第11章　热点强化13　速率常数与化学平衡常数的关系及应用

热点强化13速率常数与化学平衡常数的关系及应用1.速率常数(k)(1)概念：速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L-(2)速率常数的影响因素①速率常数与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。②阿伦尼乌斯公式(反映速率常数与温度、活化能的关系)：k=Ae-EaRT，其对数表达式为lnk=-Ea式中：k为反应速率常数；A为比例系数；e为自然对数的底；R为理想气体常数；Ea为活化能，单位为J·mol-1或kJ·mol-1。R、A、lnA、lgA在考试中视为定值。(3)在相同浓度的条件下，可用速率常数大小来比较化学反应速率，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。2.速率方程基元反应aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)的反应速率方程v=k·ca(A)·cb(B)，其中k称为反应速率常数或速率常数，不同反应有不同的速率常数。注意①速率方程指数与化学方程式中的化学计量数无确定关系(基元反应的速率方程指数等于化学计量数，非基元反应的速率方程指数需要通过实验测定)。②用不同物质表示同一反应在相同条件下的反应速率时，速率常数不同，且速率常数之比等于化学计量数之比。3.基元反应的速率常数(k)与化学平衡常数(K)的关系一定温度下，对于基元反应aA(g)+bB(g)⥬gG(g)+hH(g)，达到平衡状态时，v正=k正·ca(A)·cb(B)，v逆=k逆·cg(G)·ch(H)(a、b、g、h为对应的化学计量数)。因平衡时v正=v逆，则k正·ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H)，k正k逆=c一、速率常数(k)与温度(T)的关系1.基元反应aA(g)+bB(g)⥬cC(g)ΔH<0，其速率方程式v正=k正·ca(A)·cb(B)、v逆=k逆·cc(C)。已知阿伦尼乌斯经验公式lnk=-EaR×1T+C(Ea为活化能，k为速率常数，T为温度，R和C为常数)图中③代表lnk逆随1T的变化关系，则能代表lnk正随1T的变化关系的是答案⑤解析已知该反应ΔH<0，即Ea正-Ea负<0，正反应为放热反应、逆反应为吸热反应。根据阿伦尼乌斯经验公式：lnk=-EaR×1T+C，Ea、R为正值，则0<Ea正R<Ea负R，0<-Ea正R<-Ea负R，故lnk~1T二、速率常数(k)与活化能(Ea)的关系2.反应2H2S(g)⥬S2(g)+2H2(g)的速率方程v正=k正·c2(H2S)，v逆=k逆·c(S2)·c2(H2)(k正、k逆为速率常数)。(1)某温度下，反应的化学平衡常数K=10mol·L-1，k逆=3，则k正=。

(2)已知：Rlnk正=-E正T(式中，R为常数，Rlnk正单位为kJ·mol-1·K-1，温度T的单位为K，E正表示正反应的活化能，单位为kJ·mol-1)。Rlnk正与不同催化剂(Cat1、Cat2为催化剂)、温度(T)的关系如图所示。在该实验的温度范围内，根据图中信息，在相同条件下，催化效率较高的是(填“Cat1”或“Cat2”)，判断依据是。在催化剂Cat2作用下，正反应的活化能为kJ·mol-1答案(1)30(2)Cat2相同温度时，Cat2对应活化能更小200解析(1)平衡时正、逆反应速率相等，即k正·c2(H2S)=k逆·c2(H2)·c(S2)，则k正k逆=c(S2)·c2(H2)c2(H2S)=K=10mol·L-1，k逆=3，则k正=30。(2)方法一：根据Rlnk正=-E正T可知，温度相同时，E正越小(即-E正越大)，对应的Rlnk正越大(即k正越大)。由图可知，同温下Rlnk正：Cat2>Cat1，因此E正：Cat2<Cat1，故催化剂Cat2降低的正反应的活化能更多，催化效率较高。方法二：可以根据温度对lnk正影响的幅度来判断活化能的大小。根据图像可知，温度由400K→500K，Cat1对应的lnk正变化幅度更大，则其对应的E正越大，催化效率越低，所以Cat2的催化效率更高。在催化剂Cat2作用下，把点(500，-0.4)代入Rln三、速率常数(k)与化学平衡常数(K)的关系3.(2025·安徽，11)恒温恒压密闭容器中，t=0时加入A(g)，各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx，k为反应速率常数)。下列说法错误的是()A.该条件下xN，平衡B.0~t1时间段，生成M和N的平均反应速率相等C.若加入催化剂，k1增大，k2不变，则x1和xM，平衡均变大D.若A(g)→M(g)和A(g)→N(g)均为放热反应，升高温度则xA，平衡变大答案C解析反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，则对于反应M(g)A(g)存在关系式：k-1·xM，平衡=k1·xA，平衡，对于反应A(g)N(g)存在关系式：k-2·xN，平衡=k2·xA，平衡，两式联立可得xN，平衡xM，平衡=k-1k2k1k-2，A正确；起始时，xM和xN均为0，t1时，xM=xN，则0~t1时间段，生成M和N的平均反应速率相等，B正确；催化剂不影响平衡移动，故xM，平衡不变，C错误；A(g)→M(g)和A(g)→N4.对于反应：2SiHCl3(g)⥬SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。(1)343K时反应的平衡转化率α=%。平衡常数K343K=(结果保留2位小数)。

(2)在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有、。

(3)比较a、b处反应速率大小：va(填“大于”“小于”或“等于”)vb。反应速率v=v正-v逆=k正·xSiHCl32-k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算答案(1)220.02(2)及时移去产物改进催化剂增大压强(3)大于1.3解析(1)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，则a点所在曲线代表343K时SiHCl3的转化率变化，b点所在曲线代表323K时SiHCl3的转化率变化。343K时反应的平衡转化率α=22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1mol·L-1，则有2SiHCl3(g)⥬SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)起始/(mol·L-1)100转化/(mol·L-1)0.220.110.11平衡/(mol·L-1)0.780.110.11则343K时该反应的平衡常数K343K=c(SiH2C(3)温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：va>vb。反应速率v=v正-v逆=k正·xSiHCl32-k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4，则有v正=k正