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02 常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算 （附答案解析）-备战高考化学大题逐空突破系列（全国通用）
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这是一份02 常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算 （附答案解析）-备战高考化学大题逐空突破系列（全国通用），共13页。
常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算
【高考必备知识】
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(A)＝
(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
对于可逆反应：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L
mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a－mx b－nx px qx
平衡常数：K＝＝ (固体和纯液体的浓度为常数，不计入化学平衡常数表达式中)
反应物(A)的转化率：α(A)＝×100%＝×100%＝×100%
3．化学反应速率常数及应用
(1)速率常数含义：反应速率常数(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，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率
(2)速率常数的影响因素：与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，但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，一般温度越高，反应速率常数越大。通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数
(3)速率方程
①定义：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
②表达式：对于反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，则v正＝k正·ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的反应速率常数)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的反应速率常数)
如：反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。
(4)速率常数与化学平衡常数之间的关系
①K与k正、k逆的关系
对于反应：aA(g)＋bB(g)pC(g)＋qD(g)，
则：v正＝k正·ca(A)·cb(B) (k正为正反应速率常数)
v逆＝k逆·cp(C)·cq(D) (k逆为逆反应速率常数)
反应达到平衡时v正＝v逆，此时：k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cp(C)·cq(D)，即：
②Kp与k正、k逆的关系
以2NO2N2O4为例，v正＝k正·p2(NO2)，v逆＝k逆·p(N2O4)
反应达到平衡时v正＝v逆，此时：k正·p2(NO2)＝k逆·p(N2O4)＝＝Kp，即：Kp＝
【真题演练】
1．(2022·全国乙卷)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 ΔH4＝170kJ·mol－1
在1373K、100kPa反应条件下，对于n(H2S)：n(Ar)分别为4：1、1：1、1：4、1：9、1：19的H2S－Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
(1)n(H2S)：n(Ar)越小，H2S平衡转化率________，理由是________________________________________
(2)n(H2S)：n(Ar)＝1：9对应图中曲线________，计算其在0~0.1s之间，H2S分压的平均变化率为_____kPa·s－1
2．(2022·海南卷)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
(1)某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol。则CO2的转化率为_______
(2)在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在反应器中按n(CO2)：n(H2)＝1：4通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L－1)如下表所示
催化剂
t＝350℃
t＝400℃
c(CH3OH)
c(CH4)
c(CH3OH)
c(CH4)
催化剂I
10.8
12722
345.2
42780
催化剂II
9.2
10775
34
38932
在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，0~2min生成CH3OH的平均反应速率为_______μmol·L－1·min－1；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是____________________________
3．(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应
Ⅰ．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
(1)下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是_______
A．增加CH4(g)用量 B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g) D．加入催化剂
(2)恒温恒压条件下，1mol CH4(g)和1mol H2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为b mol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝_______ (写出含有a、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为_______(结果保留两位有效数字)
4．(2021·全国甲卷)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49 kJ·mol－1
合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝________________；
(2)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________，反应条件可能为_____________或______________
5．(2021·湖南卷)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)
(2)在该温度下，反应的标准平衡常数K⊖＝________[已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g) K⊖＝，其中p⊖＝100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]
6．(2021·河北卷)(1)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)＋H2O(l)H＋(aq)＋HCO(aq)
25 ℃时，反应②的平衡常数为K2。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压＝总压×物质的量分数)，比例系数为y mol·L－1·kPa－1，当大气压强为p kPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H＋浓度为________mol·L－1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO的电离)。
(2)105 ℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：
2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)
上述反应达平衡时体系的总压为46 kPa。
保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5 kPa，CO2(g)的初始压强应大于______________kPa
7．(2021·广东省)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
(a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
(b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
(c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
(d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
(e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
设K为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0 ＝100 kPa)，反应a、c、e的ln K随(温度的倒数)的变化如图所示
(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有________(填字母)
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为K＝________
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程。
8．(2021·湖北卷)(1)在温度为T2时，通入气体分压比为p(C3H8)：p(O2)：p(N2)＝10:5:85的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2s生成C3H6的平均速率为_______kPa/s，在反应一段时间后，C3H8和O2的消耗速率比小于2:1的原因为____________________________
(2)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=2:13:85的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应（k、k′为速率常数）：
反应II：2C3H8(g)＋O2(g)==2C3H6(g)＋2H2O(g) k
反应III：2C3H6(g)＋9O2(g)==6CO2＋6H2O(g) k′
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)= k p(C3H8)—k′p(C3H6)，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为________，其理由是________________________________________________
9．(2021·天津卷)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2(g)＋CH4(g)CS2(g)＋2H2S(g)，某温度下，若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应。
(1)当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为___________
(2)当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是___________(填序号)
a．气体密度 b．气体总压 c．CH4与S2体积比 d．CS2的体积分数
【题组训练】
1．一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0～6.0 min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)
____________________________________________________________
2．对于基元反应，如aA＋bBcC＋dD，反应速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆是取决于温度的速率常数。对于基元反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在653 K时，速率常数k正＝2.6×103 L2·mol－2·s－1，k逆＝4.1×103 L·mol－1·s－1
(1)计算653 K时的平衡常数K＝
(2)653 K时，若NO的浓度为0.006 mol·L－1，O2的浓度为0.290 mol·L－1，则正反应速率为 mol·L－1·s－1
3．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
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正、k逆为速率常数，则
k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1
4．利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下：
4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH＜0
已知该反应速率v正＝k正·cx(NH3)·cy(NO)，v逆＝k逆·c5(N2)·c0(H2O)(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数K＝k正/k逆，则x＝ ，y＝
5．活性炭还原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理为：2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋ 2CO2(g) ΔH<0。
已知该反应的正反应速率方程为v正＝k正·p2(NO2)，逆反应速率方程为v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。则如图(lg k表示速率常数的对数，表示温度的倒数)所示a、b、c、d四条斜线中，能表示lg k正随变化关系的斜线是____________，能表示lg k逆随变化关系的斜线是__________
6．1 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＝______________
7．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小，某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
i：2NO(g)N2O2(g)(快)，v1正＝k1正·c2(NO) v1逆＝k1逆·c(N2O2) ΔH1＜0
ii：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)，v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2) v2逆＝k2逆·c2(NO2) ΔH2＜0
一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________
8．(1)已知合成氨反应：N2(g)＋H2(g)NH3(g)ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强，p、p、p为各组分的平衡分压，如p＝x(NH3)p，p为平衡总压，x(NH3)为平衡系统中NH3的物质的量分数。若往一密闭容器中加入的N2、H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则Kθ＝________(用含w的最简式表示)。
(2)某科研小组向一恒容密闭容器中通入2 mol CH4、2 mol CO2，控制适当条件使其发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1，测出CH4的某个平衡物理量X随着温度、压强的变化如图所示
①X________(填“能”或“不能”)表示平衡体系中CH4的体积分数；p1、p2的大小关系为____________，b点浓度商Qc与对应温度下的平衡常数K相比，较大的是____________
②若容器容积为2 L，a点时c(CH4)＝0.4 mol·L－1，则相应温度下的平衡常数K＝________
9．化学动力学上将一步完成的反应称为基元反应。对于基元反应：aA＋bBcC＋dD，其速率方程为v＝k·ca(A)·cb(B)(k为只与温度有关的速率常数)，复杂反应(由几个基元反应构成)的速率取决于慢的基元反应。
(1)已知反应NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g) ΔH＜0，在温度低于250 ℃时是由两个基元反应构成的复杂反应，该反应的速率方程为v＝k·c2(NO2)，则其两个基元反应分别为：Ⅰ.________===NO3＋________；Ⅱ.略，这两个反应中活化能较小的是________
(2)某科研小组测得380 ℃时该反应的c(NO2)、c(CO)与生成CO2的速率[v(CO2)]的关系如下：
c(CO)/(mol·L－1)
0.025
0.05
0.025
c(NO2)/(mol·L－1)
0.04
0.04
0.12
v(CO2)/(mol·L－1·s－1)
2.2×10－4
4.4×10－4
6.6×10－4
则该温度下的反应速率常数k＝______L·mol－1·s－1
10．在T0 K、1.0×104 kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体可以合成乙醛，反应化学方程式如下：
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
实验测得：v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，k正、k逆为速率常数，p为气体的分压(气体分压p＝气体总压p总×体积分数)。若用气体分压表示的平衡常数Kp＝4.5×10－5(kPa)－1，则k正＝___________(以k逆表示)；当CO转化率为20%时，CH3CHO(g)的分压p(CH3CHO)＝____________kPa
11．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2，测得不同温度下，NH3的产率随时间变化如图所示。
(1)下列有关说法正确的是________
A．由b点到c点混合气体密度逐渐增大 B．达到平衡时，2v正(H2)＝3v逆(NH3)
C．平衡时，通入氩气平衡正向移动 D．平衡常数，Ka
(3)已知：瞬时速率表达式v正＝k正c3(H2)·c(N2)，v逆＝k逆c2(NH3)(k为速率常数，只与温度有关)。温度由T1调到T2，活化分子百分率________(填“增大”“减小”或“不变”)，k正增大倍数________k逆增大倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。T1 ℃时，＝________
【常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算】答案
1．(1)越高 n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高
(2)d 24.9
解析：(1)由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高；(2)n(H2S):n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S):n(Ar)＝1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(Ar)＝1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol，则根据三段式可知
此时H2S的压强为≈7.51kPa，H2S的起始压强为10kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9kPa·s－1。
2．(1)50%或0.5
(2)5.4 相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高
解析：(1)温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol，则CO2的转化率为
(3)在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，由表中信息可知，0~2minCH3OH的浓度由0增加到10.8 μmol·L－1，因此，0~2min生成CH3OH的平均反应速率为；由表中信息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 0~2minCH3OH的浓度由０增加到10.8 μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝12722:10.8≈1178；在选择使用催化剂Ⅱ和350℃的反应条件下，0~2minCH3OH的浓度由０增加到9.2 μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝10775:9.2≈1171；在选择使用催化剂Ⅰ和400℃条件下反应， 0~2minCH3OH的浓度由０增加到345.2μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝42780:345.2≈124；在选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件下，0~2minCH3OH的浓度由０增加到34μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝38932:341145。因此，若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件的原因是：相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高。
3．(1)BC
(1) 0.43
解析：(1)A．增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A不符合题意；B．恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强，反应混合物中各组分的浓度减小，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，B符合题意；C．移除CO(g)，减小了反应混合物中CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，C符合题意；D．加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高CH4(g)平衡转化率，D不符合题意；综上所述，上述操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是BC；(2)恒温恒压条件下，1 mol CH4 (g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4 (g)的转化率为α，CO2 (g)的物质的量为b mol，则转化的CH4 (g)为α mol，剩余的CH4 (g)为(1-α )mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(α-b)mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1-α-b )mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol，则反应混合物的总物质的量为(2α+2 )mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、 CO(g) 、H2(g)的物质的量分数分别为、、、，因此，反应I的平衡常数Kx=;其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，a =0.90，b =0.65，则平衡时，CH4 (g)为0.1mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25mol，，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5-0.90-0.65 )mol=3.45mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol=3.35mol，平衡混合物的总物质的量为(2α+6 )mol=7.8mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为；
4．(1)
(2)33.3% 5×105 Pa,210 ℃ 9×105 Pa，250 ℃
解析：(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝。
(2)设起始n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3 mol，则
3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 3 1 0 0
转化/mol 3x x x x
平衡/mol 3－3x 1－x x x
当平衡时，若x(CH3OH)＝0.10，＝0.10，解得x＝，平衡时CO2的转化率α＝×100%≈33.3%；由图可知，满足平衡时x(CH3OH)＝0.10的条件有：5×105 Pa，210 ℃或9×105 Pa,250 ℃。
5．(1)
(2)0.48
解析：(1)设0～t1时间内生成的氮气为x mol，列“三段式”：
2NH3N2＋ 3H2
起始量/mol 0.1 0 0
变化量/mol 2x x 3x
平衡量/mol 0.1－2x x 3x
由题图可知t1时，氨气和氢气的平衡分压相等，根据压强之比等于物质的量之比，所以n(NH3)＝n(H2)，则3x＝0.1－2x，解得x＝0.02，所以v(H2)＝＝ mol·L－1·min－1
(2)由题图可知，t1时，反应达到平衡状态，且p(NH3)＝p(H2)＝1.2×100 kPa，p(N2)＝0.4×100 kPa，则K⊖＝＝＝0.48。
6．(1)
(2)100.8
解析：(1)由于溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比，比例系数为y mol·L－1·kPa－1，因此当大气压强为p kPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中CO2(aq)浓度为ypx mol·L－1。设溶液中H＋浓度为a mol·L－1，由反应②CO2(aq)＋H2O(l)=== H＋(aq)＋HCO(aq)，可得c(HCO)＝c(H＋)＝a mol·L－1，c[CO2(aq)]＝ypx mol·L－1，则K2＝，解得a＝。(2)平衡体系总压为46 kPa，则由2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)可得p(H2O)＝p(CO2)＝23 kPa，Kp＝23×23。若保持温度不变，设开始先通入CO2的压强为x kPa，平衡时水蒸气分压为5 kPa时，可列“三段式”：
2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)
起始/kPa 0 x
转化/kPa 5 5
平衡/kPa 5 5＋x
Kp＝23×23＝5×(5＋x)，解得x＝100.8，故为使平衡时水蒸气分压小于5 kPa，CO2(g)初始压强应大于100.8 kPa。
7．(1)ac
(2)
(3)由图可知，A处对应反应c的ln K＝0，即K＝＝1，解得＝p(CH4)，已知反应达到平衡时p(H2)＝40 kPa，则p(CH4)＝16 kPa，且初始状态时p(CH4)＝×100 kPa＝50 kPa，故CH4的平衡转化率为×100%＝68%。
解析：(1)随着温度的升高，反应a和c的ln K增大，说明K的数值增大，反应向正反应方向进行，反应a和c为吸热反应，同理反应e的ln K减小，说明K的数值减小，反应向逆反应方向进行，反应e为放热反应。(2)用相对分压代替浓度，则反应c的平衡常数表达式K＝＝
8．(1)2 H2和C3H6都消耗O2
(2)先增大后减小 反应开始时，体系中主要发生反应II，c(C3H6)逐渐增大，随反应进行，p(C3H8)减小，p(C3H6)增大，v(C3H6)减小，体系中主要发生反应III，c(C3H6)逐渐减小
解析：(1)0~1.2s内的C3H6分压由0增大到2.4kPa，则生成C3H6的平均速率为2.4/1.2=2 kPa/s；若只发生反应I、II，C3H6的分压应大于H2和H2O的分压，但由图b可知，随着反应进行，p(H2O)>p(C3H6)>p(H2)，且有CO2生成，H2分压降低，故体系中还发生反应2C3H6+9O2==6CO2+3H2O、2H2+O2==2H2O的反应，消耗O2，导致C3H8和O2的消耗速率之比小于2:1； (2)反应开始是，反应II向右进行，c(C3H6)逐渐增大，且体系中以反应II为主，随反应进行，p(C3H8)减小，p(C3H6)增大，v(C3H6)减小，体系中主要发生反应III，c(C3H6)逐渐减小，故丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。
9．(1)30%
(2) d
解析：(1)在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应，
CS2体积分数为10%，即，解得x=0.3a，则CH4的转化率为30%。
(2)a.恒容容器，质量不变，故密度一直不变，故密度不变不一定平衡，不选；b.反应前后气体的物质的量不变，故压强也一直不变，故压强不变一定平衡，不选；c.CH4与S2体积比一直为1:2，故不一定平衡，不选；d.CS2的体积分数说明反应已经达到了平衡，选；故选d。
【题组训练】
1．v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝2×＝1.8×10－3 mol·min－1
2．(1) L·mol－1
(2)2.7×10－2
3． 1.95×10－3
解析：平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，则＝＝K，k逆＝。v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×0.852≈1.95×10－3 min－1。
4．4 6
5．c d
解析：升高温度，正、逆反应速率都增大，说明T升高k正、k逆都增大，则增大，即温度降低，k正、k逆都减小，即lg k正、lg k逆都减小，而该反应焓变小于0，为放热反应，降低温度平衡正向移动，说明平衡状态下降低温度v正＞v逆，则k正减小的幅度较小，即表示lg k正随变化关系的斜线的斜率较小，所以c表示lg k正随变化关系，d表示lg k逆随变化关系。
6． 1.47 mol·L－1·min－1
解析：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 mol·L－1·min－1×0.14×0.14＝1.47 mol·L－1·min－1。
7．
解析：①2NO(g)N2O2(g)；②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)；目标反应2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)，由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，k1正·c2(NO)×
k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)×k2逆·c2(NO2)，则K＝＝。
8．(1)
(2)①不能 p1
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
n(始)/mol 1 3 0
Δn/mol a 3a 2a
n(平)/mol 1－a 3－3a 2a
理论生成NH3 2 mol，故＝w，a＝w。
又因为p＝pθ，因此：Kθ＝＝＝。
(2)①压强一定时升高温度，X表示的物理量增加，而升温有利于平衡向右移动，故X不能表示平衡体系中CH4的体积分数。X可以看成是平衡体系中CH4的转化率，由于正反应是气体分子数增加的反应，压强越小越有利于平衡向右移动，CH4的平衡转化率越大，故p1
(2)0.22
解析：(1)温度低于250 ℃时，该反应的速率方程式为v＝k·c2(NO2)，说明NO2和CO不参与同一个基元反应，且NO2参与的基元反应为慢反应，决定了该反应的反应速率，基元反应Ⅰ中产物有NO3，根据元素守恒可知该基元反应的反应物应为NO2，则该基元反应Ⅰ为2NO2===NO3＋NO; 活化能越大，反应速率越慢，基元反应Ⅰ决定整个反应速率，说明反应Ⅰ活化能较大，即反应Ⅱ活化能较小。
(2)根据表格分析可知CO和NO2的浓度均会影响反应速率，由于该反应不是基元反应，由题意可设该反应的正反应速率v＝k·c(NO2)·c(CO)，将表格中相应数据代入有2.2×10－4 mol·L－1·s－1＝k×0.04 mol·L－1×0.025 mol·L－1，可解得k＝0.22 L·mol－1·s－1。
10．k逆×4.5×10－5 ×104(或1.1×103)
解析：v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，当反应达到平衡时，v正＝v逆，则＝＝Kp，带入数值得k正＝k逆×4.5×10－5；等物质的量的CO与CH4合成乙醛，设它们起始量均为1 mol，当CO转化率为20%时，列出反应的三段式如下：
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
起始量/mol 1 1 0
变化量/mol 0.2 0.2 0.2
最终量/mol 0.8 0.8 0.2
所以p(CH3CHO)＝×1.0×104 kPa＝×104(或1.1×103)kPa。
11．(1)BD
(2)0.05
(3)增大 小于 或2.37
解析：(1)恒容下，密度不变，A错；C项，恒容下通稀有气体，不移动，C错。
(3)平衡时，v正＝v逆，即k正c3(H2)·c(N2)＝k逆c2(NH3)，＝＝K，升温时，K减小，减小，故k正增大的倍数小于k逆的。
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
n(始)/mol 1 3 0
Δn/mol 0.5 1.5 1
n(平)/mol 0.5 1.5 1
c(平)/(mol·L－1) 0.25 0.75 0.5
K＝＝＝＝≈2.37。
常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算
【高考必备知识】
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(A)＝
(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
对于可逆反应：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L
mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a－mx b－nx px qx
平衡常数：K＝＝ (固体和纯液体的浓度为常数，不计入化学平衡常数表达式中)
反应物(A)的转化率：α(A)＝×100%＝×100%＝×100%
3．化学反应速率常数及应用
(1)速率常数含义：反应速率常数(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，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率
(2)速率常数的影响因素：与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，但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，一般温度越高，反应速率常数越大。通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数
(3)速率方程
①定义：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
②表达式：对于反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，则v正＝k正·ca(A)·cb(B)(其中k正为正反应的反应速率常数)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆为逆反应的反应速率常数)
如：反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。
(4)速率常数与化学平衡常数之间的关系
①K与k正、k逆的关系
对于反应：aA(g)＋bB(g)pC(g)＋qD(g)，
则：v正＝k正·ca(A)·cb(B) (k正为正反应速率常数)
v逆＝k逆·cp(C)·cq(D) (k逆为逆反应速率常数)
反应达到平衡时v正＝v逆，此时：k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cp(C)·cq(D)，即：
②Kp与k正、k逆的关系
以2NO2N2O4为例，v正＝k正·p2(NO2)，v逆＝k逆·p(N2O4)
反应达到平衡时v正＝v逆，此时：k正·p2(NO2)＝k逆·p(N2O4)＝＝Kp，即：Kp＝
【真题演练】
1．(2022·全国乙卷)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 ΔH4＝170kJ·mol－1
在1373K、100kPa反应条件下，对于n(H2S)：n(Ar)分别为4：1、1：1、1：4、1：9、1：19的H2S－Ar混合气，热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
(1)n(H2S)：n(Ar)越小，H2S平衡转化率________，理由是________________________________________
(2)n(H2S)：n(Ar)＝1：9对应图中曲线________，计算其在0~0.1s之间，H2S分压的平均变化率为_____kPa·s－1
2．(2022·海南卷)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
(1)某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol。则CO2的转化率为_______
(2)在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在反应器中按n(CO2)：n(H2)＝1：4通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L－1)如下表所示
催化剂
t＝350℃
t＝400℃
c(CH3OH)
c(CH4)
c(CH3OH)
c(CH4)
催化剂I
10.8
12722
345.2
42780
催化剂II
9.2
10775
34
38932
在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，0~2min生成CH3OH的平均反应速率为_______μmol·L－1·min－1；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是____________________________
3．(2022·河北卷)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应
Ⅰ．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
(1)下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是_______
A．增加CH4(g)用量 B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g) D．加入催化剂
(2)恒温恒压条件下，1mol CH4(g)和1mol H2O(g)反应达平衡时，CH4(g)的转化率为α，CO2(g)的物质的量为b mol，则反应Ⅰ的平衡常数Kx＝_______ (写出含有a、b的计算式；对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，，x为物质的量分数)。其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5 mol，达平衡时，α＝0.90，b＝0.65，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为_______(结果保留两位有效数字)
4．(2021·全国甲卷)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49 kJ·mol－1
合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝________________；
(2)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________，反应条件可能为_____________或______________
5．(2021·湖南卷)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0～t1时间内的反应速率v(H2)＝________mol·L－1·min－1(用含t1的代数式表示)
(2)在该温度下，反应的标准平衡常数K⊖＝________[已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g) K⊖＝，其中p⊖＝100 kPa，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]
6．(2021·河北卷)(1)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)＋H2O(l)H＋(aq)＋HCO(aq)
25 ℃时，反应②的平衡常数为K2。
溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压＝总压×物质的量分数)，比例系数为y mol·L－1·kPa－1，当大气压强为p kPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H＋浓度为________mol·L－1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO的电离)。
(2)105 ℃时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：
2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)
上述反应达平衡时体系的总压为46 kPa。
保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5 kPa，CO2(g)的初始压强应大于______________kPa
7．(2021·广东省)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
(a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
(b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
(c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
(d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
(e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
设K为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0 ＝100 kPa)，反应a、c、e的ln K随(温度的倒数)的变化如图所示
(1)反应a、c、e中，属于吸热反应的有________(填字母)
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为K＝________
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)＝1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率，写出计算过程。
8．(2021·湖北卷)(1)在温度为T2时，通入气体分压比为p(C3H8)：p(O2)：p(N2)＝10:5:85的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2s生成C3H6的平均速率为_______kPa/s，在反应一段时间后，C3H8和O2的消耗速率比小于2:1的原因为____________________________
(2)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=2:13:85的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应（k、k′为速率常数）：
反应II：2C3H8(g)＋O2(g)==2C3H6(g)＋2H2O(g) k
反应III：2C3H6(g)＋9O2(g)==6CO2＋6H2O(g) k′
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)= k p(C3H8)—k′p(C3H6)，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为________，其理由是________________________________________________
9．(2021·天津卷)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2(g)＋CH4(g)CS2(g)＋2H2S(g)，某温度下，若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应。
(1)当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为___________
(2)当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是___________(填序号)
a．气体密度 b．气体总压 c．CH4与S2体积比 d．CS2的体积分数
【题组训练】
1．一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0～6.0 min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)
____________________________________________________________
2．对于基元反应，如aA＋bBcC＋dD，反应速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆是取决于温度的速率常数。对于基元反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在653 K时，速率常数k正＝2.6×103 L2·mol－2·s－1，k逆＝4.1×103 L·mol－1·s－1
(1)计算653 K时的平衡常数K＝
(2)653 K时，若NO的浓度为0.006 mol·L－1，O2的浓度为0.290 mol·L－1，则正反应速率为 mol·L－1·s－1
3．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
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正、k逆为速率常数，则
k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1
4．利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下：
4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH＜0
已知该反应速率v正＝k正·cx(NH3)·cy(NO)，v逆＝k逆·c5(N2)·c0(H2O)(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数K＝k正/k逆，则x＝ ，y＝
5．活性炭还原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理为：2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋ 2CO2(g) ΔH<0。
已知该反应的正反应速率方程为v正＝k正·p2(NO2)，逆反应速率方程为v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。则如图(lg k表示速率常数的对数，表示温度的倒数)所示a、b、c、d四条斜线中，能表示lg k正随变化关系的斜线是____________，能表示lg k逆随变化关系的斜线是__________
6．1 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＝______________
7．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小，某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
i：2NO(g)N2O2(g)(快)，v1正＝k1正·c2(NO) v1逆＝k1逆·c(N2O2) ΔH1＜0
ii：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)，v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2) v2逆＝k2逆·c2(NO2) ΔH2＜0
一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________
8．(1)已知合成氨反应：N2(g)＋H2(g)NH3(g)ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，标准平衡常数Kθ＝，其中pθ为标准压强，p、p、p为各组分的平衡分压，如p＝x(NH3)p，p为平衡总压，x(NH3)为平衡系统中NH3的物质的量分数。若往一密闭容器中加入的N2、H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则Kθ＝________(用含w的最简式表示)。
(2)某科研小组向一恒容密闭容器中通入2 mol CH4、2 mol CO2，控制适当条件使其发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1，测出CH4的某个平衡物理量X随着温度、压强的变化如图所示
①X________(填“能”或“不能”)表示平衡体系中CH4的体积分数；p1、p2的大小关系为____________，b点浓度商Qc与对应温度下的平衡常数K相比，较大的是____________
②若容器容积为2 L，a点时c(CH4)＝0.4 mol·L－1，则相应温度下的平衡常数K＝________
9．化学动力学上将一步完成的反应称为基元反应。对于基元反应：aA＋bBcC＋dD，其速率方程为v＝k·ca(A)·cb(B)(k为只与温度有关的速率常数)，复杂反应(由几个基元反应构成)的速率取决于慢的基元反应。
(1)已知反应NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g) ΔH＜0，在温度低于250 ℃时是由两个基元反应构成的复杂反应，该反应的速率方程为v＝k·c2(NO2)，则其两个基元反应分别为：Ⅰ.________===NO3＋________；Ⅱ.略，这两个反应中活化能较小的是________
(2)某科研小组测得380 ℃时该反应的c(NO2)、c(CO)与生成CO2的速率[v(CO2)]的关系如下：
c(CO)/(mol·L－1)
0.025
0.05
0.025
c(NO2)/(mol·L－1)
0.04
0.04
0.12
v(CO2)/(mol·L－1·s－1)
2.2×10－4
4.4×10－4
6.6×10－4
则该温度下的反应速率常数k＝______L·mol－1·s－1
10．在T0 K、1.0×104 kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体可以合成乙醛，反应化学方程式如下：
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
实验测得：v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，k正、k逆为速率常数，p为气体的分压(气体分压p＝气体总压p总×体积分数)。若用气体分压表示的平衡常数Kp＝4.5×10－5(kPa)－1，则k正＝___________(以k逆表示)；当CO转化率为20%时，CH3CHO(g)的分压p(CH3CHO)＝____________kPa
11．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。在2 L密闭容器中通入3 mol H2和1 mol N2，测得不同温度下，NH3的产率随时间变化如图所示。
(1)下列有关说法正确的是________
A．由b点到c点混合气体密度逐渐增大 B．达到平衡时，2v正(H2)＝3v逆(NH3)
C．平衡时，通入氩气平衡正向移动 D．平衡常数，Ka
(3)已知：瞬时速率表达式v正＝k正c3(H2)·c(N2)，v逆＝k逆c2(NH3)(k为速率常数，只与温度有关)。温度由T1调到T2，活化分子百分率________(填“增大”“减小”或“不变”)，k正增大倍数________k逆增大倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。T1 ℃时，＝________
【常考题空2 有关反应速率、转化率、速率常数的计算】答案
1．(1)越高 n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高
(2)d 24.9
解析：(1)由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高；(2)n(H2S):n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S):n(Ar)＝1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(Ar)＝1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol，则根据三段式可知
此时H2S的压强为≈7.51kPa，H2S的起始压强为10kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9kPa·s－1。
2．(1)50%或0.5
(2)5.4 相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高
解析：(1)温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.1 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol，则CO2的转化率为
(3)在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，由表中信息可知，0~2minCH3OH的浓度由0增加到10.8 μmol·L－1，因此，0~2min生成CH3OH的平均反应速率为；由表中信息可知，在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 0~2minCH3OH的浓度由０增加到10.8 μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝12722:10.8≈1178；在选择使用催化剂Ⅱ和350℃的反应条件下，0~2minCH3OH的浓度由０增加到9.2 μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝10775:9.2≈1171；在选择使用催化剂Ⅰ和400℃条件下反应， 0~2minCH3OH的浓度由０增加到345.2μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝42780:345.2≈124；在选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件下，0~2minCH3OH的浓度由０增加到34μmol·L－1，c(CH4)：c(CH3OH)＝38932:341145。因此，若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件的原因是：相同催化剂，400℃的反应速率更快，相同温度，催化剂Ⅱ副产物浓度低，甲烷与甲醇比例高。
3．(1)BC
(1) 0.43
解析：(1)A．增加CH4 (g)用量可以提高H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A不符合题意；B．恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强，反应混合物中各组分的浓度减小，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，B符合题意；C．移除CO(g)，减小了反应混合物中CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，C符合题意；D．加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高CH4(g)平衡转化率，D不符合题意；综上所述，上述操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是BC；(2)恒温恒压条件下，1 mol CH4 (g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时，CH4 (g)的转化率为α，CO2 (g)的物质的量为b mol，则转化的CH4 (g)为α mol，剩余的CH4 (g)为(1-α )mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为(α-b)mol，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(1-α-b )mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol，则反应混合物的总物质的量为(2α+2 )mol，平衡混合物中，CH4(g)、H2O(g)、 CO(g) 、H2(g)的物质的量分数分别为、、、，因此，反应I的平衡常数Kx=;其他条件不变，H2O(g)起始量增加到5mol，达平衡时，a =0.90，b =0.65，则平衡时，CH4 (g)为0.1mol，根据C元素守恒可知，CO(g)的物质的量为0.25mol，，根据H和O守恒可知，H2O(g)的物质的量为(5-0.90-0.65 )mol=3.45mol，H2(g)的物质的量为(3α+b )mol=3.35mol，平衡混合物的总物质的量为(2α+6 )mol=7.8mol，平衡体系中H2(g)的物质的量分数为；
4．(1)
(2)33.3% 5×105 Pa,210 ℃ 9×105 Pa，250 ℃
解析：(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝。
(2)设起始n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3 mol，则
3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 3 1 0 0
转化/mol 3x x x x
平衡/mol 3－3x 1－x x x
当平衡时，若x(CH3OH)＝0.10，＝0.10，解得x＝，平衡时CO2的转化率α＝×100%≈33.3%；由图可知，满足平衡时x(CH3OH)＝0.10的条件有：5×105 Pa，210 ℃或9×105 Pa,250 ℃。
5．(1)
(2)0.48
解析：(1)设0～t1时间内生成的氮气为x mol，列“三段式”：
2NH3N2＋ 3H2
起始量/mol 0.1 0 0
变化量/mol 2x x 3x
平衡量/mol 0.1－2x x 3x
由题图可知t1时，氨气和氢气的平衡分压相等，根据压强之比等于物质的量之比，所以n(NH3)＝n(H2)，则3x＝0.1－2x，解得x＝0.02，所以v(H2)＝＝ mol·L－1·min－1
(2)由题图可知，t1时，反应达到平衡状态，且p(NH3)＝p(H2)＝1.2×100 kPa，p(N2)＝0.4×100 kPa，则K⊖＝＝＝0.48。
6．(1)
(2)100.8
解析：(1)由于溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比，比例系数为y mol·L－1·kPa－1，因此当大气压强为p kPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中CO2(aq)浓度为ypx mol·L－1。设溶液中H＋浓度为a mol·L－1，由反应②CO2(aq)＋H2O(l)=== H＋(aq)＋HCO(aq)，可得c(HCO)＝c(H＋)＝a mol·L－1，c[CO2(aq)]＝ypx mol·L－1，则K2＝，解得a＝。(2)平衡体系总压为46 kPa，则由2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)可得p(H2O)＝p(CO2)＝23 kPa，Kp＝23×23。若保持温度不变，设开始先通入CO2的压强为x kPa，平衡时水蒸气分压为5 kPa时，可列“三段式”：
2MHCO3(s)M2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)
起始/kPa 0 x
转化/kPa 5 5
平衡/kPa 5 5＋x
Kp＝23×23＝5×(5＋x)，解得x＝100.8，故为使平衡时水蒸气分压小于5 kPa，CO2(g)初始压强应大于100.8 kPa。
7．(1)ac
(2)
(3)由图可知，A处对应反应c的ln K＝0，即K＝＝1，解得＝p(CH4)，已知反应达到平衡时p(H2)＝40 kPa，则p(CH4)＝16 kPa，且初始状态时p(CH4)＝×100 kPa＝50 kPa，故CH4的平衡转化率为×100%＝68%。
解析：(1)随着温度的升高，反应a和c的ln K增大，说明K的数值增大，反应向正反应方向进行，反应a和c为吸热反应，同理反应e的ln K减小，说明K的数值减小，反应向逆反应方向进行，反应e为放热反应。(2)用相对分压代替浓度，则反应c的平衡常数表达式K＝＝
8．(1)2 H2和C3H6都消耗O2
(2)先增大后减小 反应开始时，体系中主要发生反应II，c(C3H6)逐渐增大，随反应进行，p(C3H8)减小，p(C3H6)增大，v(C3H6)减小，体系中主要发生反应III，c(C3H6)逐渐减小
解析：(1)0~1.2s内的C3H6分压由0增大到2.4kPa，则生成C3H6的平均速率为2.4/1.2=2 kPa/s；若只发生反应I、II，C3H6的分压应大于H2和H2O的分压，但由图b可知，随着反应进行，p(H2O)>p(C3H6)>p(H2)，且有CO2生成，H2分压降低，故体系中还发生反应2C3H6+9O2==6CO2+3H2O、2H2+O2==2H2O的反应，消耗O2，导致C3H8和O2的消耗速率之比小于2:1； (2)反应开始是，反应II向右进行，c(C3H6)逐渐增大，且体系中以反应II为主，随反应进行，p(C3H8)减小，p(C3H6)增大，v(C3H6)减小，体系中主要发生反应III，c(C3H6)逐渐减小，故丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。
9．(1)30%
(2) d
解析：(1)在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应，
CS2体积分数为10%，即，解得x=0.3a，则CH4的转化率为30%。
(2)a.恒容容器，质量不变，故密度一直不变，故密度不变不一定平衡，不选；b.反应前后气体的物质的量不变，故压强也一直不变，故压强不变一定平衡，不选；c.CH4与S2体积比一直为1:2，故不一定平衡，不选；d.CS2的体积分数说明反应已经达到了平衡，选；故选d。
【题组训练】
1．v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝2×＝1.8×10－3 mol·min－1
2．(1) L·mol－1
(2)2.7×10－2
3． 1.95×10－3
解析：平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，则＝＝K，k逆＝。v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×0.852≈1.95×10－3 min－1。
4．4 6
5．c d
解析：升高温度，正、逆反应速率都增大，说明T升高k正、k逆都增大，则增大，即温度降低，k正、k逆都减小，即lg k正、lg k逆都减小，而该反应焓变小于0，为放热反应，降低温度平衡正向移动，说明平衡状态下降低温度v正＞v逆，则k正减小的幅度较小，即表示lg k正随变化关系的斜线的斜率较小，所以c表示lg k正随变化关系，d表示lg k逆随变化关系。
6． 1.47 mol·L－1·min－1
解析：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 mol·L－1·min－1×0.14×0.14＝1.47 mol·L－1·min－1。
7．
解析：①2NO(g)N2O2(g)；②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)；目标反应2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)，由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，k1正·c2(NO)×
k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)×k2逆·c2(NO2)，则K＝＝。
8．(1)
(2)①不能 p1
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
n(始)/mol 1 3 0
Δn/mol a 3a 2a
n(平)/mol 1－a 3－3a 2a
理论生成NH3 2 mol，故＝w，a＝w。
又因为p＝pθ，因此：Kθ＝＝＝。
(2)①压强一定时升高温度，X表示的物理量增加，而升温有利于平衡向右移动，故X不能表示平衡体系中CH4的体积分数。X可以看成是平衡体系中CH4的转化率，由于正反应是气体分子数增加的反应，压强越小越有利于平衡向右移动，CH4的平衡转化率越大，故p1
(2)0.22
解析：(1)温度低于250 ℃时，该反应的速率方程式为v＝k·c2(NO2)，说明NO2和CO不参与同一个基元反应，且NO2参与的基元反应为慢反应，决定了该反应的反应速率，基元反应Ⅰ中产物有NO3，根据元素守恒可知该基元反应的反应物应为NO2，则该基元反应Ⅰ为2NO2===NO3＋NO; 活化能越大，反应速率越慢，基元反应Ⅰ决定整个反应速率，说明反应Ⅰ活化能较大，即反应Ⅱ活化能较小。
(2)根据表格分析可知CO和NO2的浓度均会影响反应速率，由于该反应不是基元反应，由题意可设该反应的正反应速率v＝k·c(NO2)·c(CO)，将表格中相应数据代入有2.2×10－4 mol·L－1·s－1＝k×0.04 mol·L－1×0.025 mol·L－1，可解得k＝0.22 L·mol－1·s－1。
10．k逆×4.5×10－5 ×104(或1.1×103)
解析：v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，当反应达到平衡时，v正＝v逆，则＝＝Kp，带入数值得k正＝k逆×4.5×10－5；等物质的量的CO与CH4合成乙醛，设它们起始量均为1 mol，当CO转化率为20%时，列出反应的三段式如下：
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
起始量/mol 1 1 0
变化量/mol 0.2 0.2 0.2
最终量/mol 0.8 0.8 0.2
所以p(CH3CHO)＝×1.0×104 kPa＝×104(或1.1×103)kPa。
11．(1)BD
(2)0.05
(3)增大 小于 或2.37
解析：(1)恒容下，密度不变，A错；C项，恒容下通稀有气体，不移动，C错。
(3)平衡时，v正＝v逆，即k正c3(H2)·c(N2)＝k逆c2(NH3)，＝＝K，升温时，K减小，减小，故k正增大的倍数小于k逆的。
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
n(始)/mol 1 3 0
Δn/mol 0.5 1.5 1
n(平)/mol 0.5 1.5 1
c(平)/(mol·L－1) 0.25 0.75 0.5
K＝＝＝＝≈2.37。
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