1、热点微专题4化学反应速率方程【典题示例典题示例】【典例典例】20182018全国卷全国卷,28(3),28(3)三氯氢硅三氯氢硅(SiHCl(SiHCl3 3)是制备硅烷、多晶硅的重是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题要原料。回答下列问题:对于反应对于反应2SiHCl2SiHCl3 3(g)=SiH(g)=SiH2 2ClCl2 2(g)+SiCl(g)+SiCl4 4(g),(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂催化剂,在在323 K323 K和和343 K343 K时时SiHClSiHCl3 3的转化率随时间变化的结果如图所示。的转化率随时间变化的结果
2、如图所示。比较比较a a、b b处反应速率大小处反应速率大小:v va a_ _ v vb b(填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)。反应速。反应速率率v v=v v正正-v v逆逆=k k正正、k k逆逆分别为正、逆向反应速率常数分别为正、逆向反应速率常数,x x为为物质的量分数物质的量分数,计算计算a a处的处的 =_(=_(保留保留1 1位小数位小数)。32242SiHClSiH ClSiClk xk xx正逆，vv正逆【审题流程审题流程】解答本类试题的流程如下解答本类试题的流程如下:【解析解析】温度越高温度越高,反应速率越快反应速率越快,a,a点温度为点温度为343 K,
3、b343 K,b点温度为点温度为323 K,323 K,故反应速故反应速率率:v va a v vb b。反应速率。反应速率v v=v v正正-v v逆逆=则有则有v v正正=v v逆逆=343 K 343 K下反应达到平衡状态时下反应达到平衡状态时v v正正=v v逆逆,即即 ,此时此时SiHClSiHCl3 3的平衡转化率的平衡转化率=22%,=22%,经计算可得经计算可得SiHClSiHCl3 3、SiHSiH2 2ClCl2 2、SiClSiCl4 4的物质的的物质的量分数分别为量分数分别为0.780.78、0.110.11、0.11,0.11,则有则有k k正正0.780.782 2
4、=k k逆逆0.110.112 2,k k正正/k k逆逆=0.11=0.112 2/0.780.782 20.020.02。a a处处SiHClSiHCl3 3的平衡转化率的平衡转化率=20%,=20%,此时此时SiHClSiHCl3 3、SiHSiH2 2ClCl2 2、SiClSiCl4 4的的物质的量分数分别为物质的量分数分别为0.80.8、0.10.1、0.1,0.1,则有则有 答案答案:大于大于1.31.332242SiHClSiH ClSiClk xk xx正逆，32SiHClk x正，224SiH ClSiClk xx逆，32SiHClk x正224SiH ClSiClk xx
5、逆，3322422422SiHClSiHClSiH ClSiClSiH ClSiClk xxvkvk xxkxx正正正逆逆逆220.02 0.81.30.1。【核心归纳核心归纳】速率常数与化学平衡常数之间的关系速率常数与化学平衡常数之间的关系一定温度下一定温度下,可逆反应可逆反应:a aA(g)+A(g)+b bB(g)B(g)g gG(g)+G(g)+h hH(g),H(g),达到平衡状态时达到平衡状态时,v v正正=k k正正c ca a(A)(A)c cb b(B),(B),v v逆逆=k k逆逆c cg g(G)(G)c ch h(H),(H),因平衡时因平衡时v v正正=v v逆逆,
6、则则k k正正c ca a(A)(A)c cb b(B)=(B)=k k逆逆c cg g(G)(G)c ch h(H),(H),ghabcG cHkKkcA cB正逆【模拟演练模拟演练】1.(20201.(2020深圳模拟深圳模拟)甲醇脱水制得二甲醚的反应为甲醇脱水制得二甲醚的反应为2CH2CH3 3OH(g)CHOH(g)CH3 3OCHOCH3 3(g)(g)+H+H2 2O(g)O(g)H H,其速率方程式为其速率方程式为:v v正正=k k正正c c2 2(CH(CH3 3OH),OH),v v逆逆=k k逆逆c c(CH(CH3 3OCHOCH3 3)c c(H(H2 2O),O),
7、k k正正、k k逆逆为速率常数且只与温度有关。经查阅资料为速率常数且只与温度有关。经查阅资料,上述反应平衡状态下上述反应平衡状态下存在计算式存在计算式:ln:lnK Kc c=-2.205+(=-2.205+(K Kc c为化学平衡常数为化学平衡常数;T T为热力学温度为热力学温度,单位单位为为K)K)。反应达到平衡后。反应达到平衡后,仅升高温度仅升高温度,k k正正增大的倍数增大的倍数_k k逆逆增大的倍数增大的倍数(填填“”“”“”或或“=”)=”)。2 708.613 7T【解析解析】温度升高温度升高,ln,lnK Kc c减小减小,K Kc c减小减小,说明升高温度说明升高温度,平衡
8、逆向移动平衡逆向移动,故升高温故升高温度度,k k正正增大的倍数小于增大的倍数小于k k逆逆增大的倍数。增大的倍数。答案答案:2.(20202.(2020荆州模拟荆州模拟)数十年来数十年来,化学工作者对氮的氧化物、碳的氧化物做了广化学工作者对氮的氧化物、碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得一些重要成果。泛深入的研究并取得一些重要成果。已知已知2NO(g)+O2NO(g)+O2 2(g)2NO(g)2NO2 2(g)(g)的反应历程分两步的反应历程分两步:第一步第一步:2NO(g)N:2NO(g)N2 2O O2 2(g)(g)(快快)H H1 10;0;v v1 1正正=k k1 1正正c c2
9、 2(NO);(NO);v v1 1逆逆=k k1 1逆逆c c(N(N2 2O O2 2)第二步第二步:N:N2 2O O2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)2NO2NO2 2(g)(g)(慢慢)H H2 20;0;222222222vkc N Oc OvkcNO正正逆逆；(1)2NO(g)+O(1)2NO(g)+O2 2(g)(g)2NO2NO2 2(g)(g)的反应速率主要是由的反应速率主要是由_(填填“第一步第一步”或或“第第二步二步”)反应决定。反应决定。(2)(2)一定温度下一定温度下,反应反应2NO(g)+O2NO(g)+O2 2(g)(g)2NO2NO2 2(g)(g)
10、达到平衡状态达到平衡状态,请写出用请写出用k k1 1正正、k k1 1逆逆、k k2 2正正、k k2 2逆逆表示的平衡常数表达式表示的平衡常数表达式K K=_;【解析解析】(1)(1)第二步第二步:N:N2 2O O2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)=2NO2NO2 2(g)(g)(慢慢),),主要是由第二步决定反应主要是由第二步决定反应速率。速率。(2)(2)由反应达平衡状态由反应达平衡状态,所以所以v v1 1正正=v v1 1逆逆、v v2 2正正=v v2 2逆逆,所以所以v v1 1正正v v2 2正正=v v1 1逆逆v v2 2逆逆,即即k k1 1正正c c2 2
11、(NO)(NO)k k2 2正正c c(N(N2 2O O2 2)c c(O(O2 2)=)=k k1 1逆逆c c(N(N2 2O O2 2)k k2 2逆逆c c2 2(NO(NO2 2),),则是则是K K=答案答案:(1)(1)第二步第二步(2)(2)2222cNOcNO c O1212kkkk正正逆逆1212kkkk正正逆逆。3.(20203.(2020龙岩模拟龙岩模拟)随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重随着氮氧化物对环境及人类活动影响的日趋严重,如何消如何消除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一。利用除大气污染物中的氮氧化物成为人们关注的主要问题之一。利用NHN
12、H3 3的还原性可的还原性可以消除氮氧化物的污染以消除氮氧化物的污染,其中除去其中除去NONO的主要反应如下的主要反应如下:4NH4NH3 3(g)+6NO(g)(g)+6NO(g)5N5N2 2(g)+6H(g)+6H2 2O(l)O(l)H H00已知该反应速率已知该反应速率v v正正=k k正正c c4 4(NH(NH3 3)c c6 6(NO),(NO),v v逆逆=k k逆逆c cx x(N(N2 2)c cy y(H(H2 2O)(O)(k k正正、k k逆逆分分别是正、逆反应速率常数别是正、逆反应速率常数),),该反应的平衡常数该反应的平衡常数K K=k k正正/k k逆逆,则则
13、x x=_,y y=_。【解析解析】当反应达到平衡时有当反应达到平衡时有v v正正=v v逆逆,即即k k正正c c4 4(NH(NH3 3)c c6 6(NO)=(NO)=k k逆逆c cx x(N(N2 2)c cy y(H(H2 2O),O),变换可得变换可得 该反应的平衡常数该反应的平衡常数K K=k k正正/k k逆逆,平衡状态下平衡状态下K K=所以所以x=x=5,5,y=y=0 0。答案答案:5 50 0 xy22463cNcH OkkcNHcNO正逆，52463cNcNHcNO，4.(20204.(2020宁德模拟宁德模拟)碘及其化合物在人类活动中占有重要地位。已知反应碘及其化
14、合物在人类活动中占有重要地位。已知反应H H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)2HI(g)(g)2HI(g)H H=-11 kJmol=-11 kJmol-1-1。716 K716 K时时,在一密闭容器中按物在一密闭容器中按物质的量比质的量比1111充入充入H H2 2(g)(g)和和I I2 2(g),(g),测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数与反测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数与反应时间的关系如下图应时间的关系如下图:(1)(1)若反应开始时气体混合物的总压为若反应开始时气体混合物的总压为p p kPa,kPa,则反应在前则反应在前20 min20 min内的平均速率内的平均速率
15、 (HI)=(HI)=_kPa minkPa min-1-1(用含用含p p的式子表示的式子表示)。(2)(2)反应达平衡时反应达平衡时,H,H2 2的转化率的转化率(H(H2 2)=)=_。(3)(3)上述反应中上述反应中,正反应速率为正反应速率为v v正正=k k正正c c(H(H2 2)c c(I(I2 2),),逆反应速率为逆反应速率为v v逆逆=k k逆逆c c2 2(HI),(HI),其中其中k k正正、k k逆逆为速率常数。升高温度为速率常数。升高温度,_(填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”)。vkk正逆【解析解析】(1)(1)列出三段式列出三段式,根据速率公式计算
16、根据速率公式计算;H H2 2(g)+(g)+I I2 2(g)2HI(g)(g)2HI(g)n n始始1 11 1n n变变x xx x2 2x xn n平平1-1-x x1 1-x-x2 2x x由图由图 =0.6,x=0.6,(HI)=0.03=0.6,x=0.6,(HI)=0.03p p kPa min kPa min-1-1。v2x20.6p20 min(2)(2)反应达平衡时反应达平衡时,HI,HI的物质的量分数为的物质的量分数为0.784,=0.784,0.784,=0.784,x x=0.784,H=0.784,H2 2的转化的转化率率(H(H2 2)=)=100%=78.4%
17、100%=78.4%。(3)(3)到达平衡时到达平衡时,正、逆反应速率相等正、逆反应速率相等,正反应速率为正反应速率为v v正正=k k正正c c(H(H2 2)c c(I(I2 2),),逆反应速率为逆反应速率为v v逆逆=k k逆逆c c2 2(HI),(HI),v v正正=k k正正c c(H(H2 2)c c(I(I2 2)=)=k k逆逆c c2 2(HI)=(HI)=v v逆逆,=K K,H,H2 2(g)+I(g)+I2 2(g)2HI(g)(g)2HI(g)H H=-11 kJ=-11 kJmol mol-1-1,升高温升高温度度,平衡逆向移动平衡逆向移动,减小。减小。答案答案
18、:(1)0.03(1)0.03p p(2)78.4%(2)78.4%(3)(3)减小减小2x20.7841 222cHIkkc Hc I正逆 kk正逆【加固训练加固训练】(2020(2020潍坊模拟潍坊模拟)某课题组在某课题组在298 K298 K时研究时研究H H2 2O O2 2+2HI=2H+2HI=2H2 2O+IO+I2 2反应速率的反应速率的影响因素影响因素,实验结果如表实验结果如表:分析上述数据分析上述数据,写出反应速率与物质浓度的关系式写出反应速率与物质浓度的关系式_;该反应的速率常数该反应的速率常数(k k)的值为的值为_。试验编号试验编号1 12 23 34 45 5c c
19、(HI)/molL(HI)/molL-1-10.1000.1000.2000.2000.3000.3000.1000.1000.1000.100c c(H(H2 2O O2 2)/molL)/molL-1-10.1000.1000.1000.1000.1000.1000.2000.2000.3000.300v v/molL/molL-1-1ss-1-10.007 600.007 600.015 30.015 30.022 70.022 70.015 10.015 10.022 80.022 8【解析解析】浓度越大反应速率越大浓度越大反应速率越大,二者成正比二者成正比;对比对比1 1和和3 3组
20、数据可知组数据可知,若反应速若反应速率与浓度之和为正比关系率与浓度之和为正比关系,则则3 3组的反应速率应为组的反应速率应为1 1组的组的2 2倍倍,但实际不是但实际不是,因此反因此反应速率应与浓度之积有关应速率应与浓度之积有关,设设v=kcv=kcx x(H(H2 2O O2 2)c cy y(HI),(HI),根据根据2 2、4 4组数据可知组数据可知 =1,=1,则则x=yx=y,则有则有0.015 3=0.015 3=k k0.2000.200 x x0.1000.100 x x,0.007 6=,0.007 6=k k0.1000.100 x x0.1000.100 x x,联立可以
21、解得联立可以解得x=x=1,1,k k=0.76,=0.76,所以所以,反应速率与物质浓度的关系式反应速率与物质浓度的关系式为为v v=kckc(H(H2 2O O2 2)c c(HI),(HI),其中其中k k=0.76=0.76。答案答案:v=kcv=kc(H(H2 2O O2 2)c c(HI)(HI)0.760.76yxxy0.2000.1000.2000.100热点微专题强化练热点微专题强化练热点微专题热点微专题4 4化学反应速率方程化学反应速率方程1.(20201.(2020泰州模拟泰州模拟)将氨气与二氧化碳在有催化剂的反应器中反应将氨气与二氧化碳在有催化剂的反应器中反应2NH2N
22、H3 3(g)+CO(g)+CO2 2(g)CO(NH(g)CO(NH2 2)2 2(s)+H(s)+H2 2O(g),O(g),已知该反应的已知该反应的v v正正=k k正正c c2 2(NH(NH3 3)c c(CO(CO2 2),),v v逆逆=k k逆逆c c(H(H2 2O),O),k k正正和和k k逆逆为速率常数为速率常数,则平衡常数则平衡常数K K与与k k正正、k k逆逆的关系式是的关系式是_。【解析解析】当当v v正正=v=v逆逆时反应达到平衡时反应达到平衡,则则k k正正c c2 2(NH(NH3 3)c(COc(CO2 2)=k)=k逆逆c(Hc(H2 2O),O),整
23、理整理得得 答案答案:2232kc(H O)=Kkc(NH)c(CO)正逆。k=Kk正逆2.Bodensteins2.Bodensteins研究了下列反应研究了下列反应:2HI(g)H:2HI(g)H2 2(g)+I(g)+I2 2(g),(g),在在716 K716 K时时,气体混合气体混合物中碘化氢的物质的量分数物中碘化氢的物质的量分数x x(HI)(HI)与反应时间与反应时间t t的关系如下表的关系如下表:t/mint/min0 02020404060608080120120 x(HI)x(HI)1 10.910.910.850.850.8150.8150.7950.7950.7840.
24、784x(HI)x(HI)0 00.600.600.730.730.7730.7730.7800.7800.7840.784上述反应中上述反应中,正反应速率为正反应速率为v v正正=k=k正正x x2 2(HI),(HI),逆反应速率为逆反应速率为v v逆逆=k=k逆逆x(Hx(H2 2)x(I)x(I2 2),),其中其中k k正正、k k逆逆为速率常数为速率常数,则则k k逆逆为为_(以以K K和和k k正正表示表示)。若。若k k正正=0.002 7 min=0.002 7 min-1-1,在在t=40 min t=40 min 时时,v,v正正=_minmin-1-1。【解析解析】平衡
25、时平衡时,v,v正正=v=v逆逆,即即k k正正x x2 2(HI)=(HI)=k k逆逆x(Hx(H2 2)x(Ix(I2 2),),则则 ,。v v正正=k=k正正x x2 2(HI)=0.002 7 min(HI)=0.002 7 min-1-10.850.852 2=1.95=1.951010-3-3minmin-1-1。答案答案:1.951.951010-3-3222kx(H)x(I)=Kkx(HI)正逆kk=K正逆kK正3.3.化学工作者对化学工作者对NONO与与H H2 2的反应进行研究的反应进行研究,提出下列提出下列3 3步机理步机理:(:(k k为速率常数为速率常数)第一步第
26、一步:2NO N:2NO N2 2O O2 2快反应快反应,平衡时平衡时:v v正正=k k正正c c2 2(NO)=(NO)=v v逆逆=k k逆逆c c(N(N2 2O O2 2)第二步第二步:N:N2 2O O2 2+H+H2 2=N=N2 2O+HO+H2 2O O慢反应慢反应第三步第三步:N:N2 2O+HO+H2 2=N=N2 2+H+H2 2O O快反应快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步平衡其中可近似认为第二步反应不影响第一步平衡,下列说法正确的是下列说法正确的是_(填字填字母母)。A.A.v v(第一步逆反应第一步逆反应)00中中,v v正正=k k正正c c(N(N2
27、 2O O4 4),),v v逆逆=k k逆逆c c2 2(NO(NO2 2)()(k k正正、k k逆逆只是温度的函数只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数。若该温度下的平衡常数K K=10,=10,则则k k正正=_k k逆逆。升高温度。升高温度,k k正正增大的倍数增大的倍数_(填填“大于大于”“”“小于小于”或或“等于等于”)k k逆逆增大的倍数。增大的倍数。【解析解析】(1)(1)由图知由图知,a,a点到点到c c点的过程中点的过程中,N,N2 2O O4 4的体积分数不断增大的体积分数不断增大,故逆反应故逆反应速率不断增大速率不断增大;一定温度下一定温度下,保持压强不变保持压强不变
28、,加入稀有气体加入稀有气体,相当于降低压强相当于降低压强,故故平衡逆向移动平衡逆向移动;a a点时点时,设消耗了设消耗了x mol NOx mol NO2 2,则生成则生成0.5x mol N0.5x mol N2 2O O4 4,剩余剩余(1-x)(1-x)mol NOmol NO2 2,由图可得由图可得1-x=0.5x,x=,1-x=0.5x,x=,此时此时NONO2 2的转化率为的转化率为66.7%,66.7%,平衡时平衡时p(Np(N2 2O O4 4)=0.96p)=0.96p0 0,p(NO,p(NO2 2)=0.04p)=0.04p0 0,由此可求出由此可求出 (2)(2)当反应
29、达到平衡时当反应达到平衡时,v,v正正=v=v逆逆,即即k k正正c(Nc(N2 2O O4 4)=k)=k逆逆c c2 2(NO(NO2 2),),=k=k逆逆K=10kK=10k逆逆;该反应是吸热反应该反应是吸热反应,升高温度升高温度,平衡向正反应方向移动平衡向正反应方向移动,k,k正正增大增大的倍数大于的倍数大于k k逆逆增大的倍数。增大的倍数。23p0600K=p。2224kc(NO)k=c(N O)逆正答案答案:(1)(1)cbacba逆向逆向66.7%66.7%(2)10(2)10大于大于0600p6.(20206.(2020泰安模拟泰安模拟)苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中
30、以乙苯催化脱苯乙烯是重要的基础有机化工原料。工业中以乙苯催化脱氢来制取苯乙烯氢来制取苯乙烯:H H=+117.6 kJmol=+117.6 kJmol-1-1已知已知:上述反应的速率方程为上述反应的速率方程为v v正正=k k正正p p乙苯乙苯,v v逆逆=k k逆逆p p苯乙烯苯乙烯p p氢气氢气,其中其中k k正正、k k逆逆分别为分别为正、逆反应速率常数正、逆反应速率常数,p p为各组分分压。为各组分分压。(1)(1)同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是_。(2)(2)在实际生产中在实际生产中,往反应釜中同时通入乙苯和水蒸气往反
31、应釜中同时通入乙苯和水蒸气,加入水蒸气稀释剂能提加入水蒸气稀释剂能提高乙苯转化率的原因是高乙苯转化率的原因是_。测得容器总压。测得容器总压(p p总总)和乙苯转化率和乙苯转化率随时间随时间变化结果如图所示。平衡时变化结果如图所示。平衡时,p p(H(H2 2O)=O)=_kPa,kPa,平衡常数平衡常数K Kp p=_kPa(kPa(用平衡分压用平衡分压代替平衡浓度计算代替平衡浓度计算);a);a处的处的 =_。vv正逆【解析解析】(1)(1)该反应是吸热反应该反应是吸热反应,升高温度升高温度,反应速率加快反应速率加快,同时平衡向正向移同时平衡向正向移动动,所以同时增大乙苯的反应速率和平衡转化
32、率所采取的措施是升温。所以同时增大乙苯的反应速率和平衡转化率所采取的措施是升温。(2)(2)反应釜中同时通入乙苯和水蒸气反应釜中同时通入乙苯和水蒸气,相当于减小压强相当于减小压强,平衡正向移动平衡正向移动,乙苯转乙苯转化率增大化率增大;由题意可知由题意可知,起始时起始时p p乙苯乙苯+=100 kPa,+=100 kPa,平衡时乙苯转化率为平衡时乙苯转化率为75%,75%,2H Op则则0.25p0.25p乙苯乙苯+0.75p+0.75p乙苯乙苯+0.75p+0.75p乙苯乙苯+=115 kPa,+=115 kPa,再结合再结合p p乙苯乙苯+=100 kPa,+=100 kPa,解解得得p
33、p乙苯乙苯=20 kPa,=80 kPa;=20 kPa,=80 kPa;反应达到平衡时反应达到平衡时,v,v正正=k=k正正p p乙苯乙苯=v=v逆逆=k=k逆逆p p苯乙烯苯乙烯p p氢气氢气,则则 a a处处,乙苯的转化率为乙苯的转化率为60%,60%,总压强为总压强为112 kPa,112 kPa,2H Op2H Op2H Op2pp()p()(0.75 20 kPa)K=45 kPap()0.25 20 kPa苯乙烯氢气；乙苯pppk=K=45 kPakp氢气苯乙烯正逆乙苯，由前面可知由前面可知,起始起始p p乙苯乙苯=20 kPa,=20 kPa,a a处处,k pv8 kPa=45 kPa=2.5vk pp12 kPa 12 kPa正乙苯正逆逆氢气苯乙烯。
