高中化学反应速率优秀一课一练

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2.3.3 化学反应速率综合分析

学习聚焦


知识精讲

知识点01 过渡态理论对催化剂影响化学反应速率的解释

1．从反应物到生成物的变化过程中，必须要经过一个中间状态，这个中间状态叫过渡态。
2．过渡态分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值叫活化能。
3．使用催化剂，可以改变反应的历程，降低过渡态的活化能，增加了单位体积内活化分子的百分数，从而同等程度地提高警惕了正、逆反应的速率。
说明：使用催化剂，不改变化学平衡常数和平衡转化率，也不影响反应热。
【即学即练1】碳单质在生产生活中用途广泛。炭黑可以活化氧分子得到活化氧(O*)，活化氧可以快速氧化SO2，从而消除雾霾。其活化过程中的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．活性炭可去除水中的悬浮杂质
B．生成活化氧的ΔH>0
C．活化过程中有水时的活化能降低
D．氧化SO2的过程中，炭黑起催化作用
【答案】B
【解析】活性炭具有吸附性，可去除水中的悬浮杂质，A正确；根据图像，生成活化氧时，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，ΔH<0 ，B错误；化学反应过程中存在多步反应的活化能，根据能量变化图分析，整个反应的活化能为活化能较大者，则没有水加入的反应活化能为E＝0.75 eV，有水加入的反应的活化能E＝0.57 eV，所以水可使氧分子活化反应的活化能降低0.75 eV－0.57 eV＝0.18 eV，C正确；活化氧可以快速氧化SO2，而炭黑颗粒可以活化氧分子产生活化氧，所以炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂，故D正确。

知识点02 影响化学反应速率因素的探究实验
一般探究的是浓度、压强、温度、催化剂、固体表面积等外界因素对化学反应速率的影响，在实验中的关键是控制变量。
【即学即练2】某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。
项目
反应物
催化剂
温度
①
10mL10%H2O2溶液
无
25℃
②
10mL20%H2O2溶液
无
25℃
③
10mL20%H2O2溶液
无
40℃
④
10mL20%H2O2溶液
1~2滴0.1mol•L-1FeCl3溶液
40℃
通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示，回答下列问题：

(1)代表实验①的曲线是 。
(2)对比实验③和④的目的是 。
(3)通过上面对比实验，所得的实验结论是 。
【答案】（1）Ⅳ
（2）研究催化剂对反应速率的影响
（3）其他条件不变，增大反应物浓度、升高温度、加入催化剂，化学反应速率均加快

知识点03 反应进程与能量变化的图示
一般是在过渡态理论的图示上，研究外界因素对能量变化的影响（详见本课后的“学习探究”相应内容）。
【即学即练3】反应A―→C分两步进行：①A―→B　②B―→C。反应过程的能量变化曲线如图所示(E1、E2、E3、E4表示活化能)。下列说法错误的是(　　)
A．三种物质中B最不稳定
B．A―→B反应的活化能为E1
C．B―→C反应的ΔH＝E4－E3
D．整个反应的ΔH＝E1－E2＋E3－E4
【答案】C
【解析】由反应过程的能量曲线图可知，A、B、C三种物质中，物质B的能量最高，能量越高，越不稳定，则三种物质中B最不稳定，A项正确；反应物A的分子变成活化分子需吸收的能量为E1，所以A―→B反应的活化能为E1，B项正确；物质B的能量比物质C的能量高，故B―→C为放热反应，ΔH＝E3－E4，C项错误；整个反应的ΔH＝ΔHA―→B＋ΔHB―→C＝E1－E2＋E3－E4，D项正确。

常见考法
常见考法一 影响化学反应速率因素的探究实验
【例1】O3在水中易分解，一定条件下，O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。

已知：O3的起始浓度为0.0216mol·L—1。
下列说法正确的是
A．pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是H+
B．在30℃、pH=4.0条件下，O3的分解速率为1.67×10—6mol·L-1·s-1
C．根据表中数据可知，O3的分解速率随温度升高而增大，随pH增大而减小
D．根据表中数据的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率的大小关系为：
40℃、pH=3.0>30℃、pH=7.0
【答案】B
【解析】选项A，pH增大，则c(H+)减小，此时O3分解速率却加快，表明H+不会加快反应速率，A错。选项B，在30℃、pH=4.0条件下，O3的浓度减少一半所需的时间为108 min，即6480 s，则O3的分解速率为[0.0216mol·L—1×1/2]/6480 =1.67×10—6 mol·L-1·s-1，B正确。不难分析，选项C、D都是错误的。答案为B。
必杀技
1．分析数据，找变量；
2．根据变量，找规律。
【同步练习1-1】为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是(　　)

　　　　 　甲　　　　　　　　乙
A．图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B．若图甲实验中反应速率为①>②，则一定说明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果好
C．用图乙所示装置测定反应速率，需要记录反应产生的气体体积及反应时间
D．为检查图乙所示装置的气密性，可关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，观察活塞是否回到原位
【答案】B　
【解析】反应越剧烈，产生气泡越快，说明反应速率越大，A正确；若图甲所示实验中反应速率为①>②，则一定说明氯化铁比硫酸铜对H2O2分解反应的催化效果好，因题图甲两试管中所加试剂所含的阴离子不同，故不能证明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果好，若要证明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果好，还要使选择的试剂中阴离子的种类相同，B错误；可利用题图乙中装置，通过记录一定时间内注射器活塞的位置变化，即反应生成的气体体积来测定反应速率，C正确；检查题图乙装置的气密性的操作：关闭A处活塞，将注射器的活塞拉出一定距离，过一段时间后再松开活塞，如活塞回到原位，说明气密性良好，否则漏气，D正确。
【同步练习1-2】下列表格中的各种情况，可以用下面对应选项中的图像曲线表示的是(　　)
选项
反应
纵坐标
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
反应速率
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L－1的KMnO4溶液，分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2 mL反应
0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2 mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末


【答案】C
【解析】反应速率与物质本身的性质有关。由于K比Na活泼，故相同大小的K和Na，K的反应速率快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随反应进行，放出大量热，反应速率逐渐加快，A图像错误；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲中快，B图像错误；由于甲反应是在热水中反应，温度高，故甲的反应速率高于乙的。随反应进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙中反应速率逐渐减小，C图像正确；MnO2在H2O2分解过程中起催化作用，故乙中反应速率应大于甲中，D图像错误。

常见考法二 反应进程与能量变化图
【例2】如图(Ea表示活化能)是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程中各物质物质的能量变化关系图，下列说法正确的是

A．Cl·可由Cl2在高温条件下生成，是CH4与Cl2反应的催化剂
B．升高温度，活化分子的百分数不变，但反应速率加快
C．增大Cl2的浓度，可提高反应速率，但不影响△H的大小
D．第一步反应的速率大于第二步反应
【答案】C
【解析】选项A，Cl·由Cl2在光照条件下生成，是CH4与Cl2反应的“中间体”，而不是反应的催化剂，选项A错误。选项B，Ea1、Ea2分别为第一步反应、第二步反应所需活化能，升高温度，反应所需活化能不变，即Ea1、Ea2不变，但活化分子的百分数增多，反应速率加快，选项B错误。选项C，Cl2是该反应的反应物，增大反应物的浓度，反应速率增大，而反应的△H和反应的途径无关，只与反应的始态和终态有关，即增大氯气的浓度不影响△H的大小，选项C正确。选项D，第一步反应所需活化能Ea1大于第二步反应所需活化能Ea2，第一步反应单位体积内活化分子百分数低于第二步反应，故第二步反应速率更大，选项D错误。答案选C。
必杀技
这类问题往往是有催化剂参与的反应。
1．由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变，反应历程中一定既有催化剂参与的反应，也有催化剂生成的反应。
2．催化剂提高化学反应速率的原因，可表示为：
使用催化剂→改变反应的历程→降低反应的活化能→使更多的反应物分子成为活化分子→增加单位时间内的活化分子百分数→加快化学反应速率。
【同步练习2-1】亚硝酰氯在有机合成中有重要应用。的反应历程如图所示。下列说法错误的是

A．催化剂能提高反应物的相对能量
B．相对曲线Ⅱ，曲线Ⅰ表示加入催化剂
C．曲线Ⅱ的正反应活化能为
D．，
【答案】A
【解析】选项A，催化剂降低“过渡态”物质的相对能量，使活化能降低，A错误。选项B，曲线I表示加入催化剂，B正确。选项C，正反应活化能等于过渡态相对能量与反应物相对能量之差，，C正确。选项D，反应热等于产物总能量与反应物总能量之差等于，D正确。答案为A。
【同步练习2-2】已知反应S2O(aq)+2I-(aq)2SO(aq)+I2(aq)，若向该溶液中加入含Fe3+的某溶液，反应机理如图所示。下列有关该反应的说法错误的是

①2Fe3+(aq)+2I-(aq)I2(aq)+2Fe2+(aq)
②2Fe2+(aq)+S2O(aq)=2Fe3+(aq)+2SO(aq)
A．反应①和反应②相比，反应②更容易发生
B．Fe3+是该反应的催化剂
C．增大Fe3+的浓度，能够加快反应速率
D．若不加Fe3+，正反应的活化能比逆反应的活化能大
【答案】D
【解析】选项A，反应②比反应①活化能低，反应②更容易发生，故A正确。选项B，Fe3+在反应①中被消耗生成中间产物Fe2+，在反应②中Fe2+消耗又生成了Fe3+，Fe3+是该反应的催化剂，故B正确。选项C，增大Fe3+的浓度，能够加快反应①的速率，反应①决定整个反应的快慢，故C正确。选项D，无论是否加Fe3+，该反应为放热反应，正反应的活化能比逆反应的活化能小，故D错误。答案为D。




分层提分

题组A 基础过关练
1．一定量的铁粉和水蒸气在一个容积可变的密闭容器中进行反应：。下列条件不能使该反应的化学反应速率增大的是
A．增加铁粉的质量 B．保持容器容积不变，充入H2O(g)
C．将容器的体积缩小一半 D．升温
【答案】A
【解析】选项A，铁是固体，增加铁粉的质量，不能增大反应速率，A符合。选项B，保持容器容积不变，充入H2O(g)，增大反应物浓度，反应速率加快，B不符合。选项C，将容器的体积缩小一半，压强增大，反应速率加快，C不符合。选项D，升温，反应速率加快，D不符合。答案选A。
2．一定温度下，将1 mol A和2 mol B放入5 L的密闭容器中发生如下反应：A(s)+2B(g) C(g) + 2 D(g) △H＜0，经5 min后，测得容器内B的浓度减少了0.2 mol/L。下列叙述正确的是
A．加入少量A，反应速率加快
B．在5 min内该反应用C的浓度改变量表示的反应速率为 0.02mol/(L·min)
C．保持体积不变，向容器充入一定量氦气，压强增大，反应速率加快
D．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率加快
【答案】B
【解析】选项A，固体的浓度为定值，增加固体的量，反应速率不变，则加入少量固体A，化学反应速率不变，故A错误。选项B，由容器内反应物B的浓度减少了0.2 mol/L可知，生成物C增加的浓度为0.2 mol/L×1/2=0.1 mol/L，则在5 min内该反应用C的浓度改变量表示的反应速率为 = 0.02 mol/(L·min)，故B正确。选项C，保持体积不变，向容器充入一定量氦气，容器的压强增大，但参加反应的气体物质的浓度不变，反应速率不变，故C错误。选项D，升高温度，正反应速率加快，逆反应速率也加快，故D错误。答案为B。
3．已知反应2I－＋S2O===I2＋2SO，加入淀粉溶液可观察到溶液变蓝色。反应速率可以用淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。20 ℃时得到如下实验数据：
实验编号
c(I－)/mol·L－1
c(S2O)/mol·L－1
t/s
1
0.040
0.040
88.0
2
0.080
0.040
44.0
3
0.080
0.080
22.0
4
0.160
0.020
44.0
5
0.120
0.040
29.3
分析上述数据，下列说法正确的是(　　)
A．该实验的目的是研究 I－ 与S2O 的浓度对反应速率的影响
B．I－的浓度越大，反应速率越快
C．S2O 的浓度越小，反应速率越快
D．5个实验中，编号3对应浓度的实验，反应速率最慢
【答案】A
【解析】由题目中表格数据可分析出c(I－)、c(S2O)浓度越大，反应速率越快，显蓝色所需时间越少，故实验目的应是研究反应物I－与S2O的浓度对反应速率的影响， A正确；反应速率取决于I－ 与S2O 的浓度，如I－浓度较大，而S2O 浓度较小，则反应速率不一定大，B错误；如I－浓度不变，S2O 的浓度越小，反应速率越小， C错误；由表中数据可知，编号3对应浓度的实验用时最少，反应最快， D错误。
4．下列说法正确的是(　　)
A．一定条件下，增大反应物的量会加快化学反应速率
B．增大压强，肯定会加快化学反应速率
C．升高温度，无论吸热还是放热反应，v正、v逆均增大
D．催化剂不影响反应的活化能，但能增大单位体积内活化分子百分数，加快反应速率
【答案】C
【解析】一定条件下，增大固体反应物的量不会加快化学反应速率，A错误；若反应体系中无气体参与，增大压强，化学反应速率不变，B错误；升高温度，v正、v逆均增大，与反应吸热还是放热无关，C正确；催化剂能降低反应的活化能，能增大单位体积内活化分子百分数，加快反应速率，D错误。
5．已知反应：2NO(g)＋Br2(g) 2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，其反应机理如下：
①NO(g)＋Br2(g) NOBr2(g)　快
②NO(g)＋NOBr2(g) 2NOBr(g)　慢
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A．该反应的速率主要取决于②的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能大a kJ·mol－1
D．增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
【答案】A
【解析】反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A正确；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1，故C错误；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多，所以能加快反应速率，故D错误。
6．HCOOH在Pd催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量的关系如图所示：

下列说法正确的是(　　)
A．在Pd催化剂表面HCOOH脱氢反应的ΔH＞0
B．在Pd催化剂表面解离O—H比C—H的活化能低
C．用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2
D．在历程Ⅰ～Ⅴ中，生成Ⅴ的反应速率最快
【答案】C
【解析】由图示知，甲酸在Pd催化剂表面脱氢反应，反应物的总能量高于最终产物的总能量，放热，即ΔH<0，A错误；由图可知，第Ⅰ步解离O—H，活化能为44.7 kJ·mol－1，第Ⅲ步解离C—H，活化能为36.7 kJ·mol－1－8.9 kJ·mol－1＝27.8 kJ·mol－1，B错误；由图可知，HCOOH在Pd催化剂下，C—H、O—H均发生断裂，最终生成H2和CO2，因此用DCOOH或HCOOD代替HCOOH，得到的产物都有HD和CO2，C正确；由图可知，生成Ⅴ的过程活化能最高，则反应速率最慢，D错误。
7．KI溶液在酸性条件下能与氧气反应。现有以下实验记录：
实验编号
①
②
③
④
⑤
温度/℃
30
40
50
60
70
显色时间/s
160
80
40
20
10
回答下列问题：
(1)该反应的离子方程式为_________________________________________________。
(2)该实验的目的是_____________________________________________________。
(3)实验试剂除了1 mol·L－1 KI溶液、0.1 mol·L－1 H2SO4溶液外，还需要的试剂是_________________，实验现象为___________________________________________________。
(4)上述实验操作中除了需要(3)的条件外，还必须控制不变的是________(填字母)。
A．温度 B．试剂的浓度
C．试剂的用量(体积) D．试剂添加的顺序
(5)由上述实验记录可得出的结论是_________________________________________。
(6)若要进行酸性对反应速率的影响的探究实验，你会采取的措施是_________________________。
【答案】(1)4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O　
(2)探究温度对反应速率的影响　
(3)淀粉溶液　无色溶液变蓝色
(4)CD　
(5)每升高10 ℃，反应速率增大约2倍　
(6)保持其他实验条件不变，采用不同浓度的硫酸溶液进行对比实验
【解析】(1)根据得失电子数目相等、电荷守恒和原子守恒，可得该反应的离子方程式为4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O。(2)表中数据只有温度和显色时间，故该实验的目的是探究温度对反应速率的影响。(3)为测定显色时间，产物中有碘单质生成，还需要的试剂是淀粉溶液，实验现象为无色溶液变蓝色。(4)设计实验必须保证其他条件不变，只改变一个条件，才能得到准确的结论，还必须控制不变的是试剂的用量(体积)和试剂添加的顺序。(5)分析实验数据，温度每升高10 ℃，显色时间缩短到原来的一半，故可得出的结论是：每升高10 ℃，反应速率增大约2倍。(6)若要进行酸性对反应速率影响的探究实验，需保持其他实验条件不变，采用不同浓度的硫酸溶液进行对比实验。
8．某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验：
【实验原理】2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O
【实验内容及记录】　
实验
编号
室温下，试管中所加试剂及其用量/mL
溶液褪至无色所需时间/min
0.6 mol·L－1
H2C2O4溶液
H2O
3 mol·L－1
H2SO4溶液
0.05 mol·L－1
KMnO4溶液
1
3.0
2.0
2.0
3.0
1.5
2
2.0
3.0
2.0
3.0
2.7
3
1.0
4.0
2.0
3.0
3.9
请回答下列问题：
(1)根据上表中的实验数据，可以得到的结论是______________________________。
(2)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2＋)随时间变化的趋势如图甲所示，但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n(Mn2＋)随时间变化的实际趋势如图乙所示。该小组同学根据图乙所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究。

　　　　　　 甲　　　 　　乙
①该小组同学提出的假设是______________________________________________。
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。
实
验
编
号
室温下，试管中所加试剂及其用量/mL
再向试
管中加
入某种
固体
溶液褪
至无色
所需时
间/min
0.6 mol·L－1
H2C2O4溶液
H2O
3 mol·L－1
H2SO4溶液
0.05 mol·L－1
KMnO4溶液
4
________
2.0
2.0
3.0
MnSO4
t
③若该小组同学提出的假设成立，则t________1.5(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(1)其他条件不变，增大H2C2O4浓度(或增大反应物浓度)，化学反应速率增大
(2)①生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2＋对该反应有催化作用)　②3.0　③小于
【解析】(1)三个实验中改变的是草酸浓度(同一浓度的草酸溶液体积不同，但反应时溶液的总体积均为10 mL)，其他条件不变，草酸浓度越大，溶液褪至无色所需时间越短，反应速率越大。
(2)①根据乙中图像可知，反应速率先加快后减慢，结合教材上的对应实验，提出的假设为反应生成的硫酸锰对反应起到催化作用。②进行实验时应注意其他条件不变，所以溶液总体积应该为10 mL，故应加入3.0 mL草酸溶液。③催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，溶液褪至无色所需时间变短。

题组B 能力提升练
9．在恒压、H2和CO2的起始浓度一定的条件下,用Mg含量不同的催化剂Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越高)催化反应相同时间,测得不同温度下反应:4H2(g)+CO2(g) = CH4(g)+2H2O(g)中CO2的转化率如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．反应4H2(g)+CO2(g)CH4(g)+2H2O(g)的ΔH>0
B．延长W点的反应时间可提高CO2的转化率
C．相同条件下催化剂中Mg的含量越高催化效率越高
D．使用合适的催化剂可以提高CO2的转化率
【答案】D
【解析】据题图可知使用不同催化剂时,在360 ℃左右、相同时间内CO2的转化率相同,说明该温度下,三种催化剂条件下反应都达到了平衡,继续升高温度,CO2的转化率减小,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A项错误。W点处反应已经达到平衡,延长W点的反应时间平衡也不会移动,CO2的转化率不变,B项错误。据题图可知温度较低反应未达到平衡时,催化剂中Mg的含量越高,相同时间内CO2的转化率越低,催化效率越低,C项错误。反应未达到平衡前,选用合适的催化剂可以增大反应速率,提高CO2的转化率,D项正确。
10．甲硫醇是一种重要的原料和化工试剂，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法不正确的是

A．CH3SH为共价化合物
B．该过程中断裂了O—H键、S—H键和C—S键
C．该催化剂可降低该反应的活化能
D．该过程的总反应为H2S+CH3OHCH3SH+H2O
【答案】B
【解析】选项A，CH3SH的组成元素都是非金属元素，非金属元素的原子之间都是以共价键结合，因此该化合物为共价化合物，A正确。选项B，通过催化过程可以看出：硫化氢加入催化剂后，硫化氢中的氢硫键断开，形成巯基和氢原子，加入甲醇后，甲醇分子吸附在催化剂表面，氢氧键断开，巯基取代羟基的位置形成甲硫醇和水，该过程中断裂O—H键、S—H键、C—O键，形成了C—S键，B错误。选项C，该催化剂可改变反应途径，降低该反应的活化能，使反应在较低的温度下进行，C正确。选项D，根据图示可知：反应物是H2S、CH3OH，生成物是CH3SH、H2O，反应在催化剂存在条件下进行，故反应方程式为：H2S+CH3OHCH3SH+H2O，D正确。答案是B。
11．汽车尾气中的氮氧化物是城市空气的主要污染物之一，如何降低汽车尾气污染已成为环保领域的热点。 回答下列问题：
(1)科技工作者用甲烷将氮氧化物还原为 N2和 H2O，涉及的反应如下：
CH4(g)＋4NO2(g) =4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1=-574 kJ/mol
CH4(g)＋2NO2(g) =CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g) ΔH2=-867 kJ/mol
则 CH4(g)还原 NO(g)生成 N2(g)的热化学方程式为___________。
(2)使用氢能源可以减少汽车尾气中有害气体的排放。利用甲醇与水蒸气反应可以制备氢气：CH3OH(g)＋H2O(g) =CO2(g)＋3H2(g) ΔH，该反应过程中的能量变化如图：

ΔH___________0(填“>”“=”或“＜”)，途径(Ⅰ)的活化能 E=___________。
（3）途径(Ⅰ)变为途径(Ⅱ)：改变的条件是___________，反应热(ΔH)____(填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】（1）CH4(g)＋4NO(g) =2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH=-1160 kJ/mol
（2）> E4-E1
（3）加入催化剂 不变
【解析】(1)①CH4(g)＋4NO2(g) =4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1=-574 kJ/mol
②CH4(g)＋2NO2(g) =CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g) ΔH2=-867 kJ/mol
根据盖斯定律，②×2－①得CH4(g)还原 NO(g)生成 N2(g)的热化学方程式为CH4(g)＋4NO(g) =2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH=-1160 kJ/mol；
(2) 根据图示，反应物分子的能量小于生成物分子的能量，所以ΔH>0。活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量，根据图示，途径(Ⅰ)的活化能 E= E4-E1。
（3）途径(Ⅰ)比途径(Ⅱ)的活化能高，途径(Ⅰ)变为途径(Ⅱ)改变的条件是加入催化剂；反应热只与反应体系的始态和终态有关，所以ΔH不变。
12．硝酸是一种重要的化工原料，工业上采用氨催化氧化法制备，生产过程中发生的反应有：
NH3(g)+5/4O2(g) = NO(g)+3/2H2O(l) ΔH1=-292kJ/mol
NO(g)+1/2 O2(g)=NO2(g) ΔH2=-56kJ/mol
3 NO2(g)+ H2O(l)=2HNO3(aq)+ NO(g) ΔH3=-70kJ/mol
回答以下问题：
（1）NH3(g)十2O2(g)=HNO3(aq)+H2O(l)的∆H=___________kJ•moL-1。原料气体(NH3、O2)在进入反应装置之前，必须进行脱硫脱硒处理。其原因是___________
（2）研究表明2NO(g)+ O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：
(a)2NO(g) N2O2(g)(快) (b)N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)(慢 )
①该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比a步的___________(填“大”或“小”)。
②在恒容条件下，NO和O2的起始浓度之比为2：1，反应经历相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图，则150 ℃时，v正___________v逆(填“＞”或“＜”)。若起始c(O2)=5.0×10- 4 mol•L-1，则380℃下反应达平衡时c(O2)= ___________mol•L-1。

（3）T1温度时，在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)，容器中各反应物和生成物的物质的量随时间变化如图所示：

①下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是___________(填序号)。
A．混合气体的密度不变       B．混合气体的颜色不变
C．K不变                             D．2v正(O2)=v逆(NO2)
②温度为T1时的化学平衡常数K=___________。
③实验测得：v正= K正c2(NO)•c(O2)，v逆= K逆c2(NO2)，K正、K逆为速率常数，受温度影响。若将容器的温度变为T2时，K正=K逆，则T2___________T1(填“＞”、“＜”或“=”)。
【答案】（1）-411     防止催化剂中毒(或含硫化合物会使催化剂降低或失去催化效果)
（2）大     ＞     2. 5×10- 4
（3）BD     5     ＞
【解析】（1）①NH3(g)+5/4O2(g)NO(g)+3/2H2O(l) △H1= -292kJ/mol，②NO(g)+1/2O2(g)= NO2(g) △H2= -56kJ/mol，③3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g) △H3= -70kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②×3/2+③×1/2得：NH3(g)+2O2(g)=HNO3(aq)+H2O(l) △H=(-292kJ/mol)+(-56kJ/mol)×3/2+(-70kJ/mol)×1/2= -411kJ/mol；含硫化合物会引起催化剂中毒，因此原料气体(NH3、O2)在进入反应装置之前，必须进行脱硫处理，防止含硫化合物引起催化剂中毒(或含硫化合物会使催化剂降低或失去催化效果)；
（2）①该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比a步的大；②根据图像，150℃时，NO的转化率小于NO的平衡转化率，说明反应需要继续正向继续，因此v正＞v逆；若起始c(O2)=5.0×10-4 mol/L，根据图像，380℃下反应达平衡时，NO的平衡转化率为50%，因此c(O2)= 2.5×10-4mol/L；
（3）①在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO+ O2 = 2NO2，
A. 混合气体的质量和容器的体积均不变，混合气体的密度始终不变，不能说明达到平衡状态，选项A错误；B. 混合气体中只有NO2有色，气体的颜色不变，说明NO2浓度不变，说明达到平衡状态，选项B正确；C. K只与温度有关，温度不变，K始终不变，不能说明达到平衡状态，选项C错误；D. 2v正(O2)=v逆(NO2)表示正逆反应速率相等，说明达到平衡状态，选项D正确；答案选BD；②根据图像，温度为T1时，平衡时，c(NO)==0.1mol/L，c(O2)= =0.1mol/L， c(NO2)= =0.4mol/L，此时化学平衡常数K= ==160；若将容器的温度变为T2时，k正=k逆，即K==1，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，因此T2＞T1。

题组C 培优拔尖练
13．甲醇与SO3在有水条件下生成硫酸氢甲酯的反应部分历程如图所示。
CH3OH(g)+SO3(g)CH3OSO3H(g)，其中粒子间的静电作用力用“…”表示。下列说法错误的是

A．水合CH3OH分子比水合SO3分子更稳定
B．反应历程中最大能垒(活化能)为6.62eV
C．d到f转化的实质为质子转移
D．在反应过程中，水起催化作用
【答案】A
【解析】选项A，据图可知d为水合CH3OH分子，c为水合SO3分子，c的能量更低，所以水合SO3分子更稳定，A错误。选项B，据图可知反应历程中最大能垒(活化能)为3.66eV-(-2.96eV)=6.62eV，B正确。选项C，据图可知d到f的过程中甲醇中的氢原子转移到水分子中，水分子中的氢原子转移到CH3OSO3H分子中，实质为质子转移，C正确。选项D，反应前后水未发生变化，形成的水合分子降低了能垒，为该反应的催化剂，D正确。答案为A。
14．在催化剂作用下，有机物DMO(CH3OOC-COOCH3)与H2反应能够转化为EG，其反应过程如图所示。

下列说法正确的是
A．Cu纳米颗粒在反应过程中不参与化学反应
B．Cu纳米颗粒在反应过程中能够降低反应的活化能
C．DMO在反应过程中，吸收能量断裂C-O、C-H键
D．温度越高，Cu纳米颗粒的催化效果越好
【答案】B
【解析】选项A，由图示可知，Cu纳米颗粒吸附H2后形成H—Cu—H过渡态，然后转化为Cu和H原子，故Cu参与了化学反应，A错误。选项B，Cu纳米颗粒反应前后不变，故作催化剂，催化剂能降低反应的活化能，B正确。选项C，由图示知，CH3OOC-COOCH3反应后转化为CH3OH和HOCH2-CH2OH，故DMO中C—O与C=O发生断裂，C—H未断裂，C错误。选项D，催化剂活性受温度影响，温度过高过低都会使催化剂活性下降，D错误。答案选B。
15．利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题:
制备甲烷CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-252.9 kJ·mol-1

图1 图2
(1)该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图1所示。
①要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于　　　　。 
②在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是　　　　　(填字母)。 
A．CO2和H2的转化率之比不再变化
B．混合气体的平均摩尔质量不再变化
C．容器内的压强不再变化
D．v=4v
(2)选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4充入反应物,反应结果如图2所示。
①若N点压强为1 MPa,则平衡常数Kp(N)=　　　　，P点与N点的平衡常数K(P)　　　(填“>”“<”或“=”)K(N)。 
②若无催化剂，N点平衡转化率是否可能降至R点?说明理由。答: 　　　　　　　　。 
【答案】(1)①597 ℃　②AD
(2)①1　<　②不可能,因为催化剂不能改变反应物的平衡转化率
(3)①温度升高,催化剂活性降低　②D
【解析】(1) ①ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图1可知,温度不高于597 ℃;
②CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡,A项正确。反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明达到平衡,B项错误。反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,压强不变时达到平衡,C项错误。正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v(H2)正=4v(CH4)正没有涉及逆反应,D项正确。
(2)①依题意设起始投入CO2物质的量为1 mol,则H2为4 mol,由图2可知N点时转化率为50%,可列三段式:
　　CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
1 4 0 0
0.5 2 0.5 1
0.5 2 0.5 1
N点压强为1 MPa,故Kp==1;该反应为放热反应,P点温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,则K(P) ②催化剂只能改变反应速率,不能改变转化率,则无催化剂,N点的平衡转化率也不可能降至R点。