《2025年非常学案高中化学选择性必修第一册人教版》

1. 工业上利用 $CH_4$(混有 $CO$ 和 $H_2$) 与水蒸气在一定条件下制取 $H_2$，原理为 $CH_4(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO(g) + 3H_2(g)$，该反应的逆反应反应速率表达式为 $v_逆 = k · c(CO) · c^3(H_2)$，$k$ 为速率常数，在某温度下测得实验数据如下表所示：

由上述数据可得该温度下，$c_2 =$0.2，该反应的逆反应速率常数 $k =$1.0× 10^{4} L³·mol⁻³·min⁻¹。

答案： 1.解析:根据$v_{逆} = k· c{(CO)}· c^{3}{(H_{2})}$,由题表中数据可得
$\dfrac{8.0\ mol· L^{-1}· min^{-1}}{(c_{1}\ mol· L^{-1})^{3}× k}=\dfrac{6.75\ mol· L^{-1}· min^{-1}}{(c_{2}\ mol· L^{-1})^{3}× k}$,所以$\dfrac{8.0\ mol· L^{-1}· min^{-1}}{0.1\ mol· L^{-1}× k}×$$\dfrac{6.75\ mol· L^{-1}· min^{-1}}{(0.15\ mol· L^{-1})^{3}× k}=16.0\ mol· L^{-1}· min^{-1}$,解得$k =$$1.0× 10^{4}\ L^{3}· mol^{-3}· min^{-1}$,代入$c_{2}$的等式可得$c_{2} = 0.2$。
答案:$0.2$ $1.0× 10^{4}$

2. $2NO(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g)$ 的反应历程如下：
反应 Ⅰ：$2NO(g) \rightleftharpoons N_2O_2(g)$(快) $\Delta H_1 ＜ 0$
$v_1正 = k_1正 · c^2(NO)$，$v_1逆 = k_1逆 · c(N_2O_2)$;
反应 Ⅱ：$N_2O_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g)$(慢) $\Delta H_2 ＜ 0$
$v_2正 = k_2正 · c(N_2O_2) · c(O_2)$，$v_2逆 = k_2逆 · c^2(NO_2)$。
一定条件下，反应 $2NO(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g)$ 达到平衡状态，平衡常数 $K =$\dfrac{k_{1正}· k_{2正}}{k_{1逆}· k_{2逆}} (用含 $k_1正$、$k_1逆$、$k_2正$、$k_2逆$ 的代数式表示)。反应 Ⅰ 的活化能 $E_1$＜ (填“＞”“＜”或“=”) 反应 Ⅱ 的活化能 $E_Ⅱ$。

答案： 2.解析:反应达到平衡状态时,$v_{1正} = v_{1逆}$、$v_{2正} = v_{2逆}$,所以
$v_{1正}· v_{2正} = v_{1逆}· v_{2逆}$,即$k_{1正}· c^{2}{(NO)}· k_{2正}·$$c{(O_{2})} = k_{1逆}· c{(N_{2}O_{2})}· k_{2逆}· c^{2}{(NO_{2})}$,$K =$$\dfrac{c^{2}{(NO_{2})}}{c^{2}{(NO)}· c{(O_{2})}}=\dfrac{k_{1正}· k_{2正}}{k_{1逆}· k_{2逆}}$;因为决定${2NO(g) + O_{2}(g)}$$⇌ {2NO_{2}(g)}$反应速率的是反应Ⅱ,所以反应Ⅰ的活化能
$E_{1}$小于反应Ⅱ的活化能$E_{Ⅱ}$。
答案:$\dfrac{k_{1正}· k_{2正}}{k_{1逆}· k_{2逆}}$ $＜$

1. 温度为 $T$ ℃时，反应 $2HI(g) \rightleftharpoons H_2(g) + I_2(g)$ 在体积为 $1$ L 的密闭容器中进行，起始充入 $1$ mol $HI$，气体混合物中 $HI$ 的物质的量分数 $w(HI)$ 与反应时间 $t$ 的关系如表所示：

该反应的正反应速率 $v_正 = k_正 · c^2(HI)$，逆反应速率 $v_逆 = k_逆 · c(H_2) · c(I_2)$，$k_正$、$k_逆$ 为速率常数，则 $\frac{k_正}{k_逆}$ 为 (A)

A.$\frac{1}{64}$
B.64
C.$\frac{1}{8}$
D.8

答案： 1.A $[v_{正} = v_{逆}$时,反应达平衡,$\dfrac{c{(H_{2})}· c{(I_{2})}}{c^{2}{(HI)}}=\dfrac{k_{正}}{k_{逆}}=K$,平衡
时$n{(HI)} = 0.8\ mol$,$n{(H_{2})} = n{(I_{2})} = 0.1\ mol$,故$K = \dfrac{k_{正}}{k_{逆}} =$$\dfrac{1}{64}$,A正确。]

2. 在温度为 $T$ ℃时，将 $NH_4HS(s)$ 置于抽真空的容器中，当反应 $NH_4HS(s) \rightleftharpoons NH_3(g) + H_2S(g)$ 达到平衡时，测得总压强为 $p$，则该反应的压强平衡常数 $K_p$ 为 (C)

A.$\frac{1}{4} p$
B.$\frac{1}{2} p^2$
C.$\frac{1}{4} p^2$
D.$\frac{1}{2} p$

答案： 2.C $[\quad\quad{NH_{4}HS(s)⇌ NH_{3}(g) + H_{2}S(g)}$
开始时分压 $0$ $0$
平衡时分压 $\dfrac{p}{2}$ $\dfrac{p}{2}$
则该反应的压强平衡常数$K_{p} = \dfrac{p}{2}× \dfrac{p}{2} = \dfrac{1}{4}p^{2}$,C正确。]

3. 在 $2$ L 恒容密闭容器中充入 $4$ mol $CO$ 和 $4$ mol $NO$，发生反应 $2NO(g) + 2CO(g) \rightleftharpoons N_2(g) + 2CO_2(g)$，平衡时，$NO$ 的体积分数与压强($Pa$) 的关系如图所示。

(1) $C$ 点 $NO$ 的平衡转化率为25%；
若 $C$ 点在 $10$ min 达到平衡，则 $10$ min 内 $CO$ 的平均反应速率为0.05 mol·L^{-1}·min^{-1}。
(2) 若容器内起始压强为 $p$ Pa，则 $C$ 点时该反应的平衡常数 $K_p =$\dfrac{4}{81p} (用平衡分压代替平衡浓度，分压 = 总压 × 物质的量分数)。

答案： 3.解析:
(1)设平衡时${NO}$的转化量为$2x\ mol$,则
${2NO(g) + 2CO(g)⇌ N_{2}(g) + 2CO_{2}(g)}$
起始量/$mol$ $4$ $4$ $0$ $0$
转化量/$mol$ $2x$ $2x$ $x$ $2x$
平衡量/$mol$ $4 - 2x$ $4 - 2x$ $x$ $2x$
由题意:$\dfrac{4 - 2x}{4 - 2x + 4 - 2x + x + 2x}× 100\% = 40\%$,解得$x$$= 0.5$。
$\alpha{(NO)} = \dfrac{2× 0.5}{4}× 100\% = 25\%$;
$v{(CO)} = \dfrac{2× 0.5}{2× 10}\ mol· L^{-1}· min^{-1} = 0.05\ mol· L^{-1}$$· min^{-1}$。
(2)起始压强为$p\ Pa$,平衡时压强为$\dfrac{7.5}{8}× p\ Pa = \dfrac{15}{16}p\ Pa$,
${NO}$、${CO}$的分压为$\dfrac{3}{8}p\ Pa$,${N_{2}}$的分压为$\dfrac{1}{16}p\ Pa$,${CO_{2}}$的分压
为$\dfrac{1}{8}p\ Pa$,$K_{p} = \dfrac{p^{2}{(CO_{2})}· p{(N_{2})}}{p^{2}{(NO)}· p^{2}{(CO)}} = \dfrac{\left(\dfrac{p}{8}\right)^{2}× \dfrac{p}{16}}{\left(\dfrac{3p}{8}\right)^{2}× \left(\dfrac{3p}{8}\right)^{2}}$$=\dfrac{4}{81p}$。
答案:
(1)$25\%$ $0.05\ mol· L^{-1}· min^{-1}$
(2)$\dfrac{4}{81p}$