高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题7 大题题空逐空突破(九) 活化能、速率常数集训（含解析）

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1．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·c4(NH3)·c6 (NO)，v逆＝k逆·cx(N2)·cy(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＝________。
答案　5　0
解析　当反应达到平衡时有v正＝v逆，即k正·c4(NH3)·c6 (NO)＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)，变换可得＝，该反应的平衡常数K＝k正/k逆，平衡状态下K＝，所以x＝5，y＝0。
2．N2O是一种强温室气体，且易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环境保护有重要意义。碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：
第一步　I2(g)2I(g) (快反应)
第二步　I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g) (慢反应)
第三步　IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O的分解速率方程v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k为速率常数)。下列表述正确的是______(填字母)。
A．I2浓度与N2O分解速率无关
B．第二步对总反应速率起决定作用
C．第二步活化能比第三步小
D．IO为反应的中间产物
答案　BD
解析　N2O分解反应中，实验表明，含碘时N2O的分解速率方程v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k为速率常数)和碘蒸气浓度有关，故A错误；第二步I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)，在整个反应过程中对总反应速率起到决定性作用，故B正确；第二步反应慢说明活化能比第三步大，故C错误。
3．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＋bB―→cC＋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，该反应的速率方程式为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。
答案　(1)2NO2　NO　Ⅱ　(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。
4．(1)温度为T1 ℃时，将等物质的量的CO2和H2充入体积为1 L的密闭容器中发生反应：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)　ΔH＝－31.4 kJ·mol－1　K＝2
实验测得：v正＝k正c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆c(HCOOH)，k正、k逆为速率常数。T1 ℃时，k逆＝____(以k正表示)。
(2)当温度改变为T2 ℃时，k正＝1.9k逆，则T2 ℃时平衡压强________T1 ℃时平衡压强(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是__________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)0.5k正　(2)＞　CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)为放热反应，温度升高，平衡常数减小，平衡左移，气体的物质的量增加，总压强增大；温度升高，总压强增大
解析　(1)反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)达到化学平衡时，有v正＝v逆，即k正 c(CO2)·c(H2)＝k 逆 c (HCOOH)，所以＝＝2，所以k正＝2k逆，即k逆＝0.5k正。(2)当温度改变为 T2时，k正＝1.9k逆，则K＝＝＝1.9＜2，说明平衡逆向移动，气体的物质的量增大，总压强增大；该反应的正反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，所以温度T2＞T1，温度升高，总压强增大。


5．已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中，v正＝k正·c(N2O4)，v逆＝
k逆·c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝________k逆。升高温度，k正增大的倍数______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
答案　10　大于
解析　当反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·c(N2O4)＝k逆·c2(NO2)。k正＝＝k逆·K＝10k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
6．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)试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K＝____________。已知k逆＝60 s－1，则速率常数k正＝______s－1·kPa－1。
答案　(1)　(2)2kPa　120
解析　(1)可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆，由于v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)· p(O2)＝k逆·c(MbO2)，＝，而反应Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K＝＝。
(2)将c点时，p(O2)＝4.5 kPa，肌红蛋白的结合度(α)是90%代入平衡常数表达式中可得K＝＝kPa＝2kPa；K＝，由于K＝2，k逆＝60 s－1代入该式子，可得
k正＝K·k逆＝2×60 s－1·kPa－1＝120 s－1·kPa－1。
7．研究表明，反应2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664.1 kJ·mol－1中，正反应速率为v正＝k正·c2(NO)·c2(H2)，其中k正为速率常数，此处只与温度有关。当t＝t1时，v正＝v1，若此刻保持温度不变，将c(NO)增大到原来的2倍，c(H2)减少为原来的，v正＝v2。则有v1________(填“＞”“＜”或“＝”)v2。
答案　＝
解析　根据v正＝k正·c2(NO)·c2(H2)，当c(NO)增大到原来的2倍，c(H2)减少为原来的时，v1与v2大小相等。
8．2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ：2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反应Ⅱ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0　v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝__________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应Ⅰ的活化能EⅠ____________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反应速率常数k随温度升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数__________k2逆增大的倍数(填“大于”“小于”或“等于”)。
答案　(1)　<　(2)小于
解析　(1)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，即
k1正·c2(NO)·k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)·k2逆·c2(NO2)，则有：K＝＝；因为决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)速率的是反应Ⅱ，所以反应Ⅰ的活化能EⅠ远小于反应Ⅱ的活化能EⅡ。