数智分层作业(十三) 压强平衡常数(Kp)、速率常数(k正、k逆)及相关计算
(分值：30分)
一、选择题(本题共2小题，每小题2分，共4分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．高温下，甲烷生成乙烷的反应为2CH4C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程v＝k·c(CH4)，其中k为反应速率常数。下列说法错误的是( )
A．反应初期，增大甲烷浓度，v增大
B．增大H2浓度，v增大
C．该温度下，乙烷的生成速率逐渐减小
D．升高反应温度，k增大
2．恒容条件下，1 mol SiHCl3发生如下反应：2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)。已知：v正＝v消耗(SiHCl3)＝k正·x2(SiHCl3)，v逆＝2v消耗(SiH2Cl2)＝k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数(假设仅与温度有关)，x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法不正确的是( )
A．a、b处反应速率：va>vb
B．当反应进行到a处时，＝
C．反应达到平衡状态时v消耗(SiHCl3)＝2v消耗(SiCl4)
D．T1 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3，平衡正向移动，x(SiH2Cl2)增大
二、选择题(本题共2小题，每小题4分，共8分。每小题有一个或两个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
3．一定量的CO2与足量的碳在恒压(起始压强为p)密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示：
已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( )
A．一定温度下达到平衡后，充入一定量CO2 ，达到新平衡后，二氧化碳所占体积分数将变大
B．该反应ΔH>0
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．650 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝
4．在保持体系总压为105 Pa的条件下进行反应：SO2(g)＋O2(g) SO3(g)，原料气中SO2和O2的物质的量之比m＝不同时，SO2的平衡转化率与温度(T)的关系如图所示。图中A点原料气的成分是n(SO2)＝10 mol，n(O2)＝24.4 mol，n(N2)＝70 mol，下列有关说法正确的是(已知：用分压表示的平衡常数为Kp，分压＝总压×物质的量分数)( )
A．该反应的正反应是吸热反应
B．m1C．A点时SO2的分压p(SO2)＝4.0×103 Pa
D．在500 ℃、m3的条件下，该反应的平衡常数Kp≈5.2×10-2 P
三、非选择题(本题共4小题，共18分)
5．(4分)1 mol CH3CH2OH和1 mol H2O充入恒容密闭容器中发生反应：2CO(g)＋4H2(g) CH3CH2OH(g)＋H2O(g)，在550 K时，气体混合物中H2的物质的量分数x(H2)与反应时间t的关系如表所示。
t/min 0 20 40 60 80 100
x(H2)/% 0 15 29 40 48 48
上述反应中，正反应速率v正＝k正·x2(CO)·x4(H2)，逆反应速率v逆＝k逆·x(CH3CH2OH)·x(H2O)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆＝__________________________(以Kx和k正表示，其中Kx为用物质的量分数表示的平衡常数)，若k逆＝75 mol·L-1·min-1，在t＝80 min时，v逆＝__________。
6．(6分)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α＝×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式K＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。(2分)
(2)试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K＝_______ kPa-1。已知k逆＝60 s-1，则速率常数k正＝________s-1·kPa-1。(4分)
7．(4分)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol-1。将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为______，平衡常数Kp＝______(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
8．(4分)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。H2S热分解反应：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)的ΔH4＝＋170 kJ·mol-1，在1 470 K、100 kPa 反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________________，平衡常数Kp＝________kPa。
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1 2 3 4
B D BD D
5． 1.47 molL-1min-1
6．(1) (2)2 120
7．
8．50% 4.76
1．B
2．D [由题图可知，T2>T1，则a、b处反应速率：va>vb，A项正确；反应进行到a处时，x(SiHCl3)＝0.8，此时v正＝k正x2(SiHCl3)＝0.82k正，则转化的SiHCl3的物质的量为0.2 mol，生成SiH2Cl2、SiCl4的物质的量均为0.1 mol，则x(SiH2Cl2)和x(SiCl4)均为0.1，v逆＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)＝0.01k逆，则，平衡时k正x2(SiHCl3)＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，x(SiHCl3)＝0.75，则x(SiH2Cl2)＝x(SiCl4)＝0.125，，则当反应进行到a处时，，B项正确；反应达到平衡状态时，v消耗(SiHCl3)＝v生成(SiHCl3)＝2v消耗(SiCl4)，C项正确；T1 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3，压强增大，该可逆反应为反应前后气体分子数不变的反应，平衡不移动，x(SiH2Cl2)不变，D项错误。]
3．BD [一定温度下达到平衡后，由于是恒压容器，充入一定量CO2，容器体积变大，达到新平衡后，二氧化碳所占体积分数不变，故A错误；升高温度，二氧化碳体积分数减小，说明平衡正向移动，即正向为吸热反应，ΔH>0，故B正确；恒压条件下，T ℃时，CO2和CO体积分数相等，若充入等体积的CO2和CO，容器体积变大，CO2和CO的分压不变，平衡不移动，故C错误；650 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝，故D正确。]
4．D [A项，m相同时，温度越高，α(SO2)越小，反应为放热反应，错误；B项，相同温度时，m越大，SO2的含量越多，转化率越小，m1>m2>m3，错误；C项，
SO2(g) ＋ O2(g) SO3(g)
n始 10 mol 24.4 mol 0
Δn 8.8 mol 4.4 mol 8.8 mol
n平 1.2 mol 20 mol 8.8 mol
px ×105 ，
错误；D项，Kp＝
≈5.2×10-2P，D正确。]
5．平衡时v正＝v逆，可得k正x2(CO)x4(H2)＝k逆x(CH3CH2OH)x(H2O)，Kx＝，k逆＝；t＝80 min时，H2的物质的量分数为48%，则CO的物质的量分数为24%，CH3CH2OH、H2O的物质的量分数均为14%。v逆＝k逆x(CH3CH2OH)x(H2O)＝75 molL-1min-1×0.14×0.14＝1.47 molL-1min-1。
6．(1)可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆，所以k正c(Mb)p(O2)＝k逆c(MbO2)，，则平衡常数K＝。
(2)c点时，p(O2)＝4.50 kPa，肌红蛋白的结合度α＝90%，代入平衡常数表达式中可得K＝ kPa-1＝2 kPa-1；K＝，则k正＝Kk逆＝2 kPa-1×60 s-1＝120 s-1kPa-1。
7．设通入的SO2、O2和N2共100 mol，利用三段式法进行计算：
SO2(g) ＋ O2(g) SO3(g)
起始量/mol 2m m 0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m－2mα m－mα 2mα
平衡时气体的总物质的量为(3m＋q－mα)mol，则p(SO2)＝p×，p(O2)＝p×，p(SO3)＝p×，因3m＋q＝100，Kp＝，代入计算得Kp＝。
8．由已知反应可知，H2S~H2，平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，则H2S平衡转化率为50%。设起始时n(H2S)＝1 mol，列三段式如下：
2H2S(g) S2(g)＋2H2(g) Ar
起始量/mol 1 0 0 4
转化量/mol 0.5 0.25 0.5 0
平衡量/mol 0.5 0.25 0.5 4
平衡时H2S、S2、H2的物质的量分数分别为，则Kp＝×100 kPa≈4.76 kPa。
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