2020届高三化学二轮复习化学反应原理综合题的研究有关反应速率平衡常数转化率的计算核心突破经典例题提

《高考12题逐题突破》：化学反应原理综合题的研究——有关反应速率、平衡常数、转化率的计算【核心突破】1．有关化学反应速率计算公式的理解对于反应mA(g)＋nB(g)===cC(g)＋dD(g)(1)计算公式：v(B)＝ΔcBΔt＝ΔnBVΔt。(2)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率，存在如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶c∶d。(3)注意事项①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率，且计算时取正值。2．化学平衡计算中常用公式(1)对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)在一定温度下达到化学平衡时，其化学平衡常数计算的表达式为K＝ccCcdDcaAcbB(式中的浓度是指平衡状态的浓度)Kp＝pcCpdDpaApbB其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)分别为A、B、C、D各气体的分压，气体的分压＝气体总压×体积分数气体体积之比＝气体物质的量之比(2)同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式亦不同。例如：N2O4(g)2NO2(g)K＝c2NO2cN2O412N2O4(g)NO2(g)K′＝21224(NO)(NO)cc＝K2NO2(g)N2O4(g)K″＝cN2O4c2NO2＝1K因此书写平衡常数表达式时，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。(3)转化率计算公式转化率(α)＝×100%【提升训练答案+解析】1．一定条件下测得反应2HCl(g)＋12O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下：t/min02.04.06.08.0n(Cl2)/10－301.83.75.47.2mol计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。答案v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×ΔnCl2Δt＝25.4－1.810－3mol6.0－2.0min＝1.8×10－3mol·min－1。2．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为SO3(g)是一步关键步骤。(1)550℃时，向一恒温恒容的容器内充入2molSO2(g)与1molO2(g)进行上述反应，测得SO2(g)浓度随时间变化如图甲所示，则该温度下反应从开始到平衡氧气的平均反应速率v(O2)＝____________。(2)改变温度，在1L的恒温容器中，反应过程中部分数据见下表：反应时间/minSO2(g)/molO2(g)/molSO3(g)/mol042051.5102151若在起始时总压为p0kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，而气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10min内SO2(g)的反应速率v(SO2)＝______kPa·min－1。答案(1)0.016mol·L－1·min－1(2)p030解析(1)v(O2)＝12×0.40mol·L－1－0.08mol·L－110min＝0.016mol·L－1·min－1。(2)通过“三段式”计算知道，10min时容器A中体系成分为2molSO2(g)、1molO2(g)和2molSO3(g)。气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10min时体系总压p10min满足p0p10min＝6mol5mol，即p10min＝56p0kPa，p初始(SO2)＝23p0kPa，p10min(SO2)＝56p0×25＝13p0kPa，故v(SO2)＝(23p0kPa－13p0kPa)÷10min＝130p0kPa·min－1。3．近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。答案2.52.8×10－3解析设平衡时H2S转化的物质的量为xmol。H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)初始/mol0.400.1000转化/molxxxx平衡/mol0.40－x0.10－xxx由题意得：x0.40－x0.10－xx＋x＝0.02解得：x＝0.01H2S的平衡转化率α1＝0.01mol0.40mol×100%＝2.5%K＝cCOScH2OcH2ScCO2＝0.012.5×0.012.50.40－0.012.5×0.10－0.012.5＝1351≈2.8×10－3。4．砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题：298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL3xmol·L－1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsO3－3(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO3－4(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO3－4)与反应时间(t)的关系如图所示。若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为____。答案4y3x－y2解析反应前，三种溶液混合后，c(Na3AsO3)＝3xmol·L－1×20mL20mL＋20mL＋20mL＝xmol·L－1，同理，c(I2)＝xmol·L－1，反应情况如下：AsO3－3(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO3－4(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)起始浓度/mol·L－1xx00平衡浓度/mol·L－1x－yx－y1y2yK＝y2y2x－yx－y12＝4y3x－y2。5．亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO和Cl2反应得到，化学方程式为2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)。(1)氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及如下反应：①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋NOCl(g)②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)③2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)设反应①②③对应的平衡常数依次为K1、K2、K3，则K1、K2、K3之间的关系为______。(2)在1L恒容密闭容器中充入2molNO(g)和1molCl2(g)，在不同温度下测得c(NOCl)与时间t的关系如图A所示：①反应开始到10min时NO的平均反应速率v(NO)＝________mol·L－1·min－1。②T2时该反应的平衡常数K为________。③T2时Cl2的平衡转化率为__________。(3)若按投料比[n(NO)∶n(Cl2)]＝2∶1把NO和Cl2加入到一恒压的密闭容器中发生反应，平衡时NO的转化率与温度T、压强p(总压)的关系如图B所示：①该反应的ΔH________(填“”“”或“＝”)0。②在p压强条件下，M点时容器内NO的体积分数为________。③若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的分压平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。答案(1)K2·K3＝K21(2)①0.1②2③50%(3)①②40%③Kp＝5p解析(1)根据①×2－②＝③，从而可推知平衡常数之间的关系。(2)①10min时，c(NOCl)＝1mol·L－1，则转化的NO的物质的量为1mol，则v(NO)＝1mol·L－110min＝0.1mol·L－1·min－1。②平衡常数K＝1212×0.5＝2。③Cl2的平衡转化率为0.5mol·L－11mol·L－1×100%＝50%。(3)①根据图像，升高温度，平衡时NO的转化率减小，说明平衡逆向移动，说明该反应正反应属于放热反应，ΔH＜0。②根据图像，在p压强条件下，M点时容器内NO的转化率为50%，根据2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)可知，气体减小的体积为反应的NO的体积的一半，因此NO的体积分数为2－2×50%2＋1－2×50%2×100%＝40%。③设NO的物质的量为2mol，则Cl2的物质的量为1mol。2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)起始/mol210反应/mol10.51平衡/mol10.51平衡分压p×12.5p×0.52.5p×12.5M点的分压平衡常数Kp＝5p。6．顺­1,2­二甲基环丙烷和反­1,2­二甲基环丙烷可发生如下转化：该反应的速率方程可表示为v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：(1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006s－1，k(逆)＝0.002s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝________；温度t1________(填“小于”“等于”或“大于”)t2，判断理由是________________________________________________________________________。答案(1)3小于(2)B73小于该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动解析(1)根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006s－1，则v(正)＝0.006c(顺)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002s－1，则v(逆)＝0.002c(反)，化学平衡状态时正、逆反应速率相等，则0.006c(顺)＝0.002c(反)，该温度下反应的平衡常数K1＝cc＝0.0060.002＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于0。(2)随着时间的推移，顺式异构体的质量分数不断减少，且减少速率随时间减小，则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x，可逆反应左右物质的化学计量数相等，均为1，则平衡时，顺式异构体为0.3x，反式异构体为0.7x，所以平衡常数为K2＝0.7x0.3x＝73。因为K1＞K2，对于放热反应升高温度时平衡逆向移动，所以温度t2＞t1。7．在一定温度下，在1L恒容密闭容器中充入一定量PCl3(g)和Cl2(g)，发生如下反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)ΔH，测得PCl3(g)的转化率与时间关系如图所示。其速率方程：v正＝k正·c(PCl3)·c(Cl2)，v逆＝k逆·c(PCl5)(k是速率常数，只与温度有关)(1)上述反应中，ΔH______0(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是_________________。(2)M点：k正k逆________cPCl5cPCl3cCl2(填“＞”“＜”或“＝”)，升高温度，k正增大的倍数________k逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)T1时，测得平衡体系中c(Cl2)＝0.25mol·L－1，则k正k逆＝____________________(要求结果带单位)。答案(1)＜T2大于T1，温度升高，平衡转化率降低，说明正反应是放热反应(2)＞小于(3)16L·mol－1解析(1)由图像知，T2先达到平衡，说明T2大于T1，T2达到平衡时转化率降低，升高温度，平衡向左移动，说明正反应是放热反应。(2)M点正反应速率大于逆反应速率，K＝k正k逆，说明浓度商小于平衡常数；正反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，平衡常数K减小，说明k逆增大的倍数大于k正增大的倍数。(3)T1下，平衡时PCl3(g)的转化率为80%，设PCl3(g)的起始浓度为c，平衡时c(P