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专题七化学反应速率和化学平衡1．(2019·全国卷Ⅰ，节选)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。计算曲线a的反应在30～90min内的平均速率v(a)＝__________kPa·min－1。467℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是_______、________。解析：由图可知，30～90min内a曲线对应物质的分压变化量Δp＝(4.08－3.80)kPa＝0.28kPa，故曲线a的反应在30～90min内的平均速率v(a)＝0.28kPa60min＝0.0047kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489℃时pH2随时间变化关系的曲线，d曲线代表489℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467℃时pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467℃时pCO随时间变化关系的曲线。答案：0.0047bcad2．(2019·全国卷Ⅱ，节选)(1)某温度下，等物质的量气态的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填序号)。A．通入惰性气体B．提高温度C．增加环戊烯浓度D．增加碘浓度(2)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________(填序号)。A．T1＞T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1解析：(1)假设反应前碘单质与环戊烯均为nmol，平衡时环戊烯反应了xmol，根据题意可知；(g)＋I2(g)=====(g)＋2HI(g)增加的物质的量1mol1mol1mol2mol1molxmol2n×20%得x＝0.4nmol，转化率为0.4nn×100%＝40%；(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)p(初)0.5×1050.5×10500Δp0.5×105×40%0.5×105×40%0.5×105×40%1×105×40%p(平)0.3×1050.3×1050.2×1050.4×105Kp＝（0.4×105）2×0.2×1050.3×105×0.3×105＝3.56×104。A项，T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，错误；B项，升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，正确；C项，增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环戊烯转化率降低；D项，增加I2的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，正确。(2)由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1T2，A项错误；影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点时温度较低，但环戊二烯浓度较大，c点时温度较高，但环戊二烯浓度较小，故无法比较a点和c点的反应速率大小，B项错误；a点和b点温度相同，a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度，即a点的正反应速率大于b点的正反应速率，因为b点时反应未达到平衡，b点的正反应速率大于逆反应速率，故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C项正确；b点时，环戊二烯的浓度减小0.9mol·L－1，结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的12，可知二聚体的浓度为0.45mol·L－1，D项正确。答案：(1)40%3.56×104BD(2)CD3．(2019·全国卷Ⅲ)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300℃)________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400℃)＝___________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________、______________。(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)===CuCl(s)＋12Cl2(g)ΔH1＝＋83kJ·mol－1CuCl(s)＋12O2(g)===CuO(s)＋12Cl2(g)ΔH2＝－20kJ·mol－1CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝－121kJ·mol－1则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________(写出2种)。(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：解析：(1)根据反应方程式知，HCl平衡转化率越大，平衡常数K越大，结合图象知K(300℃)K(400℃)；由图象知，400℃时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)起始(浓度)c0c000变化(浓度)0.84c00.21c00.42c00.42c0平衡(浓度)(1－0.84)c0(1－0.21)c00.42c00.42c0则K＝（0.42）2×（0.42）2（1－0.84）4×（1－0.21）c0；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律知，(反应①＋反应②＋反应③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝(ΔH1＋ΔH2＋ΔH3)×2＝－116kJ·mol－1。(3)若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，较小产物浓度，使平衡正向移动。(4)电解过程中，负极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则题图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3＋＋e－===Fe2＋和4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由反应可知电路中转移4mol电子消耗1molO2，则转移1mol电子消耗氧气体14mol，其在标准状况下的体积为14mol×22.4L·mol－1＝5.6L。答案：(1)大于（0.42）2×（0.42）2（1－0.84）4×（1－0.21）c0O2和Cl2分离能耗较高HCl转化率较低(2)－116(3)增加反应体系压强、及时除去产物(4)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O5.6考点1化学反应速率及拓展1．计算化学反应速率的注意事项(1)表示一个化学反应的反应速率，要用物质的量浓度的变化量来表示，一般不用物质的量的变化量，且必须指明是用哪一种反应物或哪一种生成物表示的。(2)化学反应速率是指平均反应速率，而不是瞬时速率。(3)固体和纯液体的浓度可视为常数，因此不用固体和纯液体表示化学反应速率。2．比较化学反应速率的注意事项(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同单位。(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时，可先换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值大小。(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值。例如，对于一般反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，比较不同时间段内v（A）a与v（B）b的大小，若v（A）a＞v（B）b，则用A表示的反应速率比用B表示的大。(4)不要把外界因素对反应速率的影响和对化学平衡的影响混淆。如升温，正、逆反应速率均增大，具体向哪个方向移动要看正、逆反应速率增大的程度；再如工业合成氨中，移出部分氨气(平衡右移)，正、逆反应速率均减小，并不是增大了正反应速率。3．化学反应速率常数拓展对于一个基元反应：αA＋βD===γG＋hH其化学反应速率常数数学表达式为：v＝kcα(A)cβ(D)上式中的k称为反应速率常数又称速率常数。k的物理意义：在一定的条件下(温度、催化剂)，反应物浓度为1mol·L－1时的反应速率。k与反应物浓度无关。(1)反应不同，k值不同。(2)同一反应，温度不同k值不同。(3)同一反应，温度一定时，有无催化剂k也是不同的。不同反应有不同的速率常数，速率常数与反应温度、反应介质(溶剂)、催化剂等有关，甚至会随反应器的形状、性质而异。与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。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。回答下列问题：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＝________(保留2位小数)。(2)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，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v正v逆＝________(保留1位小数)。解析：温度越高，反应速率越大，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。(1)由题图可知，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)起始浓度/mol·L－1100转化浓度/mol·L－10.220.110.11平衡浓度/mol·L－10.780.110.11则343K时该反应的平衡常数K343K＝c（SiH2Cl2）·c（SiCl4）c2（SiHCl3）＝（0.11mol·L－1）2（0.78mol·L－1）2≈0.02。(2)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x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，则有v正＝k正x2SiHCl3，v逆＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，k正k逆＝0.1120.782≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有v正v逆＝k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4＝