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课件 高考化学一轮复习第八单元 化学反应速率与化学平衡 第二十九讲 化学反应速率及影响因素
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这是一份课件 高考化学一轮复习第八单元 化学反应速率与化学平衡 第二十九讲 化学反应速率及影响因素，共60页。PPT课件主要包含了使用建议，教学建议，考点一化学反应速率，夯实必备知识，表示方法，表达式及单位，化学计量数，m∶n∶p∶q，对点自测，提升关键能力等内容，欢迎下载使用。
本单元化学反应速率和化学平衡理论是重要的理论基础之一,它贯穿于整个中学化学之中。 化学反应速率的考查主要涉及对化学反应速率的理解与简单计算,以及对反应机理、反应历程的简单分析。 化学平衡是中学化学涉及的电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡等知识的核心,对很多知识的学习和理解起着指导作用,学习这部分知识时要注意以下几点:1.要准确理解有关概念的内涵与外延,善于揭示概念间的内在联系,并应用所学概念和有关规律,准确掌握化学反应速率、化学平衡状态、化学平衡常数和化学平衡移动四个概念,弄清后三者的范畴及相互联系。
2.要准确把握外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,学会用化学平衡移动原理来解决有关的平衡问题,尤其是对化学平衡实质和化学平衡常数的理解和应用。3.要重视化学实验,认真观察和理解课本上安排的有关实验,弄清实验现象,发生的反应及所要说明的问题,通过典型的实验得出一般规律,加深对所学概念、理论的理解和应用,提高解决实际问题的能力。4.要学会对图表、数据进行综合分析,加强练习,做到学、用、练、纠相结合,以提高解决各类问题的能力。
二、课时安排 本单元共4讲,建议10课时完成,其中6课时用于在课堂上互动式完成第29~32讲,2课时用于处理各讲的习题讲评,2课时用于测试和讲评。
第29讲 化学反应速率及影响因素
考点一 化学反应速率考点二 影响化学反应速率的因素经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
通常用单位时间内反应物浓度的 或生成物浓度的 来表示。
v= ,单位为 。 [微点拨] (1)化学反应速率一般是指一段时间内的平均速率而不是某一时刻的瞬时速率,且无论用反应物还是生成物表示均为正值;(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同;(3)一般不用固体或纯液体表示化学反应速率,因为固体或纯液体的浓度视为常数。
ml·L-1·s-1或ml·L-1·min-1
3. 化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应:mA(g)+nB(g) = pC(g)+qD(g),当单位相同时,用不同反应物或生成物表示的化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的 之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
4. 化学反应中各物质浓度、反应速率的计算模式——“三段式”
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同( )(2)10 ml·L-1·s-1的反应速率一定比1 ml·L-1·s-1的反应速率大( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1( )
[解析] (2)速率数值所对应的化学反应速率的快慢与该物质在化学反应方程式中的化学计量数有关,可用速率与化学计量数比值的大小判断反应快慢。
[解析] (3)0.8 ml·L-1·s-1是指1 s内某物质的浓度的变化为0.8 ml·L-1。
(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快( )(5)甲、乙两容器中分别充入2 ml NO2和4 ml NO2,5 min后两者各反应掉1 ml和2 ml NO2,则说明乙中反应速率快( )(6)对于反应4NH3(g)+5O2(g) = 4NO(g)+6H2O(l),v(NO)与v(O2)的关系为5v(NO)=4v(O2)( )
[解析] (5)容积大小未知,没法比较二者的反应速率。
[解析] (4)同一化学反应中,化学反应速率数值的大小和化学计量数有关,化学计量数越大,数值越大,速率之比等于化学计量数之比,数值越大不一定化学反应速率越快。
2.一定温度下,在2 L的恒容密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:下列描述正确的是( )A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 ml·L-1·s-1B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 ml·L-1C.反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) ⇌ Z(g)
题组一 化学反应速率的计算
1.一定温度下反应:4A(s)+3B(g) ⇌ 2C(g)+D(g),经2 min,B的浓度减少0.6 ml·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )A.用A表示的反应速率是0.4 ml·L-1·min-1B.分别用B、C、D表示反应速率,其比值是1∶2∶3C.在2 min末的反应速率,用B表示为0.3 ml·L-1·min-1D.在这2 min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
[解析] A是固体,不能用其浓度的变化来表示反应速率,A错误;在同一个化学反应中,化学反应速率之比等于方程式中各物质前面对应的化学计量数之比,用B、C、D表示反应速率,其比值是3∶2∶1,B错误;v(B)=0.3 ml·L-1·min-1,表示2 min内的平均反应速率,在2 min末的速率为瞬时速率,C错误;在反应过程中B的浓度逐渐减小,故A、B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小,D正确。
2.一定温度下,向容积恒为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )A.该反应的化学方程式为3B+4D ⇌ 6A+2CB.反应进行到1 s时,v(A)=v(C)C.0~6 s内,用B表示的平均反应速率为0.05 ml·L-1·s-1D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等
3.NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:4NH3(g)+3O2(g) ⇌ 2N2(g)+6H2O(g)。现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 ml NH3和3 ml O2,4 min后,测得生成的H2O占混合气体体积的40%,则下列表示此段时间内该反应的平均反应速率不正确的是( )A.v(N2)=0.125 ml·L-1·min-1B.v(H2O)=0.375 ml·L-1·min-1C.v(O2)=0.225 ml·L-1·min-1D.v(NH3)=0.250 ml·L-1·min-1
题组二 化学反应速率大小比较
4.对于反应4NH3+5O2 = 6H2O(g)+4NO在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )A.v(H2O)=0.05 ml·L-1·s-1B.v(O2)=1 ml·L-1·min-1C.v(NO)=1.6 ml·L-1·min-1D.v(NH3)=1.2 ml·L-1·min-1
5.已知反应4CO+2NO2 N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下:①v(CO)=1.5 ml·L-1·min-1②v(NO2)=0.7 ml·L-1·min-1③v(N2)=0.4 ml·L-1·min-1④v(CO2)=1.1 ml·L-1·min-1⑤v(NO2)=0.01 ml·L-1·s-1请比较上述5种情况反应的快慢: (由大到小的顺序)。
[解析] ②经转化可表示为v(CO)=2v(NO2)=1.4 ml·L-1·min-1;③v(CO)=4v(N2)=1.6 ml·L-1·min-1;④v(CO)=v(CO2)=1.1 ml·L-1·min-1;⑤v(CO)=2v(NO2)=0.02 ml·L-1·s-1=1.2 ml·L-1·min-1,故③>①>②>⑤>④。
考点二 影响化学反应速率的因素
1. 内因(主要因素)
F2>Cl2>Br2>I2
Mg>Al>Zn>Fe
反应物本身的 是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为 , 镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为 。
2. 外因(只改变一个条件,其他条件不变)
(1)基元反应研究发现,大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为 。 (2)假设基元反应为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,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
4. 影响化学反应速率的因素理论解释——有效碰撞理论
(1)有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞。(2)活化分子:能量较高,有可能发生 的分子。 (3)活化能:图中:E1为 ,使用催化剂时的活化能为 ,反应热为 。 (注:E2为逆反应的活化能)
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
5. 气体反应体系中充入“惰性”气体(不参与反应)时对反应速率的影响
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)催化剂参与化学反应,改变了活化能,但反应前后的性质保持不变( )(2)升温时吸热反应速率增大,放热反应速率减小( )(3)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气,加入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率( )
[解析] (2)升温时,吸热反应速率、放热反应速率均增大。
[解析] (1)催化剂反应前后的化学性质不变,物理性质可能发生改变。
[解析] (3)加入CuSO4形成原电池,使化学反应速率加快,而加入CH3COONa,会生成CH3COOH,c(H+)减小,反应速率减慢。
(4)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率( )(5)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分数,所以反应速率增大( )(6)100 mL 2 ml·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变 ( )
[解析] (5)增大反应物的浓度,能增大活化分子的浓度,但活化分子百分数保持不变。
[解析] (4)CaCO3是固体,其浓度可看作常数,化学反应速率保持不变。
[解析] (6)加入氯化钠溶液,相当于对溶液进行稀释,c(H+)减小,反应速率应减小。
(7)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大( )(8)升高温度的同时加入合适的催化剂一定比只升高温度时的反应速率要快( )
[解析] (8)升高温度可能会影响催化剂的活性,反应速率不一定会更快。
2.反应3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,试回答:(1)增加Fe的量,其反应速率 (填“增大”“不变”或“减小”,下同)。 (2)将容器的容积缩小一半,其反应速率 。 (3)保持容积不变,充入N2使体系压强增大,其反应速率 。 (4)保持压强不变,充入N2使容器的容积增大,其反应速率 。
[解析] (1)由于Fe是固体,改变Fe的量,反应物浓度不变,故反应速率不变。(2)将容器容积缩小一半,则反应物浓度增大,故反应速率增大。(3)容器容积不变,充入N2,反应物浓度不变,故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变,充入N2,容积增大,即反应物和生成物浓度均减小,故反应速率减小。
题组一 外界条件对化学反应速率的影响
1.对水样中影响M分解速率的因素进行研究。在相同温度下,M的物质的量浓度c(M)随时间(t)的变化如图所示。下列说法不正确的是( )A.水样pH越大,M的分解速率越慢B.水样中添加Cu2+,能加快M的分解速率C.由①③得,反应物浓度越大,M的分解速率越快D.在0~20 min内,②中M的分解速率为0.15 ml·L-1·min-1
2.从下列实验事实所得出的相应结论正确的是( )
[解析]增大反应物浓度,化学反应速率加快,A正确;催化剂参与反应,但反应前后催化剂的质量和化学性质不变,B错误;浓度相同的盐酸和醋酸溶液中,起始c(H+)不同,故开始时反应速率不同,C错误;缩小容积,正、逆反应速率同时增大,D错误。
题组二 控制变量法探究影响化学反应速率的因素
3.实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素,KMnO4与H2C2O4在溶液中发生化学反应:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 = K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。下列有关说法错误的是( )
A.实验中要记录溶液褪色所需时间B.实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响C.实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响D.起始向①中加入MnSO4固体,不影响反应速率
[解析] 该实验原理是2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 = K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,KMnO4被还原为MnSO4,溶液由紫红色变为无色,故实验中通过记录溶液褪色时间,判断反应速率的快慢,A正确;实验①②中温度、c(KMnO4)均相同,c(H2C2O4)不同,故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响,B正确;实验①③中c(KMnO4)、c(H2C2O4)均相同,温度不同,故实验目的是探究温度对化学反应速率的影响,C正确;该反应中Mn2+起催化作用,①中加入MnSO4固体,会加快反应速率,D错误。
4.某小组研究影响反应速率的因素。(1)实验一:探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。①设计实验方案如下表,表中c= ml·L-1。
[解析] (1)①要探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响,则必须保持其他影响反应速率的因素一致,故醋酸和盐酸的浓度应相同,故c也应为1.0 ml·L-1。
②实验步骤a.检查装置(左图)的气密性后,添加药品;b.反应开始后, ; c.将所记录的数据转化为曲线图(右图)。
[解析] ②据题图可知,要通过测量在相同的时间段内收集到的氢气体积的大小来测量反应速率,故在反应开始后,应每隔1 min记录一次生成H2的体积。
每隔1 min记录一次生成H2的体积
③写出0~5 min,醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律: 。
[解析] ③通过题中图像分析可知,单位时间内醋酸与镁条反应生成氢气的体积变化很小,即醋酸与镁条的反应速率变化不大;而盐酸与镁条的反应一开始很快,一段时间后,单位时间内生成的氢气的体积明显变小,即反应速率明显减小。
醋酸与镁条反应的速率随时间变化不明显;盐酸与镁条反应开始阶段反应速率很快,一段时间后反应速率明显减小
(2)实验二:探究反应条件对0.10 ml·L-1 Na2S2O3溶液与稀H2SO4反应速率的影响,其设计与测定结果如下:
①写出上述实验原理的离子方程式: 。 ②上述实验1、3是探究 对化学反应速率的影响;若上述实验1、2是探究浓度对化学反应速率的影响,则a的值为 ;乙是实验需要测量的物理量,则表格中“乙”应填写 。
出现浑浊的时间/min(或s)
【方法技巧】 变量控制法探究影响反应速率的因素的解题策略
[解析] 结合图像,开始一段时间(大约13 min前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至达到最大值,Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅱ)浓度变化不大,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ)后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大约13 min后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大,据此作答。由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A项错误;
2. [2022·广东卷] 在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X → 2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图所示,则( )A.无催化剂时,反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 ml·L-1·min-1
[解析] 由图可知,无催化剂时,随反应进行,生成物浓度也在增加,说明反应也在进行,故A错误;催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,反应更快,故B错误;使用催化剂Ⅱ时,在0~2 min内Y的浓度变化了2.0 ml·L-1,而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 ml·L-1,二者变化量之比不等于化学计量数之比,所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X浓度随时间t的变化,故C错误;
3. [2022·浙江卷] 恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示,下列说法不正确的是( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5ml·L-1·min-1B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
实验①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,实验①、实验②中0~20 min、20~40 min氨气浓度变化量都是4.00×10-4 ml·L-1,C错误;对比实验①和实验③,氨气起始浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,实验③的反应速率大,说明相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,D正确。
[解析] 恒温条件下,k1、k2不变,则速率v与反应物浓度有关,图甲中一直下降的曲线代表c(X)随时间的变化,一直上升的曲线代表c(Z)随时间的变化,先上升后下降的曲线代表c(Y)随时间的变化,反应开始时,随着c(X)的减小,c(Y)增大,反应①的速率降低、反应②的速率增大,A错误;根据图甲和反应①X = Y、反应②Y = Z,Y的浓度达到最大值前,X的减少量等于Y和Z的增加量之和,根据速率之比等于相同时间内各物质的浓度变化量之比,故v(X)=v(Y)+v(Z),Y的浓度达到最大值之后,v(Z)=v(X)+v(Y),B错误;
1. [2022·北京卷] CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图甲所示。反应①完成之后,以N2为载气,以恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图乙所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上有积碳。下列说法不正确的是( )A.反应①为CaO+CO2 = CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2速率不变,可能有副反应CH4 C+2H2C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
[解析] 由题干图甲所示信息可知,反应①为CaO+CO2 = CaCO3,结合氧化还原反应配平可得反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2,A正确;由题干图乙信息可知,t1~t3 min,n(H2)比n(CO)多,且生成H2速率不变,反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上有积碳,故可能有副反应CH4 C+2H2,反应②和副反应中CH4和H2的化学计量数比均为1∶2,B正确;
由题干反应②方程式可知,H2和CO的反应速率相等,0~t2时刻,H2的流速未变,仍然为2 mml·min-1,而CO流速变为1~2 mml·min-1之间,故能够说明副反应生成H2的速率小于反应②生成H2速率,C错误;由题干图乙信息可知,t3之后,CO的流速为0,CH4的流速逐渐增大,最终恢复到1 mml·min-1,说明生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生,而后副反应逐渐停止反应,D正确。
2. 反应X = 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
[解析] 反应X = 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z,则X的浓度逐渐减小,Z的浓度逐渐增大,所以a为c(X) 随t的变化曲线,A项正确。由图可知,t1时,c(X)=c(Y)=c(Z) ,B项正确。由图可知,Y的浓度先增大后减小,增大阶段消耗速率小于生成速率,减小阶段消耗速率大于生成速率,则t2时Y的消耗速率大于生成速率,C项正确。由图可知,t3时刻X已经完全转化,若无反应②发生,则c(Y)=c0,由于反应②的发生,t3时转化的Y的浓度为c0-c(Y),浓度变化量之比等于化学计量数之比,所以Z的浓度的变化量为2[c0-c(Y)],这种关系在t3后仍成立,D项错误。
[解析] 化学反应速率之比等于化学计量数之比,则根据化学方程式3W(g)+2X(g) = 4Y(g)+3Z(g)可知,v(W)∶v(Z)=3∶3=1∶1,A错误;v(X)∶v(Z)=2∶3,B错误;v(X)∶v(Y)=2∶4=1∶2,C正确;v(W)∶v(X)=3∶2,D错误。
1. 对于化学反应:3W(g)+2X(g) = 4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系正确的是( )A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
2. 一定条件下,在容积为10 L的恒容密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g),反应过程如图。下列说法不正确的是( )A.t1 min时正、逆反应速率相等B.X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)= 0.011 25 ml·L-1·min-1D.10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.002 5 ml·L-1·min-1
3. [2024·甘肃酒泉四校联考] 一定温度下,10 mL 0.8 ml·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况下)如表。下列叙述正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )A.反应到6 min时,c(H2O2)=0.2 ml·L-1B.第4 min时的瞬时速率小于第6 min时的瞬时速率C.反应至6 min时,H2O2分解率为50%D.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 ml·L-1·min-1
4. [2024·辽宁大连二十四中检测] 一定温度下,将3 ml A和2 ml B混合于2 L的恒容密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(s) ⇌ xC(g)+2D(g),反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,以C表示的平均反应速率v(C)=0.3 ml·L-1·min-1,下列说法正确的是( )A.0~5 min内,以B表示的平均反应速率为v(B)=0.075 ml·L-1·min-1B.5 min时,向容器中再加入1 ml氦气,可以减慢化学反应速率C.5 min时,D的物质的量为1.25 mlD.该反应方程式中,x=4
[解析] B为固体,没有浓度变化量,不能用B的浓度变化表示该反应的反应速率,故A错误;向恒容容器中再加入1 ml 氦气,反应物、生成物的浓度不变,则反应速率不变,故B错误;反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,D的物质的量为0.75 ml·L-1×2 L=1.5 ml,故C错误;反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,即D的浓度变化量为0.75 ml·L-1,以C表示的平均反应速率v(C)= 0.3 ml·L-1·min-1,则C的浓度变化量为0.3 ml·L-1·min-1×5 min=1.5 ml·L-1,根据化学计量数之比等于浓度变化量之比,则0.75∶1.5=2∶x,解得x=4,故D正确。
5. H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液碱性越弱,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
[解析] 由图甲可知,相同pH下,H2O2浓度越大,分解速率越快,A错误;由图乙可知,H2O2初始浓度相同,溶液的碱性越强,H2O2分解速率越快,B错误;由图丙可知,Mn2+少量存在时,无NaOH的H2O2溶液中H2O2几乎不分解,1.0 ml·L-1 NaOH溶液中H2O2的分解速率小于0.1 ml·L-1 NaOH溶液中H2O2分解速率,故碱性越强,H2O2分解速率不一定越快,C错误;由图丙和图丁可知,碱性溶液中随Mn2+浓度变化,H2O2分解速率变化较大,D正确。
6. 一步合成甲基丙烯酸甲酯的反应如下(其他产物已省略)。科学家为了研究甲醇脱氢过程对反应速率的影响,进行了下表所示动力学同位素效应实验(其他条件均相同)。
下列说法正确的是( )A.CH3OH、CD3OH和CH3OD互为同素异形体B.相比于甲醇,氘代甲醇参与的反应活化能较小C.相比于C—H,C—D断裂的速率较慢D.相比于O—H,C—H断裂对反应速率的影响较小
[解析] 同素异形体是同一种元素组成的不同种单质,CH3OH、CD3OH和CH3OD为化合物,不互为同素异形体,A错误;根据速率常数,kH∶kD1=4.6,kH∶kD2=2.7,甲醇参与反应时反应速率常数更大,反应速率更快,则反应的活化能更小,B错误;由B可知,甲醇参与反应时反应速率更快,则相比于C—H,C—D断裂的速率较慢,C正确;由实验Ⅱ和Ⅲ分析可知,氘代甲醇D1参与的反应速率更慢,则相比于O—H,C—H的断裂对反应速率的影响更大,D错误。
7. 某兴趣小组同学将pH=1的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液按如下比例混合,探究浓度对反应速率的影响。
8. [2023·河北保定一模] 已知NaNO2+NH4Cl = NaCl+2H2O+N2↑的速率方程为v=k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H+),为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,进行如下实验:向锥形瓶中加入一定体积(V)的2.0 ml·L-1 NaNO2溶液、2.0 ml·L-1 NH4Cl溶液、1.0 ml·L-1醋酸和水,充分搅拌,保持体系温度为36 ℃,用秒表测量收集1.0 mL N2所需要的时间(t),实验数据如下表。
A.m=2,n=1,反应级数为3级B.当c(NO)=0.200 ml·L-1,c(Cl2)=0.300 ml·L-1,v(NO)=0.192 ml·L-1·s-1C.加入催化剂可以改变反应途径,也可以增大速率常数k而加快反应速率D.升高温度,可以增大反应的活化能Ea,从而使速率常数k增大
下列说法正确的是( )A.速率方程中的m=1、n=1B.该反应的速率常数k=2.8×10-3 min-1C.增大反应物浓度,k增大导致反应瞬时速率加快D.在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375 min
11. [2023·河北邯郸三模] 某催化剂作用下,乙炔发生选择性加氢反应C2H2(g)+H2(g) ⇌ C2H4(g) ΔH<0。速率方程为v正=k正c(C2H2)c(H2),v逆=k逆c(C2H4)(k正、k逆为速率常数,只与温度、催化剂有关)。一定温度下,在2 L恒容密闭容器中充入1 ml C2H2(g)和1 ml H2(g),只发生上述反应。测得C2H4的物质的量如下表所示:
下列说法错误的是( )A.0~10 min内,v(H2)=0.025 ml·L-1·min-1B.升高温度,k正增大的倍数小于k逆增大的倍数C.净反应速率(v正-v逆)由大到小最终等于0D.在上述条件下,15 min时2k逆=15k正
12. [2023·河北唐山一模] 室温下,气体M、N、P、Q之间存在如下转化关系:①M ⇌ N+P;②M ⇌ N+Q,反应①的速率可表示为v1=k1c(M),反应②的速率可表示为v2=k2c(M)(k1、k2为速率常数),在容积为10 L的恒容密闭容器中,反应体系中组分M、P的物质的量随时间的变化如下表所示:
考点四 化学反应速率综合考查
下列说法正确的是( )A.0~3 min时间段内,Q的平均反应速率为0.15 ml·L-1·min-1B.反应开始后,体系中P和Q的浓度之比保持不变C.平衡时M生成Q的转化率为36%D.反应①的活化能比反应②的活化能低
13. 目前,汽车尾气系统中均安装了催化转化器。在催化转化器中,汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下发生反应:2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g) ΔH(1)已知:①N2(g)+O2(g) = 2NO(g) ΔH1=+183 kJ·ml-1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·ml-1则ΔH= kJ·ml-1。
[解析] (1)已知: ①N2(g)+O2(g) = 2NO(g) ΔH1=+183 kJ·ml-1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·ml-1则根据盖斯定律分析,②-①可得热化学方程式2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g) ΔH=-566 kJ·ml-1-183 kJ·ml-1=-749 kJ·ml-1。
(2)将CO和NO以一定流速通过两种不同的催化剂发生反应2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g),相同时间内测量逸出气体中N2的含量,从而确定尾气脱氮率(即NO的转化率),结果如图所示。①a点的v逆 (填“>”“<”或“=”)b点的v正。 ②c点 (填“是”或“否”)一定是平衡状态,理由是 。
c点NO的转化率最高,在相同时间内反应的NO最多,只能说明反应速率最快,若在此温度下提供更长时间,NO转化率可能还会继续增大,最终达到平衡
③研究表明氧气的存在对于NO的还原有抑制作用,原因是 。
NO被O2氧化;O2氧化性强于NO,当O2存在时,CO优先与氧气反应;O2的存在可能会降低催化剂的选择性
[解析] (2)①a、b两点都有v正>v逆,b点对应脱氮率高且温度高,则b点逆反应速率大于a点逆反应速率,故a点的v逆小于b点的v正。②该正反应为放热反应,温度高,速率快,升温平衡逆向移动,但c点不一定是平衡状态,c点NO的转化率最高,在相同时间内反应的NO最多,只能说明反应速率最快,若在此温度下提供更长时间,NO转化率可能还会继续增大,最终达到平衡。③氧气的存在对于NO的还原有抑制作用,原因是NO被O2氧化;O2氧化性强于NO,当O2存在时,CO优先与氧气反应;O2的存在可能会降低催化剂的选择性。
(4)T ℃,将2 ml NO(g)和2 ml CO(g)通入容积为1 L的恒容密闭容器中发生上述反应,t0时达到平衡,测得反应过程中CO的转化率与时间的关系如图,则a点处对应的v正∶v逆= 。
本单元化学反应速率和化学平衡理论是重要的理论基础之一,它贯穿于整个中学化学之中。 化学反应速率的考查主要涉及对化学反应速率的理解与简单计算,以及对反应机理、反应历程的简单分析。 化学平衡是中学化学涉及的电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡等知识的核心,对很多知识的学习和理解起着指导作用,学习这部分知识时要注意以下几点:1.要准确理解有关概念的内涵与外延,善于揭示概念间的内在联系,并应用所学概念和有关规律,准确掌握化学反应速率、化学平衡状态、化学平衡常数和化学平衡移动四个概念,弄清后三者的范畴及相互联系。
2.要准确把握外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,学会用化学平衡移动原理来解决有关的平衡问题,尤其是对化学平衡实质和化学平衡常数的理解和应用。3.要重视化学实验,认真观察和理解课本上安排的有关实验,弄清实验现象,发生的反应及所要说明的问题,通过典型的实验得出一般规律,加深对所学概念、理论的理解和应用,提高解决实际问题的能力。4.要学会对图表、数据进行综合分析,加强练习,做到学、用、练、纠相结合,以提高解决各类问题的能力。
二、课时安排 本单元共4讲,建议10课时完成,其中6课时用于在课堂上互动式完成第29~32讲,2课时用于处理各讲的习题讲评,2课时用于测试和讲评。
第29讲 化学反应速率及影响因素
考点一 化学反应速率考点二 影响化学反应速率的因素经典真题·明考向作业手册
夯实必备知识 | 提升关键能力
通常用单位时间内反应物浓度的 或生成物浓度的 来表示。
v= ,单位为 。 [微点拨] (1)化学反应速率一般是指一段时间内的平均速率而不是某一时刻的瞬时速率,且无论用反应物还是生成物表示均为正值;(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同;(3)一般不用固体或纯液体表示化学反应速率,因为固体或纯液体的浓度视为常数。
ml·L-1·s-1或ml·L-1·min-1
3. 化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应:mA(g)+nB(g) = pC(g)+qD(g),当单位相同时,用不同反应物或生成物表示的化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的 之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
4. 化学反应中各物质浓度、反应速率的计算模式——“三段式”
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同( )(2)10 ml·L-1·s-1的反应速率一定比1 ml·L-1·s-1的反应速率大( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1( )
[解析] (2)速率数值所对应的化学反应速率的快慢与该物质在化学反应方程式中的化学计量数有关,可用速率与化学计量数比值的大小判断反应快慢。
[解析] (3)0.8 ml·L-1·s-1是指1 s内某物质的浓度的变化为0.8 ml·L-1。
(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快( )(5)甲、乙两容器中分别充入2 ml NO2和4 ml NO2,5 min后两者各反应掉1 ml和2 ml NO2,则说明乙中反应速率快( )(6)对于反应4NH3(g)+5O2(g) = 4NO(g)+6H2O(l),v(NO)与v(O2)的关系为5v(NO)=4v(O2)( )
[解析] (5)容积大小未知,没法比较二者的反应速率。
[解析] (4)同一化学反应中,化学反应速率数值的大小和化学计量数有关,化学计量数越大,数值越大,速率之比等于化学计量数之比,数值越大不一定化学反应速率越快。
2.一定温度下,在2 L的恒容密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:下列描述正确的是( )A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 ml·L-1·s-1B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 ml·L-1C.反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) ⇌ Z(g)
题组一 化学反应速率的计算
1.一定温度下反应:4A(s)+3B(g) ⇌ 2C(g)+D(g),经2 min,B的浓度减少0.6 ml·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )A.用A表示的反应速率是0.4 ml·L-1·min-1B.分别用B、C、D表示反应速率,其比值是1∶2∶3C.在2 min末的反应速率,用B表示为0.3 ml·L-1·min-1D.在这2 min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
[解析] A是固体,不能用其浓度的变化来表示反应速率,A错误;在同一个化学反应中,化学反应速率之比等于方程式中各物质前面对应的化学计量数之比,用B、C、D表示反应速率,其比值是3∶2∶1,B错误;v(B)=0.3 ml·L-1·min-1,表示2 min内的平均反应速率,在2 min末的速率为瞬时速率,C错误;在反应过程中B的浓度逐渐减小,故A、B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小,D正确。
2.一定温度下,向容积恒为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )A.该反应的化学方程式为3B+4D ⇌ 6A+2CB.反应进行到1 s时,v(A)=v(C)C.0~6 s内,用B表示的平均反应速率为0.05 ml·L-1·s-1D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等
3.NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:4NH3(g)+3O2(g) ⇌ 2N2(g)+6H2O(g)。现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 ml NH3和3 ml O2,4 min后,测得生成的H2O占混合气体体积的40%,则下列表示此段时间内该反应的平均反应速率不正确的是( )A.v(N2)=0.125 ml·L-1·min-1B.v(H2O)=0.375 ml·L-1·min-1C.v(O2)=0.225 ml·L-1·min-1D.v(NH3)=0.250 ml·L-1·min-1
题组二 化学反应速率大小比较
4.对于反应4NH3+5O2 = 6H2O(g)+4NO在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )A.v(H2O)=0.05 ml·L-1·s-1B.v(O2)=1 ml·L-1·min-1C.v(NO)=1.6 ml·L-1·min-1D.v(NH3)=1.2 ml·L-1·min-1
5.已知反应4CO+2NO2 N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下:①v(CO)=1.5 ml·L-1·min-1②v(NO2)=0.7 ml·L-1·min-1③v(N2)=0.4 ml·L-1·min-1④v(CO2)=1.1 ml·L-1·min-1⑤v(NO2)=0.01 ml·L-1·s-1请比较上述5种情况反应的快慢: (由大到小的顺序)。
[解析] ②经转化可表示为v(CO)=2v(NO2)=1.4 ml·L-1·min-1;③v(CO)=4v(N2)=1.6 ml·L-1·min-1;④v(CO)=v(CO2)=1.1 ml·L-1·min-1;⑤v(CO)=2v(NO2)=0.02 ml·L-1·s-1=1.2 ml·L-1·min-1,故③>①>②>⑤>④。
考点二 影响化学反应速率的因素
1. 内因(主要因素)
F2>Cl2>Br2>I2
Mg>Al>Zn>Fe
反应物本身的 是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为 , 镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为 。
2. 外因(只改变一个条件,其他条件不变)
(1)基元反应研究发现,大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为 。 (2)假设基元反应为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,与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响,通常反应速率常数越大,反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
4. 影响化学反应速率的因素理论解释——有效碰撞理论
(1)有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞。(2)活化分子:能量较高,有可能发生 的分子。 (3)活化能:图中:E1为 ,使用催化剂时的活化能为 ,反应热为 。 (注:E2为逆反应的活化能)
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
5. 气体反应体系中充入“惰性”气体(不参与反应)时对反应速率的影响
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)催化剂参与化学反应,改变了活化能,但反应前后的性质保持不变( )(2)升温时吸热反应速率增大,放热反应速率减小( )(3)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气,加入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率( )
[解析] (2)升温时,吸热反应速率、放热反应速率均增大。
[解析] (1)催化剂反应前后的化学性质不变,物理性质可能发生改变。
[解析] (3)加入CuSO4形成原电池,使化学反应速率加快,而加入CH3COONa,会生成CH3COOH,c(H+)减小,反应速率减慢。
(4)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率( )(5)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分数,所以反应速率增大( )(6)100 mL 2 ml·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变 ( )
[解析] (5)增大反应物的浓度,能增大活化分子的浓度,但活化分子百分数保持不变。
[解析] (4)CaCO3是固体,其浓度可看作常数,化学反应速率保持不变。
[解析] (6)加入氯化钠溶液,相当于对溶液进行稀释,c(H+)减小,反应速率应减小。
(7)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大( )(8)升高温度的同时加入合适的催化剂一定比只升高温度时的反应速率要快( )
[解析] (8)升高温度可能会影响催化剂的活性,反应速率不一定会更快。
2.反应3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,试回答:(1)增加Fe的量,其反应速率 (填“增大”“不变”或“减小”,下同)。 (2)将容器的容积缩小一半,其反应速率 。 (3)保持容积不变,充入N2使体系压强增大,其反应速率 。 (4)保持压强不变,充入N2使容器的容积增大,其反应速率 。
[解析] (1)由于Fe是固体,改变Fe的量,反应物浓度不变,故反应速率不变。(2)将容器容积缩小一半,则反应物浓度增大,故反应速率增大。(3)容器容积不变,充入N2,反应物浓度不变,故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变,充入N2,容积增大,即反应物和生成物浓度均减小,故反应速率减小。
题组一 外界条件对化学反应速率的影响
1.对水样中影响M分解速率的因素进行研究。在相同温度下,M的物质的量浓度c(M)随时间(t)的变化如图所示。下列说法不正确的是( )A.水样pH越大,M的分解速率越慢B.水样中添加Cu2+,能加快M的分解速率C.由①③得,反应物浓度越大,M的分解速率越快D.在0~20 min内,②中M的分解速率为0.15 ml·L-1·min-1
2.从下列实验事实所得出的相应结论正确的是( )
[解析]增大反应物浓度,化学反应速率加快,A正确;催化剂参与反应,但反应前后催化剂的质量和化学性质不变,B错误;浓度相同的盐酸和醋酸溶液中,起始c(H+)不同,故开始时反应速率不同,C错误;缩小容积,正、逆反应速率同时增大,D错误。
题组二 控制变量法探究影响化学反应速率的因素
3.实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素,KMnO4与H2C2O4在溶液中发生化学反应:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 = K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。下列有关说法错误的是( )
A.实验中要记录溶液褪色所需时间B.实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响C.实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响D.起始向①中加入MnSO4固体,不影响反应速率
[解析] 该实验原理是2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 = K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,KMnO4被还原为MnSO4,溶液由紫红色变为无色,故实验中通过记录溶液褪色时间,判断反应速率的快慢,A正确;实验①②中温度、c(KMnO4)均相同,c(H2C2O4)不同,故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响,B正确;实验①③中c(KMnO4)、c(H2C2O4)均相同,温度不同,故实验目的是探究温度对化学反应速率的影响,C正确;该反应中Mn2+起催化作用,①中加入MnSO4固体,会加快反应速率,D错误。
4.某小组研究影响反应速率的因素。(1)实验一:探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响。①设计实验方案如下表,表中c= ml·L-1。
[解析] (1)①要探究酸的强弱对酸与镁条反应速率的影响,则必须保持其他影响反应速率的因素一致,故醋酸和盐酸的浓度应相同,故c也应为1.0 ml·L-1。
②实验步骤a.检查装置(左图)的气密性后,添加药品;b.反应开始后, ; c.将所记录的数据转化为曲线图(右图)。
[解析] ②据题图可知,要通过测量在相同的时间段内收集到的氢气体积的大小来测量反应速率,故在反应开始后,应每隔1 min记录一次生成H2的体积。
每隔1 min记录一次生成H2的体积
③写出0~5 min,醋酸、盐酸与镁条反应的反应速率变化规律: 。
[解析] ③通过题中图像分析可知,单位时间内醋酸与镁条反应生成氢气的体积变化很小,即醋酸与镁条的反应速率变化不大;而盐酸与镁条的反应一开始很快,一段时间后,单位时间内生成的氢气的体积明显变小,即反应速率明显减小。
醋酸与镁条反应的速率随时间变化不明显;盐酸与镁条反应开始阶段反应速率很快,一段时间后反应速率明显减小
(2)实验二:探究反应条件对0.10 ml·L-1 Na2S2O3溶液与稀H2SO4反应速率的影响,其设计与测定结果如下:
①写出上述实验原理的离子方程式: 。 ②上述实验1、3是探究 对化学反应速率的影响;若上述实验1、2是探究浓度对化学反应速率的影响,则a的值为 ;乙是实验需要测量的物理量,则表格中“乙”应填写 。
出现浑浊的时间/min(或s)
【方法技巧】 变量控制法探究影响反应速率的因素的解题策略
[解析] 结合图像,开始一段时间(大约13 min前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至达到最大值,Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅱ)浓度变化不大,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ)后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大约13 min后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大,据此作答。由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A项错误;
2. [2022·广东卷] 在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X → 2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图所示,则( )A.无催化剂时,反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 ml·L-1·min-1
[解析] 由图可知,无催化剂时,随反应进行,生成物浓度也在增加,说明反应也在进行,故A错误;催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,反应更快,故B错误;使用催化剂Ⅱ时,在0~2 min内Y的浓度变化了2.0 ml·L-1,而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 ml·L-1,二者变化量之比不等于化学计量数之比,所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X浓度随时间t的变化,故C错误;
3. [2022·浙江卷] 恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示,下列说法不正确的是( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5ml·L-1·min-1B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
实验①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,实验①、实验②中0~20 min、20~40 min氨气浓度变化量都是4.00×10-4 ml·L-1,C错误;对比实验①和实验③,氨气起始浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,实验③的反应速率大,说明相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,D正确。
[解析] 恒温条件下,k1、k2不变,则速率v与反应物浓度有关,图甲中一直下降的曲线代表c(X)随时间的变化,一直上升的曲线代表c(Z)随时间的变化,先上升后下降的曲线代表c(Y)随时间的变化,反应开始时,随着c(X)的减小,c(Y)增大,反应①的速率降低、反应②的速率增大,A错误;根据图甲和反应①X = Y、反应②Y = Z,Y的浓度达到最大值前,X的减少量等于Y和Z的增加量之和,根据速率之比等于相同时间内各物质的浓度变化量之比,故v(X)=v(Y)+v(Z),Y的浓度达到最大值之后,v(Z)=v(X)+v(Y),B错误;
1. [2022·北京卷] CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图甲所示。反应①完成之后,以N2为载气,以恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图乙所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上有积碳。下列说法不正确的是( )A.反应①为CaO+CO2 = CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2速率不变,可能有副反应CH4 C+2H2C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
[解析] 由题干图甲所示信息可知,反应①为CaO+CO2 = CaCO3,结合氧化还原反应配平可得反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2,A正确;由题干图乙信息可知,t1~t3 min,n(H2)比n(CO)多,且生成H2速率不变,反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上有积碳,故可能有副反应CH4 C+2H2,反应②和副反应中CH4和H2的化学计量数比均为1∶2,B正确;
由题干反应②方程式可知,H2和CO的反应速率相等,0~t2时刻,H2的流速未变,仍然为2 mml·min-1,而CO流速变为1~2 mml·min-1之间,故能够说明副反应生成H2的速率小于反应②生成H2速率,C错误;由题干图乙信息可知,t3之后,CO的流速为0,CH4的流速逐渐增大,最终恢复到1 mml·min-1,说明生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生,而后副反应逐渐停止反应,D正确。
2. 反应X = 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
[解析] 反应X = 2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z,则X的浓度逐渐减小,Z的浓度逐渐增大,所以a为c(X) 随t的变化曲线,A项正确。由图可知,t1时,c(X)=c(Y)=c(Z) ,B项正确。由图可知,Y的浓度先增大后减小,增大阶段消耗速率小于生成速率,减小阶段消耗速率大于生成速率,则t2时Y的消耗速率大于生成速率,C项正确。由图可知,t3时刻X已经完全转化,若无反应②发生,则c(Y)=c0,由于反应②的发生,t3时转化的Y的浓度为c0-c(Y),浓度变化量之比等于化学计量数之比,所以Z的浓度的变化量为2[c0-c(Y)],这种关系在t3后仍成立,D项错误。
[解析] 化学反应速率之比等于化学计量数之比,则根据化学方程式3W(g)+2X(g) = 4Y(g)+3Z(g)可知,v(W)∶v(Z)=3∶3=1∶1,A错误;v(X)∶v(Z)=2∶3,B错误;v(X)∶v(Y)=2∶4=1∶2,C正确;v(W)∶v(X)=3∶2,D错误。
1. 对于化学反应:3W(g)+2X(g) = 4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系正确的是( )A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
2. 一定条件下,在容积为10 L的恒容密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g),反应过程如图。下列说法不正确的是( )A.t1 min时正、逆反应速率相等B.X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)= 0.011 25 ml·L-1·min-1D.10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.002 5 ml·L-1·min-1
3. [2024·甘肃酒泉四校联考] 一定温度下,10 mL 0.8 ml·L-1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况下)如表。下列叙述正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )A.反应到6 min时,c(H2O2)=0.2 ml·L-1B.第4 min时的瞬时速率小于第6 min时的瞬时速率C.反应至6 min时,H2O2分解率为50%D.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 ml·L-1·min-1
4. [2024·辽宁大连二十四中检测] 一定温度下,将3 ml A和2 ml B混合于2 L的恒容密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(s) ⇌ xC(g)+2D(g),反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,以C表示的平均反应速率v(C)=0.3 ml·L-1·min-1,下列说法正确的是( )A.0~5 min内,以B表示的平均反应速率为v(B)=0.075 ml·L-1·min-1B.5 min时,向容器中再加入1 ml氦气,可以减慢化学反应速率C.5 min时,D的物质的量为1.25 mlD.该反应方程式中,x=4
[解析] B为固体,没有浓度变化量,不能用B的浓度变化表示该反应的反应速率,故A错误;向恒容容器中再加入1 ml 氦气,反应物、生成物的浓度不变,则反应速率不变,故B错误;反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,D的物质的量为0.75 ml·L-1×2 L=1.5 ml,故C错误;反应5 min时,测得D的浓度为0.75 ml·L-1,即D的浓度变化量为0.75 ml·L-1,以C表示的平均反应速率v(C)= 0.3 ml·L-1·min-1,则C的浓度变化量为0.3 ml·L-1·min-1×5 min=1.5 ml·L-1,根据化学计量数之比等于浓度变化量之比,则0.75∶1.5=2∶x,解得x=4,故D正确。
5. H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液碱性越弱,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
[解析] 由图甲可知,相同pH下,H2O2浓度越大,分解速率越快,A错误;由图乙可知,H2O2初始浓度相同,溶液的碱性越强,H2O2分解速率越快,B错误;由图丙可知,Mn2+少量存在时,无NaOH的H2O2溶液中H2O2几乎不分解,1.0 ml·L-1 NaOH溶液中H2O2的分解速率小于0.1 ml·L-1 NaOH溶液中H2O2分解速率,故碱性越强,H2O2分解速率不一定越快,C错误;由图丙和图丁可知,碱性溶液中随Mn2+浓度变化,H2O2分解速率变化较大,D正确。
6. 一步合成甲基丙烯酸甲酯的反应如下(其他产物已省略)。科学家为了研究甲醇脱氢过程对反应速率的影响,进行了下表所示动力学同位素效应实验(其他条件均相同)。
下列说法正确的是( )A.CH3OH、CD3OH和CH3OD互为同素异形体B.相比于甲醇,氘代甲醇参与的反应活化能较小C.相比于C—H,C—D断裂的速率较慢D.相比于O—H,C—H断裂对反应速率的影响较小
[解析] 同素异形体是同一种元素组成的不同种单质,CH3OH、CD3OH和CH3OD为化合物,不互为同素异形体,A错误;根据速率常数,kH∶kD1=4.6,kH∶kD2=2.7,甲醇参与反应时反应速率常数更大,反应速率更快,则反应的活化能更小,B错误;由B可知,甲醇参与反应时反应速率更快,则相比于C—H,C—D断裂的速率较慢,C正确;由实验Ⅱ和Ⅲ分析可知,氘代甲醇D1参与的反应速率更慢,则相比于O—H,C—H的断裂对反应速率的影响更大,D错误。
7. 某兴趣小组同学将pH=1的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液按如下比例混合,探究浓度对反应速率的影响。
8. [2023·河北保定一模] 已知NaNO2+NH4Cl = NaCl+2H2O+N2↑的速率方程为v=k·cm(NaNO2)·c(NH4Cl)·c(H+),为探究反应速率与c(NaNO2)的关系,进行如下实验:向锥形瓶中加入一定体积(V)的2.0 ml·L-1 NaNO2溶液、2.0 ml·L-1 NH4Cl溶液、1.0 ml·L-1醋酸和水,充分搅拌,保持体系温度为36 ℃,用秒表测量收集1.0 mL N2所需要的时间(t),实验数据如下表。
A.m=2,n=1,反应级数为3级B.当c(NO)=0.200 ml·L-1,c(Cl2)=0.300 ml·L-1,v(NO)=0.192 ml·L-1·s-1C.加入催化剂可以改变反应途径,也可以增大速率常数k而加快反应速率D.升高温度,可以增大反应的活化能Ea,从而使速率常数k增大
下列说法正确的是( )A.速率方程中的m=1、n=1B.该反应的速率常数k=2.8×10-3 min-1C.增大反应物浓度,k增大导致反应瞬时速率加快D.在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375 min
11. [2023·河北邯郸三模] 某催化剂作用下,乙炔发生选择性加氢反应C2H2(g)+H2(g) ⇌ C2H4(g) ΔH<0。速率方程为v正=k正c(C2H2)c(H2),v逆=k逆c(C2H4)(k正、k逆为速率常数,只与温度、催化剂有关)。一定温度下,在2 L恒容密闭容器中充入1 ml C2H2(g)和1 ml H2(g),只发生上述反应。测得C2H4的物质的量如下表所示:
下列说法错误的是( )A.0~10 min内,v(H2)=0.025 ml·L-1·min-1B.升高温度,k正增大的倍数小于k逆增大的倍数C.净反应速率(v正-v逆)由大到小最终等于0D.在上述条件下,15 min时2k逆=15k正
12. [2023·河北唐山一模] 室温下,气体M、N、P、Q之间存在如下转化关系:①M ⇌ N+P;②M ⇌ N+Q,反应①的速率可表示为v1=k1c(M),反应②的速率可表示为v2=k2c(M)(k1、k2为速率常数),在容积为10 L的恒容密闭容器中,反应体系中组分M、P的物质的量随时间的变化如下表所示:
考点四 化学反应速率综合考查
下列说法正确的是( )A.0~3 min时间段内,Q的平均反应速率为0.15 ml·L-1·min-1B.反应开始后,体系中P和Q的浓度之比保持不变C.平衡时M生成Q的转化率为36%D.反应①的活化能比反应②的活化能低
13. 目前,汽车尾气系统中均安装了催化转化器。在催化转化器中,汽车尾气中的CO和NO在催化剂的作用下发生反应:2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g) ΔH(1)已知:①N2(g)+O2(g) = 2NO(g) ΔH1=+183 kJ·ml-1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·ml-1则ΔH= kJ·ml-1。
[解析] (1)已知: ①N2(g)+O2(g) = 2NO(g) ΔH1=+183 kJ·ml-1②2CO(g)+O2(g) = 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·ml-1则根据盖斯定律分析,②-①可得热化学方程式2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g) ΔH=-566 kJ·ml-1-183 kJ·ml-1=-749 kJ·ml-1。
(2)将CO和NO以一定流速通过两种不同的催化剂发生反应2CO(g)+2NO(g) ⇌ 2CO2(g)+N2(g),相同时间内测量逸出气体中N2的含量,从而确定尾气脱氮率(即NO的转化率),结果如图所示。①a点的v逆 (填“>”“<”或“=”)b点的v正。 ②c点 (填“是”或“否”)一定是平衡状态,理由是 。
c点NO的转化率最高,在相同时间内反应的NO最多,只能说明反应速率最快,若在此温度下提供更长时间,NO转化率可能还会继续增大,最终达到平衡
③研究表明氧气的存在对于NO的还原有抑制作用,原因是 。
NO被O2氧化;O2氧化性强于NO,当O2存在时,CO优先与氧气反应;O2的存在可能会降低催化剂的选择性
[解析] (2)①a、b两点都有v正>v逆,b点对应脱氮率高且温度高,则b点逆反应速率大于a点逆反应速率,故a点的v逆小于b点的v正。②该正反应为放热反应,温度高,速率快,升温平衡逆向移动,但c点不一定是平衡状态,c点NO的转化率最高,在相同时间内反应的NO最多,只能说明反应速率最快,若在此温度下提供更长时间,NO转化率可能还会继续增大,最终达到平衡。③氧气的存在对于NO的还原有抑制作用,原因是NO被O2氧化;O2氧化性强于NO,当O2存在时,CO优先与氧气反应;O2的存在可能会降低催化剂的选择性。
(4)T ℃,将2 ml NO(g)和2 ml CO(g)通入容积为1 L的恒容密闭容器中发生上述反应,t0时达到平衡,测得反应过程中CO的转化率与时间的关系如图,则a点处对应的v正∶v逆= 。
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