突破04 高考新宠——速率常数及其应用-备战2021年高考化学《化学反应原理》逐空突破系列

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高考新宠——速率常数及其应用

【知识点归纳】

1、速率常数

(1)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。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

2、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＋bB==pC＋qD，则 v＝kca(A)·cb(B) (其中 k为速率常数)

如：① SO2Cl2SO2＋Cl2　v＝k1c(SO2Cl2)

2NO②22NO＋O2　v＝k2c2(NO2)

2H③2＋2NO N2＋2H2O　v＝k3c2(H2)·c2(NO)

3、正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系

(1)K 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：

(2)Kp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＝

【真题感悟】

1、[2018·全国卷Ⅲ·节选 ] 三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。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 323 K 和343 K 时SiHCl3的转

化率随时间变化的结果如图所示。

343 K① 时反应的平衡转化率 α＝________%。平衡常数 K343K＝________(保留 2位小数)

②在343 K 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________vb(填“大于”“小于”或“等于”)

④反应速率 v＝v正－v逆＝，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量

分数，计算 a处的＝________(保留 1位小数)

2、[2018·全国卷Ⅰ·节选] 已知 2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)，起始时 N2O5(g)为35.8 kPa，分解的反应速率

v＝2×10－3× (kPa·min－1)。t＝62 min 时，测得体系中＝2.9 kPa，则此时的＝______kPa，v＝

________kPa·min－1

3、[2015·全国卷Ⅰ·节选] 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、[2016·海南卷·节选] 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。已知：t1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 K1＝________

【经典训练】

1、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Ⅳ 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

2、N2O4与NO2之间存在反应 N2O4(g) 2NO2(g)。将一定量的 N2O4放入恒容密闭容器中，在一定条件下，该

反应 N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系：v(N2O4)＝k1p(N2O4)，v(NO2)＝k2p2(NO2)，其中 k1、k2是

与反应温度有关的常数。则一定温度下，k1、k2与平衡常数 Kp的关系是 k1＝________

3、T1 ℃时，在一密闭容器中发生反应 4NO(g) N2(g) ＋2NO2(g)，其正反应速率表达式为：v正＝k正·cn(NO)，

测得速率和浓度的关系如下表。

序号 c(NO)/mol·L－1v正/mol·L－1·s－1

①0.10 4.00×10－9

②0.20 6.40×10－8

③0.30 3.24×10－7

则n＝__________，k正＝__________mol－3·L3·s－1。达到平衡后，若减小压强，则混合气体的平均相对分子质

量将__________(填“增大”“减小”或“不变”)

4、T1温度时在容积为 2 L 的恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)＋O2(g) 2NO 2(g)　ΔH<0。实验测得：

v正＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k正c2(NO)·c(O2)，v逆＝v(NO2)消耗＝k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数只受温度影响。

不同时刻测得容器中 n(NO)、n(O2)如表：

时间/s 0 1 2 3 4 5

n(NO)/mol 0.20 0.10 0.08 0.07 0.06 0.06

n(O2)/mol 0.10 0.05 0.04 0.035 0.03 0.03

(1)从0～2 s 内该反应的平均速率 v(NO)＝________mol·L－1·s－1。

(2)T1温度时化学平衡常数 K＝________。 (结果保留 3位有效数字)。

(3)化学平衡常数 K与速率常数 k正、k逆的数学关系是 K＝__________。若将容器的温度改变为 T2时其 k正＝k逆，

则T2________(填“>”“<”或“＝”)T1

5、已知 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：

第一步 2NO(g) N2O2(g) (快速平衡)

第二步 N2O2(g) +O2(g) 2NO2(g) (慢反应)

①用O2表示的速率方程为 v(O2)= k1·c2(NO)·c(O2)；NO2表示的速率方程为 v(NO2)=k2·c2(NO)·c(O2)，k1与k2分

别表示速率常数(与温度有关)，则 =________

②下列关于反应 2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)的说法正确的是_________(填序号)。

A．增大压强，反应速率常数一定增大

B．第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能

C．反应的总活化能等于第一步和第二步反应的活化能之和

6、CO 可被 NO2氧化：CO+NO2CO2+NO。当温度高于 225℃时，反应速率 v正=k 正·c(CO)·c(NO2)、v逆=

k逆·c(CO2)·c(NO)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。在上述温度范围内，k正、k逆与该反应的平衡常数 K

之间的关系为_________

7、汽车尾气还可利用反应 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.8 kJ/mol，实验测得：

v正=k 正·c2(NO)·c2(CO)，v逆=k 逆·c(N2)·c2(CO2) (k 正、k逆为速率常数，只与温度有关)

①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数____(填“>”“<”或“=”)k 逆增大的倍数

②若在 1L 的密闭容器中充入 1 molCO 和1 mol NO，在一定温度下达到平衡时，CO 的转化率为 40%，则

k正︰k逆=_____

8、若反应 2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)的正、逆反应速率可表示为 v正＝k正·c2(NO)·c2(CO)；

v逆＝k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。一定温度下，在体积为 1 L 的

容器中加入 2 mol NO 和2 mol CO 发生上述反应，测得 CO 和CO2物质的量浓度随时间的变化如图 2所示，则

a点时v正∶v逆＝________

9、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＝________

10、100℃时，若将 9.2 g NO2和N2O4气体放入 1 L 密闭容器中，发生反应 N2O4(g) 2NO2(g)。某时刻测得容器

内气体的平均相对分子质量为 50，则此时 v正(N2O4)____v 逆(N2O4)(填“＞”“＝”或“＜”)。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，若将一定量 N2O4投

入真空容器中恒温恒压分解（温度 298 K、压强 100 kPa），已知该条件下 k正＝4.8×104 s－1，当 N2O4分解 10%

时，v正＝_______kPa·s－1

11、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=_______

12、在 T0K、1.0×104kPa 下，等物质的量的 CO 与CH4混合气体可以合成乙醛，反应方程式如下：

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

13、三氯氢硅歧化也可制得甲硅烷。反应 2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)为歧化制甲硅烷过程的关键步骤，

此反应采用一定量的 PA100 催化剂，在不同反应温度下测得 SiHCl3的转化率随时间的变化关系如图所示。

① 353.15 K 时，平衡转化率为_________，反应的平衡常数 K＝________(保留 3位小数)。该反应是________

反应(填“放热”“吸热”)

323.15② K 时，要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_________、__________

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