难点4 三段式应用与速率常数-2021年高考化学专练【热点·重点·难点】(解析版）

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难点 4 三段式应用与速率常数

【命题规律】

本专题考点为高考必考点。主要考查利用三段式进行平衡常数、转化率的计算，利用信息提供的公式

进行速率常数的计算。考查的核心素养以证据推理和模型构建为主。

【备考建议】

2021 年高考备考应关注以图表为信息背景的三段式的计算。

【限时检测】（建议用时：30 分钟）

1．【2020 新课标Ⅱ】天然气的主要成分为 CH4，一般还含有 C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。

（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，

③ 容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下（p）发生上述反应，乙烷的平衡转化率为 α。反应

的平衡常数 Kp=_________（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：

r=k×，其中 k为反应速率常数。

① 设反应开始时的反应速率为 r1，甲烷的转化率为 α时的反应速率为 r2，则 r2=_____ r1。

② 对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_________。

A．增加甲烷浓度，r增大 B．增加 H2浓度，r增大

C．乙烷的生成速率逐渐增大 D．降低反应温度，k减小

【答案】（1）③

（2）① 1－α②AD

【解析】

【分析】

（1） ③根据已知乙烷的转化率，设起始时加入的乙烷和氢气各为 1mol，列出三段式，求出平衡时各物质

的分压，带入平衡常数的计算公式进行计算；

（2） ①根据 r=k× ，若 r1=kc，甲烷转化率为甲烷的浓度为 c(1- )，则 r2= kc(1- )；

② 根据反应初期的速率方程为：r=k× ，其中 k为反应速率常数，据此分析速率变化的影响因素；

【详解】

（1）③设起始时加入的乙烷和氢气各为 1mol，列出三段式，

C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)

起始（mol） 1 0 1

转化（mol） α α

平衡（mol） 1- 1+

平衡时，C2H6、C2H4和H2平衡分压分别为 p、p和p，则反应的平衡常数为 Kp=

；

（2） ①根据 r=k×，若 r1= kc，甲烷转化率为甲烷的浓度为 c(1- )，则 r2= kc(1- )，所以 r2=(1-

)r1；

②A.增大反应物浓度反应速率增大，故 A说法正确；

B.由速率方程可知，初期阶段的反应速率与氢气浓度无关，故 B说法错误；

C．反应物甲烷的浓度逐渐减小，结合速率方程可知，乙烷的生成速率逐渐减小，故 C说法错误；

D．化学反应速率与温度有关，温度降低，反应速率常数减小，故 D正确。

答案选 AD。

2．【山东省济南市 2021 届高三 4月阶段性检测】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。回答下

列问题：

(2)在2 L 密闭绝热容器中，投入 4 mol N2和6 mol H2，在一定条件下生成 NH3，测得不同温度下，平衡时

NH3的物质的量数据如下表：

温度/K T1T2T3T4

n(NH3)/mol 3.6 3.2 2.8 2.0

① 下列能说明该反应已达到平衡状态的是___________。

A．3v正(H2)=2v逆(NH3) B．容器内气体压强不变

C．混合气体的密度不变 D．混合气的温度保持不变

②温度T1___________(填“>”“<”或“=”)T3。

③在T3温度下，达到平衡时 N2的体积分数___________。

(3)N2O4为重要的火箭推进剂之一、N2O4与NO2转换的热化学方程式为 N2O4(g) 2NO2(g)　△H。上述反

应中，正反应速率 v正=k正·p(N2O4)，逆反应速率 v逆=k逆·p2(NO2)，其中 k正、k逆为速率常数，则该反应的化

学平衡常数 Kp为___________(以k正、k逆表示)。若将定量 N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度 298K、

压强 110 kPa)，已知该条件下 k逆=5×102 kPa-1·s-1，当 N2O4分解 10%时，v逆=___________kPa·s-1。

(4)T℃时，在恒温恒容的密闭条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，反应过程中各物质浓度的变化

曲线如图所示：

①表示H2浓度变化的曲线是___________(填“A”、“B”或“C”。与(1)中的实验条件(1.01×105 Pa、450℃)

相比，改变的条件可能是___________。

②在0～25 min 内N2的平均反应速率为___________。在该条件下反应的平衡常数为______mol-2·L2(保留两

位有效数字)。

【答案】BD ＜ 36.1% 2×105 A 加压或降温 0.002 mol•L-1•min-1 0.73

【详解】

(2) ①A．3v正(H2)=2v逆(NH3)说明正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡状态，故错误；

B．合成氨反应是气体体积减小的反应，容器内气体压强不变说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状

态，故正确；

C．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量不变，在恒容容器中，混合气体的密度始终不变，则混合

气体的密度不变不能判断反应是否达到平衡状态，故错误；

D．合成氨反应是放热反应，在密闭绝热容器中，反应放出的热量使混合气的温度升高，则混合气的温度

保持不变说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；

BD 正确，故答案为：BD；

② 合成氨反应是放热反应，温度升高，氨气的物质的量减小，由表格数据可知，温度 T1时氨气的物质的量

大于 T3，则温度 T1＜T3，故答案为：＜；

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