化学反应速率常数综合练习.docx
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化学反应速率常数综合练习
09.速率常数问题
【例题】
在体积为2L的刚性密闭容器中充入2molCH4和3molCO2,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至
T1使其发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),,容器内的总压强p随时间t的变
化如下表所示:
反应时间t/min
0
2
4
6
8
10
12
总压强p/kPa
10.0
11.5
12.3
13.0
13.6
14.0
14.0
①T1时的平衡常数Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数);
②实验测得其中为速率常数,仅与
温度有关,T1温度时,_________(填数值);若将温度由T1升高到T2,则反应速率增
大的倍数:
(填“>”“<”或“=”).
【知识储备】
1.理想气体idealgas
※从微观上看:
①理想气体的分子有质量,无体积,是质点;
②每个分子在气体中的运动是独立的,与其他分子无相互作用,碰到容器器壁之前作匀速
直线运动;
③理想气体分子只与器壁发生碰撞,碰撞过程中气体分子在单位时间里施加于器壁单位面
积冲量的统计平均值,宏观上表现为气体的压强;
※从宏观上看:
理想气体是一种无限稀薄的气体,它遵从理想气体状态方程和焦耳内能定律;
2.理想气体状态方程IdealGasLaw
它建立在玻义耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等定律的基础上,由法国科学家克
拉珀龙(BenoitPierreEmileClapeyron)于1834年提出;理想气体状态方程为:
式中:
P为压强(Pa),V为气体体积(m³),T为温度(K),n为气体的物质的量(mol),
,为摩尔气体常数;
3.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)平衡常数表达式:
①浓度表达式:
;
②压强表达式:
;
4.平衡常数K与温度T之间的关系取决于反应的焓变
5.勒夏特列原理:
若改变影响平衡的一个条件,那么平衡就会向着能够减弱这种改变的方向
移动;如,升高温度,平衡正向移动,则;
6.平衡标志:
,则
【解题过程】
①“三段式”讨论计算
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
initial:
2300
:
final:
故:
;又知:
根据理想气体状态方程有:
所以:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g);容器的体积V=2L;
initial:
2300
:
final:
nf:
1222
cf:
111
:
【物质的量分数】
p:
2kPa4kPa4kPa4kPa
【精确度与题目一致】
②平衡时存在如下关系:
,则;
综上:
;
因为该反应,升高温度,根据勒夏特列原理,平衡正向移动,则,即:
正反应速率增大的倍数大于逆反应速率增大的倍数.
【练习1】
在373K时,向体积为2L的恒容密闭容器中充入1.00molNO2,发生如下反应:
2NO2(g)N2O4(g),
测得NO2的体积分数[]与反应时间(t)的关系如表:
t/min
0
20
40
60
80
1.0
0.75
0.58
0.50
0.50
已知该反应,其中为速率常数,则在
373K时,_________;
【练习2】
在T1K下,CO和CH4混合气体发生反应:
CO(g)+CH4(g)CH3CHO(g),,反应速
率:
,分别为正、逆反应速率常数;
反应达到平衡后,若加入高效催化剂,将_________(填“增大”“减小”或“不变”);
若升高温度,将________(填“增大”“减小”或“不变”);
【练习3】
反应N2O4(g)2NO2(g),在一定条件下N2O4与NO2的消耗速率与自身压强有如下关系:
,其中k1、k2为速率常数,相应的速率与压强
的关系如图所示;一定温度下,k1、k2与Kp的关系是k1=____________;在图中标出的点中,
能表示该反应达到平衡状态的两个点是______(填字母),理由是________________________
__________________________________________________;
【练习4】
Burns和Dainton研究了反应Cl2(g)+CO(g)COCl2(g)的动力学,获得其速率方程:
,k为速率常数(只受温度影响),m为CO的反应级数;
①该反应可认为经过以下反应历程:
第一步:
Cl22Cl快速平衡
第二步:
Cl+COCOCl快速平衡
第三步:
COCl+Cl2→COCl2+Cl慢反应
下列说法正确的是__________(填序号)
A.COCl属于反应的中间产物B.第一步和第二步的活化能较高
C.决定总反应快慢的是第三步D.第三步的有效碰撞频率较大
②在某温度下进行实验,测得各组分初始浓度和反应初始速率如表:
实验序号
c(Cl2)/(mol/L)
c(CO)/(mol/L)
v/[mol/(L·s)]
1
0.100
0.100
2
0.050
0.100
3
0.100
0.200
4
0.050
0.050
CO的反应级数m=________,当实验4进行到某时刻,测得c(Cl2)=0.010mol/L,则此时的
反应速率v=_______________mol/(L·s)(已知:
);
【练习5】
已知:
2HI(g)H2(g)+I2(g),,在716K时,向甲容器中充入amolHI(g),
向与甲完全相同的乙容器中充入0.5amolH2(g)和0.5amolI2(g),同时发生反应,气体混合
物中HI的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下图:
①0~20min,甲容器中反应的平均速率v(HI)=_________________(用单位时间内的物质的量
分数的变化表示);20min时,乙容器中氢气的转化率α(H2)=_________;反应达到平衡时,
x(HI)、x(H2)、x(I2)与HI分解反应平衡常数的关系式为K=_____________;
②HI分解反应中,正反应速率为v正=k正·x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆·x(H2)·x(I2),其中k正、
k逆为速率常数;升高温度,k正增大的倍数___k逆增大的倍数(填“>”“<”或“=”);
80min时,甲容器的v正______v逆(填“>”“<”或“=”);
【练习6】
在T2K、1.0×104kPa下,等物质的量的CO和CH4混合气体发生反应:
CO(g)+CH4(g)CH3CHO(g)
反应速率:
,分别为正、逆反应速
率常数,p为气体的分压(气体分压p=气体总压p总×体积分数);用气体分压表示的平衡常数
,则CO转化率为20%时____________;
【练习7】
T1℃时在容器为2L的恒容密闭容器中发生反应:
2CO(g)+O2(g)2CO2(g),,
实验测得:
,
为速率常数只受温度影响;不同时刻测得容器中如表所示:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(CO)/mol
2
1.2
0.8
0.4
0.4
0.4
n(O2)/mol
1.2
0.8
0.6
0.4
0.4
0.4
①T1℃时_______________L/mol;
②若将容器的温度改为T2℃时其k正=k逆,则T2_______T1(填“>”“<”或“=”);
【练习8】
三氯氢硅歧化也可制得甲硅烷,反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)为歧化制甲硅烷过程的
关键步骤,此反应采用一定量的PA100催化剂,在不同反应温度下测得SiHCl3的转化率随时
间的变化曲线如图所示:
①353.15K,SiHCl3的平衡转化率为_________,反应的平衡常数K=_________(结果保留3位
小数),该反应是_______反应(填“放热”或“吸热”);
②323.15K时,要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有___________、___________;
③比较a、b点对应反应速率的大小:
va_______vb(填“>”“<”或“=”);已知反应速率
v正=k1·x2(SiHCl3),v逆=k2·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k1、k2分别表示正、逆反应的速率常数,与
反应温度有关,x为物质的量分数,则在353.15K时(结果保留3位小数);
【练习9】
Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g),在730K时,向密闭容器中投入HI,气
体混合物中H2的物质的量分数x(H2)与反应时间t的关系如下表:
t/min
0
20
40
60
100
120
x(H2)
0
0.05
0.08
0.09
0.10
0.10
①40min时,HI的转化率为_________,根据上述实验结果,温度为730K时该反应的平衡常
数K=______________;
②上述反应中,反应速率,分别为正、逆反
应速率常数,x为物质的量分数;计算20min时=____________(结果保留2位小数);
【练习10】
烟气同时脱硫脱硝是目前的发展趋势,一种ClO2气相氧化法烟气脱硫脱硝反应机理和速率
常数(k)如下:
脱硝:
a.
b.
脱硫:
c.
d.
已知反应的速率方程分别为,试判断两
反应的活化能大小:
E3_________E4(填“>”“<”或“=”),控制脱硫速率的关键步骤是____
反应(填“c”或“d”);
【练习11】
T1℃时在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应:
2NO(g)+O2(g)2NO2(g),;
实验测得:
,
为速率常数,只受温度影响;不同时刻测得容器中如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
n(NO)/mol
0.20
0.10
0.08
0.07
0.06
0.06
n(O2)/mol
0.10
0.05
0.04
0.35
0.03
0.03
①0~2s内该反应的平均速率v(NO)______________mol/(L·s);
②T1℃时化学平衡常数K=___________(结果保留3位有效数字);
③化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K=__________________;若将容器的温
度改变为T2℃时其k正=k逆,则T2_______T1(填“>”“<”或“=”);
【练习12】
反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)在常温下几乎能完全转化,高温下NO2分解程度增大,其反应
历程如下.
第一步反应中,为正、逆反应的速率常数,仅受温度
影响;第一步反应的活化能比第二步反应的活化能__________(填“高”或“低”);用k1、k2
表示第一步反应的平衡常数:
K=_____________;要增大NO的平衡转化率,不能达到目的的
措施是___________(填
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