2026鲁科版高中化学选择性必修1基础题--专题强化练3 突破速率常数

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2026鲁科版高中化学选择性必修1
第2章　化学反应的方向、限度与速率
专题强化练3　突破速率常数
题组一　速率常数的应用
1.(2025山东日照五莲一中月考)N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中,在一定条件下,该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系:v(N2O4)=k1p(N2O4),v(NO2)=k2p2(NO2),其中k1、k2是与反应温度有关的常数。下列说法正确的是 (　　)
A.升高温度,k1增大,k2减小
B.该反应正反应的活化能高于逆反应的活化能
C.速率常数k只受温度影响,加入催化剂,速率常数k不发生变化
D.一定温度下,k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1=Kpk2
2.(2025山东滨州北镇中学月考)反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)中,每生成7 g N2放出166 kJ的热量,该反应的速率表达式为v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待测),其反应包含两步:①2NO+H2 N2+H2O2(慢),②H2O2+H2 2H2O(快)。
T ℃时测得有关实验数据如下:
序号 c(NO)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1) 速率/(mol·L-1·min-1)
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10-4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10-4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10-5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10-4
下列说法错误的是 (　　)
A.第①步反应是决速步
B.反应的活化能一定是①<②
C.该反应速率表达式:v=5 000c2(NO)·c(H2)
D.该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664 kJ·mol-1
3.(2024北京海淀统考)在一定条件下,向密闭容器中充入4.0 mol A和8.0 mol B,发生反应2A(g)+6B(g) C(g)+4D(g)。测得相同时间内A的转化率随温度的变化如图1所示(虚线表示A的平衡转化率随温度的变化);速率常数的对数lgk与温度的倒数之间的关系如图2所示。
已知:①对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数。
②已知该反应的速率方程v正=k正c2(A)·c6(B),v逆=k逆c(C)·c4(D),k正、k逆是速率常数。下列说法错误的是 (　　)
A.正反应的ΔH<0
B.ac线代表k逆,bd线代表k正
C.T0时,该反应的平衡常数Kx=12
D.升高温度时,k正-k逆增大
4.(经典真题)(2020全国Ⅰ节选)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。研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:v=k(-1)0.8(1-nα')。
式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后,v逐渐下降。原因是　　 　　　　　　　 　
　　　　 　　　　　　　　　　　　　 　
　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　　　　　 　。
题组二　化学平衡常数与速率常数的关系
5.(2025福建福州福九联盟期中联考)经研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
①Cl2(g) 2Cl·(g)　快
②CO(g)+Cl·(g) COCl·(g)　快
③COCl·(g)+Cl2(g) COCl2(g)+Cl·(g)　慢
反应②的速率方程为v正=k正c(CO)c(Cl·),v逆=k逆c(COCl·)。下列说法正确的是 (　　)
A.反应①的活化能大于反应③的活化能
B.反应②的平衡常数K=
C.使用催化剂,反应②的k正、k逆均不发生改变
D.升高温度,反应②的k正增加,k逆减小
6.(2025河南郑州外国语学校月考)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料,对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),反应速率v=v正-v逆=k正x2(SiHCl3)-k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.该反应的正反应活化能大于逆反应活化能
B.a、b处反应速率大小:va大于vb
C.温度一定时使用更优质催化剂,可使k正、k逆增大,k正与k逆的比值增大
D.343 K时反应的平衡常数K=
7.(2025山东莱州质检)回答下列问题:
(1)在T2 K、1.0×104 kPa下,等物质的量的CO与CH4混合发生反应:CO(g)+CH4(g) CH3CHO(g)。v正-v逆=k正p(CO)·p(CH4)-k逆p(CH3CHO),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为气体的分压(p=气体总压×体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp=4.5×10-5 kPa-1,某时刻CO转化率为20%,=　　　　。
(2)探索氮氧化物反应的特征及机理,对处理该类化合物的污染问题具有重要意义。NO2可发生反应生成N2O4,化学方程式为2NO2(g) N2O4(g),恒温恒容条件下,上述反应达到平衡后,升高温度可使体系颜色加深。已知该反应的正反应速率方程为v正=k正·c2(NO2),逆反应速率方程为v逆=k逆·c(N2O4),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数。如图中lg k表示速率常数的对数,A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1.5、a+0.5、a-0.5、a-1.5,则温度为T1 K时化学平衡常数K=
　　　　L·mol-1。恒温恒容条件下,上述反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率将　　　　。
答案与分层梯度式解析
1.B　升高温度,速率常数k1和k2均增大,故A错误;由N2O4(g) 2NO2(g)　ΔH>0可知,正反应的活化能高于逆反应的活化能,故B正确;速率常数k与温度、催化剂等有关,加入催化剂速率常数k发生变化,故C错误;消耗速率满足v(N2O4)∶v(NO2)=1∶2时反应达到平衡状态,即2k1p平(N2O4)=k2,则2k1=Kpk2,故D错误。
2.B　第①步反应是慢反应,第②步反应是快反应,所以第①步反应为决速步,故A正确;反应的活化能越大,发生反应需要的能量就越高,反应就越不容易发生,反应速率越慢,反应①是慢反应,反应②是快反应,可推知反应的活化能:①>②,故B错误;根据Ⅰ、Ⅱ两组实验数据可知,在c(NO)不变时,c(H2)变为原来的2倍,反应速率也变为原来的2倍,则n=1,根据Ⅲ、Ⅳ两组实验数据可知,在c(H2)不变时,c(NO)变为原来的2倍,反应速率v变为原来的4倍,则m=2,再将Ⅰ中数据代入速率公式,可得速率常数k=5 000,所以该反应速率表达式为v=5 000c2(NO)·c(H2),故C正确;根据题意,每生成7 g N2(物质的量为0.25 mol)放出166 kJ的热量,所以反应产生1 mol N2时放出的热量Q==664 kJ,该反应的热化学方程式可表示为2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-664 kJ·mol-1,故D正确。
3.D　由题图可知,随温度升高,A的平衡转化率降低,则升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,ΔH<0,A正确;升高温度平衡逆向移动,说明k正随温度变化比k逆随温度变化慢,bd线的斜率小于ac线的斜率,所以ac线代表k逆,bd线代表k正,B正确;T0时A的平衡转化率为40%,A转化的物质的量为4.0 mol×40%=1.6 mol,列三段式:
2A(g)+6B(g) C(g)+4D(g)
起始/mol　　4　　8　　0　　0
转化/mol　　1.6　　4.8　　0.8　　3.2
平衡/mol　　2.4　　3.2　　0.8　　3.2
该反应的平衡常数Kx==12,C正确;正反应放热,升高温度平衡逆向移动,说明温度对逆反应速率的影响大于对正反应速率的影响,升高温度时,k正-k逆减小,D错误。
4.答案　升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。ttm后,k增大对v的提高小于α引起的降低
解析　由反应的速率方程可知,当α'=0.90时,(1-nα')是常数,温度大于tm后,温度升高,k增大,而v逐渐下降,原因是SO2(g)+O2(g)SO3(g)是放热反应,升高温度时平衡逆向移动,α减小,(-1)0.8减小,k增大对v的提高小于α减小引起的降低。
名师点睛
题中陌生的速率方程会无形中增大题目的难度,但仔细观察速率方程和图像的关系知,α'一定时,速率v只受k、α的影响。温度对k的影响题干中已经有描述,温度对平衡转化率α的影响可以通过题干中的热化学方程式来确定,而这两种因素哪个占了上风,哪个对速率的影响就大。
5.B　活化能越小,反应速率越快,所以反应①的活化能小于反应③的活化能,A项错误;反应②的速率方程为v正=k正c(CO)c(Cl·),v逆=k逆c(COCl·),因为平衡时正逆反应速率相等,所以k正c(CO)c(Cl·)=k逆c(COCl·),K=,B项正确;催化剂对速率常数有影响,所以使用催化剂,反应②的k正、k逆均发生改变(易错点),C项错误;升高温度,反应②的k正、k逆均增加,D项错误。
名师点睛
正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆cc(C)·cd(D),平衡常数K=,反应达到平衡时v正=v逆,则平衡常数K=。
6.C　根据“先拐先平数值大”可知a点所在曲线为343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的曲线,另一曲线(即b点所在曲线)为323 K时SiHCl3的转化率随时间变化的曲线,其他条件相同,343 K时SiHCl3的平衡转化率较323 K时大,说明温度升高有利于SiHCl3的转化,正反应为吸热反应,该反应的正反应活化能大于逆反应活化能,故A正确;a处和b处SiHCl3的转化率相同,即体系中各物质的浓度相同,温度:a处>b处,va大于vb,故B正确;使用催化剂,可加快反应速率,但不影响平衡(易错点),K=,所以使用更优质催化剂可使k正、k逆均增大,但二者的比值不变,故C不正确;根据题图可知,343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,设SiHCl3的起始浓度为c,根据题意列三段式如下:
　　　2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始浓度　　c　　0　　0
转化浓度　　0.22c　　0.11c　　0.11c
平衡浓度　　0.78c　　0.11c　　0.11c
343 K时,平衡常数K=,故D正确。
7.答案　(1)0.8　(2)10　增大
解析　(1)当反应达到平衡时v正=v逆,则=Kp=4.5×10-5 kPa-1,T2 K、1.0×104 kPa时,设起始时n(CH4)=n(CO)=1 mol,列三段式如下:
　　　　　CO(g)+CH4(g) CH3CHO(g)
起始量/mol　　1　　1　　0
变化量/mol　　0.2　　0.2　　0.2
某时刻量/mol　　0.8　　0.8　　0.2
所以p(CH4)=p(CO)=×1.0×104 kPa=×104 kPa,p(CH3CHO)=×1.0×104 kPa=×104 kPa,v正=k正p(CO)·p(CH4)=k正×(×104 kPa)2,v逆=k逆p(CH3CHO)=k逆××104 kPa,=4.5×10-5 kPa-1× kPa=0.8。
(2)升高温度体系颜色加深,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。随着温度下降,增大,正、逆反应速率均下降,则lg k正和lg k逆均减小,由于温度下降平衡正移,v正>v逆,则下降相同温度时lg k逆减小更快,表示lg k正随变化关系的是③,表示lg k逆随变化关系的是④。温度为T1 K时,lg k正-lg k逆=(a-0.5)-(a-1.5)=1,化学平衡常数K==10 L·mol-1;恒温恒容条件下,题述反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,所得新平衡等效于在原平衡基础上加压所得,对于该反应,增大压强,平衡正向移动,则NO2的平衡转化率增大。
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