第7章 热点专攻11 速率常数和化学平衡常数的关系（Word教参）-【优化指导】2024高考化学一轮复习高中总复习·第1轮（人教不定项版 新教材 新高考）

热点专攻11　速率常数和化学平衡常数的关系

1．反应速率常数(k)

假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，其速率可表示为v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率。

①速率常数k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通常反应速率常数越大，反应进行得越快。

2.正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系

对于基元反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常数K＝＝，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝。

【例】(2023·山东济南十一校联考)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。

[思路剖析]

答案：(1)　(2)2　120

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)，则有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＝＝＝2；K＝，由于K＝2，k逆＝60 s－1代入该表达式，可得k正＝K·k逆＝2×60 s－1·kPa－1＝120 s－1·kPa－1。

根据化学反应速率常数计算化学平衡常数(K)

(1)根据达到平衡时v正＝v逆，确定正、逆反应速率常数(k正、k逆)和反应物、生成物浓度之间的定量关系。

(2)根据化学方程式书写平衡常数的表达式，并将k正、k逆的定量关系代入表达式，确定平衡常数(K)与k正、k逆的关系，代入数值计算K＝。

1．(2023·河北邯郸六校联考)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：

反应 Ⅰ ：2NO(g)N2O2(g)(快反应)　ΔH1<0

v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；

反应 Ⅱ ：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢反应)　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E Ⅰ ________(填“>”“<”或“＝”)反应 Ⅱ 的活化能E Ⅱ 。

(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，则有v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，则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 ，故反应 Ⅰ 的活化能E Ⅰ 远小于反应 Ⅱ 的活化能E Ⅱ 。

2．已知NO2存在如下平衡：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0，在一定条件下NO2与N2O4的消耗速率与各自的分压(分压＝总压×物质的量分数)有如下关系：v(NO2)＝k1·p2(NO2)，v(N2O4)＝k2·p(N2O4)，相应的速率与其分压关系如图所示。

(1)一定温度下，k1、k2与平衡常数Kp(压强平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算)间的关系是k1＝________。