2024年江苏高考化学一轮复习 第20讲　化学反应速率 课时练（含解析）

第20讲　化学反应速率

化学反应速率基础

1. 已知：3Cl2＋2NH3===N2＋6HCl。若反应速率分别用v(Cl2)、v(NH3)、v(N2)、v(HCl)表示，则下列关系式正确的是(　　)

A. v(Cl2)＝v(NH3)  B. v(Cl2)＝v(N2)

C. v(Cl2)＝v(HCl)  D. v(NH3)＝v(HCl)

2. 已知反应2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－752 kJ/mol的反应机理如下：

①2NO(g)N2O2(g)　(快)

②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g)　(慢)

③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g)　(快)

下列有关说法错误的是(　　)

A. ①的逆反应速率大于②的正反应速率

B. ②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效

C. N2O2和N2O是该反应的催化剂

D. 总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大

3. (2021·江苏适应性)将CO2转化为有机燃料是实现碳资源可持续利用的有效途径。我国学者提出的CO2催化加氢合成CH3OH的机理如图(其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注)所示。下列说法正确的是(　　)

A. 催化剂的使用能提高CO2的平衡转化率

B. CO2催化加氢合成CH3OH总反应的ΔS>0

C. 反应④中存在共价键的断裂和共价键的生成

D. 反应机理表明H2O参与了CO2合成CH3OH的反应

4. (2022·如皋期末)实验小组以一种废镍催化剂(含NiO、MgO、FeO、CaO)为原料制取NiSO4。

(1) 酸浸。将粉碎后的废镍催化剂用稀硫酸浸取，测得单位时间内Ni2＋的浸出率与粉碎后废镍催化剂固体颗粒直径大小关系如图所示。固体颗粒直径越大，Ni2＋的浸出率越低的原因是　______________________________________。

(2) 沉铁。向所得浸出液中加入足量H2O2溶液，并控制溶液温度不超过40 ℃。充分反应后向溶液中滴加NaOH溶液至溶液的pH约为4，过滤得Fe(OH)3沉淀。向浸出液中加H2O2溶液，并控制温度的目的是__________________________________________________________________________________________________________________。

5. (2022·苏锡常镇一模)将3%NO、6%NH3、21%O2和70%N2的混合气体(N2为平衡气)以一定流速通过装有Cu基催化剂的反应器，NO去除率随反应温度的变化曲线如图所示。

(1) 在150～225 ℃范围内，NO去除率随温度的升高而迅速上升的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。

(2) 燃煤烟气中伴有一定浓度的HCl气体，它会造成NO去除率下降，其原因可能是____________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________。

6. (2021·南京学情调研)二氧化氯(ClO2)是一种重要的氧化剂，可用于水体中Mn2＋的去除。控制其他条件不变，在水体pH分别为7.1、7.6、8.3时，测得Mn2＋浓度随反应时间的变化如图所示。

(1) pH＝8.3时水体中Mn2＋转化为MnO2，ClO2转化为ClO，该反应的离子方程式为__________________________________________________________ _________________________________________________________。

(2) 反应相同时间，水体中Mn2＋浓度随pH增大而降低的原因是_________________________________________________________。

7. (2021·镇江期中)MnO2是一种两性氧化物，用软锰矿(主要成分为MnO2，含少量铁的氧化物)和BaS可制备高纯MnCO3。

(1) 软锰矿粉与BaS溶液反应生成难溶的MnO、S和Ba(OH)2。保持BaS投料量不变，随MnO2与BaS投料比增大，软锰矿还原率和Ba(OH)2的产率的变化如图1所示。当>3.5时，Ba(OH)2产率减小的原因是_________________________________________________________________________________________________________。

图1

(2) 搅拌时间对Ba(OH)2产率的影响如图2所示，延长搅拌时间，Ba(OH)2产率提高，原因是____________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________。

图2

8. (2022·苏北四市期末)金属铁、铝可用于含铬(主要成分是Cr2O)酸性污水的处理。将铁屑装入玻璃管中制成如图1所示污水处理柱。以同样的流速缓慢通入不同高度的处理柱进行酸性含铬污水处理实验，处理柱失活的时间与处理柱中铁屑高度的关系如图2。

图1　图2

(1) 铁屑的高度为27 cm时，处理柱的失活时间不增反降，其可能的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________。

(2) 铁屑中掺入一定量炭黑，污水的处理效果明显提高，炭黑的作用是______________________________________________________________________________________________________________________________。

(3) 铁处理后的废水加入石灰调节pH＝9，同时通入适量的空气，其目的是_______________________________________________________________________________________________________________________________。

9. (2022·苏北四市期末)甲烷是一种重要的化工原料，常用于制H2和CO。甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH＝＋75 kJ/mol，Ni和活性炭均可作该反应催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应，若孔道堵塞会导致催化剂失活。

(1) 向反应系统中通入水蒸气可有效减少催化剂失活，其原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________。

(2) 在相同气体流量条件下，不同催化剂和进料比对甲烷转化率的影响如图1所示。使用活性炭催化剂，且其他条件相同时，随着进料比的增大，甲烷的转化率逐渐增大的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。

图1　图2

(3) 使用Ni催化剂，且其他条件相同时，随时间增加，温度对Ni催化剂催化效果的影响如图2所示。使用催化剂的最佳温度为________，650 ℃条件下，1 000 s后，氢气的体积分数快速下降的原因是___________________________________________________________________________________________________________________。

化学反应速率综合

1. (2021·无锡期中)乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理如下，能量与反应进程的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A. 使用催化剂可以减少反应放出的热量

B. 第①步反应只断裂了碳碳键

C. 由图可知，总反应的反应速率主要取决于第①步

D. 总反应不需要加热就能进行

2. (2022·南京六校期初)Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如图所示。下列关于活化历程的说法错误的是(　　)

A. 涉及非极性键的断裂和生成

B. Ni—H键的形成有利于氢原子的迁移

C. 总反应为：Ni＋C2H6―→NiCH2＋CH4

D. 决速步骤：中间体2―→中间体3

3. (2022·海门期末)丙烷脱氢是制备丙烯的一种常见方法，如图是某催化剂催化该过程的能量变化，“*”表示吸附在催化剂表面的物种。下列有关说法不正确的是(　　)

A. 1 mol 丙烷中的总键能小于1 mol 丙烯及1 mol 氢气的总键能之和

B. 在该条件下，所得丙烯中还含有其他有机物

C. 该过程中未发生碳碳键的断裂

D. 相同条件下在该催化剂表面，*CH3CH2CH3比*CH3CH===CH2脱氢更容易

4. (2022·南通三模)我国科学家研究了Fe＋循环催化N2O＋CO===N2＋CO2的反应机理。反应过程中的物种及能量变化如图所示，其中A～F表示反应过程中过渡态物质。下列说法正确的是(　　)

A. 基态Fe＋的核外电子排布式为[Ar]3d54s2

B. 适当升高温度，有利于提高CO和N2O的平衡转化率

C. 该条件下，N2O转化为N2的反应速率主要由A―→B步骤决定

D. 该催化过程中，铁元素的化合价发生了变化

5. (2021·南京学情调研)ClO2可对烟气中NOx、SO2进行协同脱除，涉及的部分反应如下：

Ⅰ. ClO2＋NO===NO2＋ClO

Ⅱ. ClO＋NO===Cl＋NO2

Ⅲ. ClO2＋SO2===ClO＋SO3

Ⅳ. ClO＋SO2===Cl＋SO3

(1) 反应Ⅳ的历程如图1所示。该历程中最大活化能E正＝________kcal/mol。

图1

(2) 保持其他条件不变，分别在不添加NO、添加NO两种情况下，控制模拟烟气中不同并反应相同时间，测得SO2氧化率随变化如图2所示。不添加NO时，SO2氧化率较低(不超过3%)的原因可能是________________________________________________；

添加NO时，SO2氧化率比不添加NO时高，其原因可能是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。

图2

6. (2022·苏州期末)CO2催化加氢合成甲烷常使用CeO2作催化剂。

(1) CeO2催化CO2与H2转化为CH4的机理如图所示，步骤(ⅱ)中生成中间产物的物质类别属于________。

(2) 催化剂中掺入少量CaO，用Ca2＋替代CeO2结构中部分Ce4＋形成CaxCe1－xOy，可提高催化效率的原因是_______________________________________。

7. (2021·江苏适应性)Na2FeO4可通过Fe3＋与NaClO在碱性溶液中反应制备。Na2FeO4和NaClO均可用于氧化去除高氯(含高浓度Cl－)废水中的有机物。

(1) 用Na2FeO4处理高氯废水中的有机物时，需在一定条件下使用。

①pH＝5时，HFeO分解放出O2并产生Fe(OH)3沉淀，该反应的离子方程式为_____________________________________。

②酸性溶液中FeO的氧化性大于Cl2的氧化性。FeO处理高氯废水中的有机物需在碱性条件下进行，其原因是__________________________________。

(2) 用NaClO处理高氯废水中的有机物时，研究了“NaClO”和“Fe3＋＋NaClO”两种体系对高氯废水中有机物的氧化率(废水中被氧化有机物的量占废水中有机物总量的百分率)。

①当废水pH<6时，仅使用NaClO处理高氯废水，有机物的氧化率较低，其原因是_______________________________________。

②当n(NaClO)相同时，使用“NaClO”与“Fe3＋＋NaClO”处理高氯废水，废水中有机物的氧化率随废水pH的变化如图所示。与“NaClO”体系相比，“Fe3＋＋NaClO”体系中有机物氧化率随着废水pH升高显著增大的可能原因是______________________________________________________________________________________________________。

8. (2022·南京、盐城二模)我国学者分别使用Fe2O3和Fe3O4作催化剂，对燃煤烟气脱硝脱硫进行催化剂性能研究。如图1所示，当其他条件一定时，分别在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测定H2O2浓度对模拟烟气(含一定比例的NO、SO2、O2、N2)中NO和SO2脱除率的影响，NO脱除率与H2O2浓度的关系如图2所示。

图1

图2

已知：·OH能将NO、SO2氧化。

·OH产生机理如下：

反应Ⅰ：Fe3＋＋H2O2===Fe2＋＋·OOH＋H＋(慢反应)；反应Ⅱ：Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋·OH＋OH－(快反应)。

(1) 与Fe2O3作催化剂相比，相同条件下Fe3O4作催化剂时NO脱除率更高，其原因是_____________________________________________________。

(2) 实验表明·OH氧化SO2的速率比氧化NO速率慢。但在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测得SO2脱除率几乎均为100%的原因是_________________________________________。

第20讲　化学反应速率

化学反应速率基础

1. B　【解析】 反应速率之比是相应的化学计量数之比，则v(Cl2)＝v(NH3)，A错误；v(Cl2)＝v(N2)，B正确；2v(Cl2)＝v(HCl)，C错误；3v(NH3)＝v(HCl)，D错误。

2. C　【解析】 ①为快反应，②为慢反应，①的逆反应速率大于②的正反应速率，A正确。②为慢反应，反应慢说明反应的活化能大，因此碰撞仅部分有效，B正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D正确。

3. D　【解析】 催化剂不能改变平衡转化率，A错误；总反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)，反应的ΔS<0，B错误；反应④为*CH3OH＋*OH＋*H===CH3OH＋H2O，反应中*OH和*H形成共价键，无共价键的断裂，C错误；反应②生成H2O，反应③消耗H2O，反应④生成H2O，整个反应过程中H2O参与了CO2合成CH3OH的反应，D正确。

4. (1) 固体与硫酸接触面积小，反应速率慢　(2) 加H2O2溶液的目的是将Fe2＋氧化为Fe3＋，控制温度的目的是减少H2O2的分解

【解析】 (1) 反应物接触面积越大，反应速率越快，固体与硫酸接触面积小，反应速率慢。(2) 加H2O2溶液是将Fe2＋氧化为Fe3＋，H2O2受热易分解，控制温度的目的是减少H2O2的分解。

5. (1) 随着温度的升高，催化剂的活性增大，且与温度升高共同作用，使NO的去除反应速率迅速上升　(2) 烟气中的HCl与NH3反应生成NH4Cl，使得还原剂NH3的量减少，NH4Cl固体覆盖在Cu基催化剂表面，使催化剂失去活性

6. (1) 2ClO2＋Mn2＋＋4OH－===MnO2↓＋2ClO＋2H2O　(2) pH增大，OH－浓度增大，ClO2氧化Mn2＋的速率加快

7. (1) 过量的MnO2消耗了产生的Ba(OH)2　(2) 充分搅拌能增大固液接触面积，并不断移去表面上的固体产物，加快反应速率，提高Ba(OH)2产率

8. (1) 反应时间延长，造成溶液的pH升高，Cr3＋等金属离子会生成沉淀，附着在铁屑表面，使处理柱失去处理活性　(2) 炭黑和铁屑形成原电池，加快反应的速率　(3) 通入空气，O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，生成Fe(OH)3胶体，与Cr(OH)3共沉淀，Cr(OH)3沉淀更完全

9. (1) 水蒸气与碳反应生成CO(或CO2)与氢气，减少固体碳对孔道的堵塞　(2) 进入反应的甲烷含量越低，甲烷分子与催化剂接触的概率越大，转化率越高　(3) 600 ℃　温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化剂快速失活

【解析】 (1) 由于活性炭可能将孔道堵塞，当加入水蒸气后，加入的水蒸气能与碳反应生成CO(或CO2)和氢气，减少固体碳对孔道的堵塞，从而有效减少催化剂失活。(2) 随着进料比的加大，甲烷的含量将降低，甲烷分子与催化剂接触的概率越大，转化率就越高。(3) 结合图2可看出，650 ℃和550 ℃时，短时间内H2的体积分数较大，但时间大于1 000 s后，H2的体积分数迅速降低，而600 ℃时，较长时间内H2的体积分数较大，故采用的最佳温度是600 ℃；H2体积分数快速下降是因为催化剂失活，其原因是随着温度的升高反应速率加快，但催化剂内积碳量增加，从而导致催化剂快速失活。

化学反应速率综合

1. C　【解析】 使用催化剂不改变焓变，A错误；第①步反应断裂了碳碳键、氢氧键，B错误；由图可知，第①步反应的活化能最大，C正确；由图可知，总反应是放热反应，与反应条件没有必然联系，D错误。

2. A　【解析】 根据反应历程可知，涉及C—C键的断裂和C—H键形成，没有涉及非极性键的形成，A错误；结合过渡态2可知，Ni—H键的形成使H原子的转移更容易，B正确；通过历程可知，始态是Ni和C2H6，终态为NiCH2和CH4，总反应为Ni＋C2H6―→NiCH2＋CH4；C正确；决速步骤由活化能最高的步骤决定，由历程可知，中间体2―→过渡态2活化能最大，中间体2―→中间体3为决速步骤，D正确。

3. A　【解析】 由图可知，1 mol 丙烷的总能量低于1 mol 丙烯及1 mol 氢气的总能量之和，为吸热反应，反应的ΔH>0，ΔH＝反应物键能总和—生成物键能总和>0，A错误；由图可知，生成丙烯(CH3CH===CH2)后，丙烯还在继续脱氢，所以所得丙烯中还含有其他有机物，B正确；该反应过程中，碳骨架由“C—C—C”变为“C—C===C”，该反应过程中未发生碳碳键的断裂，C正确；由图可知，在该催化剂的表面，*CH3CH2CH3脱氢的活化能小于*CH3CH===CH2脱氢的活化能，则*CH3CH2CH3脱氢比*CH3CH===CH2脱氢容易，D正确。

4. D　【解析】 基态Fe＋的核外电子排布式为[Ar]3d64s1，A错误；由图像可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO和N2O的平衡转化率减小，B错误；反应活化能越高，反应速率越慢，对总反应的速率起决定作用，故C―→D为决速步骤，C错误；由图像可知，Fe＋、FeO＋的化合价分别为＋1、＋3，所以铁元素的化合价发生了改变，D正确。

5. (1) 7.7　(2) 反应Ⅲ的化学反应速率相对较慢，SO2氧化率低　反应Ⅰ、Ⅳ的化学反应速率相对较快，添加NO后，ClO2通过反应Ⅰ快速生成ClO，ClO又快速将SO2氧化为SO3

【解析】 (1) 根据图可知，该历程中最大活化能E正＝[－1.3－(－9)]kcal/mol＝7.7 kcal/mol。(2) 反应Ⅲ的化学反应速率相对较慢，SO2氧化率低；反应Ⅰ、Ⅳ的化学反应速率相对较快，添加NO后，ClO2通过反应Ⅰ快速生成ClO，ClO又快速将SO2氧化为SO3，所以添加NO时，SO2氧化率比不添加NO时高。

6. (1) 碳酸盐　(2) 结构中氧空位增加，加速CO2的转化

【解析】 (1) 步骤(ⅱ)生成的中间产物 为CeCO3，故该物质属于碳酸盐。(2) 用Ca2＋代替部分Ce4＋后，使得结构中的氧空位增加，加速了CO2的转化，从而提高了催化效率。

7. (1) ①4HFeO＋4H＋＋2H2O===4Fe(OH)3↓＋3O2↑　②防止FeO氧化废水中的Cl－而被消耗，防止FeO在酸性条件下分解　(2) ①酸性条件下ClO－与Cl－反应生成Cl2逸出　②随着废水pH的增大，Fe3＋与ClO－反应生成的FeO浓度增大，FeO氧化废水中有机物的反应速率更大

【解析】 (1) ①HFeO分解放出O2并产生Fe(OH)3沉淀，Fe元素的化合价降低3，O元素的化合价升高4，溶液显酸性，根据得失电子守恒和电荷守恒、质量守恒配平，得4HFeO＋4H＋＋2H2O===4Fe(OH)3↓＋3O2↑。②酸性溶液中FeO的氧化性大于Cl2的氧化性，酸性溶液中FeO能氧化废水中的Cl－，同时由①可知，酸性条件下FeO会分解，故FeO处理高氯废水中的有机物需在碱性条件下进行。(2) ①酸性条件下，ClO－与Cl－反应生成Cl2，有机物的氧化率低。②题给信息：“Na2FeO4可通过Fe3＋与NaClO在碱性溶液中反应制备”，pH升高，NaClO会氧化Fe3＋生成FeO，废水中的有机物被氧化的速率加快。

8. (1) Fe3O4催化剂表面同时存在Fe2＋和Fe3＋，Fe2＋直接通过反应Ⅱ快速产生·OH，c(·OH)更大；Fe2O3催化剂表面仅存在Fe3＋，Fe3＋需先通过慢反应Ⅰ产生Fe2＋，再通过快反应Ⅱ产生·OH，总反应速率由慢反应Ⅰ决定，c(·OH)小于前者，故Fe3O4作催化剂比Fe2O3作催化剂时NO脱除率更大　(2) SO2几乎完全被NaOH溶液吸收