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核心素养提升23化学反应速率常数

素养说明:运用题给陌生的原理和规律进行解题是近几年高考的一大热点,主要考查考生的迁移运用能力,但得分率极低;今以化学反应速率常数为例进行讲解拓展,旨在让考生学会灵活变通,做到举一反三,稳取高分。

1.速率常数含义
速率常数(k)是指在给定温度下,反应物浓度皆为1 mol·L-1时的反应速率。

在相同的浓度条件下,可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。

2.速率方程
一定温度下,化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。

对于反应:a A+b B===g G+h H
则v=kc a(A)·c b(B)(其中k为速率常数)。

如:①SO2Cl2SO2+Cl2v=k1c(SO2Cl2)
②2NO22NO+O2v=k2c2(NO2)
③2H2+2NO N2+2H2O v=k3c2(H2)·c2(NO)
3.速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的,速率常数是温度的函数,同一反应,温度不同,速率常数将有不同的值,但浓度不影响速率常数。

[题型专练]
1.(2015·全国卷Ⅰ·28节选)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。

回答下列问题:
Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g)
在716 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min 0 20 40 60 80 120
x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784
x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为
_____________________________________________________________________。

(2)上述反应中,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

、k

为速率常数,则k

为________(以K和k

表示)。

若k


0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正=________min-1。

(3)由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。

当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为______________(填字母)。

解析(1)2HI(g)H2 (g)+I2 (g)是反应前后气体物质的量不变的反应。

反应后x(HI)=0.784,则x(H2)=x(I2)=0.108,K=
c(H2)·c(I2)
c2(HI)

0.108

0.108
V
(0.784
V
)2

0.108×0.108
0.7842。

(2)到达平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)x(I2),k逆=
k正·
x2(HI)
x(H2)x(I2)
=k正/K,在t=40 min时,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-1×(0.85)2=1.95×10-3min-1。

(3)原平衡时,x(HI)为0.784,x(H2)为0.108,二者图中纵坐标均约为1.6(因为平衡时v正=v逆),升高温度,正、逆反应速率均加快,对应两点在1.6上面,升高温度,平衡向正反应方向移动,x(HI)减小(A点符合),x(H2)增大(E点符合)。

答案 (1)K =0.108×0.1080.7842 (2)k 正/K 1.95×10-
3 (3)A 、E
2.(2016·海南高考,16)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:t 1温度下,k (正)=0.006 s -1,k (逆)=0.002 s -1,该温度下反应的平衡常数值K 1=________;该反应的活化能E a (正)小于E a (逆),则ΔH ________0(填“小于”“等于”或“大于”)。

(2)t 2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K 2=________;温度t 1________t 2(填“小于
”“







”)






_____________________________________________。

解析 (1)根据v (正)=k (正)c (顺)=0.006 s -1×c (顺)和v (逆)=k (逆)c (反)= 0.002 s -1×c (反),反应达到平衡时v (正)=v (逆),即0.006 s -1×c (顺)= 0.002 s -1×c (反),则该温度下反应的平衡常数值
K 1=c (反)c (顺)
=0.006
0.002=3;该反
应的活化能E a (正)小于E a (逆),则ΔH =E 1(正反应活化能)-E 2(逆反应活化能)=E a (正)-E a (逆)<0。

(2)随反应的进行,顺-1,2-二甲基环丙烷的质量分数不断减少,且变化速率减慢,则顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是B ;根据顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1,2-二甲基环丙烷反应可知,t 2温度下,平衡时顺-1,2-二甲基环丙烷的质
量分数是30%,则反-1,2-二甲基环丙烷的质量分数是70%,因二者的摩尔质量相同,即反应平衡时顺-1,2-二甲基环丙烷的物质的量分数是30%,则反-1,2-二甲基环丙烷的物质的量分数是70%,代入平衡常数的表达式K 2=c (反)c (顺)=
0.7
0.3=7
3;因K 1大于K 2,此反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,得t 2大于t 1。

答案 (1)3 小于 (2)B 7
3 小于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移
动。

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