内容正文:
第七章 化学反应速率与化学平衡
热点专攻11 速率常数和化学平衡常数的关系
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跟踪练(35)
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第七章 化学反应速率与化学平衡
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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= eq \f(cc(C)·cd(D),ca(A)·cb(B)) = eq \f(k正·v逆,k逆·v正) ,反应达到平衡时
v正=v逆,故K= eq \f(k正,k逆) 。
【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= eq \f(c(MbO2),c(Mb)·p(O2)) 。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= eq \f(生成的c(MbO2),初始的c(Mb)) ×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]
①
v正=k正·c(Mb)·p(O2),v逆=k逆·c(MbO2),达到平衡时v正=v逆 eq \o(――→,\s\up17(推测)) 平衡常数K
②
c点p(O2)=4.5 kPa,α(MbO2)=90% eq \o(――→,\s\up17(推测)) 平衡常数K及k正
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), eq \f(k正,k逆) = eq \f(c(MbO2),c(Mb)·p(O2)) ,而反应Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K= eq \f(k正,k逆) 。
(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= eq \f(c(MbO2),c(Mb)·p(O2)) = eq \f(0.9,(1-0.9)×4.5) =2;K= eq \f(k正,k逆) ,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。
答案:(1) eq \f(k正,k逆) (2)2 120
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