molN2O4气体和1molNO2气体，此时v正________v逆(填“>”“＜”或“＝”)。考向2平衡常数的计算与应用例4[2023·全国乙卷]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题：(1)在N2气氛中，FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示：根据上述实验结果，可知x＝____________，y＝____________。(2)已知下列热化学方程式：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则FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)＝2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH＝________。(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。平衡时T的关系如下图所示。660K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时＝________(用、表示)。在929K时，p总＝＝35.7kPa，则＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。练4一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：(1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃时平衡常数K′p＝1.0×104Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8℃，碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则pICl＝________kPa，反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝________________________________________________________________________(列出计算式即可)。(2)McMorris测定和计算了在136～180℃范围内下列反应的平衡常数Kp：2NO(g)＋2ICl(g)⇌2NOCl(g)＋I2(g)Kp12NOCl(g)⇌2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～和lgKp2～均为线性关系，如下图所示：①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。②反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[例3]解析：将实验1、3中数据分别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。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，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。答案：－1a[练3]解析：(1)v正＝k正c2(NO2)，则lgv正＝lgk正＋2lgc(NO2)，v逆＝k逆c(N2O4)，则lgv逆＝lgk逆＋lgc(N2O4)，lgv逆～lgc(N2O4)的线斜率较小，则图中表示lgv逆lgc(N2O4)的线是n；(2)由①可知，图中表示lgv逆～lgc(N2O4)的线是n，则lgk逆＝a，k逆＝10a，lgk正＝a＋2，k正＝10a＋2，反应达平衡时，v逆＝v正，即k正c2(NO2)＝k逆c(N2O4)，＝，该反应的平衡常数K＝＝＝100，设T℃时，向刚性容器中充入xmol·L－1NO2，平衡后测得c(N2O4)为1.0mol·L－1，列出三段式：2NO2(g)⇌N2O4(g)起始/(mol·L－1)x0变化/(mol·L－1)21平衡/(mol·L－1)x－21K＝＝100，x＝2.1，则平衡时，NO2的浓度为0.1mol·L－1，v正＝k正c2(NO2)＝10a＋2×0.12＝10a；(3)T℃时，向2L的容器中充入5molN2O4气体和1molNO2气体，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)由图中信息可知，当失重比为19.4%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·xH2O，则＝19.4%，解得x＝4；当失重比为38.8%时，FeSO4·7H2O转化为FeSO4·yH2O，则＝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根据盖斯定律可知，①＋③－②×2可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·yH2O(s)=2(FeSO4·xH2O)(s)，则ΔH＝(a＋c－2b)kJ·mol－1。(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)⇌Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时T的关系图可知，660K时＝1.5kPa，则＝1.5kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5kPa×1.5kPa＝2.25(kPa)2。由图中信息可知随着温度升高而增大，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)⇌2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，在同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时＝，则＝，因此，平衡时＝。在929K时，p总＝84.6kPa、＝35.7kPa，则＝p总、＝，联立方程组消去，可得＝4p总，代入相关数据可求出＝46.26kPa，则＝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[练4]解析：(1)结合BaPtCl6(s)⇌BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)可得376.8℃时K′p＝1.0×104Pa2＝p2(Cl2)，则平衡时p(Cl2)＝Pa＝1.0×102Pa＝0.1kPa。相同温度、相同容积下，气体物质的量之比等于压强之比，设平衡时I2减小的压强为xkPa，根据三段式法得I2(g)＋Cl2(g)⇌2ICl(g)起始压强/(kPa):20.00转化压强/(kPa):xx2x平衡压强/(kPa):20.0－x0.12x根据平衡时总压强为32.5kPa得(20.0－x)＋0.1＋2x＝32.5，解得x＝12.4，则平衡时pICl＝12.4kPa×2＝24.8kPa。结合上述分析可知反应2ICl(g)⇌I2(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝＝[或]。(2)①结合图像lgKp2～×103可知，随横坐标逐渐增大，即温度逐渐降低，lgKp2逐渐减小，即平衡逆向移动，说明该反应的正反应为吸热反应，即ΔH大于0。②结合题中信息可知Kp1＝、Kp2＝，故反应2ICl(g)⇌I2(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝＝Kp1·Kp2。设T′>T，即<，据图可知：lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，则lgKp2(T′)＋lgKp1(T′)>lgKp2(T)＋lgKp1(T)，即lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)