速率常數(shù)與壓強平衡常數(shù)的綜合分析

速率常數(shù)與壓強平衡常數(shù)的綜合分析一、選擇題:本題包括4小題,每小題只有1個選項符合題意。1.反應C(s)+2H2(g)CH4(g)在1000K時Kp=9955.75kPa-1。當總壓為101kPa,氣體組成是H270%,CH420%,N210%時,上述反應()A.正向移動 B.逆向移動C.達到平衡 D.不一定2.已知反應2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)生成N2的初始速率與NO、H2的初始濃度的關系為v=kcx(NO)·cy(H2),k為速率常數(shù)。在800℃時測得的相關數(shù)據(jù)如表所示。實驗數(shù)據(jù)初始濃度生成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下列說法不正確的是()A.關系式中x=1、y=2B.800℃時,k的值為8×104C.若800℃時,初始濃度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,則生成N2的初始速率為5.12×10-3mol·L-1·s-1D.當其他條件不變時,升高溫度,速率常數(shù)將增大3.用焦炭還原NO2的反應為2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒溫條件下,1molNO2和足量C(s)發(fā)生該反應,測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓的關系如圖所示。(已知Kp用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數(shù))下列說法正確的是()A.A、B兩點的濃度平衡常數(shù)關系:Kc(A)<Kc(B)B.A、B、C三點中NO2的轉化率最高的是B點C.C點時該反應的壓強平衡常數(shù)Kp(C)=2MPaD.增大c(NO2),NO2的轉化率增大4.t℃時,在兩個起始容積都為1L的恒溫密閉容器中發(fā)生反應:H2(g)+I2(g)2HI(g)ΔH<0,實驗測得: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逆為速率常數(shù),受溫度影響。下列說法正確的是()容器物質的起始濃度物質的平衡濃度c(H2)c(I2)c(HI)c(I2)Ⅰ(恒容)0.10.100.07Ⅱ(恒壓)000.8A.平衡時,容器Ⅰ與容器Ⅱ中的總壓強之比為4∶1B.平衡時,容器Ⅱ中c(I2)>0.28mol·L-1C.t℃時,反應H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常數(shù)為K=k正D.平衡時,向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI,此時v(正)>v(逆)二、非選擇題:本題包括2小題。5.(2022陜西榆林模擬)(1)已知幾種物質的燃燒熱數(shù)據(jù)如下:物質CH4(g)C2H2(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱(-890.3-1299.5-1411.0-285.8實驗測得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逆分別為正、逆反應速率常數(shù),只與溫度、催化劑有關)。T1℃下反應達到平衡時k正=1.5k逆,T2℃下反應達到平衡時k正=3k逆。由此推知,T1(填“>”“<”或“=”)T2。

(2)一定溫度下,總壓強恒定為121kPa時,向密閉容器中充入由CH4和N2組成的混合氣體(N2不參與反應),同時發(fā)生反應1:2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)ΔH1和反應2:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)ΔH2,測得CH4的平衡轉化率與通入氣體中CH4的物質的量分數(shù)的關系如圖。①圖中,隨著通入氣體中CH4的物質的量分數(shù)增大,甲烷的平衡轉化率降低的主要原因是

。

②已知M點對應乙炔的選擇性為75%[提示:乙炔的選擇性=n(C2H2)n提示:用平衡時氣體分壓計算的平衡常數(shù)為Kp,氣體分壓等于氣體總壓×氣體的物質的量分數(shù)。6.(2022四川遂寧檢測)丙烯是重要的有機化工原料,丙烷脫氫是工業(yè)生產(chǎn)丙烯的重要途徑。回答下列相關問題:(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則丙烷脫氫制丙烯反應C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)的ΔH為kJ·mol-1。

(2)一定溫度下,向1L的密閉容器中充入1molC3H8發(fā)生脫氫反應,經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài),測得平衡時氣體壓強是開始的1.5倍。①0~10min丙烷的化學反應速率v(C3H8)=mol·L-1·min-1。

②下列情況能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.ΔH不變B.C3H8與H2的物質的量之比保持不變C.混合氣體密度不變D.混合氣體的總壓強不變(3)一定溫度下,向恒容密閉容器中充入1molC3H8,開始壓強為pkPa,C3H8的氣體體積分數(shù)與反應時間的關系如圖所示:①此溫度下該反應的平衡常數(shù)Kp=(用含字母p的代數(shù)式表示,Kp是用反應體系中氣體物質的分壓表示的平衡常數(shù),平衡分壓=總壓×體積分數(shù))。

②已知該反應過程中,v(正)=k正p(C3H8),v(逆)=k逆p(C3H6)·p(H2),其中k正、k逆為速率常數(shù),只與溫度有關,則圖中m點處v(正)v(逆)

熱點專項練6速率常數(shù)與壓強平衡常數(shù)的綜合分析1.A解析:Qp=p(CH4)p2(H2)=20%×101(70%×101)2.A解析:由實驗數(shù)據(jù)1和2可知,c(H2)不變,c(NO)擴大1倍,反應速率擴大為原來的4倍,則x=2,由實驗數(shù)據(jù)1和3可知,c(NO)不變,c(H2)擴大1倍,反應速率也擴大1倍,則y=1,A項錯誤;根據(jù)數(shù)據(jù)1可知800℃時,k的值為1.92×10-3c2(NO)·c(H2)=1.92×10-3(2.00×10-3)2×6.00×10-3=8×104,B項正確;若800℃時,初始濃度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3mol·L-1,則生成N2的初始速率v=kc2(NO)·c(H2)=[8×104×(4.00×103.C解析:平衡常數(shù)只與溫度有關,由于溫度不變,平衡常數(shù)不變,Kc(A)=Kc(B),A錯誤;增大壓強,平衡左移,NO2的轉化率降低,所以A、B、C三點中壓強最小的A點轉化率最大,B錯誤;由焦炭還原NO2的反應為2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g),在恒溫條件下,1molNO2和足量C發(fā)生反應在C點時,NO2和CO2的物質的量濃度相等,可知此時反應體系中n(NO2)=0.5mol,n(N2)=0.25mol,n(CO2)=0.5mol,則三種物質的分壓分別為:p(NO2)=p(CO2)=10MPa×0.5mol0.5mol+0.25mol+0.5mol=4MPa,p(N2)=2MPa,C點時該反應的壓強平衡常數(shù)Kp(C)=2×4242MPa=2MPa,C正確;4.C解析:H2(g)+I2(g)2HI(g),反應前后氣體分子總數(shù)不變,容器Ⅰ、Ⅱ等溫等體積,則氣體壓強之比為物質的量之比,從投料看,容器Ⅱ的量為容器Ⅰ的4倍,故平衡時,容器Ⅰ與容器Ⅱ中的總壓強之比為1∶4,故A錯誤;結合反應特點和投料看,容器Ⅰ、Ⅱ的平衡為等效平衡,則平衡時容器Ⅰ中c(I2)=0.07mol·L-1,Ⅱ中c(I2)=0.28mol·L-1,故B錯誤;平衡時,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),則平衡時,k正c(H2)·c(I2)=k逆c2(HI),則t℃時,反應H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常數(shù)K=c2(HI)c(H2)·c(I2)=k正k逆,故C正確;平衡時,向容器Ⅰ中再通入0.1molH2、0.1molI2和0.2molHI,Qc=0.5.答案:(1)<(2)①反應1和2的正反應都是氣體分子數(shù)增多的反應,氣體中甲烷的物質的量分數(shù)增大,總壓不變,平衡體系的分壓增大,平衡向逆反應方向移動②2.5解析:(1)平衡時正、逆反應速率相等,則v(正)v(逆)=k正c2(CH4)k逆c(C2H2)·c3(H2)=1,T1℃下反應達到平衡時k正=1.5k逆,可得c(C2H2)·c3(H2)c2(CH4)=1.5,T2℃下反應達到平衡時k正=3k逆,可得c(C2H2)·c3(H2)c2(CH4)=3,對于反應2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)表達式K=c(C2H2)·c(2)①題圖中,隨著通入氣體中CH4的物質的量分數(shù)增大,甲烷的平衡轉化率降低的主要原因是:反應1和2的正反應都是氣體分子數(shù)增多的反應,氣體中甲烷的物質的量分數(shù)增大,總壓不變,平衡體系的分壓增大,平衡向逆反應方向移動;②由題圖可知CH4的平衡轉化率為40%,通入氣體中CH4的物質的量分數(shù)為0.6,假設投入CH4和N2組成的混合氣體為1mol,則CH4的物質的量為0.6mol,平衡轉化的CH4為0.6mol×40%=0.24mol,2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)起始量/mol 0.6 0 0變化量/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變化量/mol 2y y 2y平衡量/mol 0.36 y 3x+2y可得2x+2y=0.24,M點對應的乙炔的選擇性為75%,則n(C2H2)n(C2H2)+n(C2H4)×100%=xx+y×100%=75%,解得x=0.09,y=0.03,還有不反應的0.4mol氮氣,平衡時總物質的量為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)根據(jù)蓋斯定律,由(Ⅰ-Ⅱ)÷2可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g),則ΔH=12(ΔH1-ΔH2)=12×[-238kJ·mol-1-(-484kJ·mol-1)]=+123kJ·mol-1(2)①向1L的密閉容器中充入1molC3H8發(fā)生脫氫反應,經(jīng)過10min達到平衡狀態(tài),測得平衡時氣體壓強是開始的1.5倍,相同溫度下,氣體的物質的量之比等于壓強之比,則平衡時氣體的總物質的量為1.5mol,設參加反應的C3H8的物質的量為xmol,則平衡時C3H8、H2、C3H6的物質的量分別為(1-x)mol、xmol、xmol,則有1-x+x+x=1.5,解得x=0.5,即參加反應的C3H8的物質的量為0.5mol,v(C3H8)=0.5mol1L×10min=0.05mol·L-1·min-1。②該反應的ΔH恒定,因此ΔH不變不能說明反應達到平衡狀態(tài),A不符合題意;C3H8與H2的物質的量之比保持不變,說明正、逆反應速率相等,反應達到平衡狀態(tài),B符合題意;反應前后氣體的質量不變,容器的容積不變,則氣體的密度始終不變,因此混合氣體密度不變,不能說明反應達到平衡狀態(tài),C不符合題意;該反應是氣體體積增大的反應,(3)①由題圖可知,反應達到平衡狀態(tài)時C3H8的體積分數(shù)為25%,設C3H8反應了xmol,則平衡時,C3H8的物質的量為(1-x)mol,C3H6的物質的量為xmol,H2的物質的量為xmol,則1-x1+x×100%=25%,解得x=0.6,總物質的量為1.6mol,恒溫恒容條件下,氣體的壓強之比等于物質的量之比,平衡時氣體的壓強為1.6pkPa,p(C3H8)=0.4mol1.6mol×1.6pkPa=0.4pkPa,p(C3H6)=p(H2)