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第1課時　化學反應速率及影響因素
目 標 素 養(yǎng)
1.能說出化學反應速率的表示方法,了解測定化學反應速率的簡單方法。
2.通過實驗探究,了解溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響。
3.知道化學反應是有歷程的,認識基元反應活化能對化學反應速率的影響。
4.能用簡單碰撞理論模型說明外界條件改變對化學反應速率的影響。
5.能進行化學反應速率的簡單計算。
知 識 概 覽
一、化學反應速率
1.含義:定量描述化學反應　快慢程度　的物理量。
2.表示方法:如果反應體系的體積是恒定的,化學反應速率通常用單位時間內(nèi)反應物濃度的　減小　或生成物濃度的
　增大　來表示。
4.單位:常用　mol/(L·s)　或　mol·L-1·s-1　等來表示。
5.對于一個化學反應:mA+nB══pC+qD。
(1)用不同物質(zhì)表示的反應速率分別為
(2)化學反應中各物質(zhì)的化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比。即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= m∶n∶p∶q 。
微解讀 (1)化學反應速率是某一時間段的平均速率而不是瞬時速率。
(2)不論是反應物還是生成物,其化學反應速率值都取正值。
(3)固體或純液體(不是溶液)的物質(zhì)的量濃度可視為不變的常數(shù),因此,一般不用固體或純液體表示化學反應速率。
(4)同一化學反應,相同條件下用不同物質(zhì)表示的化學反應速率數(shù)值可能不同,但表示的意義相同。
6.測定。
化學反應速率可以通過實驗測定。需要測定不同反應時刻反應物的濃度,還可以利用氣體的體積、體系的壓強、顏色的深淺、光的吸收、導電能力等。例如,在溶液中進行的反應,當反應物或生成物本身有明顯的顏色時,常常利用顏色變化和濃度變化之間的比例關系來測量反應速率。
微思考1 測定鋅與稀硫酸反應的化學反應速率可以采用哪些方法
提示:(1)可以通過測量收集一定體積H2所用時間的長短來測定化學反應的反應速率;(2)可以通過測量相同時間內(nèi)收集H2的多少來測定化學反應的反應速率;(3)可以通過測量一段時間內(nèi)溶液中c(H+)的變化來測定化學反應的反應速率。
微判斷1 (1)化學反應速率是指一定時間內(nèi)任何一種反應物濃度的減小或生成物濃度的增大。(　　)
(2)化學反應速率為0.8 mol·L-1·s-1是指1 s時某物質(zhì)的濃度為0.8 mol·L-1。(　　)
(3)根據(jù)化學反應速率的大小可以推知化學反應進行的快慢。
(　　)
(4)對于化學反應來說,反應速率越大,反應現(xiàn)象就越明顯。
(　　)
×
×
√
×
二、影響化學反應速率的因素
1.決定因素:
反應物的　組成　、　結構　和　性質(zhì)　等因素。
2.外界影響因素:
　濃度、壓強、溫度及催化劑　等因素對化學反應速率有
影響。
3.定性研究影響化學反應速率的因素
(1)實驗原理
Na2S2O3+H2SO4══Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O
2H2O2 2H2O+O2↑
(2)實驗方案設計
4.定量研究影響化學反應速率的因素
(1)原理:Zn+H2SO4══ZnSO4+H2↑
(2)實驗操作:按如圖所示安裝兩套裝置A、B,在錐形瓶內(nèi)各盛大小相同的2 g鋅粒,通過分液漏斗分別加入40 mL
1 mol·L-1和40 mL 4 mol·L-1的硫酸溶液。
(3)實驗記錄及結論(記錄收集10 mL H2所用的時間)
加入試劑 反應時間(填“長”或“短”) 反應速率(填“快”或“慢”) 結論
1 mol·L-1
H2SO4溶液 長 慢 增大反應物濃度,化學反應速率增大
4 mol·L-1
H2SO4溶液 短 快
微思考2 升高溫度,只是吸熱反應的反應速率增大,這種說法正確嗎
提示:不正確。溫度對反應速率的影響適用于各種化學反應。不管是吸熱反應還是放熱反應,在一定溫度范圍內(nèi),升高溫度,化學反應速率都增大,降低溫度,化學反應速率都減小。
微判斷2 (1)Na、Mg、Al與同濃度的稀硫酸反應,反應速率相同。(　　)
(2)升高溫度、增大壓強均可增大任何反應的化學反應速率。
(　　)
(3)鋅與稀硫酸反應時,c(H2SO4)越大,產(chǎn)生H2越快。(　　)
(4)催化劑既可以增大反應速率,也可以改變反應熱。(　　)
×
×
×
×
一、化學反應速率的計算
問題探究
在2 L密閉容器中進行反應:mX(g)+nY(g)══pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q為物質(zhì)的化學計量數(shù)。在0~3 min內(nèi),各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表所示:
物質(zhì) X Y Z Q
起始/mol 0.7 1
2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7
3 min末/mol 0.8
1.請根據(jù)上述內(nèi)容計算起始時的n(Y)和n(Q)。
提示:對比X的起始量和2 min末的量,可知反應逆向進行。
Δn(Q)=v(Q)·V·Δt=0.075 mol·L-1·min-1×2 L×2 min=0.3 mol,用“三段式”分析如下:
　　　　　 mX(g)+ nY(g)══pZ(g)+ qQ(g)
起始/mol　 0.7　 n(Y) 1 n(Q)
轉化/mol　　 Δn(X) Δn(Y) Δn(Z) Δn(Q)
2 min末/mol　　0.8　 2.7　 0.8　 2.7
故Δn(X)=0.8 mol-0.7 mol=0.1 mol
Δn(Z)=1 mol-0.8 mol=0.2 mol
n(Q)=0.3 mol+2.7 mol=3.0 mol
Δn(Y)=0.4 mol
n(Y)=2.7 mol-0.4 mol=2.3 mol。
2.請分析上述內(nèi)容并得出化學方程式中的化學計量數(shù)m、n、p、q。
提示:m∶n∶p∶q=Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)
=0.1 mol∶0.4 mol∶0.2 mol∶0.3 mol=1∶4∶2∶3。
3.請計算用Z表示的2 min內(nèi)的化學反應速率。
歸納總結
1.計算化學反應速率的一般方法。
(1)定義式法。
(2)關系式法。
利用化學反應速率之比=相同時間內(nèi)物質(zhì)的量濃度變化之比=化學計量數(shù)之比。
2.計算化學反應速率的一般步驟——“三段式”。
(1)寫出有關反應的化學方程式。
(2)找出各物質(zhì)的起始量、轉化量、某時刻量。
(3)根據(jù)已知條件列式計算。
典例剖析
【例1】 一定條件下,向2 L密閉容器中加入2 mol N2和10 mol H2,發(fā)生反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),2 min時測得剩余N2 1 mol,下列化學反應速率不正確的是(　　)。
A.v(N2)=0.25 mol·L-1·min-1
B.v(H2)=0.75 mol·L-1·min-1
C.v(NH3)=1 mol·L-1·min-1
D.2v(H2)=3v(NH3)
答案:C
v(H2)=0.75 mol·L-1·min-1,
v(NH3)=0.5 mol·L-1·min-1。
【拓展延伸】 根據(jù)上題,試計算2 min時H2的轉化率。
答案:2 min時,轉化的n(H2)=3 mol,α(H2)= ×100%=30%。
學以致用
1.一定條件下,在2 L恒容密閉容器中進行反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),10 min內(nèi)C的質(zhì)量減少了12 g,則該反應的反應速率為(　　)。
A.v(C)=0.05 mol·L-1·min-1
B.v(H2O)=0.1 mol·L-1·min-1
C.v(CO)=0.1 mol·L-1·min-1
D.v(H2)=0.05 mol·L-1·min-1
答案:D
解析:10 min內(nèi)C的質(zhì)量減少了12 g,參與反應的C的物質(zhì)的量為12 g÷12 g·mol-1=1 mol,則反應中H2O、CO、H2的物質(zhì)的量的變化量均為1 mol。C為固體,不能用其單位時間內(nèi)的濃度變化來表示反應速率,A項錯誤;
2.反應A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)在四種不同情況下的反應速率分別為
①v(A)=0.15 mol·L-1·min-1
②v(B)=0.01 mol·L-1·s-1
③v(C)=0.40 mol·L-1·min-1
④v(D)=0.45 mol·L-1·min-1
則該反應在不同情況下進行的快慢順序為　　　　　　。
答案:④>③=②>①
解析:解法一:將以不同物質(zhì)表示的反應速率換算為用同一物質(zhì)表示的速率,再比較速率數(shù)值的大小。
若以物質(zhì)A為標準,根據(jù)用不同物質(zhì)表示同一反應的速率時,速率之比等于各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比,將②③④的反應速率換算為用物質(zhì)A表示的反應速率,則有:
②v(A)= v(B)= ×0.01 mol·L-1·s-1×60 s·min-1
=0.20 mol·L-1·min-1,
③v(A)= v(C)= ×0.40 mol·L-1·min-1=0.20 mol·L-1·min-1,
④v(A)= v(D)= ×0.45 mol·L-1·min-1=0.225 mol·L-1·min-1,
故反應在不同情況下進行的快慢順序為④>③=②>①。
解法二:首先將反應速率單位統(tǒng)一為mol·L-1·min-1,則②v(B)=0.60 mol·L-1·min-1,然后根據(jù)反應速率與對應物質(zhì)化學計量數(shù)之比的大小進行判斷。由化學方程式A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)得出:
① =0.15 mol·L-1·min-1 ② =0.20 mol·L-1·min-1
③ =0.20 mol·L-1·min-1 ④ =0.225 mol·L-1·min-1
故反應在不同情況下進行的快慢順序為④>③=②>①。
方法歸納 化學反應速率大小的比較方法。 (1)歸一法:以一種物質(zhì)為標準,將用其他物質(zhì)表示的反應速率轉換成用該物質(zhì)表示的反應速率,然后直接比較數(shù)值的大小,數(shù)值大者反應速率大。 (2)比值法:比較各物質(zhì)表示的反應速率與其對應的化學計量數(shù)的比值,比值大者反應速率大。
二、影響化學反應速率的外界因素
問題探究
控制變量法是化學實驗的常用方法之一,實驗探究的科學方法及思路可總結為變量控制→對照實驗→定性觀察或定量測定→科學歸納。某化學興趣小組為探究外界條件對化學反應速率的影響,設計以下四組實驗。
1.寫出該實驗原理的離子方程式,闡述使用該原理表示化學反應速率的方法。
提示:該實驗原理的離子方程式為 +2H+══ SO2↑+S↓+H2O;可比較溶液出現(xiàn)渾濁的時間長短,也可比較單位時間內(nèi)產(chǎn)生二氧化硫氣體的多少。
2.請分析設計實驗方案①和②的目的,設計實驗方案②和④的目的。
提示:實驗方案①和②的目的是探究Na2S2O3的濃度對化學反應速率的影響,實驗方案②和④的目的是探究溫度對化學反應速率的影響。
3.請指出各實驗方案中均需加入一定體積的水的原因,并根據(jù)題目分析V1和V2的數(shù)值。
提示:均需加入一定體積的水的原因為使各實驗方案中混合液的體積相等,從而保證Na2S2O3溶液或稀硫酸的濃度分別相等;由上述分析可知V1=5,V2=10。
歸納總結
1.在一般情況下,當其他條件相同時:
(1)增大反應物的濃度,化學反應速率增大;降低反應物的濃度,化學反應速率減小。
(2)升高溫度,化學反應速率增大;降低溫度,化學反應速率減小。大量實驗證明,溫度每升高10 ℃,化學反應速率通常增大為原來的2~4倍,可見溫度對化學反應速率的影響非常顯著。
(3)催化劑可以改變化學反應速率。
(4)對于有氣體參加的化學反應,增大壓強,化學反應速率增大;減小壓強,化學反應速率減小。
(5)除上述因素外,改變化學反應速率的方法還有光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強磁場、高速研磨等。只要向反應體系中輸入能量,都有可能改變化學反應速率。
特別提醒 1.固體或純液體的濃度為常數(shù), 一般情況下,增大反應物的量,反應速率不變,但改變固體物質(zhì)的表面積會影響反應速率。 2.對任意一個化學反應,升高溫度,其反應速率不一定增大,有些化學反應只在一定溫度范圍內(nèi)進行,如生物酶催化反應,升高溫度可能會使反應速率減小。
2.壓強對化學反應速率的影響。
壓強影響化學反應速率的根本原因是引起了濃度的改變。所以在討論壓強對反應速率的影響時,應區(qū)分壓強改變的原因。壓強對化學反應速率的影響有以下幾種情況。
(1)對于沒有氣體參與的化學反應,改變壓強后,反應物濃度變化很小,可忽略不計,因此一般認為對化學反應速率無影響。
(2)對于有氣體參與的化學反應,有以下幾種情況。
②恒溫時,對于恒容密閉容器:
③恒溫、恒壓時:
方法技巧 分析壓強改變對化學反應速率的影響時,關鍵看氣體反應物濃度是否有變化:若氣體反應物濃度有變化,化學反應速率一定改變;若氣體反應物濃度無變化,化學反應速率不改變。通常所說的增大壓強是指減小容器容積。
典例剖析
【例2】反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一容積可變的密閉容器中進行,下列條件的改變對化學反應速率幾乎無影響的是(　　)。
①增加C的量　②將容器的容積縮小一半　③保持容積不變,充入N2使體系壓強增大　④保持壓強不變,充入N2使容器容積變大
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
答案:C
解析:本題考查的是壓強對化學反應速率的影響。C為固體反應物,增加其用量,對化學反應速率幾乎沒有影響;容器容積縮小一半,相當于壓強增大一倍,濃度增大,化學反應速率增大;容積不變,充入N2,體系總壓強增大,但反應混合物的濃度并未改變,化學反應速率基本不變;壓強不變,充入N2,容器的容積增大,總壓強不變,但反應混合物的濃度變小,化學反應速率減小。
【拓展延伸】 對于反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),寫出恒容條件下能增大該反應速率的兩條可行性措施。
答案:①增大H2O(g)的濃度,②升高溫度。
學以致用
3.反應N2+O2 2NO在密閉容器中進行,下列條件能增大其化學反應速率的是(　　)。
A.增大容器的容積使壓強減小
B.容積不變充入N2使壓強增大
C.容積不變充入氦氣使壓強增大
D.使總壓強不變,充入氖氣
答案:B
解析:增大容器的容積引起濃度減小,化學反應速率減小;容積不變充入N2,N2的濃度增大,化學反應速率增大;容積不變充入氦氣,各反應物的濃度并沒有改變,化學反應速率不變;總壓強不變,充入氖氣,容積增大,反應物濃度減小,化學反應速率減小。
4.采取下列措施對增大化學反應速率有明顯效果的是(　　)。
A.恒溫恒容條件下,工業(yè)合成氨過程中增大氮氣的量
B.Na與無水乙醇反應時,增大無水乙醇的用量
C.在K2SO4溶液與BaCl2溶液反應時,增大壓強
D.SO2的催化氧化是放熱反應,降低溫度可增大反應速率
答案:A
解析:恒溫恒容條件下,在工業(yè)合成氨反應中,增大氮氣的量,反應物濃度增大,則反應速率增大,A項正確;無水乙醇為純液體,增大其用量,其濃度不變,故反應速率也不會變,B項錯誤;C項反應在溶液中進行,沒有氣體參與,增大壓強,反應速率基本不變,C項錯誤;降低溫度反應速率會變小,D項錯誤。
1.下列對化學反應速率的理解正確的是(　　)。
A.化學反應速率表示的是化學反應進行的程度
B.化學反應速率可以用單位時間內(nèi)反應物濃度的變化來表示
C.化學反應速率可以用任何一種反應物或生成物的濃度變化來表示
D.化學反應速率可以是正值,也可以是負值
答案:B
解析:化學反應速率表示化學反應進行的快慢程度,不表示反應進行的程度,A項錯誤;化學反應速率可以用單位時間內(nèi)反應物濃度的減小來表示,也可以用單位時間內(nèi)生成物濃度的增大來表示,B項正確;化學反應速率不能用純液體或純固體來表示,C項錯誤;化學反應速率都是正值,無負值,D項錯誤。
2.下列方法不能實現(xiàn)對應化學反應速率測定的是(　　)。
答案:A
解析:A項反應前后氣體的化學計量數(shù)不變,反應前后壓強不變,不能用體系壓強變化實現(xiàn)對化學反應速率的測定,A項符合題意;B項反應會使鎂條溶解而質(zhì)量減小,可以根據(jù)鎂條的質(zhì)量變化測定反應速率,B項不符合題意;C項反應反應前無氣體,反應后有氣體生成,注射器收集反應后氣體體積,可以測定反應速率,C項不符合題意;D項反應有淡黃色硫單質(zhì)生成,可以用濁度計測量反應前后濁度變化來測定反應速率,D項不符合題意。
3.在一個密閉容器中盛有N2和H2,其起始濃度分別是1.8 mol·L-1和5.4 mol·L-1,在一定條件下發(fā)生反應生成NH3,10 min后測得N2的濃度是0.8 mol·L-1,則在這10 min內(nèi)NH3的平均反應速率是(　　)。
A.0.16 mol·L-1·min-1 B.0.2 mol·L-1·min-1
C.0.1 mol·L-1·min-1 D.1.6 mol·L-1·min-1
答案:B
解析:v(N2)=(1.8 mol·L-1-0.8 mol·L-1)÷10 min
=0.1 mol·L-1·min-1,
v(NH3)=2v(N2)=0.2 mol·L-1·min-1。
4.對于反應4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),經(jīng)2 min,B的濃度減少0.6 mol·L-1,對此化學反應速率的表示正確的是(　　)。
A.用A表示的反應速率為0.4 mol·L-1·min-1
B.分別用A、C、D表示的反應速率其比值為4∶2∶1
C.在2 min末的反應速率,用B表示是
0.3 mol·L-1·min-1
D.在這2 min內(nèi)用B表示的正反應速率逐漸減小
答案:D
解析:因A是固態(tài)物質(zhì),不能用其濃度變化來表示速率,A、B兩項錯誤;C項所求的反應速率是2 min內(nèi)平均反應速率,C項錯誤;隨著反應進行,反應物的濃度減小,反應速率減小,故2 min內(nèi)用B表示的正反應速率逐漸減小,D項正確。
5.將N2和H2的混合氣體分別充入甲、乙、丙三個容器中進行合成氨的反應,經(jīng)過一段時間后三個容器的反應速率分別為
v甲(H2)=3 mol·L-1·min-1,v乙(N2)=2 mol·L-1·min-1,v丙(NH3)=
1 mol·L-1·min-1。這段時間內(nèi)三個容器中合成氨的反應速率的大小關系為(　　)。
A.v甲>v乙>v丙 B.v乙>v甲>v丙
C.v甲>v丙>v乙 D.v甲=v乙=v丙
答案:B
6.T ℃時,在0.5 L的密閉容器中,氣體A與氣體B反應生成氣體C,反應過程中A、B、C的濃度變化如圖所示。則下列結論正確的是(　　)。
A.10 s時反應生成了0.4 mol C
B.該反應進行到10 s時,消耗了0.1 mol A
C.該反應的化學方程式為3A+B══2C
D.10 s內(nèi)用B表示的反應速率為
0.01 mol·L-1·s-1
答案:B
解析:根據(jù)圖示可知在10 s時C的濃度改變了0.4 mol·L-1,由于容器的容積是0.5 L,則10 s時反應生成C的物質(zhì)的量n(C)=0.4 mol·L-1×0.5 L=0.2 mol,A項錯誤;該反應進行到10 s時,A的濃度減少0.2 mol·L-1,由于容器的容積是0.5 L,則消耗A的物質(zhì)的量n(A)=0.2 mol·L-1×0.5 L=0.1 mol,B項正確;0~10 s,A、B、C三種物質(zhì)的濃度改變了0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,各物質(zhì)的濃度變化之比等于化學方程式中相應物質(zhì)的化學計量數(shù)之比,10 s后物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化,則反應的化學方程式為A+3B 2C,C項錯誤;
10 s內(nèi)用B的濃度變化表示的反應速率
7.在某化學反應中,反應混合物A、B、C的物質(zhì)的量濃度(mol·L-1)與時間t(s)的關系如表所示。
t/s 200 400 800
c(A)/(mol·L-1) 1.45 1.28 1.00
c(B)/(mol·L-1) 0.38 0.72 1.28
c(C)/(mol·L-1) 0.095 0.18 0.32
(1)該反應的化學方程式為　 。
(2)用A的濃度變化表示200~800 s內(nèi)反應的平均反應速率為
　　　　　　　　 mol·L-1·min-1。
(3)用C的濃度變化表示400~800 s內(nèi)反應的平均反應速率為
　　　　　　　　 mol·L-1·s-1。
答案:(1)2A══4B+C
(2)0.045
(3)3.5×10-4
解析:(1)反應中A的濃度減少,B、C濃度增大,所以A為反應物,B、C為生成物。在200~800 s,Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=0.45 mol·L-1∶ 0.9 mol·L-1∶
0.225 mol·L-1=2∶4∶1,因此反應為2A══4B+C。
(2)200~800 s內(nèi),Δc(A)=1.00 mol·L-1-1.45 mol·L-1=-0.45 mol·L-1, Δt=600 s=10 min,v(A)= =0.45 mol·L-1÷10 min=
0.045 mol·L-1·min-1。
(3)400~800 s內(nèi),Δc(C)=0.32 mol·L-1-0.18 mol·L-1=0.14 mol·L-1, Δt=400 s,v(C)= =0.14 mol·L-1÷400 s=3.5×10-4 mol·L-1·s-1。第二章 化學反應速率與化學平衡
第一節(jié)　化學反應速率
第1課時　化學反應速率及影響因素
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.在反應2A(g)+B(g)3C(g)+5D(g)中,表示該反應速率最大的是(　　)。
A.v(A)=2 mol·L-1·min-1
B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1
D.v(D)=1 mol·L-1·s-1
答案:B
解析:v(A)=1 mol·L-1·min-1= mol·L-1·s-1,v(B)=0.3 mol·L-1·s-1,
v(C)= mol·L-1·s-1,v(D)=0.2 mol·L-1·s-1,故v(B)>v(C)>v(D)>v(A)。
2.一定溫度下,在0.5 L的密閉容器中,X、Y、Z三種氣體的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示,10 s時達到化學平衡狀態(tài)。則從反應開始到10 s末的反應速率用X表示是(　　)。
A.0.08 mol·L-1·s-1
B.0.30 mol·L-1·s-1
C.0.16 mol·L-1·s-1
D.0.32 mol·L-1·s-1
答案:C
解析:v(X)=-=0.16 mol·L-1·s-1。
3.用3 g塊狀大理石與30 mL 3 mol·L-1鹽酸反應制取CO2氣體,若要增大反應速率,不可采取的措施是(　　)。
A.再加入30 mL 3 mol·L-1鹽酸
B.改用30 mL 6 mol·L-1鹽酸
C.改用3 g粉末狀大理石
D.適當升高溫度
答案:A
解析:增大鹽酸的濃度、增大大理石的表面積以及適當升高溫度,都可增大大理石和鹽酸的反應速率。選項A加入相同濃度的鹽酸,其濃度不變,對反應速率無影響。
4.一定溫度下,在恒容密閉容器中發(fā)生下列反應:2HI(g)H2(g)+I2(g)。若c(HI)由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1時,需要15 s,那么c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1時,所需反應的時間(　　)。
A.等于5 s B.等于10 s
C.大于10 s D.小于10 s
答案:C
解析:若c(HI)由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1時,需要15 s,那么以同樣的速率反應時,c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1,需10 s,但是隨著反應的進行,化學反應速率會逐漸減小,故所需時間大于10 s,C項正確。
5.下列反應中產(chǎn)生氣泡速率最大的是(　　)。
選項 溫度 濃度 催化劑
A 25 ℃ 2 mL 5%H2O2 2滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液
B 35 ℃ 2 mL 8%H2O2 MnO2粉末
C 25 ℃ 2 mL 5%H2O2 MnO2粉末
D 25 ℃ 2 mL 8%H2O2 2滴0.1 mol·L-1 CuCl2溶液
答案:B
解析:比較反應速率時采用“單一變量法”。先只分析催化劑,MnO2粉末催化H2O2分解效果比FeCl3和CuCl2好;再比較溫度,溫度較高的反應速率較大;最后比較濃度,H2O2濃度較大的反應速率較大。綜合分析,選項B中H2O2分解速率最大,產(chǎn)生氣泡的速率最大。
6.如圖中曲線表示一定條件下一定量的鋅粒與足量的稀硫酸反應的過程。若使曲線b變?yōu)榍€a,可采取的措施是(　　)。
A.加入少量的硫酸銅固體
B.加熱使溶液溫度升高
C.加入氯化鈉固體
D.加入碳酸鈉固體
答案:B
解析:由圖像可知,由曲線b變?yōu)榍€a,反應速率增大,生成氫氣的物質(zhì)的量不變。加入少量的硫酸銅固體,部分鋅和硫酸銅反應生成銅,構成銅鋅原電池,反應速率增大,但和硫酸反應的鋅的質(zhì)量減小,生成氫氣的物質(zhì)的量減小,A項不符合題意;加熱使溫度升高,反應速率增大,生成氫氣的物質(zhì)的量不變,B項符合題意;加入氯化鈉固體,氫離子濃度不變,反應速率不變,C項不符合題意;加入碳酸鈉固體,碳酸鈉和稀硫酸反應,氫離子濃度減小,生成氫氣的物質(zhì)的量減小,D項不符合題意。
7.三氯乙烯(ClHCCCl2)是地下水中有機污染物的主要成分,研究表明,在地下水中加入高錳酸鉀溶液可將其中的三氯乙烯除去,發(fā)生的反應如下:
ClHCCCl2+2KMnO42KCl+2CO2↑+2MnO2↓+HCl。
常溫下,在某密閉容器中進行上述反應,測定c(KMnO4)與時間的關系如表所示:
時間/min 0 2 4 6 7 …
1.00 0.70 0.50 0.40 0.35 …
下列推斷合理的是(　　)。
A.上述反應先慢后快
B.0~4 min內(nèi),v(Cl-)= mol·L-1·min-1
C.若高錳酸鉀完全反應,所用時間為8 min
D.隨著反應的進行,c(K+)逐漸降低
答案:B
解析:A項,分析表格中的數(shù)據(jù)可知,題述反應先快后慢,錯誤;B項,每消耗2 mol KMnO4會生成3 mol Cl-,0~4 min內(nèi),v(Cl-)= mol·L-1·min-1,正確;C項,由于反應速率逐漸減小,故高錳酸鉀完全反應,反應時間大于8 min,錯誤;D項,鉀離子未參與反應,故鉀離子濃度不變,錯誤。
8.丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備。正丁烷(C4H10)催化脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1=+43 kJ·mol-1
②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1
下列有關判斷正確的是(　　)。
A.升高溫度,反應①的反應速率增大,反應②的反應速率減小
B.升高溫度,反應①的反應速率減小,反應②的反應速率增大
C.降低溫度,反應①和反應②的反應速率均減小
D.由反應①和反應②可以得出H2的燃燒熱
答案:C
解析:不管是放熱反應還是吸熱反應,升高溫度均能增大其反應速率,降低溫度均能減小其反應速率,C項正確,A、B兩項錯誤;因反應②中H2O為氣態(tài),故無法計算H2的燃燒熱,D項錯誤。
9.將15 mol A與B的混合物充入容積為2 L 的恒容密閉容器中,在一定溫度下發(fā)生反應:2A(g)+3B(g)C(g)+2D(g),經(jīng)過15 min達到化學平衡狀態(tài),達到化學平衡狀態(tài)時容器內(nèi)的壓強是反應前的,則0~15 min內(nèi)用B的濃度變化表示的反應速率是(　　)。
A.0.15 mol·L-1·min-1
B.0.3 mol·L-1·min-1
C.0.45 mol·L-1·min-1
D.0.6 mol·L-1·min-1
答案:A
解析:根據(jù)阿伏加德羅定律的推論,物質(zhì)的量之比等于壓強之比,可知反應達到化學平衡狀態(tài)時容器中混合氣體的物質(zhì)的量為×15 mol=12 mol,設初始時A的物質(zhì)的量是x mol,A的物質(zhì)的量的變化量是y mol,則
2A(g)　+ 3B(g)　　C(g)　+2D(g)
起始/mol x 15-x 0 0
轉化/mol y 1.5y 0.5y y
平衡/mol x-y 15-x-1.5y 0.5y y
則x-y+15-x-1.5y+0.5y+y=12,y=3,所以v(B)==0.15 mol·L-1·min-1。
10.某學生設計如圖Ⅰ裝置,測定2 mol·L-1的硫酸分別與鋅粒、鋅粉反應的速率。請回答下列問題。
圖Ⅰ
圖Ⅱ
(1)裝置圖Ⅰ中盛放硫酸的儀器名稱是　　　　　　。
(2)按照圖Ⅰ裝置實驗時,已限定了兩次實驗時間均為10 min,還需要測定的另一個數(shù)據(jù)是　　　　　　　　　　　。
(3)實驗結束后,得到的結論是 　。
(4)該學生又將圖Ⅰ裝置中的氣體收集裝置改為圖Ⅱ,實驗完畢待冷卻至室溫后,該生準備讀數(shù)時發(fā)現(xiàn)滴定管中液面高于干燥管中液面,應首先采取的操作是 　。
答案:(1)分液漏斗　
(2)收集到氣體的體積
(3)其他條件相同時,鋅粉與硫酸的反應速率比鋅粒與硫酸的反應速率大
(4)調(diào)節(jié)滴定管的高度使得兩側液面相平
解析:(1)根據(jù)裝置的特點可知,裝置圖Ⅰ中盛放硫酸的儀器名稱是分液漏斗。(2)要測定反應速率,則還需要測定的另一個數(shù)據(jù)是收集到氣體的體積。(3)因為增大反應物的接觸面積可以增大反應速率,所以該實驗中得出的結論是其他條件相同時,鋅粉與硫酸的反應速率比鋅粒與硫酸的反應速率大。(4)因為氣體的體積受壓強的影響大,所以在讀數(shù)之前還需要采取的措施是調(diào)節(jié)滴定管的高度使得兩側液面相平。
能力提升
1.將4 mol A氣體和2 mol B氣體在2 L的恒容密閉容器中混合并在一定條件下發(fā)生如下反應:2A(g)+B(g)2C(g)。若經(jīng)2 s后測得C的濃度為0.6 mol·L-1,現(xiàn)有下列幾種說法,其中錯誤的是(　　)。
A.用物質(zhì)A表示的反應的平均速率為0.3 mol·L-1·s-1
B.用物質(zhì)B表示的反應的平均速率為0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s時物質(zhì)A的轉化率為30%
D.2 s時物質(zhì)B的濃度為0.7 mol·L-1
答案:B
解析:v(C)==0.3 mol·L-1·s-1,v(A)=v(C)=0.3 mol·L-1·s-1,v(B)==0.15 mol·L-1·s-1,A項正確,B項錯誤。2 s時α(A)=×100%=30%,C項正確。2 s時c(B)=-0.15 mol·L-1·s-1×2 s=0.7 mol·L-1,D項正確。
2.實驗室利用下列方案探究影響化學反應速率的因素,有關說法不正確的是(　　)。
實驗 編號 酸性KMnO4溶液 乙醛(CH3CHO)溶液
① 25 4 mL 0.01 mol·L-1 2 mL 0.01 mol·L-1
② a 4 mL 0.01 mol·L-1 2 mL 0.02 mol·L-1
③ 50 4 mL 0.01 mol·L-1 2 mL 0.01 mol·L-1
④ b c 2 mL 0.01 mol·L-1
A.a=25
B.實驗①③探究的是溫度對化學反應速率的影響
C.實驗中需記錄溶液顏色變化所需時間
D.若b=25,c=4 mL 0.02 mol·L-1,則實驗①④也可用于化學反應速率影響因素的探究
答案:D
解析:由分析知,①與②相比,CH3CHO的濃度不同,溫度應相同,則a=25,A正確;實驗①③兩種反應物的濃度都相同,則探究的是溫度對化學反應速率的影響,B正確;外界條件已經(jīng)確定,比較反應速率的大小,應通過時間來判斷,所以實驗中需記錄溶液顏色變化所需時間,C正確;若b=25,c=4 mL 0.02 mol·L-1,則實驗①④的溫度相同,CH3CHO的體積和濃度相同,KMnO4的濃度不同,但KMnO4過量,溶液顏色不發(fā)生明顯變化,所以不能用于化學反應速率影響因素的探究,D不正確。
3.已知反應:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g),生成N2的初始速率與NO、H2的初始濃度的關系為v=kcx(NO)·cy(H2),k為速率常數(shù)。在800 ℃時測得的相關數(shù)據(jù)如表所示。
初始濃度
1 2.00×10-3 6.00×10-3 1.92×10-3
2 1.00×10-3 6.00×10-3 4.80×10-4
3 2.00×10-3 3.00×10-3 9.60×10-4
下列說法中不正確的是(　　)。
A.關系式中x=1、y=2
B.800 ℃時,k的值為8×104
C.若800 ℃時,初始濃度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1,則生成N2的初始速率為5.12×10-3 mol·L-1·s-1
D.當其他條件不變時,升高溫度,速率常數(shù)將增大
答案:A
解析:將3組實驗數(shù)據(jù)代入v=kcx(NO)·cy(H2),可得k(2.00×10-3)x×(6.00×10-3)y =1.92×10-3,k(1.00×10-3)x×(6.00×10-3)y=4.80×10-4,k(2.00×10-3)x×(3.00×10-3)y =9.60×10-4,解得x=2,y=1,A項錯誤;將x=2,y=1代入可得k(2.00×10-3)2×(6.00×10-3) =1.92×10-3,解得800 ℃時,k=8×104,B項正確;800 ℃時,初始濃度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1,生成N2的初始速率v=8×104×c2(NO)·c(H2)=8×104×(4.00×10-3)2×(4.00×10-3) mol·L-1·s-1=5.12×10-3 mol·L-1·s-1,C項正確;其他條件不變時,生成N2的初始速率與k成正比,溫度越高,反應速率越大,則k增大,D項正確。
4.用Na2FeO4溶液氧化廢水中的還原性污染物M,為研究降解效果,設計如下對比實驗探究溫度、濃度、pH對降解速率和效果的影響,實驗測得M的濃度與時間關系如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)。
實驗編號 溫度/℃ pH
① 25 1
② 45 1
③ 25 7
④ 25 1
A.實驗②在前15 min內(nèi),M的降解速率最快
B.實驗①②說明升高溫度,M的降解速率增大
C.實驗①③說明pH越高,越不利于M的降解
D.實驗②④說明M的濃度越小,降解的速率越慢
答案:D
解析:從圖中可以看出,在15 min內(nèi),實驗②中Δc(M)的數(shù)值最大,則M的降解速率最快,A正確;從表中可知實驗①②的單一變量是溫度,且實驗②的溫度高于實驗①,在相同時間內(nèi),曲線②的下降幅度大于曲線①,M的起始濃度相同,故說明升高溫度,M的降解速率增大,B正確;從表中可知實驗①③的單一變量是pH,且實驗③的pH高于實驗①,在相同時間內(nèi),曲線③的下降幅度小于曲線①,M的起始濃度相同,故說明pH越高,越不利于M的降解,C正確;實驗②④的溫度和M的起始濃度均不相同,不符合單一變量的對照要求,不能說明M的濃度越小,降解的速率越慢,D錯誤。
5.“碘鐘”實驗中,3I-+S2+2S的反應速率可以用與加入的淀粉溶液顯藍色的時間t來度量,t越小,反應速率越大。某探究性學習小組在20 ℃條件下進行實驗,得到的數(shù)據(jù)如下表:
實驗編號 ① ② ③ ④ ⑤
0.040 0.080 0.080 0.160 0.120
0.040 0.040 0.080 0.020 0.040
t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1
回答下列問題。
(1)該實驗的目的是 　。
(2)顯色時間t1=　　　　　　。
(3)溫度對該反應的反應速率的影響符合一般規(guī)律,若在40 ℃時進行編號③對應濃度的實驗,顯色時間t2的范圍為　　　　。
A.<22.0 s
B.22.0~44.0 s
C.>44.0 s
D.數(shù)據(jù)不足,無法判斷
(4)通過分析比較上表數(shù)據(jù),得到的結論是 　。
答案:(1)研究反應物I-與S2的濃度對反應速率的影響
(2)29.3 s
(3)A
(4)反應速率與反應物起始濃度乘積成正比(或顯色時間與反應物起始濃度乘積成反比)
解析:(2)分析所給數(shù)據(jù),可以得出顯色時間與c(I-)·c(S2)數(shù)值成反比,利用①⑤兩組數(shù)據(jù),可知兩組實驗中c(S2)相同,而c(I-)⑤是①的3倍,因此⑤所用顯色時間是①的,即≈29.3 s。
(3)在反應物起始濃度相同的條件下,溫度越高,反應速率越大,則顯色時間越短。
6.納米鐵粉可用于處理地下水中的污染物。
(1)一定條件下,向FeSO4溶液中滴加堿性NaBH4溶液,溶液中B(B元素的化合價為+3)與Fe2+反應生成納米鐵粉、H2和B(OH,其離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)納米鐵粉與水中N反應的離子方程式為4Fe+N+10H+4Fe2++N+3H2O。研究發(fā)現(xiàn),若pH偏低將會導致N的去除率下降,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)相同條件下,納米鐵粉去除不同水樣中N的速率有較大差異(見圖),產(chǎn)生該差異的可能原因是 　。
Ⅰ.含50 mg·L-1N的水樣
Ⅱ.含50 mg·L-1N+50 mg·L-1 Cu2+的水樣
答案:(1)2Fe2++B+4OH-2Fe+2H2↑+　
(2)納米鐵粉與H+反應生成H2　
(3)Cu或Cu2+催化納米鐵粉去除N的反應
解析:(1)反應物為Fe2+、B,生成物為Fe、H2和B(OH,B中H顯-1價,被氧化為H2,注意溶液呈堿性,配平。(2)pH偏低,說明c(H+)大,納米鐵粉能與H+反應。(3)由圖可知含有Cu2+的溶液中去除速率大,可以從影響速率的因素角度分析,如Cu2+的催化作用,加快納米鐵的反應速率。
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