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第2章　化学反应的方向、限度与速率
第3节　化学反应的速率
第2课时　外界条件对化学反应速率的影响
1.能运用变量控制的方法探究影响化学反应速率的因素。2.能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
学习目标
一、浓度、压强对化学反应速率的影响
知能通关
1.浓度对化学反应速率的影响
(1)基本规律
对有气体参与或在溶液中发生的化学反应,其他条件不变时,增大反应物的浓度可以
　　　　　化学反应速率;减小反应物的浓度可以　　　　　化学反应速率。
提醒　由于固体或纯液体的浓度可视为常数,所以改变固体或纯液体的量,对化学反应速率无影响。
增大
减小
(2)反应物的浓度与化学反应速率之间的定量关系
①反应速率方程
反应速率方程式可定量地表示化学反应速率与参与反应的反应物浓度的关系。
②反应速率常数(k)
含义 表示单位浓度下的化学反应速率
单位 不同反应速率方程中k的单位不同
意义 通常反应速率常数k越大,反应进行得越快
影响因素 与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响
(3)反应速率方程的确定
①化学反应的速率方程式是实验测定的结果,不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应,反应速率方程中浓度的方次与化学方程式中物质的系数无确定关系。
②有固体或纯液体参加的化学反应,其浓度可视为常数,在反应速率方程中不可能出现。
在298 K时,实验测得溶液中的反应H2O2+2HI===2H2O+I2在不同浓度时的反应速率如下表所示:
小题对点过
实验编号 1 2 3 4 5
c(HI)/(mol·L-1) 0.100 0.200 0.300 0.100 0.100
c(H2O2)/(mol·L-1) 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300
v/(mol·L-1·s-1) 0.007 6 0.015 3 0.022 7 0.015 1 0.022 8
分析上表数据,回答下列问题(填写空格):
(1)当c(H2O2)恒定时,随c(HI)增大,其反应速率v的变化趋势是　　　　,若c(HI)增大1倍,其反应速率v的变化是　　　　　　。同理,当c(HI)恒定时,反应速率v与c(H2O2)之间有类似的变化规律。
(2)由以上分析可知,该反应的反应速率与c(HI)·c(H2O2)成　　　　,上述反应在不同浓度时的反应速率方程是　　　　　　　　,该温度下k的数值约是　　　。
增大
增大1倍
正比
v=kc(H2O2)·c(HI)
0.760
①若质量、物质的量、体积等的改变不能使浓度改变,则化学反应速率不改变。
②由于固体或纯液体的浓度可视为常数,适当改变固体或纯液体的量,对化学反应速率无影响。
③增大固体的表面积能够加快化学反应速率,如用锌粒与盐酸反应制取氢气比用锌片与盐酸反应制取氢气要快。
2.压强对化学反应速率的影响
(1)影响对象
有气体参加的化学反应。
(2)影响实质
压强对反应速率的影响是通过改变气态物质的浓度实现的。
(3)示例
①恒温:增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率加快。
②恒容:a.充入气体反应物→浓度增大→反应速率加快;b.充入惰性(不参与反应)气体→总压增大,但各物质浓度不变→反应速率不变。
③恒压:充入惰性气体→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减慢。
小题对点过
④⑤
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
A
2.反应速率(v)和反应物浓度(c)的关系可以用实验测定。化学反应H2(g)+I2(g)
B
c(H2)/(mol·L-1) c(I2)/(mol·L-1) v正/(mol·L-1·s-1)
0.5 4.0 1.0k
1.0 4.0 2.0k
回答:
(1)增加Fe的量,其反应速率　　　　(填“增大”“不变”或“减小”,下同)。
(2)将容器的容积缩小一半,其反应速率　　　　。
(3)保持容积不变,充入N2使体系压强增大,其反应速率　　　　　。
(4)保持压强不变,充入N2使容器的容积增大,其反应速率　　　　　。
不变
增大
不变
减小
解析　(1)由于Fe是固体,改变Fe的量,反应物浓度不变,故反应速率不变。(2)将容器容积缩小一半,则反应物浓度增大,故反应速率增大。(3)容器容积不变,充入N2,反应物浓度不变,故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变,充入N2使容器容积的扩大,即反应物和反应产物浓度均减小,故反应速率减小。
二、温度对化学反应速率的影响
知能通关
1.影响规律
其他条件不变,升高温度能　　　　反应速率,降低温度能　　　　　化学反应速率。
加快
减慢
2.化学反应速率与温度的定量关系
2~4
3.基元反应过渡态理论
(1)过渡态
旧键没有完全断裂,新键没有完全形成的状态。如基元反应H2+Cl·===HCl+H·,由Cl·与H2分子发生碰撞导致H—H键断裂、H—Cl键形成经历的一个高能量的中间状态H…H…Cl,即为过渡态。
基元反应H2+Cl·→HCl+H·的活化能示意图
(2)活化能
概念 过渡态的能量与反应物的平均能量之差,用Ea表示
单位 J·mol-1或kJ·mol-1
意义 活化能的存在是化学反应通常需要获得能量才能实际发生的原因。活化能越高,反应越难发生
与反应速率
之间的关系 不同基元反应的活化能(Ea)数值不同,因此化学反应速率不同
(3)解释温度对化学反应速率的影响
升高温度可以提高反应物分子的能量,增大反应物间的　　　　　　　　,增大反应物分子形成　　　　　的比例,故升高温度可以加快化学反应的速率。
碰撞频率
过渡态
分析图像中物质能量、活化能和反应热的关系填空。
(1)活化能与反应热之间的关系
小题对点过
正反应的活化能
活化能越小,普通分子变成活化分子越容易。
逆反应的活化能
反应热
(2)能垒是发生化学反应所必须达到的能量。活化能是对能垒的一种量化描述。也就是说活化能越高,能垒　　　　　,反应速率　　　　　。
越高
越慢
4.基元反应碰撞理论
(1)有效碰撞
频率
(2)活化分子
能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说,在一定条件下,反应物分子中活化分子的百分数是一定的。
(3)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
不变
有效碰撞
增加
小题对点过
①②④
ΔH<0,反应速率为v2,对于上述反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为(　　)
A.同时增大 B.同时减小
C.v1增大,v2减小 D.v1减小,v2增大
解析　温度对反应速率的影响,对放热反应、吸热反应都适用。升温,v1、v2都增大;降温,v1、v2都减小。
A
2.下列说法正确的是(　　)
A.活化分子具有的能量是活化能
B.活化分子的总数越多,反应速率越大
C.某一反应的活化分子的百分数是个定值
D.单位时间内有效碰撞次数越多,反应速率越大
解析　活化分子具有的能量与反应物分子具有的平均能量之差叫活化能,A错误;单位体积内活化分子总数越多,有效碰撞频率越大,反应速率越大,B错误;只有一定条件下,活化分子在反应物中所占百分数才是定值,C错误。
D
3.过渡态理论认为:化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中,首先生成一种高能量的活化配合物,高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论,NO2(g)+CO(g) ===CO2(g)+NO(g)的反应历程如下,下列有关说法中正确的是(　　)
A.第二步活化配合物之间的碰撞
一定是有效碰撞
B.活化配合物的能量越高,第一步
的反应速率越快
C.第一步反应需要吸收能量
D.该反应的反应速率主要取决于
第二步反应
C
解析　活化分子之间的碰撞不一定能发生反应,不一定是有效碰撞,故A项错误;活化配合物的能量越高,单位体积内的活化分子数目越少,有效碰撞的频率越小,第一步反应速率越慢,故B项错误;反应物需要吸收能量形成高能量的活化配合物,故C项正确;反应速率主要取决于慢反应的速率,故D项错误。
三、催化剂对反应速率的影响
知能通关
1.催化剂的概念
(1)催化剂是能改变　　　　　　　　而在反应前后本身的
　　　　　　　　　　　　的物质。
(2)催化剂的活性与自身成分、　　　　、　　　　　　以及反应　　　　、
　　　　等有关。催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内。此外,有些物质的存在会使催化剂明显失效,这种现象称为催化剂　　　　　。
化学反应速率
质量和化学性质不变
粒径
合成方法
压强
温度
中毒
2.催化剂对化学反应速率的影响
(1)使用催化剂,反应的活化能　　　　,化学反应速率常数　　　　　　,能大幅度　　　　化学反应速率。
(2)比温度、压强、浓度对化学反应速率影响的程度　　　　。
降低
大幅增大
加快
更大
3.催化剂的催化原理
(1)催化剂通过参与反应改变反应　　　　,较大幅度　　　　反应的活化能来提高化学反应速率。
(2)微观解释
使用催化剂――→改变反应的
――→　　　　　　反应的活化能――→使
更多的反应物分子成为活化分子――→增加
单位体积内的　　　　　　　　――→加快
化学反应速率。
历程
降低
历程
降低
活化分子百分数
(1)下列说法正确的是　　　　。
①催化剂能使不起反应的物质发生反应
②催化剂在反应过程中会参与反应,但反应前后自身的质量与化学性质不变
③双氧水中加入MnO2,可以使生成O2的速率增大,是因为MnO2的催化作用
④催化剂可以加快反应速率也可以改变反应热
⑤电解水时,往水中加少量NaOH,可使电解速率明显加快,故NaOH是这个反应的催化剂
小题对点过
②③
(2)在气体参与的反应中,若①增大反应物浓度;②升高温度;③增大压强(压缩体积);④加入催化剂,以上四种方法均可使反应速率增大,完成下列问题:
A.降低反应活化能的是　　　　(填序号,下同)。
B.增加活化分子百分数的是　　　　。
C.未改变活化分子百分数,增加单位体积内分子总数的是　　　　　　。
D.增加单位体积内活化分子数的是　　　　　　。
④
②④
①③
①②③④
4.催化剂的特点
(1)选择性:某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂,但对其他反应就不一定有催化作用。
(2)高效性:可以较大幅度地降低反应的活化能,从而有效地提高化学反应速率。
(3)催化剂不能改变化学反应的　　　　　　,不能改变　　　　　　,不能改变　　　　　,只能改变化学反应速率。
平衡常数
平衡转化率
反应热
1.催化剂又称触媒,下列关于催化剂的说法正确的是(　　)
A.催化剂能加快反应速率是因为能改变反应热
B.对可逆反应使用合适的催化剂能同等程度改变正、逆反应速率
C.催化剂在反应前后的质量和性质不变
D.催化剂通过参与化学反应并改变化学反应路径来起催化作用,但反应的活化能不变
解析　A.催化剂能加快反应速率是因为能改变反应的活化能,但不能改变反应热,故A不符合题意;B.对可逆反应使用合适的催化剂能同等程度改变正、逆反应速率,故B符合题意;C.催化剂反应前后质量和化学性质不变,但物理性质可能变化,如形态等,故C不符合题意;D.催化剂能改变反应的活化能,故D不符合题意。
B
2.(2024·江苏连云港高二期中)挥发性有机物(VOCs)对环境易造成污染,VOCs催化燃烧处理技术具有净化率高、燃烧温度低、无明火、不会有NOx等二次污染物产生等优点,图甲是VOCs处理过程中固体催化剂的催化原理,图乙是反应过程中的能量变化图,下列叙述正确的是(　　)
A.图甲中固体催化剂可改变该反应
的焓变
B.图乙中曲线Ⅰ使用了固体催化剂,
反应的活化能降低
C.图甲中固体催化剂表面既有化学键
断裂,也有化学键形成
D.VOCs催化氧化过程中的所有反应均为放热反应
C
解析　催化剂只能降低反应的活化能,不能改变反应的焓变,A项错误;图乙中曲线Ⅰ的活化能比曲线Ⅱ的活化能高,故曲线Ⅱ为使用固体催化剂的能量变化曲线,B项错误;反应物在固体催化剂表面发生化学反应,反应过程中既有化学键的断裂,也有化学键的形成,C项正确;由图乙可知,使用催化剂后的反应过程中有中间产物生成,其中反应物转化为中间产物的反应中,反应物的总能量比中间产物的总能量低,故该反应为吸热反应,D项错误。
3.参照反应Br·+H2――→HBr+H·的能量随反应历程的示意图(图甲)进行判断。下列叙述中不正确的是(　　)
A.正反应吸热
B.加入催化剂,该化学反应
的反应热不变
C.加入催化剂后,该反应的
能量对反应历程的示意图
可用图乙表示
D.加入催化剂可增大正反应速率,降低逆反应速率
D
解析　反应物的总能量小于反应产物的总能量,为吸热反应,选项A正确;催化剂不能改变反应的反应热,选项B正确;催化剂通过降低反应的活化能改变反应历程,选项C正确;催化剂同时降低正、逆反应的活化能,同等程度地加快正、逆反应速率,选项D错误。
课堂 达标训练
1.升高温度能加快化学反应速率的主要原因是(　　)
A.增加活化分子百分数
B.降低活化分子的能量
C.活化分子的能量明显增加
D.降低反应所需的能量
解析　升高温度,活化分子的百分数增加,有效碰撞的次数增加,所以化学反应速率加快。
A
2.下列说法错误的是(　　)
①碰撞理论认为,反应物分子间进行碰撞才可能发生化学反应
②活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
③催化剂加快反应速率的本质是降低了反应的活化能
④只有增加活化分子的百分含量才能加快反应速率
⑤对于基元反应而言,温度升高,反应速率一定增加
A.①④ B.②④ C.③⑤ D.②⑤
B
解析　①反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件,①正确;②活化分子间只有少数碰撞才能发生化学反应,②错误;③催化剂通过改变反应途径,降低反应活化能,提高活化分子百分数,加快反应速率,③正确;④对于有气体参与的反应,增大浓度,提高单位体积内的活化分子数,也可以加快反应速率,④错误;⑤对于基元反应而言,温度升高,活化分子百分数增大,反应速率加快,⑤正确。
3.O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示:
根据表中的递变规律,推测O3
分别在条件①40 ℃、pH=3.0,
②10 ℃、pH=5.0,③30 ℃、pH
=7.0下的分解速率的大小关系
为(　　)
A.①<②<③ B.③<②<① C.②<①<③ D.③<①<②
C
解析　通过分析表中数据可知,O3的浓度减少一半所需的时间(t)随pH的增大、温度的升高而减少。根据50 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为31 min, 30 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为158 min,可知40 ℃、pH=3.0时,O3的浓度减少一半所需的时间大于31 min且小于158 min;根据20 ℃、pH=5.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为169 min,可知10 ℃、pH=5.0时,O3的浓度减少一半所需的时间大于169 min;根据30 ℃、pH=6.0时,O3的浓度减少一半所需的时间为15 min,可知30 ℃、pH=7.0时,O3的浓度减少一半所需的时间小于15 min,故O3的分解速率依次增大的顺序为②<①<③,C项正确。
4.控制变量法是研究化学变化规律的重要思想方法。请仔细观察表中50 mL稀盐酸和1 g碳酸钙反应的实验数据:
实验序号 碳酸钙状态 c(HCl)/(mol·L-1) 溶液温度/℃ 碳酸钙消失时间/s
反应前 反应后
1 粒状 0.5 20 39 400
2 粉末 0.5 20 40 60
3 粒状 0.6 20 41 280
4 粒状 0.8 20 40 200
5 粉末 0.8 20 40 30
6 粒状 1.0 20 40 120
7 粒状 1.0 30 50 40
8 粒状 1.2 20 40 90
9 粒状 1.2 25 45 40
分析并回答下列问题:
(1)该反应属于　　　　(选填“吸热”或“放热”)反应,反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验6和7表明,　　　　对反应速率有影响,　　　　　　　,反应速率越快,能表明同一规律的实验还有　　　　(填实验序号)。
(3)根据实验1、3、4、6、8可以得出条件对反应速率的影响规律是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)本实验中影响反应速率的其他因素还有　　　　　　　　　　　　　　,
能表明这一规律的实验序号是1和2与　　　　　　　　　　　　　。
放热
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
温度
温度越高
8和9
在其他条件相同时,反应物浓度越大,反应速率越大
固体反应物的接触面积
4和5
解析　(1)根据表中溶液在反应前、后的温度可知,该反应为放热反应,离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。(2)实验6和7的差别为反应溶液的温度,据表可知,在其他条件相同时,温度越高,CaCO3消失时间越短,反应越快,同理实验8和9也说明这点。(3)实验1、3、4、6、8的差别为c(HCl)不同,且可以得出其他条件相同时,c(HCl)越大,CaCO3消失得越快,反应越快。(4)实验1和2,4和5两组差别仅为CaCO3的状态,从而得出其他条件相同时,反应物的接触面积不同,反应速率不同。
课后 巩固训练
下列叙述正确的是(　　)
A.反应物的每一次碰撞发生的都是有效碰撞,但有效碰撞不一定发生化学反应
B.升高温度可增大反应物分子中活化分子的百分数,加快化学反应速率
C.增大反应物浓度,可增大单位体积内活化分子百分数,有效碰撞次数增加
D.增大压强,反应速率增大,反应的活化能减小
B
解析　A.只有活化分子有合适取向时的碰撞才是有效碰撞,所以反应物发生的碰撞不一定是有效碰撞,故A错误;B.升高温度,反应物能量升高,活化分子的数目和百分数增大,单位时间有效碰撞的次数增多,化学反应速率增大,故B正确;C.增大反应物浓度,单位体积内活化分子的数目增大,但百分数不变,故C错误;D.增大压强,单位体积内活化分子的数目增大,单位时间有效碰撞的次数增多,化学反应速率增大,但反应的活化能不变,故D错误。
2.(2025·吉林通化期中)采取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.Zn与稀盐酸反应制H2时,滴入4~5滴CuSO4溶液
C.NaCl溶液与AgNO3溶液反应时,增大压强
D.常温下,Al与稀硝酸反应制NO时,用浓硝酸代替稀硝酸
B
解析　A.水是浓度为定值的纯液体,因此钠与水反应时,增大水的用量不影响反应速率,A错误;B.滴入4~5滴CuSO4溶液,Zn与CuSO4发生置换反应生成铜,锌和铜在稀盐酸中构成原电池,使反应速率加快,B正确;C.NaCl溶液与AgNO3溶液的反应属于没有气体参加或生成的反应,因此增大压强,反应体系中各物质的浓度不变,反应速率不变,C错误;D.常温下,Al在浓硝酸中发生钝化,形成致密的氧化膜阻碍反应继续进行,因此用浓硝酸代替稀硝酸不能加快反应速率,D错误。
分子的百分数也增大的措施是(　　)
A.增大NO2或CO的浓度 B.减小CO2或NO的浓度
C.通入Ne使气体的压强增大 D.升高温度
解析　增大NO2或CO的浓度,反应速率加快,单位体积内活化分子数增大,但活化分子的百分数不变,A错误;减小CO2或NO的浓度,反应速率减慢,B错误;通入Ne使气体的压强增大,但容器的容积不变,反应体系中各物质的浓度不变,反应速率不变,C错误;升高温度,反应速率加快,活化分子的百分数增大,D正确。
D
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A.该反应的速率主要取决于①的快慢
B.NOBr2是该反应的中间产物
C.正反应的活化能比逆反应的活化能大a kJ·mol-1
D.增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数,加快反应速率
B
解析　A.慢反应决定整个反应速率,则该反应的速率主要取决于②的快慢,A错误;B.NOBr2为中间产物,B正确;C.焓变等于正逆反应活化能之差,焓变为负,则正反应的活化能比逆反应的活化能小,C错误;D.增大Br2(g)浓度能增大活化分子数,加快反应速率,但是不能增大活化分子百分数,D错误。
5.常温下把2 mol A与2 mol B充入2 L绝热容器中,发生反应:A(g)+2B(g)===2C(g)　ΔH,5 s内反应速率(v)随时间(t)变化如图曲线ab所示。下列说法正确的是(　　)
A.该曲线一定是以B来表示反应速率的
B.该反应一定是放热反应,ΔH<0
C.t=2 s时,A的物质的量为1.8 mol
D.t=5 s时,将容器体积缩小为1 L,反应速率可能变为cd曲线
B
解析　根据图像,0~2 s反应速率不变,说明反应放出的热量效应抵消了反应物浓度减小的作用,可判断正反应为放热反应,B说法正确;图像未给定反应物,而A、B的化学计量数不等,则无法判断该曲线是以A或B表示的反应速率,A说法错误;t=2 s时,若图像为以A表示的反应速率,则2 s时A的物质的量为2 mol-
0.1 mol·L-1·s-1 ×2 s×2 L=1.6 mol,C说法错误;t=5 s时,将容器体积缩小为1 L,瞬间化学反应速率加快,但由于该反应不是可逆反应,随着反应的进行最终反应速率应为0,D说法错误。
6.(2025·北京顺义阶段练习)向 20 mL 0.40 mol·L-1 H2O2溶液中加入少量 KI 溶液,反应历程是:
ⅰ.H2O2+I-===H2O+IO-;
ⅱ.H2O2+IO-===H2O+O2↑+I-。
H2O2分解反应过程中能量变化和不同时刻测得生成 O2的体积(已折算为标准状况)如图所示。
t/min 0 5 10 15 20
V(O2)/mL 0 12.6 20.16 28.0 32.7
下列说法正确的是(　　)
A.依据反应历程,IO-是H2O2分解反应的催化剂
B.H2O2+IO-===H2O+O2↑+I-是吸热反应
C.对于反应①,正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.0~10 min 的平均反应速率:v(H2O2)=9.0×10-3 mol·L-1·min-1
D
C
A.① B.② C.③ D.④
8.(2025·四川成都阶段练习)Burns和Dainton研究发现Cl2与CO合成COCl2的反应机理如下:
D
9.(2025·陕西西安阶段练习)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 向不同体积等浓度的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 比较不同催化剂的催化效果
B 两支试管,都加入2 mL 1 mol·L-1的酸性KMnO4溶液,再同时向两支试管分别加入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影响
答案　D
解析　A.对比实验中,H2O2溶液体积不同,无法比较催化效率,故A错误;B.两组实验中草酸均不足量,高锰酸钾均无法褪色,无法探究草酸浓度对反应速率影响,故B错误;C.18 mol·L-1的硫酸为浓硫酸,浓硫酸与锌粒反应产物为SO2,无H2产生,无法比较产生H2的速率,故C错误;D.反应物浓度和压强均相同,只有温度不同,可以用来探究温度对反应速率的影响,故D正确。
10.(2025·广东江门期中)某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液的反应探究“外界条件的改变对化学反应速率的影响”,进行了如下实验:
实验序号 A B C
实验温度/K 293 T1 313
酸性KMnO4溶液 V/mL 2 2 2
c/mol·L-1 0.02 0.02 0.02
H2C2O4溶液 V/mL 4 3 V2
c/mol·L-1 0.1 0.1 0.1
H2O V/mL 0 V1 1
溶液颜色褪至无色所需时间/s t1 8 t2
(1)该实验反应时H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,则发生反应离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
为了观察到紫色褪去,H2C2O4和KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶(KMnO4)≥　　　　。
(2)通过实验A、B,可探究出　　　　(填外部因素)的改变对化学反应速率的影响,其中V1=　　　　、T1=　　　　,通过实验　　　　(填实验序号)可探究出温度变化对化学反应速率的影响。
(3)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
忽略溶液体积的变化,利用实验B中数据计算,0~8 s内,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)=　　　　　　　　　　。
2.5∶1
浓度
1
293
BC
其他条件不变时,增大反应物浓度,反应速率加快
8.3×10-4 mol·L-1·s-1
(4)该小组的一位同学通过查阅资料发现,上述实验过程中n(Mn2+)随时间的变化情况如下图所示,并认为这种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与H2C2O4之间的反应有某种特殊作用,则该作用是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
设计实验证明,分别取等体积等浓度的KMnO4溶液和
H2C2O4 溶液混合,然后平均分成两份,一份中不加任何试剂,
一份加入少量MnSO4固体,观察到两份溶液都没有褪
色,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
催化作用
H2C2O4不足(或KMnO4过量)
解析　(4)上述实验过程中n(Mn2+)随时间迅速升高,可推断n(Mn2+)突变的可能的原因是:生成的Mn2+对反应有催化作用,使得反应速率加快;高锰酸钾溶液显示紫红色,如果过量,溶液会有颜色,故观察到两份溶液都没有褪色。
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
A.随c(X)的减小,反应①、②的
速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应
温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由
反应②决定
答案　AB
解析　由图甲中的信息可知,随c(X)的减小,c(Y) 先增大后减小,c(Z)增大,因此,反应①的速率随c(X)的减小而减小,而反应②的速率先增大后减小,A错误;根据体系中发生的反应可知,在Y的浓度达到最大值之前,单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量,因此,v(X)=v(Y)+v(Z),但是,在Y的浓度达到最大值之后,单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B错误;升高温度可以加快反应①的速率,但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的,且反应②的速率随着Y的浓度的增大而增大,因此,欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间,C正确;由图乙信息可知,温度低于T1时,k1>k2,反应②为慢反应,因此,总反应速率由反应②决定,D正确。
12.(2022·湖南卷)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示:
下列有关四种不同反应进程的说法正确的是(　　)
A.进程Ⅰ是放热反应
B.平衡时P的产率:Ⅱ>Ⅰ
C.生成P的速率:Ⅲ>Ⅱ
D.进程Ⅳ中,Z没有催化作用
AD
解析　
13.某小组研究了铜片与5.6 mol·L-1 HNO3反应的速率,实验现象记录如下表。
实验 时间段 现象
0~15 min 铜片表面出现极少气泡
15~25 min 铜片表面产生较多气泡,溶液呈很浅的蓝色
25~30 min 铜片表面均匀冒出大量气泡
30~50 min 铜片表面产生较少气泡,溶液蓝色明显变深,液面上方呈浅棕色
为探究影响该反应速率的主要因素,小组进行如下实验。
实验Ⅰ:监测上述反应过程中溶液温度变化,得曲线如图。
实验Ⅱ:②~④试管中加入大小、形状相同的铜片和相同体积5.6 mol·L-1 HNO3。结果显示: Cu(NO3)2、NO对Cu和HNO3反应速率的影响均不明显,NO2能明显加快该反应的速率。
(1)根据表格中的现象,描述该反应的速率随时间的变化情况:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)实验Ⅰ的结论:温度升高　　　　　　(填“是”或“不是”)反应速率加快的主要原因。
(3)实验Ⅱ的目的是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)小组同学查阅资料后推测:该反应由于生成某中间
产物而加快了反应速率。请结合实验Ⅱ、Ⅲ,在下图
方框内填入相应的微粒符号①　　　　 ②　　　　,
以补全催化机理。
反应速率先变快后变慢
不是
检验Cu(NO3)2、NO、NO2能否加快铜和硝酸反应的速率
NO2
14.汽车排气管装有三元催化剂装置,在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。回答下列问题:
(1)消除CO、NO污染物的反应机理如下[Pt(s)表示催化剂,带“*”表示吸附状态]:
Ⅰ.NO+Pt(s)===NO* Ⅱ.CO+Pt(s)===CO*
Ⅲ.NO*===N*+O* Ⅳ.CO*+O*===CO2+Pt(s)
Ⅴ.N*+N*===N2+Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及反应产物浓度随温度T变化关系如图一和图二所示。
①图一中温度从Ta升至Tb的过程中,反应物浓度急剧减小的主要原因是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②由图二可知,T2时反应Ⅴ的活化能　　　　(填“<”“>”或“=”)反应Ⅳ的活化能。
升高温度,反应速率加快,导致反应物浓度急剧减小
>
解析　(1)①温度从Ta升至Tb的过程中,反应没有达到平衡状态,升高温度,反应速率加快,导致反应物浓度急剧减小;②由图二可知,T2时c(CO2)>c(N2),则反应速率:Ⅳ>Ⅴ,反应的活化能越高,反应速率越慢,所以反应的活化能:Ⅴ>Ⅳ。
①图像中A点正反应速率　　　　(填“>”“=”或“<”)逆反应速率;T1 ℃,下列说法能表明该反应已达到平衡状态的是　　　　(填字母)。
a.混合气体的密度不变 b.体系的压强不变
c.混合气体中N2的体积分数不变 d.2v正(CO)=v逆(N2)
②T1 ℃,该反应的平衡常数K=　　　　　　 (mol·L-1)-1。
③T2 ℃时,实验测得:v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),k正、k逆分别是正、逆反应速率常数。则T2 ℃时k正∶k逆=1∶　　　　。
>
bc
0.5
81
解析　(2)①由图三可知,T1 ℃时A点处一氧化碳的转化率小于B点,说明反应未达到平衡状态,正反应速率大于逆反应速率;容器容积不变,混合气体的总质量不变,故混合气体的密度一直不变,a错;该反应为反应前后气体体积减小的反应,故体系的压强不变,说明反应达到了平衡状态,b对;混合气体中N2的体积分数不变,说明反应达到了平衡状态,c对;2v正(CO)=v逆(N2),正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,d错。②根据题给信息列出三段式:

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