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第1课时　化学反应速率及影响因素
目 标 素 养
1.能说出化学反应速率的表示方法,了解测定化学反应速率的简单方法。
2.通过实验探究,了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。
3.知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
4.能用简单碰撞理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
5.能进行化学反应速率的简单计算。
知 识 概 览
一、化学反应速率
1.含义:定量描述化学反应　快慢程度　的物理量。
2.表示方法:如果反应体系的体积是恒定的,化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的　减小　或生成物浓度的
　增大　来表示。
4.单位:常用　mol/(L·s)　或　mol·L-1·s-1　等来表示。
5.对于一个化学反应:mA+nB══pC+qD。
(1)用不同物质表示的反应速率分别为
(2)化学反应中各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比。即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= m∶n∶p∶q 。
微解读 (1)化学反应速率是某一时间段的平均速率而不是瞬时速率。
(2)不论是反应物还是生成物,其化学反应速率值都取正值。
(3)固体或纯液体(不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数,因此,一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的化学反应速率数值可能不同,但表示的意义相同。
6.测定。
化学反应速率可以通过实验测定。需要测定不同反应时刻反应物的浓度,还可以利用气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。例如,在溶液中进行的反应,当反应物或生成物本身有明显的颜色时,常常利用颜色变化和浓度变化之间的比例关系来测量反应速率。
微思考1 测定锌与稀硫酸反应的化学反应速率可以采用哪些方法
提示:(1)可以通过测量收集一定体积H2所用时间的长短来测定化学反应的反应速率;(2)可以通过测量相同时间内收集H2的多少来测定化学反应的反应速率;(3)可以通过测量一段时间内溶液中c(H+)的变化来测定化学反应的反应速率。
微判断1 (1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或生成物浓度的增大。(　　)
(2)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。(　　)
(3)根据化学反应速率的大小可以推知化学反应进行的快慢。
(　　)
(4)对于化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。
(　　)
×
×
√
×
二、影响化学反应速率的因素
1.决定因素:
反应物的　组成　、　结构　和　性质　等因素。
2.外界影响因素:
　浓度、压强、温度及催化剂　等因素对化学反应速率有
影响。
3.定性研究影响化学反应速率的因素
(1)实验原理
Na2S2O3+H2SO4══Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O
2H2O2 2H2O+O2↑
(2)实验方案设计
4.定量研究影响化学反应速率的因素
(1)原理:Zn+H2SO4══ZnSO4+H2↑
(2)实验操作:按如图所示安装两套装置A、B,在锥形瓶内各盛大小相同的2 g锌粒,通过分液漏斗分别加入40 mL
1 mol·L-1和40 mL 4 mol·L-1的硫酸溶液。
(3)实验记录及结论(记录收集10 mL H2所用的时间)
加入试剂 反应时间(填“长”或“短”) 反应速率(填“快”或“慢”) 结论
1 mol·L-1
H2SO4溶液 长 慢 增大反应物浓度,化学反应速率增大
4 mol·L-1
H2SO4溶液 短 快
微思考2 升高温度,只是吸热反应的反应速率增大,这种说法正确吗
提示:不正确。温度对反应速率的影响适用于各种化学反应。不管是吸热反应还是放热反应,在一定温度范围内,升高温度,化学反应速率都增大,降低温度,化学反应速率都减小。
微判断2 (1)Na、Mg、Al与同浓度的稀硫酸反应,反应速率相同。(　　)
(2)升高温度、增大压强均可增大任何反应的化学反应速率。
(　　)
(3)锌与稀硫酸反应时,c(H2SO4)越大,产生H2越快。(　　)
(4)催化剂既可以增大反应速率,也可以改变反应热。(　　)
×
×
×
×
一、化学反应速率的计算
问题探究
在2 L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)══pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为物质的化学计量数。在0~3 min内,各物质的物质的量变化如下表所示:
物质 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.请根据上述内容计算起始时的n(Y)和n(Q)。
提示:对比X的起始量和2 min末的量,可知反应逆向进行。
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)
转化/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.请分析上述内容并得出化学方程式中的化学计量数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.请计算用Z表示的2 min内的化学反应速率。
归纳总结
1.计算化学反应速率的一般方法。
(1)定义式法。
(2)关系式法。
利用化学反应速率之比=相同时间内物质的量浓度变化之比=化学计量数之比。
2.计算化学反应速率的一般步骤——“三段式”。
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列式计算。
典例剖析
【例1】 一定条件下,向2 L密闭容器中加入2 mol N2和10 mol H2,发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),2 min时测得剩余N2 1 mol,下列化学反应速率不正确的是(　　)。
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】 根据上题,试计算2 min时H2的转化率。
答案:2 min时,转化的n(H2)=3 mol,α(H2)= ×100%=30%。
学以致用
1.一定条件下,在2 L恒容密闭容器中进行反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),10 min内C的质量减少了12 g,则该反应的反应速率为(　　)。
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内C的质量减少了12 g,参与反应的C的物质的量为12 g÷12 g·mol-1=1 mol,则反应中H2O、CO、H2的物质的量的变化量均为1 mol。C为固体,不能用其单位时间内的浓度变化来表示反应速率,A项错误;
2.反应A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为
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
则该反应在不同情况下进行的快慢顺序为　　　　　　。
答案:④>③=②>①
解析:解法一:将以不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的速率,再比较速率数值的大小。
若以物质A为标准,根据用不同物质表示同一反应的速率时,速率之比等于各物质的化学计量数之比,将②③④的反应速率换算为用物质A表示的反应速率,则有:
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,
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③=②>①。
解法二:首先将反应速率单位统一为mol·L-1·min-1,则②v(B)=0.60 mol·L-1·min-1,然后根据反应速率与对应物质化学计量数之比的大小进行判断。由化学方程式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
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③=②>①。
方法归纳 化学反应速率大小的比较方法。 (1)归一法:以一种物质为标准,将用其他物质表示的反应速率转换成用该物质表示的反应速率,然后直接比较数值的大小,数值大者反应速率大。 (2)比值法:比较各物质表示的反应速率与其对应的化学计量数的比值,比值大者反应速率大。
二、影响化学反应速率的外界因素
问题探究
控制变量法是化学实验的常用方法之一,实验探究的科学方法及思路可总结为变量控制→对照实验→定性观察或定量测定→科学归纳。某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响,设计以下四组实验。
1.写出该实验原理的离子方程式,阐述使用该原理表示化学反应速率的方法。
提示:该实验原理的离子方程式为 +2H+══ SO2↑+S↓+H2O;可比较溶液出现浑浊的时间长短,也可比较单位时间内产生二氧化硫气体的多少。
2.请分析设计实验方案①和②的目的,设计实验方案②和④的目的。
提示:实验方案①和②的目的是探究Na2S2O3的浓度对化学反应速率的影响,实验方案②和④的目的是探究温度对化学反应速率的影响。
3.请指出各实验方案中均需加入一定体积的水的原因,并根据题目分析V1和V2的数值。
提示:均需加入一定体积的水的原因为使各实验方案中混合液的体积相等,从而保证Na2S2O3溶液或稀硫酸的浓度分别相等;由上述分析可知V1=5,V2=10。
归纳总结
1.在一般情况下,当其他条件相同时:
(1)增大反应物的浓度,化学反应速率增大;降低反应物的浓度,化学反应速率减小。
(2)升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减小。大量实验证明,温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的2~4倍,可见温度对化学反应速率的影响非常显著。
(3)催化剂可以改变化学反应速率。
(4)对于有气体参加的化学反应,增大压强,化学反应速率增大;减小压强,化学反应速率减小。
(5)除上述因素外,改变化学反应速率的方法还有光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。只要向反应体系中输入能量,都有可能改变化学反应速率。
特别提醒 1.固体或纯液体的浓度为常数, 一般情况下,增大反应物的量,反应速率不变,但改变固体物质的表面积会影响反应速率。 2.对任意一个化学反应,升高温度,其反应速率不一定增大,有些化学反应只在一定温度范围内进行,如生物酶催化反应,升高温度可能会使反应速率减小。
2.压强对化学反应速率的影响。
压强影响化学反应速率的根本原因是引起了浓度的改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分压强改变的原因。压强对化学反应速率的影响有以下几种情况。
(1)对于没有气体参与的化学反应,改变压强后,反应物浓度变化很小,可忽略不计,因此一般认为对化学反应速率无影响。
(2)对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况。
②恒温时,对于恒容密闭容器:
③恒温、恒压时:
方法技巧 分析压强改变对化学反应速率的影响时,关键看气体反应物浓度是否有变化:若气体反应物浓度有变化,化学反应速率一定改变;若气体反应物浓度无变化,化学反应速率不改变。通常所说的增大压强是指减小容器容积。
典例剖析
【例2】反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行,下列条件的改变对化学反应速率几乎无影响的是(　　)。
①增加C的量　②将容器的容积缩小一半　③保持容积不变,充入N2使体系压强增大　④保持压强不变,充入N2使容器容积变大
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
答案:C
解析:本题考查的是压强对化学反应速率的影响。C为固体反应物,增加其用量,对化学反应速率几乎没有影响;容器容积缩小一半,相当于压强增大一倍,浓度增大,化学反应速率增大;容积不变,充入N2,体系总压强增大,但反应混合物的浓度并未改变,化学反应速率基本不变;压强不变,充入N2,容器的容积增大,总压强不变,但反应混合物的浓度变小,化学反应速率减小。
【拓展延伸】 对于反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),写出恒容条件下能增大该反应速率的两条可行性措施。
答案:①增大H2O(g)的浓度,②升高温度。
学以致用
3.反应N2+O2 2NO在密闭容器中进行,下列条件能增大其化学反应速率的是(　　)。
A.增大容器的容积使压强减小
B.容积不变充入N2使压强增大
C.容积不变充入氦气使压强增大
D.使总压强不变,充入氖气
答案:B
解析:增大容器的容积引起浓度减小,化学反应速率减小;容积不变充入N2,N2的浓度增大,化学反应速率增大;容积不变充入氦气,各反应物的浓度并没有改变,化学反应速率不变;总压强不变,充入氖气,容积增大,反应物浓度减小,化学反应速率减小。
4.采取下列措施对增大化学反应速率有明显效果的是(　　)。
A.恒温恒容条件下,工业合成氨过程中增大氮气的量
B.Na与无水乙醇反应时,增大无水乙醇的用量
C.在K2SO4溶液与BaCl2溶液反应时,增大压强
D.SO2的催化氧化是放热反应,降低温度可增大反应速率
答案:A
解析:恒温恒容条件下,在工业合成氨反应中,增大氮气的量,反应物浓度增大,则反应速率增大,A项正确;无水乙醇为纯液体,增大其用量,其浓度不变,故反应速率也不会变,B项错误;C项反应在溶液中进行,没有气体参与,增大压强,反应速率基本不变,C项错误;降低温度反应速率会变小,D项错误。
1.下列对化学反应速率的理解正确的是(　　)。
A.化学反应速率表示的是化学反应进行的程度
B.化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示
C.化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物的浓度变化来表示
D.化学反应速率可以是正值,也可以是负值
答案:B
解析:化学反应速率表示化学反应进行的快慢程度,不表示反应进行的程度,A项错误;化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减小来表示,也可以用单位时间内生成物浓度的增大来表示,B项正确;化学反应速率不能用纯液体或纯固体来表示,C项错误;化学反应速率都是正值,无负值,D项错误。
2.下列方法不能实现对应化学反应速率测定的是(　　)。
答案:A
解析:A项反应前后气体的化学计量数不变,反应前后压强不变,不能用体系压强变化实现对化学反应速率的测定,A项符合题意;B项反应会使镁条溶解而质量减小,可以根据镁条的质量变化测定反应速率,B项不符合题意;C项反应反应前无气体,反应后有气体生成,注射器收集反应后气体体积,可以测定反应速率,C项不符合题意;D项反应有淡黄色硫单质生成,可以用浊度计测量反应前后浊度变化来测定反应速率,D项不符合题意。
3.在一个密闭容器中盛有N2和H2,其起始浓度分别是1.8 mol·L-1和5.4 mol·L-1,在一定条件下发生反应生成NH3,10 min后测得N2的浓度是0.8 mol·L-1,则在这10 min内NH3的平均反应速率是(　　)。
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.对于反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min,B的浓度减少0.6 mol·L-1,对此化学反应速率的表示正确的是(　　)。
A.用A表示的反应速率为0.4 mol·L-1·min-1
B.分别用A、C、D表示的反应速率其比值为4∶2∶1
C.在2 min末的反应速率,用B表示是
0.3 mol·L-1·min-1
D.在这2 min内用B表示的正反应速率逐渐减小
答案:D
解析:因A是固态物质,不能用其浓度变化来表示速率,A、B两项错误;C项所求的反应速率是2 min内平均反应速率,C项错误;随着反应进行,反应物的浓度减小,反应速率减小,故2 min内用B表示的正反应速率逐渐减小,D项正确。
5.将N2和H2的混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器中进行合成氨的反应,经过一段时间后三个容器的反应速率分别为
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。这段时间内三个容器中合成氨的反应速率的大小关系为(　　)。
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 ℃时,在0.5 L的密闭容器中,气体A与气体B反应生成气体C,反应过程中A、B、C的浓度变化如图所示。则下列结论正确的是(　　)。
A.10 s时反应生成了0.4 mol C
B.该反应进行到10 s时,消耗了0.1 mol A
C.该反应的化学方程式为3A+B══2C
D.10 s内用B表示的反应速率为
0.01 mol·L-1·s-1
答案:B
解析:根据图示可知在10 s时C的浓度改变了0.4 mol·L-1,由于容器的容积是0.5 L,则10 s时反应生成C的物质的量n(C)=0.4 mol·L-1×0.5 L=0.2 mol,A项错误;该反应进行到10 s时,A的浓度减少0.2 mol·L-1,由于容器的容积是0.5 L,则消耗A的物质的量n(A)=0.2 mol·L-1×0.5 L=0.1 mol,B项正确;0~10 s,A、B、C三种物质的浓度改变了0.2 mol·L-1、0.6 mol·L-1、0.4 mol·L-1,各物质的浓度变化之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比,10 s后物质的浓度不再发生变化,则反应的化学方程式为A+3B 2C,C项错误;
10 s内用B的浓度变化表示的反应速率
7.在某化学反应中,反应混合物A、B、C的物质的量浓度(mol·L-1)与时间t(s)的关系如表所示。
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)该反应的化学方程式为　 。
(2)用A的浓度变化表示200~800 s内反应的平均反应速率为
　　　　　　　　 mol·L-1·min-1。
(3)用C的浓度变化表示400~800 s内反应的平均反应速率为
　　　　　　　　 mol·L-1·s-1。
答案:(1)2A══4B+C
(2)0.045
(3)3.5×10-4
解析:(1)反应中A的浓度减少,B、C浓度增大,所以A为反应物,B、C为生成物。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,因此反应为2A══4B+C。
(2)200~800 s内,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内,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 化学反应速率与化学平衡
第一节　化学反应速率
第1课时　化学反应速率及影响因素
课后·训练提升
基础巩固
1.在反应2A(g)+B(g)3C(g)+5D(g)中,表示该反应速率最大的是(　　)。
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)。
2.一定温度下,在0.5 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示,10 s时达到化学平衡状态。则从反应开始到10 s末的反应速率用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块状大理石与30 mL 3 mol·L-1盐酸反应制取CO2气体,若要增大反应速率,不可采取的措施是(　　)。
A.再加入30 mL 3 mol·L-1盐酸
B.改用30 mL 6 mol·L-1盐酸
C.改用3 g粉末状大理石
D.适当升高温度
答案:A
解析:增大盐酸的浓度、增大大理石的表面积以及适当升高温度,都可增大大理石和盐酸的反应速率。选项A加入相同浓度的盐酸,其浓度不变,对反应速率无影响。
4.一定温度下,在恒容密闭容器中发生下列反应:2HI(g)H2(g)+I2(g)。若c(HI)由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1时,需要15 s,那么c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1时,所需反应的时间(　　)。
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时,需要15 s,那么以同样的速率反应时,c(HI)由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1,需10 s,但是随着反应的进行,化学反应速率会逐渐减小,故所需时间大于10 s,C项正确。
5.下列反应中产生气泡速率最大的是(　　)。
选项 温度 浓度 催化剂
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:比较反应速率时采用“单一变量法”。先只分析催化剂,MnO2粉末催化H2O2分解效果比FeCl3和CuCl2好;再比较温度,温度较高的反应速率较大;最后比较浓度,H2O2浓度较大的反应速率较大。综合分析,选项B中H2O2分解速率最大,产生气泡的速率最大。
6.如图中曲线表示一定条件下一定量的锌粒与足量的稀硫酸反应的过程。若使曲线b变为曲线a,可采取的措施是(　　)。
A.加入少量的硫酸铜固体
B.加热使溶液温度升高
C.加入氯化钠固体
D.加入碳酸钠固体
答案:B
解析:由图像可知,由曲线b变为曲线a,反应速率增大,生成氢气的物质的量不变。加入少量的硫酸铜固体,部分锌和硫酸铜反应生成铜,构成铜锌原电池,反应速率增大,但和硫酸反应的锌的质量减小,生成氢气的物质的量减小,A项不符合题意;加热使温度升高,反应速率增大,生成氢气的物质的量不变,B项符合题意;加入氯化钠固体,氢离子浓度不变,反应速率不变,C项不符合题意;加入碳酸钠固体,碳酸钠和稀硫酸反应,氢离子浓度减小,生成氢气的物质的量减小,D项不符合题意。
7.三氯乙烯(ClHCCCl2)是地下水中有机污染物的主要成分,研究表明,在地下水中加入高锰酸钾溶液可将其中的三氯乙烯除去,发生的反应如下:
ClHCCCl2+2KMnO42KCl+2CO2↑+2MnO2↓+HCl。
常温下,在某密闭容器中进行上述反应,测定c(KMnO4)与时间的关系如表所示:
时间/min 0 2 4 6 7 …
1.00 0.70 0.50 0.40 0.35 …
下列推断合理的是(　　)。
A.上述反应先慢后快
B.0~4 min内,v(Cl-)= mol·L-1·min-1
C.若高锰酸钾完全反应,所用时间为8 min
D.随着反应的进行,c(K+)逐渐降低
答案:B
解析:A项,分析表格中的数据可知,题述反应先快后慢,错误;B项,每消耗2 mol KMnO4会生成3 mol Cl-,0~4 min内,v(Cl-)= mol·L-1·min-1,正确;C项,由于反应速率逐渐减小,故高锰酸钾完全反应,反应时间大于8 min,错误;D项,钾离子未参与反应,故钾离子浓度不变,错误。
8.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。正丁烷(C4H10)催化脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1=+43 kJ·mol-1
②C4H10(g)+O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1
下列有关判断正确的是(　　)。
A.升高温度,反应①的反应速率增大,反应②的反应速率减小
B.升高温度,反应①的反应速率减小,反应②的反应速率增大
C.降低温度,反应①和反应②的反应速率均减小
D.由反应①和反应②可以得出H2的燃烧热
答案:C
解析:不管是放热反应还是吸热反应,升高温度均能增大其反应速率,降低温度均能减小其反应速率,C项正确,A、B两项错误;因反应②中H2O为气态,故无法计算H2的燃烧热,D项错误。
9.将15 mol A与B的混合物充入容积为2 L 的恒容密闭容器中,在一定温度下发生反应:2A(g)+3B(g)C(g)+2D(g),经过15 min达到化学平衡状态,达到化学平衡状态时容器内的压强是反应前的,则0~15 min内用B的浓度变化表示的反应速率是(　　)。
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:根据阿伏加德罗定律的推论,物质的量之比等于压强之比,可知反应达到化学平衡状态时容器中混合气体的物质的量为×15 mol=12 mol,设初始时A的物质的量是x mol,A的物质的量的变化量是y mol,则
2A(g)　+ 3B(g)　　C(g)　+2D(g)
起始/mol x 15-x 0 0
转化/mol y 1.5y 0.5y y
平衡/mol x-y 15-x-1.5y 0.5y y
则x-y+15-x-1.5y+0.5y+y=12,y=3,所以v(B)==0.15 mol·L-1·min-1。
10.某学生设计如图Ⅰ装置,测定2 mol·L-1的硫酸分别与锌粒、锌粉反应的速率。请回答下列问题。
图Ⅰ
图Ⅱ
(1)装置图Ⅰ中盛放硫酸的仪器名称是　　　　　　。
(2)按照图Ⅰ装置实验时,已限定了两次实验时间均为10 min,还需要测定的另一个数据是　　　　　　　　　　　。
(3)实验结束后,得到的结论是 　。
(4)该学生又将图Ⅰ装置中的气体收集装置改为图Ⅱ,实验完毕待冷却至室温后,该生准备读数时发现滴定管中液面高于干燥管中液面,应首先采取的操作是 　。
答案:(1)分液漏斗　
(2)收集到气体的体积
(3)其他条件相同时,锌粉与硫酸的反应速率比锌粒与硫酸的反应速率大
(4)调节滴定管的高度使得两侧液面相平
解析:(1)根据装置的特点可知,装置图Ⅰ中盛放硫酸的仪器名称是分液漏斗。(2)要测定反应速率,则还需要测定的另一个数据是收集到气体的体积。(3)因为增大反应物的接触面积可以增大反应速率,所以该实验中得出的结论是其他条件相同时,锌粉与硫酸的反应速率比锌粒与硫酸的反应速率大。(4)因为气体的体积受压强的影响大,所以在读数之前还需要采取的措施是调节滴定管的高度使得两侧液面相平。
能力提升
1.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的恒容密闭容器中混合并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,现有下列几种说法,其中错误的是(　　)。
A.用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s时物质A的转化率为30%
D.2 s时物质B的浓度为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项正确,B项错误。2 s时α(A)=×100%=30%,C项正确。2 s时c(B)=-0.15 mol·L-1·s-1×2 s=0.7 mol·L-1,D项正确。
2.实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素,有关说法不正确的是(　　)。
实验 编号 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.实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响
C.实验中需记录溶液颜色变化所需时间
D.若b=25,c=4 mL 0.02 mol·L-1,则实验①④也可用于化学反应速率影响因素的探究
答案:D
解析:由分析知,①与②相比,CH3CHO的浓度不同,温度应相同,则a=25,A正确;实验①③两种反应物的浓度都相同,则探究的是温度对化学反应速率的影响,B正确;外界条件已经确定,比较反应速率的大小,应通过时间来判断,所以实验中需记录溶液颜色变化所需时间,C正确;若b=25,c=4 mL 0.02 mol·L-1,则实验①④的温度相同,CH3CHO的体积和浓度相同,KMnO4的浓度不同,但KMnO4过量,溶液颜色不发生明显变化,所以不能用于化学反应速率影响因素的探究,D不正确。
3.已知反应:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g),生成N2的初始速率与NO、H2的初始浓度的关系为v=kcx(NO)·cy(H2),k为速率常数。在800 ℃时测得的相关数据如表所示。
初始浓度
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
下列说法中不正确的是(　　)。
A.关系式中x=1、y=2
B.800 ℃时,k的值为8×104
C.若800 ℃时,初始浓度c(NO)=c(H2)=4.00×10-3 mol·L-1,则生成N2的初始速率为5.12×10-3 mol·L-1·s-1
D.当其他条件不变时,升高温度,速率常数将增大
答案:A
解析:将3组实验数据代入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项错误;将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 ℃时,k=8×104,B项正确;800 ℃时,初始浓度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项正确;其他条件不变时,生成N2的初始速率与k成正比,温度越高,反应速率越大,则k增大,D项正确。
4.用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M,为研究降解效果,设计如下对比实验探究温度、浓度、pH对降解速率和效果的影响,实验测得M的浓度与时间关系如图所示,下列说法错误的是(　　)。
实验编号 温度/℃ pH
① 25 1
② 45 1
③ 25 7
④ 25 1
A.实验②在前15 min内,M的降解速率最快
B.实验①②说明升高温度,M的降解速率增大
C.实验①③说明pH越高,越不利于M的降解
D.实验②④说明M的浓度越小,降解的速率越慢
答案:D
解析:从图中可以看出,在15 min内,实验②中Δc(M)的数值最大,则M的降解速率最快,A正确;从表中可知实验①②的单一变量是温度,且实验②的温度高于实验①,在相同时间内,曲线②的下降幅度大于曲线①,M的起始浓度相同,故说明升高温度,M的降解速率增大,B正确;从表中可知实验①③的单一变量是pH,且实验③的pH高于实验①,在相同时间内,曲线③的下降幅度小于曲线①,M的起始浓度相同,故说明pH越高,越不利于M的降解,C正确;实验②④的温度和M的起始浓度均不相同,不符合单一变量的对照要求,不能说明M的浓度越小,降解的速率越慢,D错误。
5.“碘钟”实验中,3I-+S2+2S的反应速率可以用与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量,t越小,反应速率越大。某探究性学习小组在20 ℃条件下进行实验,得到的数据如下表:
实验编号 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
回答下列问题。
(1)该实验的目的是 　。
(2)显色时间t1=　　　　　　。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在40 ℃时进行编号③对应浓度的实验,显色时间t2的范围为　　　　。
A.<22.0 s
B.22.0~44.0 s
C.>44.0 s
D.数据不足,无法判断
(4)通过分析比较上表数据,得到的结论是 　。
答案:(1)研究反应物I-与S2的浓度对反应速率的影响
(2)29.3 s
(3)A
(4)反应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比)
解析:(2)分析所给数据,可以得出显色时间与c(I-)·c(S2)数值成反比,利用①⑤两组数据,可知两组实验中c(S2)相同,而c(I-)⑤是①的3倍,因此⑤所用显色时间是①的,即≈29.3 s。
(3)在反应物起始浓度相同的条件下,温度越高,反应速率越大,则显色时间越短。
6.纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。
(1)一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中B(B元素的化合价为+3)与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)纳米铁粉与水中N反应的离子方程式为4Fe+N+10H+4Fe2++N+3H2O。研究发现,若pH偏低将会导致N的去除率下降,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中N的速率有较大差异(见图),产生该差异的可能原因是 　。
Ⅰ.含50 mg·L-1N的水样
Ⅱ.含50 mg·L-1N+50 mg·L-1 Cu2+的水样
答案:(1)2Fe2++B+4OH-2Fe+2H2↑+　
(2)纳米铁粉与H+反应生成H2　
(3)Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除N的反应
解析:(1)反应物为Fe2+、B,生成物为Fe、H2和B(OH,B中H显-1价,被氧化为H2,注意溶液呈碱性,配平。(2)pH偏低,说明c(H+)大,纳米铁粉能与H+反应。(3)由图可知含有Cu2+的溶液中去除速率大,可以从影响速率的因素角度分析,如Cu2+的催化作用,加快纳米铁的反应速率。
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