2019-2020年高考化學一輪復習 第七章 第1講 化學反應速率.doc

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2019-2020年高考化學一輪復習 第七章 第1講 化學反應速率 [考綱要求]　1.了解化學反應速率的概念、反應速率的定量表示方法。2.了解催化劑在生產、生活和科學研究領域中的重要作用。3.理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學反應速率的影響，認識其一般規(guī)律。4.了解化學反應速率的調控在生產、生活和科學研究領域中的重要作用。 考點一　化學反應速率 1．表示方法 通常用單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示。 2．數學表達式及單位 v＝，單位為mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。 3．規(guī)律 同一反應在同一時間內，用不同物質來表示的反應速率可能不同，但反應速率的數值之比等于這些物質在化學方程式中的化學計量數之比。 深度思考 判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×” (1)對于任何化學反應來說，反應速率越大，反應現象就越明顯(×) (2)化學反應速率是指一定時間內任何一種反應物濃度的減少或任何一種生成物濃度的增加(×) (3)化學反應速率為0.8 mol·L－1·s－1是指1 s時某物質的濃度為0.8 mol·L－1(×) (4)由v＝計算平均速率，用反應物表示為正值，用生成物表示為負值(×) (5)同一化學反應，相同條件下用不同物質表示的反應速率，其數值可能不同，但表示的意義相同(√) (6)根據反應速率的大小可以判斷化學反應進行的快慢(√) 題組一　“v＝”的應用 1. 一定溫度下，在2 L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示?；卮鹣铝袉栴}： (1)從反應開始到10 s時，v(Z)＝_____________________________________________。 (2)反應的化學方程式為_____________________________________________________。 答案　(1)0.079 mol·L－1·s－1 (2)X(g)＋Y(g)2Z(g) 解析　(1)Δ(Z)＝1.58 mol v(Z)＝＝0.079 mol·L－1·s－1。 (2)ΔX∶ΔY∶ΔZ＝0.79 mol∶0.79 mol∶1.58 mol＝1∶1∶2 所以反應的化學方程式為X(g)＋Y(g)2Z(g)。 2．在一密閉容器中充入一定量的N2和O2，在電火花作用下發(fā)生反應N2＋O2===2NO，經測定前3 s用N2表示的反應速率為0.1 mol·L－1·s－1，則6 s末NO的濃度為(　　) A．1.2 mol·L－1 B．大于1.2 mol·L－1 C．小于1.2 mol·L－1 D．不能確定 答案　C 解析　本題考查化學反應速率的計算，意在考查學生對化學反應速率公式的靈活運用能力。前3 s用N2表示的反應速率為0.1 mol·L－1·s－1，即用NO表示的反應速率為0.2 mol·L－1·s－1，如果3～6 s的反應速率仍為0.2 mol·L－1·s－1，則NO的濃度為1.2 mol·L－1，由于隨著反應進行，反應物的濃度減小，反應速率減慢，故應小于1.2 mol·L－1。 1.“===”、“”運用不準確。 2．計算速率時忽略體積，用物質的量變化值除以時間。 3．單位使用不規(guī)范，如把a mol·L－1·min－1表示為a mol/L·min或a mol/(Lmin)。 題組二　化學反應速率的大小比較 3．已知反應4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同條件下的化學反應速率如下，其中表示反應速率最快的是(　　) A．v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1 B．v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1 C．v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1 答案　C 解析　轉化為相同的物質表示的反應速率進行比較，B項v(CO)＝1.4 mol·L－1·min－1；C項v(CO)＝1.6 mol·L－1·min－1；D項v(CO)＝1.1 mol·L－1·min－1，C項反應速率最快。 4．對于可逆反應A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同條件下的化學反應速率如下，其中表示的反應速率最快的是(　　) A．v(A)＝0.5 mol·L－1·min－1 B．v(B)＝1.2 mol·L－1·s－1 C．v(D)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(C)＝0.1 mol·L－1·s－1 答案　D 解析　本題可以采用歸一法進行求解，通過方程式的計量數將不同物質表示的反應速率折算成同一物質表示的反應速率進行比較，B項中的B物質是固體，不能表示反應速率；C項中對應的v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1；D項中對應的v(A)＝3 mol·L－1·min－1。 化學反應速率大小的比較方法 由于同一化學反應的反應速率用不同物質表示時數值可能不同，所以比較反應的快慢不能只看數值的大小，而要進行一定的轉化。 (1)看單位是否統一，若不統一，換算成相同的單位。 (2)換算成同一物質表示的速率，再比較數值的大小。 (3)比較化學反應速率與化學計量數的比值，即對于一般反應aA＋bB===cC＋dD，比較與，若＞，則A表示的反應速率比B的大。 題組三　“三段式”模板突破化學反應速率的計算 5．可逆反應aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，取a mol A和b mol B置于V L的容器中，1 min后，測得容器內A的濃度為x mol·L－1。這時B的濃度為______ mol·L－1，C的濃度為______ mol·L－1。這段時間內反應的平均速率若以物質A的濃度變化來表示，應為________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　?。瓁　v(A)＝(－x)mol·L－1·min－1 所以此時 c(B)＝mol·L－1＝ mol·L－1， c(C)＝mol·L－1＝(－)mol·L－1， v(A)＝＝(－x)mol·L－1·min－1。 　對于較為復雜的關于反應速率的題目 常采用以下步驟和模板計算 1．寫出有關反應的化學方程式。 2．找出各物質的起始量、轉化量、某時刻量。 3．根據已知條件列方程式計算。 例如：反應　　　　　　 mA?。B  pC 起始濃度(mol·L－1) a b c 轉化濃度(mol·L－1) x 某時刻濃度(mol·L－1) a－x b－ c＋ 考點二　影響化學反應速率的因素 1．內因(主要因素) 反應物本身的性質。 2．外因(其他條件不變，只改變一個條件) 3．理論解釋——有效碰撞理論 (1)活化分子、活化能、有效碰撞 ①活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。 ②活化能：如圖 圖中：E1為正反應的活化能，使用催化劑時的活化能為E3，反應熱為E1－E2。(注：E2為逆反應的活化能) ③有效碰撞：活化分子之間能夠引發(fā)化學反應的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞與反應速率的關系 深度思考 1．按要求填空 (1)形狀大小相同的鐵、鋁分別與等濃度的鹽酸反應生成氫氣的速率：鐵______鋁(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (2)對于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改變下列條件對生成氫氣的速率有何影響？(填“增大”、“減小”或“不變”) ①升高溫度：________； ②增大鹽酸濃度：__________； ③增大鐵的質量：__________； ④增加鹽酸體積：____________； ⑤把鐵片改成鐵粉：____________； ⑥滴入幾滴CuSO4溶液：____________； ⑦加入NaCl固體：____________； ⑧加入CH3COONa固體____________； ⑨加入一定體積的Na2SO4溶液____________。 (3)若把(2)中的稀鹽酸改成“稀硝酸”或“濃硫酸”是否還產生H2，為什么？ 答案　(1)小于　(2)①增大　②增大?、鄄蛔儭、懿蛔? ⑤增大?、拊龃螈卟蛔儭、鄿p小?、釡p小　(3)不會產生H2，Fe和稀硝酸反應生成NO；常溫下，Fe在濃硫酸中鈍化。 2．判斷正誤，正確的劃“√”，錯誤的劃“×” (1)催化劑能降低反應所需的活化能，ΔH也會發(fā)生變化(×) (2)溫度、催化劑能改變活化分子的百分數(√) (3)對于反應A＋BC，改變容器體積，化學反應速率一定發(fā)生變化(×) 題組一　濃度與壓強對化學反應速率的影響 1．對反應A＋BAB來說，常溫下按以下情況進行反應： ①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol　②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol?、?.1 mol·L－1的A、B溶液各10 mL④0.5 mol·L－1的A、B溶液各50 mL 四者反應速率的大小關系是(　　) A．②>①>④>③ B．④>③>②>① C．①>②>④>③ D．①>②>③>④ 答案　A 解析?、僦衏(A)＝c(B)＝＝0.5 mol·L－1； ②中c(A)＝c(B)＝＝1 mol·L－1； ③中c(A)＝c(B)＝＝0.05 mol·L－1； ④中c(A)＝c(B)＝＝0.25 mol·L－1； 在其他條件一定的情況下，濃度越大，反應速率越大，所以反應速率由大到小的順序為②>①>④>③。 2．一定溫度下，反應N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密閉容器中進行，回答下列措施對化學反應速率的影響。(填“增大”、“減小”或“不變”) (1)縮小體積使壓強增大：__________； (2)恒容充入N2：__________； (3)恒容充入He：__________； (4)恒壓充入He：__________。 答案　(1)增大　(2)增大　(3)不變　(4)減小 氣體反應體系中充入惰性氣體(不參與反應)時 對反應速率的影響 1．恒容：充入“惰性氣體”―→總壓增大―→物質濃度不變(活化分子濃度不變)―→反應速率不變。 2．恒壓：充入“惰性氣體”―→體積增大―→物質濃度減小(活化分子濃度減小)―→反應速率減小。 題組二　外界條件對反應速率影響的綜合判斷 3．硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸反應的化學方程式為Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各組實驗中最先出現渾濁的是(　　) 選 項 反應溫度 /℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O V/mL c/mol·L－1 V/mL c/mol·L－1 V/mL A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 答案　D 解析　本題考查化學反應速率，意在考查學生分析外界條件對化學反應速率的影響。結合選項知混合液的體積都為20 mL，但選項D中反應溫度最高、反應物Na2S2O3的濃度最大，其反應速率最大，故最先看到渾濁(有硫單質生成)。 4．等質量的鐵與過量的鹽酸在不同的實驗條件下進行反應，測得在不同時間(t)內產生氣體體積(V)的數據如圖所示，根據圖示分析實驗條件，下列說法中一定不正確的是(雙選)(　　) 組別 對應曲線 c(HCl)/mol·L－1 反應溫度/℃ 鐵的狀態(tài) 1 a 30 粉末狀 2 b 30 粉末狀 3 c 2.5 塊狀 4 d 2.5 30 塊狀 A．第4組實驗的反應速率最慢 B．第1組實驗中鹽酸的濃度大于2.5 mol·L－1 C．第2組實驗中鹽酸的濃度大于2.5 mol·L－1 D．第3組實驗的反應溫度低于30 ℃ 答案　CD 解析　由圖像可知，1、2、3、4組實驗產生的氫氣一樣多，只是反應速率有快慢之分。第4組實驗，反應所用時間最長，故反應速率最慢，A正確；第1組實驗，反應所用時間最短，故反應速率最快，根據控制變量法原則知鹽酸濃度應大于2.5 mol·L－1，B正確；第2組實驗，鐵是粉末狀，與3、4組塊狀鐵相區(qū)別，根據控制變量法原則知鹽酸的濃度應等于2.5 mol·L－1，C錯誤；由3、4組實驗并結合圖像知第3組實驗中反應溫度應高于30 ℃，D錯誤。 考點三　控制變量法探究影響化學反應速率的因素 影響化學反應速率的因素有多種，在探究相關規(guī)律時，需要控制其他條件不變，只改變某一個條件，探究這一條件對反應速率的影響。變量探究實驗因為能夠考查學生對于圖表的觀察、分析以及處理實驗數據歸納得出合理結論的能力，因而在這幾年高考試題中有所考查。解答此類試題時，要認真審題，清楚實驗目的，弄清要探究的外界條件有哪些。然后分析題給圖表，確定一個變化的量，弄清在其他幾個量不變的情況下，這個變化量對實驗結果的影響，進而總結出規(guī)律。然后再確定另一個變量，重新進行相關分析。但在分析相關數據時，要注意題給數據的有效性。 1．某實驗小組以H2O2分解為例，研究濃度、催化劑、溶液酸堿性對反應速率的影響。在常溫下按照如下方案完成實驗。 實驗 編號 反應物 催化劑 ① 10 mL 2% H2O2溶液 無 ② 10 mL 5% H2O2溶液 無 ③ 10 mL 5% H2O2溶液 1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 ④ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量HCl溶液 1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 ⑤ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量NaOH溶液 1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 (1)催化劑能加快化學反應速率的原因是_____________________________________________ ___________________________。 (2)常溫下5% H2O2溶液的pH約為6，H2O2的電離方程式為_____________________________ ___________________________________________。 (3)實驗①和②的目的是_______________________________________________________。 實驗時由于沒有觀察到明顯現象而無法得出結論。資料顯示，通常條件下H2O2穩(wěn)定，不易分解。為了達到實驗目的，你對原實驗方案的改進是______________________________。 (4)實驗③、④、⑤中，測得生成氧氣的體積隨時間變化的關系如下圖： 分析上圖能夠得出的實驗結論是_______________________________________________。 答案　(1)降低了反應的活化能　(2)H2O2H＋＋HO (3)探究濃度對反應速率的影響　向反應物中加入等量同種催化劑(或將盛有反應物的試管放入同一熱水浴中) (4)堿性環(huán)境能增大H2O2分解的速率，酸性環(huán)境能減小H2O2分解的速率 解析　(1)加入催化劑，能降低反應的活化能，使更多的分子成為活化分子，從而加快化學反應速率。 (2)常溫下，H2O2的pH約為6，則H2O2為弱酸，其電離方程式為H2O2H＋＋HO。 (3)實驗①、②中均沒有使用催化劑，只是增大了H2O2的濃度，故實驗①、②的目的是探究濃度對化學反應速率的影響。因實驗過程中現象不明顯，可采用升溫或使用同種催化劑的方法加快反應速率來達到實驗目的。 (4)實驗③、④、⑤中H2O2的濃度相同，并加入相同量的同種催化劑，而改變的條件是④中酸性增強，⑤中堿性增強。通過相同時間內產生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下結論：溶液的堿性增強，能加快H2O2的分解，而溶液的酸性增強，能減慢H2O2的分解。 2．某小組利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反應來探究“外界條件對化學反應速率的影響”。實驗時，先分別量取兩種溶液，然后倒入試管中迅速振蕩混合均勻，開始計時，通過測定褪色所需時間來判斷反應的快慢。該小組設計了如下方案。 編 號 H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 溫度℃ 濃度/(mol·L－1) 體積/mL 濃度/(mol·L－1) 體積/mL ① 0.10 2.0 0.010 4.0 25 ② 0.20 2.0 0.010 4.0 25 ③ 0.20 2.0 0.010 4.0 50 (1)已知反應后H2C2O4轉化為CO2逸出，KMnO4溶液轉化為MnSO4，每消耗1 mol H2C2O4轉移________mol電子。為了觀察到紫色褪去，H2C2O4與KMnO4初始的物質的量需要滿足的關系為n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥__________________________。 (2)探究溫度對化學反應速率影響的實驗編號是________(填編號，下同)，可探究反應物濃度對化學反應速率影響的實驗編號是____________。 (3)實驗①測得KMnO4溶液的褪色時間為40 s，忽略混合前后溶液體積的微小變化，這段時間內平均反應速率v(KMnO4)＝________ mol·L－1·min－1。 (4)已知50 ℃時c(MnO)～反應時間t的變化曲線如圖。若保持其他條件不變，請在坐標圖中，畫出25 ℃時c(MnO)～t的變化曲線示意圖。 答案　(1)2　2.5　(2)②和③?、俸廷凇?3)0.010(或1.0×10－2) (4) 解析　(1)H2C2O4中碳的化合價是＋3價，CO2中碳的化合價為＋4價，故每消耗1 mol H2C2O4轉移2 mol電子，配平反應方程式為2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，為保證KMnO4完全反應，c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥2.5。(2)探究溫度對反應速率的影響，則濃度必然相同，則為編號②和③；同理探究濃度對反應速率的影響的實驗是①和②。 (3)v(KMnO4)＝(0.010 mol·L－1×)÷()＝0.010 mol·L－1·min－1。 (4)溫度降低，化學反應速率減小，故KMnO4褪色時間延長，故作圖時要同時體現25 ℃ MnO濃度降低比50 ℃時MnO的濃度降低緩慢和達到平衡時間比50 ℃時“拖后”。 探究高考　明確考向 1．(xx·新課標全國卷Ⅰ，9)已知分解1 mol H2O2放出熱量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的機理為 H2O2＋I－―→H2O＋IO－　　　　慢 H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－　　快 下列有關該反應的說法正確的是(　　) A．反應速率與I－濃度有關 B．IO－也是該反應的催化劑 C．反應活化能等于98 kJ·mol－1 D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2) 答案　A 解析　A項，將題給兩個反應合并可得總反應為2H2O2===2H2O＋O2↑，該反應中I－作催化劑，其濃度的大小將影響該反應的反應速率；B項，該反應中IO－是中間產物，不是該反應的催化劑；C項，反應的活化能表示一個化學反應發(fā)生所需要的最小能量，分解1 mol H2O2放出98 kJ熱量，不能據此判斷該反應的活化能；D項，由反應速率與對應物質的化學計量數的關系可知v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)。 2．(xx·北京理綜，12)一定溫度下，10 mL 0.40 mol·L－1 H2O2溶液發(fā)生催化分解。不同時刻測得生成O2的體積(已折算為標準狀況)如下表。 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 下列敘述不正確的是(溶液體積變化忽略不計)(　　) A．0～6 min的平均反應速率： v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1 B．6～10 min的平均反應速率： v(H2O2)<3.3×10－2 mol·L－1·min－1 C．反應到6 min時，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1 D．反應到6 min時，H2O2分解了50% 答案　C 解析　2H2O22H2O＋O2↑ A項，6 min時，生成O2的物質的量n(O2)＝＝1×10－3 mol，依據反應方程式，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，所以0～6 min時，v(H2O2)＝≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，正確；B項，6～10 min時，生成O2的物質的量n(O2)＝≈0.335×10－3 mol，依據反應方程式，消耗n(H2O2)＝0.335×10－3 mol×2＝0.67×10－3 mol,6～10 min時，v(H2O2)＝≈1.68×10－2 mol·L－1·min－1<3.3×10－2 mol·L－1·min－1，正確；C項，反應至6 min時，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，剩余n(H2O2)＝0.40 mol·L－1×0.01 L－2×10－3 mol＝2×10－3 mol，c(H2O2)＝＝0.20 mol·L－1，錯誤；D項，反應至6 min時，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，n(H2O2)總＝4×10－3 mol，所以H2O2分解了50%，正確。 3．(xx·福建理綜，12)在一定條件下，N2O分解的部分實驗數據如下： 反應時間/min 0 10 20 30 40 50 c(N2O)/mol·L－1 0.100 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 反應時間/min 60 70 80 90 100 c(N2O)/mol·L－1 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000 下圖能正確表示該反應有關物理量變化規(guī)律的是(　　) (注：圖中半衰期指任一濃度N2O消耗一半時所需的相應時間，c1、c2均表示N2O初始濃度且c1＜c2) 答案　A 解析　分析實驗數據可看出，相同時間間隔內，N2O物質的量濃度變化值相同，可得出結論：N2O的分解速率與其物質的量濃度無關，故A項正確，B項錯誤；分析數據可知： 0．100 mol·L－1→0.050 mol·L－1時間為50 min， 0．080 mol·L－1→0.040 mol·L－1時間為40 min， 0．060 mol·L－1→0.030 mol·L－1時間為30 min， 0．040 mol·L－1→0.020 mol·L－1時間為20 min， 0．020 mol·L－1→0.010 mol·L－1時間為10 min，所以隨著N2O物質的量濃度的增大，半衰期增大，故C項錯誤；轉化率相等的情況下，濃度越大，所需時間越長，D項錯誤。 4．[xx·廣東理綜，33(1)]H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學研究中應用廣泛。 某小組擬在同濃度Fe3＋的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應速率的影響。限選試劑與儀器：30%H2O2,0.1 mol·L－1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。 ①寫出本實驗H2O2分解反應方程式并標明電子轉移的方向和數目：________________________________________________________________________。 ②設計實驗方案：在不同H2O2濃度下，測定________________________(要求所測得的數據能直接體現反應速率大小)。 ③設計實驗裝置，完成上圖的裝置示意圖。 ④參照下表格式，擬定實驗表格，完整體現實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數據；數據用字母表示)。 物理量 實驗序號 V[0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3]/mL …… 1 a …… 2 a …… 答案?、佟? ②生成相同體積的氧氣所需要的時間(或相同時間內，生成氧氣的體積) ③ ④ V(H2O2)/mL V(H2O)/mL V(O2)/mL t/s 1 b c e d 2 c b e f 或 V(H2O2)/mL V(H2O)/mL t/s V(O2)/mL 1 b c e d 2 c b e f 解析　①分析化合價并應用化合價變化規(guī)律解決問題。雙氧水中氧元素的化合價為－1價，發(fā)生分解反應生成氧氣，O2中O的化合價為0價，水中O元素的化合價為－2價，所以是自身的氧化還原反應，用單線橋法表示其電子轉移的方向和數目： ②做實驗題時，首先要明確實驗原理。該實驗是探究雙氧水的分解速率，所以應測定不同濃度雙氧水分解時產生氧氣的速率，即可以測定相同時間內生成氧氣的體積。③根據題目給出的限選儀器可以選用導管、水槽、量筒組成氣體收集裝置。④探究時一定要注意變量的控制，即只改變一個變量，才能說明該變量對反應的影響。表格中給出了硫酸鐵的量，且體積均相等。而探究的是不同濃度的雙氧水分解的速率，所以必須要有不同濃度的雙氧水，但題給試劑中只有30%的雙氧水，因此還需要蒸餾水，要保證硫酸鐵的濃度相同，必須保證兩組實驗中雙氧水和蒸餾水的總體積相同，且兩組實驗中雙氧水和蒸餾水的體積不同兩個條件。同時還要記錄兩組實驗中收集相同體積氧氣所需時間或相同時間內收集氧氣的體積大小。 5．(xx·安徽理綜，28)某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O轉化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下： (1)在25 ℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，做對比實驗，完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。 實驗 編號 初始pH 廢水 樣品 體積/mL 草酸溶液 體積/mL 蒸餾水 體積/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 測得實驗①和②溶液中的Cr2O濃度隨時間變化關系如圖所示。 (2)上述反應后草酸被氧化為________(填化學式)。 (3)實驗①和②的結果表明________；實驗①中0～t1時間段反應速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用代數式表示)。 (4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三： 假設一：Fe2＋起催化作用； 假設二：________； 假設三：________； …… (5)請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容。 [除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的藥品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的濃度可用儀器測定] 實驗方案 (不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 答案　(1) 實驗 編號 初始 pH 廢水樣品 體積/mL 草酸溶液 體積/mL 蒸餾水 體積/mL ③ 20 20 (2)CO2 (3)溶液pH對該反應的速率有影響　 (4)Al3＋起催化作用　SO起催化作用 (5) 實驗方案 (不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 用等物質的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他條件與實驗①相同，進行對比實驗 反應進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O)大于實驗①中的c(Cr2O)，則假設一成立，若兩溶液中的c(Cr2O)相同，則假設一不成立 (本題屬于開放性試題，合理答案均可) 解析　首先看清實驗目的，確定條件改變的唯一變量，再根據圖給信息進行綜合分析；對于實驗方案的設計也主要考慮變量的控制。(1)要保證其他量不變，草酸用量為唯一變量，必須保證溶液的體積為100 mL，所以加入草酸和水的體積之和應為40 mL，兩者的具體體積沒有要求，只需與②中數據不同即可。(2)此反應中鉻的化合價由＋6價變?yōu)椋?價，化合價降低，所以碳的化合價應升高，草酸中碳的化合價為＋3價，反應后只能變?yōu)椋?價，即生成CO2。(3)通過圖像可以明顯看到，實驗①的反應速率比實驗②的快，故pH越小，反應速率越快，說明溶液pH對該反應的速率有影響；在0～t1時間段，Cr2O的濃度改變了(c0－c1) mol·L－1，其反應速率為(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1，所以v(Cr3＋)＝2(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1。(4)鐵明礬中除結晶水外，共有三種離子，均可能起催化作用，除Fe2＋外，還有Al3＋和SO。(5)要想驗證假設一正確，必須確定Al3＋和SO不起催化作用，所以可選擇K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O，為了確保Al3＋和SO 的濃度與原來的相同，所以取和鐵明礬相同物質的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O。 練出高分 一、單項選擇題 1．某反應過程中能量變化如圖所示，下列有關敘述正確的是(　　) A．該反應為放熱反應 B．催化劑改變了化學反應的熱效應 C．催化劑不改變化學反應過程 D．催化劑改變了化學反應速率 答案　D 解析　A項，反應物總能量低于生成物總能量應為吸熱反應，催化劑降低反應所需活化能，改變反應過程，改變化學反應速率，但熱效應不變，所以D正確。 2．下列說法正確的是(　　) ①參加反應的物質的性質是影響化學反應速率的主要因素 ②光是影響某些化學反應速率的外界條件之一　③決定化學反應速率的主要因素是濃度?、懿还苁裁捶磻?，增大濃度、加熱、加壓、使用催化劑都可以加快反應速率 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　A 解析　影響化學反應速率的主要因素是參加反應的物質的性質，①正確，③錯誤；影響化學反應速率的外因包括濃度、溫度、催化劑、壓強和其他一些條件(如光等)，②正確；加壓對沒有氣體參加的反應影響不大，④錯誤。 3．下列有關化學反應速率的說法正確的是(　　) A．用鐵片和稀硫酸反應制氫氣時，可改用98%的濃硫酸加快生成氫氣速率 B．100 mL 2 mol·L－1的鹽酸跟鋅片反應，加入適量的氯化鈉溶液，反應速率不變 C．SO2的催化氧化是一個放熱反應，所以升高溫度，反應速率減慢 D．汽車尾氣中NO和CO可以緩慢反應生成N2和CO2，減小壓強反應速率減慢 答案　D 解析　常溫下，鐵和濃硫酸發(fā)生鈍化現象，得不到氫氣，故A錯誤；溶液中氫離子濃度降低，導致反應速率減小，故B錯誤；升高溫度反應速率增大，故C錯誤；減小壓強，反應速率減慢，故D正確。 4．反應4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密閉容器中進行，半分鐘后，水蒸氣的物質的量增加了0.45 mol，則此反應的平均反應速率v(X)(反應物的消耗速率或產物的生成速率)可表示為(　　) A．v(O2)＝0.001 mol·L－1·s－1 B．v(NH3)＝0.01 mol·L－1·s－1 C．v(NO)＝0.001 mol·L－1·s－1 D．v(H2O)＝0.045 mol·L－1·s－1 答案　C 解析　半分鐘后，水蒸氣的物質的量增加了0.45 mol，則水蒸氣的濃度變化量是0.45 mol÷10 L＝0.045 mol·L－1。所以用水蒸氣表示的反應速率是0.045 mol·L－1÷30 s＝0.001 5 mol·L－1·s－1，又因為反應速率之比等于化學計量數之比，所以v(O2)＝v(H2O)＝×0.001 5 mol·L－1·s－1＝0.001 25 mol·L－1·s－1，v(NH3)＝v(NO)＝×0.001 5 mol·L－1·s－1＝0.001 mol·L－1·s－1，C正確。 5．在容積為2 L的密閉容器中，有反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，經過5分鐘達到平衡，此時各物質的變化為A減少a mol·L－1，B的平均反應速率v(B)＝ mol·L－1· min－1，C增加 mol·L－1，這時若增加系統壓強，發(fā)現A與C的百分含量不變，則m∶n∶p∶q為(　　) A．3∶1∶2∶2 B．1∶3∶2∶2 C．1∶3∶2∶1 D．1∶1∶1∶1 答案　A 解析　B的平均反應速率v(B)＝ mol·L－1·min－1，則B的濃度減少 mol·L－1·min－1×5 min＝ mol·L－1。又因為濃度的變化量之比是相應的化學計量數之比，所以m∶n∶p＝a∶∶a＝3∶1∶2，由于增加系統壓強，A、C的百分含量不變，所以該反應為等體積反應，即3＋1＝2＋q　q＝2。 6．實驗室用鋅粒與V mL濃度為10%的稀硫酸反應制取氫氣，若向反應混合物中加入下列物質，關于反應速率v說法正確的是(　　) A．少量Na2SO4固體，v(H2)減小 B．V mL BaCl2溶液，v(H2)不變 C．加入細小的碳粒，v(H2)增大 D．加入NH4HSO4固體，v(H2)不變 答案　C 解析　A項中反應速率不變，錯誤；B項中加入了溶液相當于稀釋了，故速率減小，錯誤；C項中形成了原電池，加快了反應速率，正確；D項增加了氫離子濃度，速率加快，錯誤。 7．(xx·潮州質檢)已知某化學實驗的結果如下表： 實驗 序號 反應物 在相同溫度下測得的反應速率v/mol·L－1·min－1 大小相同 的金屬片 酸溶液 1 鎂條 1 mol·L－1鹽酸 v1 2 鐵片 1 mol·L－1鹽酸 v2 3 鐵片 0.1 mol·L－1鹽酸 v3 下列結論正確的是(　　) A．v1＞v2＞v3 B．v3＞v2＞v1 C．v1＞v3＞v2 D．v2＞v3＞v1 答案　A 解析　影響化學反應速率的主要因素是反應物自身的性質，由于鎂的活動性比鐵強，所以與相同濃度的鹽酸反應時，鎂條放出氫氣的速率大；反應物濃度也影響反應速率，在一定范圍內，速率與濃度成正比，故v2＞v3。 8．可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的v－t圖像如圖甲所示，若其他條件都不變，只是在反應前加入合適的催化劑，則其v－t圖像如圖乙所示。 ①a1＝a2　②a1＜a2?、踒1＝b2　④b1＜b2?、輙1＞t2 ⑥t1＝t2?、邇蓤D中陰影部分面積相等　⑧圖Ⅱ中陰影部分面積更大 以上所述正確的為(　　) A．②④⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②③⑤⑦ D．②③⑥⑧ 答案　A 解析　使用催化劑僅僅是加快反應速率，縮短達到平衡的時間，故②④⑤⑦正確。 二、雙項選擇題 9．在298 K時，實驗測得溶液中的反應：H2O2＋2HI===2H2O＋I2在不同濃度時的化學反應速率如表所示，由此可推知第5組實驗中c(HI)、c(H2O2)可能為(　　) 實驗編號 1 2 3 4 5 6 c(HI)/mol·L－1 0.100 0.200 0.150 0.100 ？ 0.500 c(H2O2)/mol·L－1 0.100 0.100 0.150 0.200 ？ 0.400 v/mol·L－1·s－1 0.007 60 0.015 2 0.017 1 0.015 2 0.022 8 0.152 A.0.150 mol·L－1、0.200 mol·L－1 B．0.300 mol·L－1、0.100 mol·L－1 C．0.200 mol·L－1、0.200 mol·L－1 D．0.150 mol·L－1、0.300 mol·L－1 答案　AB 解析　由表中數據可推出化學反應速率v與c(HI)和c(H2O2)的乘積成正比，以實驗1為參照，實驗5的化學反應速率是實驗1的3倍，所以實驗5中c(HI)和c(H2O2)的乘積應是實驗1的3倍。通過計算，C、D選項不符合題意。 10．為了研究一定濃度Fe2＋的溶液在不同條件下被氧氣氧化的氧化率，實驗結果如下圖所示，判斷下列說法正確的是(　　) A．pH越小氧化率越大 B．溫度越高氧化率越大 C．Fe2＋的氧化率僅與溶液的pH和溫度有關 D．實驗說明降低pH、升高溫度有利于提高Fe2＋的氧化率 答案　BD 解析　由②③可知，溫度相同時pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同時，溫度越高，氧化率越大，C項，Fe2＋的氧化率除受pH、溫度影響外，還受其它因素影響，如濃度等。 三、非選擇題 11．利用催化劑可使NO和CO發(fā)生反應：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。已知增大催化劑的比表面積可提高化學反應速率。為了分別驗證溫度、催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面的表中。 實驗 編號 T(℃) NO初始濃度 (mol·L－1) CO初始濃度 (mol·L－1) 催化劑的比表 面積(m2·g－1) Ⅰ 280 1.2×10－3 5.8×10－3 82 Ⅱ 1.2×10－3 124 Ⅲ 350 82 (1)請?zhí)钊碇械母骺崭瘢? (2)實驗Ⅰ中，NO的物質的量濃度(c)隨時間(t)的變化如右圖所示。請在給出的坐標圖中畫出實驗Ⅱ、Ⅲ中NO的物質的量濃度(c)隨時間(t)變化的曲線，并標明各曲線的實驗編號。 答案　(1) 實驗 編號 T(℃) NO初始濃度 (mol·L－1) CO初始濃度 (mol·L－1) 催化劑的比表 面積(m2·g－1) Ⅰ Ⅱ 280 5.8×10－3 Ⅲ 1.2×10－3 5.8×10－3 (2) 解析　(1)在其他量相同的情況下，才能判斷變量對反應速率的影響，要驗證溫度對速率的影響，催化劑的比表面積、反應物的初始濃度等要相同；同理，要驗證催化劑的比表面積對反應速率的影響，溫度、反應物的初始濃度要相同。(2)Ⅰ、Ⅱ的區(qū)別是催化劑的比表面積不同，因此Ⅱ的反應速率較快，但催化劑不影響平衡的移動。Ⅰ、Ⅲ的區(qū)別是溫度變化，溫度升高，化學反應速率加快，達到平衡的時間縮短，NO轉化率降低，故最終Ⅲ中c(NO)較Ⅰ、Ⅱ中c(NO)大。 12．一定溫度下，在2 L的恒容密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示： (1)從反應開始到10 s時，用Z表示的反應速率為__________，X的物質的量濃度減少了________，Y的轉化率為______。 (2)該反應的化學方程式為______________________________________________________。 (3)10 s后的某一時刻(t1)改變了外界條件，其速率隨時間的變化圖像如圖所示。則下列說法符合該圖像的是______。 A．t1時刻，增大了X的濃度 B．t1時刻，升高了體系溫度 C．t1時刻，縮小了容器體積 D．t1時刻，使用了催化劑 答案　(1)0.079 mol·L－1·s－1　0.395 mol·L－1　79.0%　(2)X(g)＋Y(g)2Z(g)　(3)CD 解析　(1)分析圖像知： Δc(Z)＝＝0.79 mol·L－1， v(Z)＝＝0.079 mol·L－1·s－1； Δc(X)＝＝0.395 mol·L－1； Y的轉化率α(Y)＝×100%＝79.0%。 (2)由各物質轉化的量：X為0.79 mol，Y為0.79 mol，Z為1.58 mol可知方程式中各物質的化學計量數之比為1∶1∶2，則化學方程式為X(g)＋Y(g)2Z(g)。 (3)由圖像可知，外界條件同等程度地增大了該反應的正、逆反應速率。增大X的濃度、升高體系溫度均不會同等程度地改變正、逆反應速率，A、B錯誤；由(2)中的化學方程式可知，該反應為反應前后氣體體積不變的反應，縮小容器體積或增大壓強，均可同等程度地增大正、逆反應速率，C正確；使用催化劑可同等程度地改變正、逆反應速率，D正確。 13．在一密閉容器中發(fā)生反應N2＋3H22NH3，達到平衡后，只改變某一個條件時，反應速率與反應時間的關系如圖所示。 回答下列問題： (1)處于平衡狀態(tài)的時間段是________(填選項)。 A．t0～t1 B．t1～t2 C．t2～t3 D．t3～t4 E．t4～t5 F．t5～t6 (2)判斷t1、t3、t4時刻分別改變的一個條件。 A．增大壓強 B．減小壓強 C．升高溫度 D．降低溫度 E．加催化劑 F．充入氮氣 t1時刻________；t3時刻________；t4時刻________。 (3)依據(2)中的結論，下列時間段中，氨的百分含量最高的是__________。 A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6 (4)如果在t6時刻，從反應體系中分離出部分氨，t7時刻反應達到平衡狀態(tài)，請在圖中畫出反應速率的變化曲線。 (5)一定條件下，合成氨反應達到平衡時，測得混合氣體中氨氣的體積分數為20%，則反應后與反應前的混合氣體體積之比為__________。 答案　(1)ACDF　(2)C　E　B　(3)A (4)　(5)5∶6 解析　(1)根據圖示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6時間段內，v正、v逆相等，反應處于平衡狀態(tài)。 (2)t1時，v正、v逆同時增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反應方向移動，所以t1時改變的條件是升溫。t3時，v正、v逆同時增大且增大量相同，平衡不移動，所以t3時改變的條件是加催化劑。t4時，v正、v逆同時減小，但平衡向逆反應方向移動，所以t4時改變的條件是減小壓強。 (3)根據圖示知，t1～t2、t4～t5時間段內平衡均向逆反應方向移動，NH3的含量均比t0～t1時間段的低，所以t0～t1時間段內NH3的百分含量最高。 (4)t6時刻分離出部分NH3，v逆立刻減小，而v正逐漸減小，在t7時刻二者相等，反應重新達到平衡，據此可畫出反應速率的變化曲線。 (5)設反應前加入a mol N2，b mol H2，達平衡時生成2x mol NH3，則反應后氣體總的物質的量＝(a＋b－2x)mol，＝0.2，解得：a＋b＝12x，故反應后與反應前的混合氣體體積之比＝＝＝。 14．按要求回答下列問題。 (1)最新“人工固氮”的研究報道：常溫常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發(fā)生反應： 2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g) 常溫下，在恒壓密閉容器中上述反應達到平衡后，在其他條件不變時，通入2 mol N2，請在右圖中畫出正(v正)、逆(v逆)反應速率隨時間t變化的示意圖。 (2)碳單質在工業(yè)上有多種用途。例如焦炭可用來制取水煤氣、冶煉金屬，活性炭可處理大氣污染物NO。 一定條件下，在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無雜質)反應生成氣體A和B。當溫度在T1 ℃時，測得各物質平衡時物質的量如下表： 活性炭(mol) NO(mol) A(mol) B(mol) 初始 2.030 0.100 0 0 平衡 2.000 0.040 0.030 0.030 在T1 ℃時，達到平衡共耗時2分鐘，則NO的平均反應速率為________ mol·L－1·min－1；當活性炭消耗0.015 mol 時，反應的時間________(填“大于”、“小于”或“等于”)1分鐘。 (3)固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上正在研究利用CO2來生產甲醇燃料的方法，該方法的化學方程式是： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0 某科學實驗小組將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為 2 L 的密閉容器中(溫度保持不變)，測得H2的物質的量隨時間變化如下圖中實線所示(圖中字母后的數字表示對應的坐標)。回答下列問題： ①該反應在0～8 min內CO2的平均反應速率是________ mol·L－1·min－1。 ②僅改變某一條件再進行實驗，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示。與實線相比，曲線 Ⅰ 改變的條件可能是________，曲線 Ⅱ 改變的條件可能是________。 答案　(1) (2)0.015　小于　(3)①0.125?、谏郎亍〖訅? 解析　(1)恒壓時，充入N2，由于H2O為液體，平衡右移，但平衡后與原平衡速率一樣。(2)由表中數據可得v(NO)＝＝0.015 mol·L－1·min－1，此時消耗活性炭0.03 mol，當消耗0.015 mol 活性炭時，由于前一分鐘的平均反應速率大于后一分鐘的平均反應速率，所以反應時間小于1分鐘。(3)①前8分鐘內，v(H2)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，所以v(CO2)＝×0.375 mol·L－1·min－1＝0.125 mol·L－1·min－1。②升溫，平衡左移，n(H2)增大，達到平衡所用時間短；加壓，平衡右移n(H2)減少，達到平衡所用時間短。