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第二章　化学反应速率与化学平衡
第一节　化学反应速率
第2课时　影响化学反应速率的因素
基础过关练
题组一　　外界条件对化学反应速率的影响
1.(2024广东广州六校期中联考)调控化学反应速率对日常生活和工农业生产都具有重要的意义。下列措施中,主要是通过浓度调控化学反应速率的是 (　　)
A.茶叶使用真空包装
B.用铁矿石炼铁过程中将矿石粉碎
C.低温保存疫苗
D.氨在催化剂作用下被氧化成NO
2.(2024河南开封期中)下列措施对增大化学反应速率有明显效果的是 (　　)
A.Na与水反应时,增加水的用量
B.Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应时,增大压强
C.常温下用Al与稀硫酸反应制取H2时,将稀硫酸改为浓硫酸
D.大理石与盐酸反应制取CO2时,将块状大理石改为粉末状大理石
3.(2024河北邢台期中)地下水中加入H2O2可将地下的三氯乙烯(C2HCl3)除去,反应如下:3H2O2+C2HCl3 2H2O+2CO2↑+3HCl。常温下,在某密闭容器中进行上述反应,测得c(H2O2)随时间的变化如表所示:
时间/min 0 2 4 6 8 ……
c(H2O2)/ (mol·L-1) 1.20 0.90 0.70 0.60 0.55 ……
已知:在反应体系中加入Fe2+,可提高该反应的反应速率。下列说法错误的是 (　　)
A.Fe2+为该反应的催化剂
B.反应过程中可能产生O2
C.加热,正反应速率加快,逆反应速率减小
D.0~4 min内v(H2O2)=0.125 mol·L-1·min-1
题组二　　结合图像分析化学反应速率的影响因素
4.(经典题)把在空气中放置过的镁条投入盛有盐酸的敞口容器中,
产生H2的速率如图所示。在下列因素中,影响反应速率的是 (　　)
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
5.(2023江苏常州联盟学校学情调研)等质量的锌与过量的一定浓度的稀硫酸在不同的实验条件下进行反应,测定反应过程中产生氢气体积(V)与时间(t)的数据,根据数据绘制得下图。下列有关说法不正确的是 (　　)
实验组别 c(H2SO4)/mol·L-1 温度/℃ 形状(锌)
Ⅰ 2.0 30 块状
Ⅱ 2.5 30 块状
Ⅲ 2.5 50 粉末状
Ⅳ 2.5 50 块状
A.曲线a、b、c、d对应的实验组别分别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ
B.对比实验Ⅰ、Ⅱ可说明浓度对化学反应速率的影响
C.对比实验Ⅱ、Ⅳ可说明温度对化学反应速率的影响
D.用浓度相同的盐酸代替硫酸进行实验,因为都是强酸所以化学反应速率不变
能力提升练
题组一　　化学反应速率影响因素的分析
1.(2024山东名校期中联考)物理学将物质衰变(或消耗)一半所用时间叫“半衰期”。298 K时,在催化剂作用下M生成N,反应物起始浓度与催化剂浓度、反应时间关系如图所示。下列叙述错误的是 (　　)
A.条件Ⅱ,若M起始浓度为9.0 mol·L-1时半衰期为187.5 min
B.条件Ⅲ,M的反应速率为1.2×10-2 mol·L-1·min-1
C.其他条件相同,催化剂浓度越大,反应速率越快
D.其他条件相同时,M起始浓度越大,反应速率越快
2.(2023海南海口模拟,)研究反应2X Y+3Z的速率影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.比较实验①②得出增大反应物浓度,化学反应速率加快
B.比较实验②④得出升高温度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③可能使用了催化剂
D.在0~10 min,实验④的平均反应速率v(Y)=0.06 mol·L-1·min-1
3.(2024北京人大附中期中)丙酮()碘化反应为+I2 I-+H++。某兴趣小组在20 ℃时研究了该反应的反应速率。他们在反应开始前加入淀粉溶液,通过观察淀粉溶液褪色的时间来判断反应速率的大小。实验数据如表,其中①~③混合液总体积均为100 mL。
序号 n(丙酮)/mol n(I2)/mol 褪色时间/s
① 0.2 2×10-4 40
② 0.1 2×10-4 80
③ 0.2 1×10-4 20
下列推测合理的是 (　　)
A.实验①中,v(I2)=5×10-6 mol·L-1·s-1
B.由实验①②可知,其他条件相同时,c(丙酮)越小,反应速率越快
C.由实验①③可知,其他条件相同时,c(I2)越小,反应速率越快
D.该反应可能会出现反应速率随时间先增大后减小的现象
题组二　　化学反应速率影响因素的实验探究
4.(2023四川成都列五中学月考)下列有关化学反应速率的实验探究方案设计合理的是(　　)
选项 实验方案 实验目的
A 向等体积等浓度的H2O2溶液中分别加入5滴等浓度的CuSO4和FeCl3溶液,观察气体产生的速率 比较Cu2+和Fe3+的催化效果
B 向两支试管中都加入2 mL 1 mol·L-1的酸性KMnO4溶液,再同时向两支试管中分别加入2 mL 0.1 mol·L-1的H2C2O4溶液和2 mL 0.05 mol·L-1的H2C2O4溶液,观察高锰酸钾溶液褪色所需时间 探究草酸浓度对反应速率的影响
C 2个锥形瓶内各盛有2 g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L-1硫酸和40 mL 18 mol·L-1的硫酸,比较两者收集10 mL氢气所用的时间 探究硫酸浓度对反应速率的影响
D 3 min后分别混合并振荡 探究温度对反应速率的影响
5.(2024江苏苏州实验中学月考)室温下进行下图所示实验(已:H2C2O4为二元弱酸)。
试管a、b、c中溶液褪色分别耗时690 s、677 s、600 s。下列说法正确的是 (　　)
A.反应的离子方程式为2Mn 2Mn2++10CO2↑+8H2O
B.试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)=0.002 5 mol/L
C.对比试管a、b,得到的结论是H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快
D.对比试管c、d,可验证c(H+)对反应速率的影响
6.(2024云南大理民族学校月考)某小组学生设计了如下探究影响化学反应速率因素的实验。可选试剂:5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.5 mol/L H2SO4溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液。
请按要求回答下列问题:
(1)小组确定实验探究的反应原理及比较反应速率大小的依据(填充空白)。
实验原理 化学方程式 判断依据
原理ⅰ 　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 产生气 泡快慢
原理ⅱ Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 　　　　　
(2)学生甲选择原理ⅰ,探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选　　　　　　　　。
(3)学生乙选择原理ⅱ,设计如图所示对照实验,探究H2SO4浓度对该反应速率的影响。
试剂X及其用量:　　　　　　　　。
(4)学生丙选择原理ⅱ设计实验,探究影响该反应速率的因素,数据如表所示:
实验 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 蒸馏水 温度/ ℃
浓度/ (mol/L) 体积/ mL 浓度/ (mol/L) 体积/ mL 体积/ mL
Ⅰ 0.1 1 0.5 1 V 30
Ⅱ 0.1 2 0.5 1 7 30
Ⅲ 0.1 2 0.5 1 7 40
①对比实验Ⅰ、Ⅱ,为探究　　　　　　　　对该反应速率的影响。
②V=　　　　,加入V mL水的目的是　　　　　　　　。
③对比上述实验数据,推测反应速率最快的是　　　　(填实验编号)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A 2.D 3.C 4.C 5.D
1.A　茶叶使用真空包装是通过降低氧气浓度来改变反应速率的,A符合题意;将铁矿石粉碎是通过改变接触面积来改变化学反应速率的,B不符合题意;低温保存疫苗是通过降低温度来改变化学反应速率的,C不符合题意;氨气转化为一氧化氮是利用催化剂来改变化学反应速率的,D不符合题意。
2.D　水为纯液体,增加水的用量,化学反应速率不变,A错误;Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应没有气体参加,增大压强,化学反应速率不变,B错误;常温下,Al遇浓硫酸发生钝化,不能制取H2,C错误;块状大理石改为粉末状,增大了接触面积,化学反应速率加快,D正确。
3.C　在反应体系中加入Fe2+,可提高该反应的反应速率,Fe2+为该反应的催化剂,A正确;已知H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+,而Fe3+可以催化H2O2分解为O2,故反应过程中可能产生O2,B正确;加热,正、逆反应速率都加快(易错点),C错误;0~4 min内,v(H2O2)===0.125 mol·L-1·min-1,D正确。
4.C　镁与盐酸反应产生H2,实质是镁与H+反应,与Cl-无关;在镁条的表面有一层氧化膜,将镁条投入盐酸中,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;该反应放出热量,温度升高,反应速率加快;反应后期,盐酸的浓度明显减小,反应速率减慢。
5.D　一定条件下,收集相同体积的氢气需要的时间越短,化学反应速率越快,由题图可知,化学反应速率:a>b>c>d。由题表信息可知,实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ中锌的形状相同,Ⅳ中的温度高于Ⅰ、Ⅱ,且Ⅰ中c(H2SO4)最小,则反应速率Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ;Ⅲ、Ⅳ中,Ⅲ中反应物的接触面积大,则反应速率Ⅲ>Ⅳ,所以化学反应速率:Ⅲ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ,因此曲线a、b、c、d对应的实验组别分别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ,A正确;实验Ⅰ、Ⅱ中只有c(H2SO4)不同,可以根据实验Ⅰ、Ⅱ说明浓度对化学反应速率的影响,B正确;实验Ⅱ、Ⅳ中只有温度不同,可以根据实验Ⅱ、Ⅳ说明温度对化学反应速率的影响,C正确;用浓度相同的盐酸代替硫酸进行实验,氢离子浓度减小,因此化学反应速率减慢,D错误。
能力提升练
1.D 2.D 3.D 4.D 5.C
1.D　观察题图可知,起始浓度与反应时间成正比,设M消耗4.5 mol·L-1时需要的时间为t min,则3.0∶125=4.5∶t,解得t=187.5,A正确;条件Ⅲ时,v(M)=(1.5÷125) mol·L-1·min-1=1.2×10-2 mol·L-1·min-1,B正确;由Ⅰ、Ⅱ可知,其他条件相同,催化剂浓度越大,反应速率越快,C正确;题图中Ⅰ、Ⅲ的斜率相等,即二者反应速率相等,所以其他条件相同时,反应速率与起始浓度无关,D错误。
2.D　实验①②温度相同,反应物起始浓度不同,实验①反应物起始浓度较大,化学反应速率较快,可得出增大反应物浓度,化学反应速率加快,A正确;实验②④反应物起始浓度相同,但温度不同,实验④反应速率较大,说明升高温度,化学反应速率加快,B正确;实验②③温度、反应物起始浓度均相同,实验③反应速率较大,可能使用了催化剂,C正确;在0~10 min,实验④X的浓度变化为0.60 mol·L-1,则v(Y)=v(X)=×=0.03 mol·L-1·min-1,D错误。
解题技法
利用“控制变量法”解答化学反应速率问题
3.D　实验①中淀粉溶液褪色时间为40 s,则v(I2)=== mol·L-1·s-1=5×10-5 mol·L-1·s-1,A错误;实验①②中只有c(丙酮)不同,且实验①的c(丙酮)大、溶液褪色时间短,即其他条件相同时,c(丙酮)越大,反应速率越快,B错误;实验①③中只有c(I2)不同,且实验③的c(I2)小、褪色时间短,但实验③中I2的物质的量是①的一半,溶液褪色时间也是①的一半,即改变c(I2),反应速率不变,C错误;随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,若只受反应物浓度的影响,反应速率逐渐减慢,但该反应也可能受温度或催化剂的影响,故该反应可能会出现反应速率随时间先增大后减小的现象,D正确。
4.D　阴离子不同,无法比较Cu2+和Fe3+的催化效果,A不合理;两支试管中的高锰酸钾均过量,草酸不足,溶液均不会发生明显褪色,不能探究草酸浓度对反应速率的影响,B不合理;18 mol·L-1的硫酸为浓硫酸,与锌粒反应生成SO2,不能通过比较收集等量的氢气所用时间来探究硫酸浓度对反应速率的影响,C不合理;只有温度不同,其他条件均相同,可探究温度对反应速率的影响,D合理。
5.C　反应的离子方程式为2Mn+6H++5H2C2O4 2Mn2++10CO2↑+8H2O,A错误;试管c中溶液褪色耗时600 s,反应过程中c(KMnO4)逐渐变小,反应变慢,试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)无法求算,B错误;对比试管a、b,其他条件相同,H2C2O4浓度不同,试管b中溶液褪色耗时更短,因此可得到H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快,C正确;浓盐酸做溶剂,溶液中存在Cl-,Cl-也能还原高锰酸钾,对实验有干扰,所以对比试管c、d不能验证c(H+)对反应速率的影响,D错误。
6.答案　(1)2H2O2 2H2O+O2↑　溶液变浑浊快慢
(2)1 mol/L FeCl3溶液
(3)2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液
(4)①Na2S2O3溶液的浓度　②8　控制硫酸的起始浓度相同　③Ⅲ
解析　(1)原理ⅰ判断依据为产生气泡快慢,结合所给的试剂,选择的反应为2H2O2 2H2O+O2↑。原理ⅱ选择的反应为Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,生成淡黄色沉淀硫,故判断依据为溶液变浑浊快慢。
(2)FeCl3对反应2H2O2 2H2O+O2↑具有催化作用,故选择原理ⅰ,探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选1 mol/L FeCl3溶液。
(3)若要探究H2SO4溶液浓度对反应速率的影响,题图所示实验中H2SO4溶液的浓度应不同,Na2S2O3溶液的浓度应相同,所加硫酸的体积应相同,故试剂X及其用量为2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液。
(4)①对比实验Ⅰ、Ⅱ,所加Na2S2O3溶液的体积不同,即Na2S2O3的物质的量不同,所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,实验温度相同,则实验Ⅰ、Ⅱ为探究Na2S2O3溶液的浓度对该反应速率的影响。②实验Ⅰ、Ⅱ所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,为保证溶液混合后H2SO4的浓度相同,则要加入蒸馏水,由实验可知,溶液混合后总体积为10 mL,则V=8。③实验Ⅲ中温度最高,Na2S2O3溶液的浓度较大,故推测反应速率最快的是Ⅲ。

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