资源简介

第3讲　化学反应速率　合成氨工业
[考纲要求]　1.了解化学反应速率的概念、化学反应速率的定量表示方法。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。4.了解化学反应速率的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
考点一　化学反应速率
1．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式及单位
v＝，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。
3．规律
同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。
深度思考
1．化学反应速率指瞬时速率还是平均速率？
答案　化学反应速率一般指平均速率。
2．能否用固体或纯液体表示化学反应速率？
答案　不能，因为固体或纯液体的浓度在化学反应中视为定值。
3．在恒温恒容的容器中进行反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若氮气浓度由
0.1 mol·L－1降到0.06 mol·L－1需2 s，那么由0.06 mol·L－1降到0.024 mol·L－1需要的反应时间为 (　　)
A．等于1.8 s B．等于1.2 s
C．大于1.8 s D．小于1.8 s
答案　C
解析　前2 s内的反应速率为v(N2)＝
＝0.02 mol·L－1·s－1，若反应速率不变，t＝＝1.8 s。因为随着反应的进行，反应速率减慢，所以t>1.8 s。
4．某温度时，在2 L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。由此分析，该反应的化学方程式为_______；从反应开始至2 min时，Z的反应速率为____________。
答案　3Y＋Z2X　0.025 mol·L－1·min－1
解析　找出2 min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量为Δc(X)＝＝0.1 mol·L－1，
Δc(Y)＝＝0.15 mol·L－1，
Δc(Z)＝＝0.05 mol·L－1。根据反应速率之比等于化学计量数之比，可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。根据图像可以确定X是生成物，Y、Z是反应物，即可以确定化学反应方程式为3Y＋Z??2X。再根据反应速率的概念，可求出从反应开始至2 min时，Z的反应速率为v(Z)＝Δc(Z)/Δt＝＝0.025 mol·L－1·min－1。
题组一　化学反应速率的大小比较
1．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2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(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　转化为相同的物质表示的反应速率进行比较，B项v(CO)＝1.4 mol·L－1·min－1，C项v(CO)＝1.6 mol·L－1·min－1，D项v(CO)＝1.1 mol·L－1·min－1，C项速率最快。
2．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是 (　　)
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　本题可以采用归一法进行求解，可以通过方程式的计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较，B项中的B物质是固体，不能表示反应速率；C项中对应的v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1；D项中对应的v(A)＝3 mol·L－1·min－1。
反思归纳
化学反应速率大小的比较方法
由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。
(2)换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA＋bB===cC＋dD，比较与，若＞，则A表示的反应速率比B大。
题组二　“三段式”模板突破化学反应速率的计算
3．(1)将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合，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：
①用物质A表示的反应速率为0.3 mol·L－1·s－1
②用物质B表示的反应速率为0.6 mol·L－1·s－1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1
其中正确的是 (　　)
A．①③ B．①④
C．②③ D．③④
(2)若①②中用A、B表示的反应速率分别为0.3 mol·L－1·s－1、0.6 mol·L－1·s－1，哪种物质表示的反应速率更快？
(3)若物质A的转化率经过计算为30%，那么，物质B的转化率为多少？你能迅速得出答案吗？
答案　(1)B　(2)B物质表示的反应速率更快
(3)30%，能迅速得出答案，因为通入和消耗的A、B的物质的量之比均为2∶1，则A、B转化率相等。
解析　(1)本题是考查用不同反应物或生成物表示反应速率的方法和反应中转化率、物质浓度的计算等知识点，所以考查内容的知识量较大。
v(C)＝＝0.3 mol·L－1·s－1
①v(A)＝v(C)＝0.3 mol·L－1·s－1
②v(B)＝v(C)＝0.3 mol·L－1·s－1×
＝0.15 mol·L－1·s－1
③参加反应的A的物质的量为
0．3 mol·L－1·s－1×2 s×2 L＝1.2 mol
A的转化率为×100%＝30%
④2s时B的浓度为1 mol·L－1－0.15 mol·L－1·s－1×2 s＝0.7 mol·L－1
(2)把v(B)转化为v(A)可得，v(A)＝2v(B)＝2×0.6 mol·L－1·s－1＝1.2 mol·L－1·s－1，所以，用物质B表示的该反应的速率更快。
(3)通入A、B两气体的物质的量之比等于化学计量数之比2∶1，消耗物质的量之比也为2∶1，则A、B的转化率相等，都为30%。
4．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 mol NH3和3 mol 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速率不正确的是(　　)
A．v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1
B．v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1
C．v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1
答案　C
解析　设4 min时，生成6x mol H2O(g)
　　　 4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　n(总)
起始量 mol 4 3 0 0 7
变化量 mol 4x 3x 2 x 6x
4 min量 mol 4－4x 3－3x 2x 6x 7＋x
据题意，则有：＝0.4　解得：x＝0.5
则4 min内H2O的变化浓度为
Δc(H2O)＝＝1.5 mol·L－1
v(H2O)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，
再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为
v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1，
v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1，
v(O2)＝0.187 5 mol·L－1·min－1。
思维模型
解化学反应速率和化学平衡计算题的模板——“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)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应　　　　　　mA　＋　nB　??　pC
起始浓度(mol·L－1) a b c
转化浓度(mol·L－1) x
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋
考点二　影响化学反应速率的因素
1．内因(主要因素)
反应物本身的性质。
2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)
3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞。
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：如图
图中：E1为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。
③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
深度思考
1．(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁______铝；
(2)对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？
①升高温度：________；
②增大盐酸浓度：__________；
③增大铁的质量：__________；
④增加盐酸体积：____________。
答案　(1)小于　(2)①反应速率增大　②反应速率增大　③无影响　④无影响
2．有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。这种说法是否正确，对此你如何理解？
答案　这句话是正确的。但压强仅对有气体参加的反应起作用。增大压强，所有参与反应的气体的浓度均增大，如2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)增大压强，SO2、O2、SO3的浓度均增大，正、逆反应速率均增大。而增大浓度可只增大反应物或生成物的浓度，若只增大反应物的浓度，v正瞬间增大，v逆不变。压强对无气体参与的反应无影响，但浓度仍可改变无气体参与的反应的化学反应速率。
3．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)碳酸钙与盐酸反应过程中，再增加CaCO3固体，反应速率不变，但把CaCO3固体粉碎，可以加快反应速率 (　　)
(2)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大 (　　)
(3)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大 (　　)
答案　(1)√　(2)√　(3)×
题组一　浓度与压强对化学反应速率的影响
1．对反应A＋B??AB来说，常温下按以下情况进行反应：
①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol　②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol　
③0.1 mol·L－1的A、B溶液各10 mL　④0.5 mol·L－1的A、B溶液各50 mL
四者反应速率的大小关系是 (　　)
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　①中c(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；
在其他条件一定的情况下，浓度越大，反应速率越大，所以反应速率由大到小的顺序为②>①>④>③。
2．一定温度下，反应N2＋O22NO在密闭容器中进行，下列措施不改变化学反应速率的是 (　　)
A．缩小体积使压强增大 B．恒容，充入N2
C．恒容，充入He D．恒压，充入He
答案　C
解析　A选项，气体的物质的量不变，仅缩小体积，气体的浓度必然增大，反应速率必然增大；B选项，容积不变，充入N2，使反应物N2的浓度增大，浓度越大，反应速率越大；C选项，容积不变，充入He，虽然反应容器内压强增大，但反应物N2、O2、NO的浓度并没有变化，因此不影响反应速率；D选项，压强不变，充入He，反应容器的体积必然增大，压强虽然没变，但N2、O2、NO的浓度减小，反应速率减小。
反思归纳
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)恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
题组二　外界条件对反应速率的综合影响
3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是 (　　)
实验 反应温度/℃ 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　本题考查化学反应速率，意在考查学生分析外界条件对化学反应速率的影响。结合选项知混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度最高、反应物Na2S2O3的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。
4．把镁条直接投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生H2的速率如右图所示，在下列因素中，影响反应速率的因素是 (　　)
①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl－的浓度
A．①④ B．③④
C．①②③ D．②③
答案　C
解析　Mg＋2H＋===H2↑＋Mg2＋，实质是镁与H＋间的反应，与Cl－无关。在镁条的表面有一层氧化膜，当将镁条投入盐酸中时，随着氧化膜的不断溶解，镁与盐酸接触的面积不断增大，产生H2的速率会加快；溶液的温度对该反应也有影响，反应放出热量，使温度升高，则反应速率会逐渐加快。
5．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是(　　)
组别 对应曲线 c(HCl)/mol·L－1 反应温度/℃ 铁的状态
1 a 30 粉末状
2 b 30 粉末状
3 c 2.5 块状
4 d 2.5 30 块状
A．第4组实验的反应速率最慢
B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L－1
D．第3组实验的反应温度低于30 ℃
答案　D
解析　由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。
题组三　化学反应速率影响因素的综合探究实验
6．在学习了化学反应速率知识后，某研究性学习小组进行了科学探究活动。
[探究活动一]　探究金属与不同酸反应的反应速率：常温下，从经过砂纸打磨的铝片中取两片质量相等、表面积相同的铝片，分别加入到盛有体积相同、c(H＋)相同的足量的稀硫酸和稀盐酸溶液的两支试管中，发现铝片在稀盐酸中消失的时间比在稀硫酸中短。
[探究活动二]　探究影响稀硫酸与某金属反应速率的因素。下表是某研究性学习小组探究稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验序号 金属质量/g 金属状态 c(H2SO4)/ mol·L－1 V(H2SO4)/ mL 溶液温度/℃ 金属消失的时间/s
反应前 反应后
1 0.10 丝 0.5 50 20 34 500
2 0.10 粉末 0.5 50 20 35 50
3 0.10 丝 0.7 50 20 46 250
4 0.10 丝 0.8 50 20 35 200
5 0.10 粉末 0.8 50 20 36 25
6 0.10 丝 1.0 50 20 35 125
7 0.10 丝 1.0 50 35 50 50
8 0.10 丝 1.1 50 20 34 100
9 0.10 丝 1.1 50 35 51 40
请回答：
(1)对[探究活动一]实验现象发生的原因，请你帮该研究性学习小组提出两个假设：
假设Ⅰ________________________________________________________________。
假设Ⅱ________________________________________________________________。
并请你设计实验对以上假设进行验证：
验证假设Ⅰ____________________________________________________________。
验证假设Ⅱ____________________________________________________________。
(2)分析[探究活动二]的实验数据可发现有一个数据明显有错误，该数据是实验________(填实验序号)的________，理由是_____________________________________。
(3)分析[探究活动二]的实验数据可得出的结论是_____________________________。
答案　(1)假设Ⅰ：Cl－对铝和酸的反应有促进作用
假设Ⅱ：SO对铝和酸的反应有抑制作用
验证假设Ⅰ：在铝和稀硫酸反应的试管中加入固体氯化钠，看是否加快放出氢气的速率
验证假设Ⅱ：在铝和稀盐酸反应的试管中加入固体硫酸钠，看是否减慢放出氢气的速率
(2)3　反应后溶液的温度　本实验所用稀硫酸均过量，金属完全反应，等质量金属反应放出的热量应相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近
(3)对于同一化学反应，在其他条件不变时：①反应物浓度越大，化学反应速率越快；②反应物固体表面积越大，化学反应速率越快；③反应温度越高，化学反应速率越快
7．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
实验编号 反应物 催化剂
① 10 mL 2% H2O2溶液 无
② 10 mL 5% H2O2溶液 无
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)催化剂能加快化学反应速率的原因是____________________________________。
(2)常温下5% H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为____________________。
(3)实验①和②的目的是_________________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_________________________。
(4)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。
分析上图能够得出的实验结论是__________________________________________。
答案　(1)降低了活化能
(2)H2O2??H＋＋HO
(3)探究浓度对反应速率的影响　向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(4)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率
解析　(1)加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而加快化学反应速率。
(2)常温下，H2O2的pH约为6，则H2O2为弱酸，其电离方程式为H2O2??H＋＋HO。
(3)实验①、②中均没有使用催化剂，只是增大了H2O2的浓度，故实验①、②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。
因实验过程中现象不明显，可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。
(4)实验③、④、⑤中H2O2的浓度相同，并加入相同量的同种催化剂，而改变的条件是④中酸性增强，⑤中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下结论：溶液的碱性增强，能加快H2O2的分解，而溶液的酸性增强，能减慢H2O2的分解。
反思归纳
1．化学反应速率影响因素常见的考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对反应的影响。
(2)给出影响化学反应的几种因素，让学生设计实验分析各因素对反应的影响。
2．解题策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一——变量控制
在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。
考点三　合成氨工业适宜条件的选择
1．反应特点
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0　ΔS<0
2．合成氨条件的理论分析
反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中NH3的含量的影响 合成氨条件的选择
增大压强 有利于增大化学反应速率 有利于提高平衡混合物中NH3的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用2×107 Pa～5×107 Pa的压强
升高温度 有利于增大化学反应速率 不利于提高平衡混合物中NH3的含量 温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用700 K左右的温度(因为该温度时，催化剂的活性最大)
使用催化剂 有利于增大化学反应速率 没有影响 催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁做催化剂，使反应在尽可能较低的温度下进行
3.合成氨工业的简要流程可用方框图表示为
(1)原料气的制取
N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为
C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2
(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。
(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。
(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，为提高原料的利用率，将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。
题组一　合成氨工业适宜条件的选择
1．合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是(　　)
①减压　②加压　③升温　④降温　⑤及时从平衡混合气中分离出NH3　⑥补充N2或H2　⑦加催化剂　⑧减小N2或H2的量
A．③④⑤⑦ B．②⑤⑥ C．②⑥ D．②③⑥⑦
答案　C
解析　合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0的特点为正反应放热且气体体积减小，要使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，应选C。
2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是 (　　)
A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
答案　B
题组二　合成氨过程分析
3．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
(1)生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)　ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知在400 ℃时，N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)的K＝0.5 mol－2·L2。
①在400 ℃时，2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)的K′＝____________(填数值)。
②400 ℃时，在0.5 L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol，则此时反应v(N2)正______(填“>”、“<”、“＝”或“不确定”)v(N2)逆。
③若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡________(填“向左”、“向右”或“不”)移动；使用催化剂________(填“增大”、“减小”或“不改变”)反应的ΔH。
答案　(1)不能
(2)①2 mol2·L－2　②＝　③向左　不改变
解析　(1)根据ΔH－T·ΔS<0为自发反应知，现ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·
K－1＝0.133 7 kJ·mol－1·K－1，解得在T>≈982 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
(2)①平衡常数的值与化学方程式的书写有关，根据平衡常数的定义可得K′＝＝
2 mol2·L－2。
②引入浓度商Q，Q＝
＝＝ mol－2·L2＝K，说明此时已达化学平衡状态，即v(N2)正＝v(N2)逆。
③恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，使总体积增大，原反应气体分压减小，平衡左移。使用催化剂只是改变了反应的途径，没有改变反应物与生成物的状态，ΔH不变。
考点四　数形结合思想——用化学反应速率图像突破化学平衡概念
速率—时间图像定性揭示了v正、v逆随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了外界条件改变对可逆反应速率的影响，以及由此引发的平衡移动。
平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线
任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大，且v正′>v逆′ 正向移动
减小反应物的浓度 v正、v逆均减小，且v逆′>v正′ 逆向移动
任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大，且v逆′>v正′ 逆向移动
减小生成物的浓度 v正、v逆均减小，且v正′>v逆′ 正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大，且v逆′>v正′ 逆向移动
减小压强或降低温度 v正、v逆均减小，且v正′>v逆′ 正向移动
任意平或反应前后气体化学计量数和相等的平衡 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动
负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小
题组训练　外界条件对反应速率影响的图像分析
1．某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应：A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法中正确的是 (　　)
A．8 min时表示正反应速率等于逆反应速率
B．前20 min A的反应速率为0.05 mol·L－1·min－1
C．反应方程式中的x＝1,30 min时表示增大压强
D．40 min时改变的条件是升高温度，且正反应为吸热反应
答案　B
解析　8 min时B、C的浓度相等，此时反应向正反应方向进行，即正反应速率大于逆反应速率，A项错；前20 min A的反应速率为v(A)＝＝＝
0.05 mol·L－1·min－1，B项正确；在反应中，B、C的物质的量浓度变化之比为1∶2，根据化学方程式可知x＝1，故该反应为气体体积不变的反应，即反应过程中气体的压强不变，增大压强，B、C的物质的量浓度都将增大，C项错；升高温度，平衡向吸热反应方向移动，即逆反应为吸热反应，D项错。
2．向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0～t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的条件均不同。已知，t3～t4阶段为使用催化剂。下列说法正确的是 (　　)
A．若t1＝15 s，生成物C在t0～t1时间段的反应速率为0.004 mol·L－1·s－1
B．t4～t5阶段改变的条件为降低反应温度
C．B的起始物质的量为0.02 mol
D．t5～t6阶段可能是增大压强
答案　A
解析　v(C)＝＝＝0.004 mol·L－1·s－1，A正确；在t4～t5阶段，平衡没有移动，反应速率减小，则是减小了压强；由图分析可知反应方程式是3A(g)??B(g)＋2C(g)，再由化学计量数之比等于Δc之比，求出Δc(B)＝0.03 mol·L－1，则起始浓度为0.02 mol·L－1，求出容器体积为2 L，B和C错误；t5～t6阶段改变的条件应是升高温度。
3．某温度时，在一个容积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白：
(1)该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)反应开始至2 min，气体Z的反应速率为________________________________。
(3)若X、Y、Z均为气体，反应达到平衡时：
①压强是开始时的________倍；
②若此时将容器的体积缩小为原来的倍，达到平衡时，容器内温度将升高(容器不与外界进行热交换)，则该反应的正反应为________反应(填“放热”或“吸热”)。
(4)若上述反应在2 min后的t1～t6内反应速率与反应时间图像如下，在每一时刻均改变一个影响反应速率的因素，则 (　　)
A．在t1时增大了压强 B．在t3时加入了催化剂
C．在t4时降低了温度 D．t2～t3时A的转化率最高
答案　(1)3X＋Y??2Z　(2)0.05 mol·L－1·min－1
(3)①0.9　②放热　(4)B
解析　(1)由图像知v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝0.3 mol∶0.1 mol∶0.2 mol＝3∶1∶2，又由于该反应不能进行彻底，所以化学方程式为3X＋Y??2Z。
(2)v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
(3)①X、Y、Z均为气体时，反应前n(总)＝2.0 mol，平衡时n(总)＝0.7 mol＋0.9 mol＋
0.2 mol＝1.8 mol，所以p(平)∶p(始)＝1.8 mol∶2.0 mol＝0.9。
②将容器体积缩小，相当于增压，达平衡时，温度升高，根据勒夏特列原理，该反应的正反应为放热反应。
(4)在t1时如果增大压强，则正、逆反应速率都增大，A错误；在t3时应该是加入了催化剂，正、逆反应速率都增大，并且增大的倍数时同，平衡不移动，B正确；在t4时如果是降低了温度，则平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，C错误；由图可以看出，从t1～t2，平衡向逆反应方向移动，A的转化率降低，从t2～t4，平衡不移动，A的转化率不变，从t4～t5，平衡继续向逆反应方向移动，A的转化率又降低，因此，t0～t1时A的转化率最高，D错误。
技巧点拨
根据速率—时间图像判断反应条件的方法
(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势，两者是同等程度的变化，还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂考虑；若是不同程度的变化，从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
(2)对于反应速率变化不相等的反应，要注意观察改变某个条件瞬间，正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律，加以筛选、验证、排除。
1．(2009·广东理基，29)已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。下列说法不正确的是 (　　)
A．升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定
D．单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时，反应达到平衡
答案　A
解析　升温，无论是正反应，还是逆反应，速率均加快，A项错；催化剂可以加快化学反应速率，B项正确；达平衡后，各组分的速率保持不变，C项正确；由于CO和CO2的计量系数相等，故当两者同时消耗的量相等时，反应即达平衡，D项正确。
2．(2010·福建理综，12)化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如下图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是 (　　)
A．2.5 μmol·L－1·min－1和2.0 μmol·L－1
B．2.5 μmol·L－1·min－1和2.5 μmol·L－1
C．3.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1
D．5.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1
答案　B
解析　据图像可知，4 min时化合物Bilirubin的浓度为20 μmol·L－1，8 min时其浓度为10 μmol·L－1，因此4～8 min间的平均反应速率为＝
2.5 μmol·L－1·min－1。进一步分析图像可知0～4 min间的平均分解速率为＝5.0 μmol·L－1·min－1，由以上分析数据大致可确定平均分解速率基本呈等比递减变化，因此可估算8～12 min间平均分解速率为1.25 μmol·L－1·min－1，12～16 min间平均分解速率为0.625 μmol·L－1·min－1，因此16 min时反应物的浓度大致应为10 μmol·L－1－1.25 μmol·L－1·min－1×4 min－0.625 μmol·L－1·min－1×4 min＝
2.5 μmol·L－1，故B项正确。
3．(2009·山东理综，14)2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是 (　　)
A．催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大
C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D．在t1、t2时刻，SO3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1～t2内，SO3(g)生成的平均反应速率为v＝
答案　D
解析　本题考查化学反应速率与化学平衡知识，意在考查学生运用化学反应速率和化学平衡解决实际问题的能力。催化剂能同等程度地改变正逆反应速率，A项错误；压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度来实现的，增大反应体系的压强，浓度不一定增大，如恒容下充入惰性气体，速率并没有增大，B项错误；降低温度反应速率减小，将延长反应达到平衡的时间，C项错误；化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示，D项正确。
4．(2012·福建理综，12)一定条件下，溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如下图所示。下列判断正确的是 (　　)
A．在0～50 min之间，pH＝2和pH＝7时R的降解百分率相等
B．溶液酸性越强，R的降解速率越小
C．R的起始浓度越小，降解速率越大
D．在20～25 min之间， pH＝10时R的平均降解速率为0.04 mol·L－1·min－1
答案　A
解析　在0～50 min之间，pH＝2和pH＝7时反应物R都能完全反应，降解率都是100%，故A正确；pH为2、7、10时，通过曲线的倾斜程度可看出溶液的酸性越强，R的降解速率越大，故B错误；图中无法比较同一pH条件下，R的起始浓度与降解速率的关系，故C错误；20～25 min之间，pH＝10时R的平均降解速率为0.2×10－4 mol·L－1/5 min＝4×10－6 mol·L－1·min－1，故D错误。
5．[2011·福建理综，23(4)]在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应：
2IO＋5SO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O
生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。
某同学设计实验如下表所示：
实验序号 0.01 mol·L－1KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL 0.01mol·L－1 Na2SO3溶液的体积/mL H2O的体积/mL 实验温度/℃ 溶液出现蓝色时所需时间/s
实验1 5 V1 35 25 25
实验2 5 5 40 25 25
实验3 5 5 V2 0 0
该实验的目的是________；表中V2＝________mL。
答案　探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠溶液浓度的关系(或其他合理答案)　40
解析　通过分析表中的数据可知，该实验研究的是温度、浓度对反应速率的影响；由于实验1和实验2的温度相同，故实验2与实验3的溶液的浓度一定相同，即水的体积一定相同，因此V2＝40。
6．(1)[2012·山东理综，29(3)改编]一定温度下，将1 mol N2O4充入体积为1 L的密闭容器中，反应3 s后，NO2的物质的量为0.6 mol，则0～3 s内的平均反应速率v(N2O4)＝________mol·L－1·s－1。
答案　0.1
解析　N2O42NO2
0.3 mol 0.6 mol
v(N2O4)＝＝0.1 mol·L－1·s－1。
(2)[2010·山东理综，28(2)改编]在一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应2HIH2＋I2，2 min时生成H2 0.1 mol，则0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝__________。
答案　0.1 mol·L－1·min－1
解析　v(HI)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。
7．[2012·新课标全国卷，27(4)]COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)　ΔH＝
＋108 kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min 的COCl2浓度变化曲线未示出)：
①计算反应在第8 min时的平衡常数K＝____________；
②比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“<”、“>”或“＝”)；
③若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________mol·L－1；
④比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小______________________________；
⑤比较反应物COCl2在5～6 min和15～16 min时平均反应速率的大小：v(5～6)________v(15～16)(填“<”、“>”或“＝”)，原因是_________________。
答案　①0.234 mol·L－1　②<　③0.031
④v(5～6)>v(2～3)＝v(12～13)　⑤>　在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大
解析　①根据图像得出以下数据：
　　　　　　 COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋108 kJ·mol－1
开始 mol·L－1 0.055 0.095 0.07
8 min mol·L－1 0.04 0.11 0.085
K＝＝ mol·L－1≈0.234 mol·L－1
②2 min和8 min时反应都处于平衡状态，在4 min时生成物浓度都增大，反应物浓度减小，则改变的条件是升高温度，故T(2)③设12 min时COCl2的平衡浓度为x。
由于12 min时反应在温度T(8)下达到平衡，则由平衡常数定义得
K＝＝ mol·L－1
＝0.234 mol·L－1
解得x≈0.031 mol·L－1
④分析图像表示的意义，根据图像可得出平均反应速率为v(5～6)>v(2～3)＝v(12～13)。
⑤分析图像可知反应在5～6 min和15～16 min时，反应温度相同，因为在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大，故v(5～6)>v(15～16)。
1．下列有关化学反应速率的说法不正确的是 (　　)
A．化学反应达到最大限度时，正逆反应速率也达到最大且相等
B．催化剂能降低化学反应的活化能，加快反应速率，提高生产效率
C．用锌和稀硫酸反应制取H2时，滴加几滴硫酸铜溶液能加快反应速率
D．用铁片和稀硫酸反应制H2比用98%的浓硫酸产生H2的速率快
答案　A
解析　反应达到最大限度时，正逆反应速率相等但不是最大，A错误；催化剂虽然不影响平衡的移动，但缩短了达到平衡的时间，提高了生产效率，B正确；C项中能构成铜锌原电池，锌作负极，加快反应速率；D项中浓硫酸使铁钝化，不产生H2。
2．下列说法正确的是 (　　)
①参加反应的物质的性质是影响化学反应速率的主要因素
②光是影响某些化学反应速率的外界条件之一　③决定化学反应速率的主要因素是浓度　④不管什么反应，增大浓度、加热、加压、使用催化剂都可以加快反应速率
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
答案　A
解析　影响化学反应速率的主要因素是参加反应的物质的性质，①正确，③错误；影响化学反应速率的外因包括浓度、温度、催化剂、压强和其他一些条件(如光等)，②正确；加压对没有气体参加的反应影响不大，④错误。
3．在一密闭容器中充入一定量的N2和O2，在电火花作用下发生反应N2＋O2===2NO，经测定前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，则6 s末NO的浓度为 (　　)
A．1.2 mol·L－1 B．大于1.2 mol·L－1
C．小于1.2 mol·L－1 D．不能确定
答案　C
解析　本题考查化学反应速率的计算，意在考查学生对化学反应速率计算公式的灵活运用能力。前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，即用NO表示的反应速率为
0 .2 mol·L－1·s－1，如果3～6 s的反应速率仍为0.2 mol·L－1·s－1，则NO浓度为1.2 mol·L－1，由于随着反应进行，反应物浓度减小，速率减慢，故应小于1.2 mol·L－1。
4．反应2SO2＋O22SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为 (　　)
A．0.1 s B．2.5 s C．5 s D．10 s
答案　C
解析　因为SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，所以O2的浓度必定减少了0.2 mol·L－1，因为在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，所以反应经过的时间为5 s。
5．下列生产或实验事实引出的相应结论不正确的是 (　　)
选项 事实 结论
A 其他条件相同，Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应，升高溶液的温度，析出硫沉淀所需时间缩短 当其他条件不变时，升高反应温度，化学反应速率加快
B 工业制硫酸中，在SO3的吸收阶段，吸收塔里要装填瓷环 增大气液接触面积，使SO3的吸收速率增大
C 在容积可变的密闭容器中发生反应：2NH3(g)??N2H4(l)＋H2(g)，把容积的体积缩小一半 正反应速率加快，逆反应速率减慢
D A、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液，在B试管中加入2～3滴FeCl3溶液，B试管中产生气泡快 当其他条件不变时，催化剂可以改变化学反应速率
答案　C
解析　C项中压缩容器体积，反应物、生成物浓度均增加，正逆反应速率均加快。
6．一定温度下，在2 L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入0.1 mol H2O(g)，发生反应：2H2O(g) 2H2(g)＋O2g) ΔH＝484 kJ·mol－1，不同时间产生O2的物质的量见下表：
时间/min 20 40 60 80
n(O2)/mol 0.001 0 0.001 6 0.002 0 0.002 0
下列说法不正确的是 (　　)
A．前20 min内的反应速率v(H2O)＝5.0×10－5 mol·L－1·min－1
B．达到平衡时，至少需要从外界吸收能量0.968 kJ
C．增大c(H2O)，可以提高水的分解率
D．催化效果与Cu2O颗粒的大小有关
答案　C
解析　由题意知，v(H2O)＝2v(O2)＝2×＝5.0×10－5 mol·L－1·min－1，A正确；热化学方程式表示的含义是2 mol H2O(g)完全分解生成2 mol H2(g)和1 mol O2(g)，吸收484 kJ的能量，所以生成O2 0.002 0 mol时，吸收的能量为0.002 0 mol×484 kJ·mol－1＝0.968 kJ，正确；C项，由于反应物只有1种，增大c(H2O)，相当于压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，所以水的分解率降低，错误；D项，若Cu2O颗粒小，则接触面积大，反应速率快，催化效果好，正确。
7．一定温度下在密闭容器内进行着某一反应，X气体、Y气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列叙述中正确的是 (　　)
A．反应的化学方程式为5Y??X
B．t1时，Y的浓度是X浓度的1.5倍
C．t2时，正、逆反应速率相等
D．t3时，逆反应速率大于正反应速率
答案　B
解析　从图像可以看出，t2时刻X、Y两物质的物质的量相等，而不是反应速率相等，故C不正确；t3时，反应达到平衡状态，所以正反应速率等于逆反应速率，故D不正确；反应开始X指示的物质的量不清晰，故无法判断化学方程式的化学计量数。
8．进行如下实验，在A锥形瓶中放入10 g绿豆大小的碳酸钙，在B锥形瓶中放入5 g粉末状的碳酸钙，分别加入50 mL 1 mol·L－1盐酸，下图中能正确表示实验结果的是(注：x－时间，y－锥形瓶中碳酸钙减少的质量) (　　)
答案　C
解析　有固体参与的反应速率与固体表面积有关。B锥形瓶中放入粉末状的碳酸钙，所以B中反应产生的CO2速率比较大；50 mL 1 mol·L－1盐酸最多只能消耗碳酸钙2.5 g，最终产生的CO2应该相等。故C选项的图像符合。
9．可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋gD(g)的v－t图像如图甲所示，若其他条件都不变，只是在反应前加入合适的催化剂，则其v－t图像如图乙所示。
①a1＝a2　②a1＜a2　③b1＝b2　④b1＜b2　⑤t1＞t2 ⑥t1＝t2　⑦两图中阴影部分面积相等　⑧图Ⅱ中阴影部分面积更大
以上所列正确的为 (　　)
A．②④⑤⑦ B．②④⑥⑧ C．②③⑤⑦ D．②③⑥⑧
答案　A
解析　使用催化剂仅仅是加快反应速率，缩短达到平衡的时间，②④⑤⑦正确。
10. 在密闭容器中进行反应CH4(g)＋H2O(g)?CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，测得c(CH4)随反应时间(t)的变化如图所示。下列判断不正确的是 (　　)
A．10 min时，改变的外界条件可能是升高温度
B．0～10 min内，v(H2)＝0.15 mol·L－1·min－1
C．恒温下，缩小容器体积，一段时间内v逆>v正
D．12 min时，反应达平衡的本质原因是气体总质量不再变化
答案　D
解析　通过计算发现10～12 min内的反应速率比0～5 min内的反应速率快，A正确；B项，虽然5 min时已经达到平衡，但求的是10 min内的平均反应速率，v(H2)＝3v(CH4)＝3×＝0.15 mol·L－1·min－1，正确；恒温下缩小容器体积时，压强增大，平衡逆向移动，C项正确；D项中反应达平衡的本质是正、逆反应速率相等。
11．在2 L的密闭容器中，放入0.4 mol A和0.6 mol B，在一定温度下，压强为p，放入催化剂(体积忽略)，发生反应2A(g)＋3B(g)??xC(g)＋2D(g)，在a min后，容器中c(A)＝
0.1 mol·L－1，则v(B)＝____________；若温度不变，压强变为0.9p，则v(C)＝__________，x＝___________。
答案　0.15/a mol·L－1·min－1　0.1/a mol·L－1·min－1　2
解析　　　　　　2A(g)＋3B(g)xC(g)＋2D(g)
起始/mol 0.4 0.6 0 0
转化/mol 0.2 0.3 0.1x 0.2
a min后/mol 0.2 0.3 0.1x 0.2
v(B)＝0.3 mol/(2 L·a min)
＝0.15/a mol·L－1·min－1。
体积、温度不变时，压强之比等于气体的物质的量之比：(0.6＋0.4)∶(0.2＋0.3＋0.1x＋0.2)＝1∶0.9，则x＝2，v(C)＝0.2 mol/(2 L·a min)＝0.1/a mol·L－1·min－1。
12．加入0.1 mol的MnO2粉末于50 mL过氧化氢的溶液中(密度为1.1 g·mL－1)
，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如右图所示，回答下列问题：
(1)A、B、C、D四点化学反应速率快慢的顺序为___________________________。
(2)解释反应速率变化的原因____________________________________________。
(3)计算过氧化氢的初始物质的量浓度_____________________________________。
(4)求反应进行到2分钟时过氧化氢的质量分数。
答案　(1)D>C>B>A
(2)随着反应的进行，过氧化氢溶液的浓度越来越小，反应速率越来越小
(3)0.107 mol·L－1　(4)0.083%
解析　(1)曲线斜率越大，反应速率越大。
(2)随着反应的进行，反应物H2O2的浓度逐渐减小，因此反应速率逐渐减小。
(3)根据图像可以看出H2O2完全反应放出O2 60 mL，H2O2的分解反应为2H2O22H2O＋O2↑，则
n(H2O2)＝×2≈0.005 36 mol，
c(H2O2)＝≈0.107 mol·L－1。
(4)反应进行到2分钟时，放出O2 45 mL，则反应生成O2的物质的量为≈0.002 01 mol，
质量为0.002 01 mol×32 g·mol－1≈0.064 3 g
反应消耗的H2O2物质的量为
0．002 01 mol×2＝0.004 02 mol，
剩余的H2O2物质的量为
0．005 36 mol－0.004 02 mol＝0.001 34 mol，
则2分钟时H2O2的质量分数为
×100%≈0.083%。
13．在一密闭容器中发生反应N2＋3H2??2NH3，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示：
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________(填选项)。
A．t0～t1　　 　B．t1～t2　　　 C．t2～t3
D．t3～t4　　　 E．t4～t5　　　 F．t5～t6
(2)t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件是(填选项)。
A．增大压强 B．减小压强 C．升高温度
D．降低温度 E．加催化剂 F．充入氮气
t1时刻________；t3时刻________；t4时刻________。
(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是__________(填选项)。
A．t0～t1 B．t2～t3
C．t3～t4 D．t5～t6
(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。
(5)一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20%，则反应后与反应前的混合气体体积之比为__________。
答案　(1)ACDF　(2)C　E　B　(3)A
(4)
(5)5∶6
解析　(1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。
(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温。t3时，v正、v逆同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时，v正、v逆同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。
(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。
(5)设反应前加入a mol N2，b mol H2，达平衡时生成2x mol NH3，则反应后气体总的物质的量＝(a＋b－2x)mol，＝0.2，解得：a＋b＝12x，故反应后与反应前的混合气体体积之比＝＝＝。
14．利用催化剂可使NO和CO发生反应：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH<0。已知增大催化剂的比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号 T(℃) NO初始浓度(mol·L－1) CO初始浓度(mol·L－1) 催化剂的比表面积(m2·g－1)
Ⅰ 280 1.2×10－3 5.8×10－3 82
Ⅱ 1.2×10－3 124
Ⅲ 350 82
(1)请填全表中的各空格。
(2)实验Ⅰ中，NO的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化如图所示。请在给出的坐标图中画出实验Ⅱ、Ⅲ中NO的物质的量浓度(c)随时间(t)变化的曲线，并标明各曲线的实验编号。
答案　(1)
实验编号 T(℃) NO初始浓度(mol·L－1) CO初始浓度(mol·L－1) 催化剂的比表面积(m2·g－1)
Ⅰ
Ⅱ 280 5.8×10－3
Ⅲ 1.2×10－3 5.8×10－3
(2)
解析　(1)在其他量相同的情况下，才能判断变量对速率的影响，要验证温度对速率的影响，催化剂的比表面积、反应物的初始浓度等要相同；同理，验证催化剂的比表面积对速率的影响，温度、反应物的初始浓度要相同。
(2)Ⅰ、Ⅱ的区别是催化剂的比表面积不同，因此Ⅱ的反应速率较快，但催化剂不影响平衡的移动。Ⅰ、Ⅲ的区别是温度变化，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短，NO转化率降低，故最终Ⅲ中c(NO)较Ⅰ、Ⅱ中c(NO)大。
15．某实验小组为确定过氧化氢分解的最佳催化条件，用如图实验装置进行实验，反应物用量和反应停止的时间数据如下表：
MnO2时间H2O2 0.1 g 0.3 g 0.8 g
10 mL 1.5% 223 s 67 s 56 s
10 mL 3.0% 308 s 109 s 98 s
10 mL 4.5% 395 s 149 s 116 s
分析表中数据回答下列问题：
(1)相同浓度的过氧化氢的分解速率随着二氧化锰用量的增加而________。
(2)从实验效果和“绿色化学”的角度考虑，双氧水的浓度相同时，加入________g的二氧化锰为较佳选择。
(3)该小组的某同学分析上述数据后认为：“当用相同质量的二氧化锰时，双氧水的浓度越小，所需要的时间就越少，亦即其反应速率越快”的结论，你认为是否正确________，理由是__________________________________________________________________。
(提示：H2O2的密度可认为近似相等)。
答案　(1)加快　(2)0.3
(3)不正确　H2O2的浓度扩大二倍(从1.5%―→3.0%)，但反应所需时间比其二倍小的多
解析　(1)由表格中的数据可知：相同浓度的H2O2，加入的MnO2越多，反应所用的时间越短，即分解速率越快。
(2)用0.1 g催化剂的反应速率明显小于用0.3 g和0.8 g催化剂的反应速率；用0.8 g催化剂和用0.3 g催化剂的反应速率及反应时间相差不多，但用0.3 g催化剂节约药品。
(3)从表中数据可知，相同体积3.0%的双氧水中的溶质含量是1.5%的双氧水中溶质含量的二倍，但反应的时间却比其反应时间的二倍小得多，由反应速率计算公式(v＝Δc/Δt)可得出，此实验条件下双氧水的浓度越大分解速率越快。

展开更多......

收起↑