《2025年高中总复习优化设计高中化学》

1. 肌肉中的肌红蛋白($Mb$)与$O_{2}$结合生成$MbO_{2}$，其反应原理为$Mb(aq)+O_{2}(g)\rightleftharpoons MbO_{2}(aq)$。在$37^{\circ}C$条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度($\alpha$)与$p(O_{2})$的关系如图所示$[\alpha=\frac{生成的c(MbO_{2})}{初始的c(Mb)}×100\%]$。研究表明正反应速率$v$(正)$=k_{正}\cdot c(Mb)\cdot c(O_{2})$，$v$(逆)$=k_{逆}\cdot c(MbO_{2})$，其中$k_{正}$、$k_{逆}$分别代表正、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：$K=$$\frac {k_正} {k_逆}$(用含有$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=$2$kPa^{-1}$。若$k_{逆}=60s^{-1}$，则正反应速率常数$k_{正}=$120$s^{-1}\cdot kPa^{-1}$。

答案： 1.答案
(1)$\frac {k_正} {k_逆}$
(2)2 120
解析
(1)反应$\mathrm{Mb(aq)+O_2(g)\rightleftharpoons MbO_2(aq)}$的平衡常数$K=\frac {c(\mathrm{MbO_2})}{c(\mathrm{Mb})\cdot c(\mathrm{O_2})}$,又知$v(正)=k_正\cdot c(\mathrm{Mb})\cdot c(\mathrm{O_2})$,$v(逆)=k_逆\cdot c(\mathrm{MbO_2})$,达到平衡时$v(正)=v(逆)$,则有$k_正\cdot c(\mathrm{Mb})\cdot c(\mathrm{O_2})=k_逆\cdot c(\mathrm{MbO_2})$,故$K=\frac {k_正} {k_逆}$。
(2)c点时$\alpha(\mathrm{MbO_2})=90.0\%$,$p(\mathrm{O_2})=4.50\ \mathrm{kPa}$,代入$K$表达式可得:$K=\frac {0.9}{4.50×(1 - 0.9)}\ \mathrm{kPa^{-1}}=2\ \mathrm{kPa^{-1}}$。
$K=\frac {k_正} {k_逆}$,若$k_逆=60\ \mathrm{s^{-1}}$,则有$k_正=K\cdot k_逆=2\ \mathrm{kPa^{-1}}×60\ \mathrm{s^{-1}}=120\ \mathrm{s^{-1}\cdot kPa^{-1}}$。

2. $T_{1}^{\circ}C$时在容积为$2L$的恒容密闭容器中发生反应：$2NO(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$ $\Delta H\lt0$。实验测得：$v$(正)$=v_{消耗}(NO)=2v_{消耗}(O_{2})=k_{正}c^{2}(NO)· c(O_{2})$，$v$(逆)$=v_{消耗}(NO_{2})=k_{逆}c^{2}(NO_{2})$，$k_{正}$、$k_{逆}$为速率常数，只受温度影响。不同时刻测得容器中$n(NO)$、$n(O_{2})$如表：

(1)$T_{1}^{\circ}C$时，$\frac{k_{正}}{k_{逆}}=$160。
(2)若将容器的温度改变为$T_{2}$时，其$k_{正}=k_{逆}$，则$T_{2}$$＞$(填“$\gt$”“$\lt$”或“$=$”)$T_{1}$。

答案： 2.答案
(1)160
(2)$＞$
解析
(1)根据$v(正)=v_ 消耗(\mathrm{NO})=2v_ 消耗(\mathrm{O_2})=k_正c^2(\mathrm{NO})· c(\mathrm{O_2})$,得出$k_正=\frac {v_ 消耗(\mathrm{NO})}{c^2(\mathrm{NO})· c(\mathrm{O_2})}$,根据$v(逆)=v_ 消耗(\mathrm{NO_2})=k_逆c^2(\mathrm{NO_2})$,得出$k_逆=\frac {v_ 消耗(\mathrm{NO_2})}{c^2(\mathrm{NO_2})}$,因为达到平衡时,$v_ 消耗(\mathrm{NO})=v_ 消耗(\mathrm{NO_2})$,所以$\frac {k_正} {k_逆}=\frac {c^2(\mathrm{NO_2})}{c^2(\mathrm{NO})· c(\mathrm{O_2})}=K$,表格中初始物质的量:$n(\mathrm{NO})=1\ \mathrm{mol}$,$n(\mathrm{O_2})=0.6\ \mathrm{mol}$,体积为$2\ \mathrm{L}$,则列出三段式如下:
$2\mathrm{NO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons 2NO_2(g)}$
起始$/(mol· L^{-1})$ 0.5 0.3 0
转化$/(mol· L^{-1})$ 0.4 0.2 0.4
平衡$/(mol· L^{-1})$ 0.1 0.1 0.4
$K=\frac {c^2(\mathrm{NO_2})}{c^2(\mathrm{NO})· c(\mathrm{O_2})}=\frac {0.4^2}{0.1^2×0.1}=160$。
(2)若将容器的温度改变为$T_2$时,其$k_正=k_逆$,则$K=1＜160$,因反应:$2\mathrm{NO(g)+O_2(g)\rightleftharpoons 2NO_2(g)}$ $\Delta H＜0$,$K_2$值减小,则对应的温度升高,即$T_2＞T_1$。

3. 无色气体$N_{2}O_{4}$是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。$N_{2}O_{4}$与$NO_{2}$转换的热化学方程式为$N_{2}O_{4}(g)\rightleftharpoons 2NO_{2}(g)$ $\Delta H=+24.4kJ\cdot mol^{-1}$。上述反应中，正反应速率$v$(正)$=k_{正}\cdot p(N_{2}O_{4})$，逆反应速率$v$(逆)$=k_{逆}\cdot p^{2}(NO_{2})$，其中$k_{正}$、$k_{逆}$为速率常数，则$K_{p}$为$\frac {k_正} {k_逆}$(以$k_{正}$、$k_{逆}$表示)。若将一定量$N_{2}O_{4}$投入真空容器中恒温恒压分解(温度$298K$、压强$100kPa$)，已知该条件下$k_{正}=4.8×10^{4}s^{-1}$，当$N_{2}O_{4}$分解$10\%$时，$v$(正)$\approx$$3.9×10^5$$kPa\cdot s^{-1}$。

答案： 3.答案$\frac {k_正} {k_逆}$ $3.9×10^5$
解析题述反应中,正反应速率$v(正)=k_正\cdot p(\mathrm{N_2O})$,逆反应速率$v(逆)=k_逆\cdot p^2(\mathrm{NO})$,其中$k_正$、$k_逆$为速率常数,平衡时,$v(正)=v(逆)$,$k_正\cdot p(\mathrm{N_2O})=k_逆\cdot p^2(\mathrm{NO})$,$K_p$为$\frac {k_正} {k_逆}$。若将一定量$\mathrm{N_2O}$投入真空容器中恒温恒压分解(温度$298\ \mathrm{K}$、压强$100\ \mathrm{kPa}$),已知该条件下$k_正=1.8×10^4\ \mathrm{s^{-1}}$,当$\mathrm{N_2O}$分解$10\%$时,$v(正)=4.8×10^4\ \mathrm{s^{-1}}×100\ \mathrm{kPa}×\frac {0.9}{1.1}≈3.9×10^5\ \mathrm{kPa\cdot s^{-1}}$。