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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
目
录
知识点二　外界条件对化学反应速率的影响
课时作业
知识点一　实验探究影响化学反应速率的因素
即时演练
1.变化观念与平衡思想:掌握外界条件(浓度、压强、温度、催化剂等)对化学反应速率的影响规律及实质,并会用相应规律解决有关问题。2.证据推理与模型认知:通过实验探究影响化学反应速率的因素,建立“变量控制”探究外界条件对化学反应速率影响的思维模型。
核心素养发展目标
一
知识点一　实验探究影响化学反应速率的因素
1.影响化学反应速率的因素
(1)内因:反应物的________________等。
(2)外因:浓度、压强、温度及催化剂等。
2.实验探究
(1)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↑。
组成、结构和性质
②实验方案
影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论
浓 度 均出现浑浊,但后者出现浑浊更快 在一般情况下,当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率____
温 度 混合后均出现浑浊,但70 ℃热水一组首先出现浑浊 升高温度,化学反应速率____
增大
增大
影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论
催 化 剂 前者无明显现象,后者出现大量气泡 催化剂能加快化学反应速率
(2)定量研究影响化学反应速率的因素
①实验步骤
取两套如图所示的装置,一套加入40 mL 1 mol·L-1 H2SO4溶液和2 g锌粒(Ⅰ),另一套加入40 mL 4 mol·L-1 H2SO4溶液和2 g锌粒(Ⅱ),分别测量并记录收集10 mL H2所用时间。
②实验现象
锌与H2SO4溶液反应________(写现象),收集10 mL气体,Ⅱ所用时间比Ⅰ所用时间短。
③实验结果
④实验结论
4 mol·L-1H2SO4溶液与锌反应比1 mol·L-1 H2SO4溶液与锌反应的速率快。
加入试剂 所用时间 (填“长”或“短”) 反应速率
(填“快”或“慢”)
1 mol·L-1 H2SO4溶液 __ __
4 mol·L-1 H2SO4溶液 __ __
产生气泡
长
慢
短
快
实验测定锌粒与H2SO4溶液反应的速率时:
(1)为确保测定的准确性,应注意哪些事项
锌的颗粒(即比表面积)大小基本相同;H2SO4溶液要迅速加入;装置气密性良好,且计时要迅速准确。
(2)用上述装置测定化学反应速率时,操作、试剂无误,结果测定速率偏大,从装置缺陷的角度分析可能的原因是什么
忽略了加入H2SO4溶液时排出气体的体积。
问题探究
(3)除用注射器收集气体,你还可用哪些定量仪器测量收集氢气的体积
气体收集可以用排水量气装置(如图)。
1.实验室用锌和盐酸反应制氢气。为探究反应物浓度对氢气生成速率的影响,设计实验方案时,应改变的实验条件是 (　 　)
A.盐酸浓度 B.锌粒大小
C.实验温度 D.是否使用催化剂
解析:探究反应物浓度对氢气生成速率的影响,需采用控制变量法,实验中应仅改变目标变量,即盐酸的浓度,而保持其他条件不变,以避免干扰,A符合题意;锌粒大小不属于浓度因素,B不符合题意;实验温度不属于浓度因素,C不符合题意;是否使用催化剂不属于浓度因素,D不符合题意。故选A。
A
2.等物质的量的下列金属与对应物质的量浓度的酸发生反应,则反应刚开始时,产生氢气速率最快的是 (　 　)
C
选项 金属(粉末状) 酸浓度 酸体积 反应温度
A Al 18.4 mol·L-1硫酸 300 mL 100 ℃
B Cu 6 mol·L-1硝酸 300 mL 80 ℃
C Mg 3 mol·L-1硫酸 300 mL 50 ℃
D Zn 6 mol·L-1盐酸 300 mL 50 ℃
解析:氧化性酸(浓硫酸、硝酸)与金属反应不产生氢气,排除A、B;C、D条件相比,H+浓度相同、温度相同,但镁比锌活泼,反应速率更快,故选C。
3.为了探究外界条件对H2O2分解反应速率的影响,某同学在4支试管中分别加入3 mL H2O2溶液,测量并记录收集V mL气体时所需的时间,实验记录如下:
实验 序号 H2O2 溶液浓度 反应 温度/℃ 催化剂 所用
时间
① 5% 20 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t1
② 5% 40 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t2
③ 10% 20 2滴1 mol·L-1 FeCl3 t3
④ 5% 20 不使用 t4
下列说法不正确的是 (　 　)
A.实验①②探究温度对反应速率的影响
B.实验②④探究催化剂对反应速率的影响
C.实验①③比较:t1>t3
D.实验③④比较:t3B
解析:实验①②中H2O2浓度和催化剂相同,仅温度不同,探究温度对反应速率的影响,A正确;实验②④的温度不同(40 ℃和20 ℃),催化剂也不同(使用和不使用),存在两个变量,无法单独探究催化剂对反应速率的影响,B错误;实验①③中,③的H2O2浓度更高,反应速率更快,故t1>t3,C正确;实验③④中,③的浓度更高且有催化剂,反应速率明显快于④,故t3变量控制法探究影响化学反应速率的因素
思维建模
二
知识点二　外界条件对化学反应速率的影响
1.外界条件对化学反应速率的影响规律及注意事项
其他条件相同时, 改变外界条件 反应速 率变化 注意事项
浓 度 增大反应 物浓度 ____ (1)浓度对速率的影响适用于气体或溶液参与的反应,固体和纯液体的浓度视为常数。
(2)对于离子反应,实际参加反应的离子浓度发生变化,才会引起化学反应速率的改变
降低反应 物浓度 ____
增大
减小
其他条件相同时, 改变外界条件 反应速 率变化 注意事项
压 强 缩小容器的容积,压强____,反应物浓度____ ____ (1)容器的容积不变,通入稀有气体,容器内压强增大,但由于反应物浓度____,反应速率____。
(2)保持压强不变,通入稀有气体,容器的容积____,反应物浓度____,反应速率____
增大容器的容积,压强____,反应物浓度____ ____
增大
增大
增大
不变
不变
减小
减小
减小
增大
减小
减小
其他条件相同时, 改变外界条件 反应速 率变化 注意事项
温 度 升高温度 ____ 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
降低温度 ____
催 化 剂 加入 催化剂 ____ (1)催化剂一般要参与反应,但反应前后其质量和化学性质不变,物理性质可能会发生改变。
(2)不同的反应催化剂不一样,同一反应不同的催化剂催化效果不一样。
(3)减慢化学反应速率的催化剂称为阻化剂
增大
减小
增大
2.其他影响因素
反应物的接触面积、容器的性质、光、超声波、磁场、组成原电池等因素均可影响化学反应速率。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)对可逆反应FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl,增大KCl浓度,逆反应速率加快。(　 　)
(2)升高温度,v(正)和v(逆)都增大,但吸热方向的反应速率增大的程度更大。(　 　)
(3)CaCO3与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率。(　 　)
(4)任何反应,增大压强,反应速率一定增大。(　 　)
(5)用相同质量的锌粉和锌片与相同浓度且足量盐酸反应,产生氢气的量和速率都相同。 (　 　)
基础诊断
×
√
×
×
×
1.在C(s)+CO2(g) 2CO(g)的反应中,现采取下列措施:①缩小体积,增大压强;②增加碳的量;③通入CO2;④恒容下充入N2;⑤恒压下充入N2。上述能够使反应速率增大的措施是 (　 　)
A.①④ B.②③⑤
C.①③ D.①②④
C
解析:①缩小体积,增大压强,浓度增大,反应速率增大;②碳是固体,增加碳的量,反应速率不变;③通入CO2,反应物浓度增大,反应速率增大;④恒容下充入N2,反应物浓度不变,反应速率不变;⑤恒压下充入N2,容器容积增大,浓度减小,反应速率减小。
2.“液态阳光”能有效助力我国实现“碳达峰”和“碳中和”,其主要反应之一是CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)(放热反应)。下列有关说法正确的是 (　 　)
A.升高温度能加快反应速率
B.减小H2浓度能加快反应速率
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.使用催化剂不影响反应速率
A
解析:升高温度能加快反应速率,故A正确;减小浓度可以减慢反应速率,故B错误;该反应是放热反应,故反应物的总能量高于生成物的总能量,故C错误;催化剂影响反应速率,故D错误。
3.酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液可发生反应:5H2C2O4+2Mn+6H+
10CO2↑+2Mn2++8H2O。控制其他条件相同,不同温度时混合两种溶液,c(Mn)随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (　 　)
A.曲线Ⅱ对应的温度小于50 ℃
B.溶液紫色褪去的时间越长反应速率越快
C.实验中反应物用量n(H2C2O4)︰n(KMnO4)<5︰2
D.50 ℃下,t1~t2段速率突然变大可能是生成的Mn2+起到了催化作用
D
解析:控制其他条件相同,改变温度,温度越高,反应速率越快,反应结束需要的时间越短,曲线Ⅱ对应的温度大于50 ℃,A错误;溶液紫色褪去,反应结束,时间越长反应速率越慢,B错误;由题图中信息可知,KMnO4完全反应,H2C2O4过量,n(H2C2O4)︰n(KMnO4)>5︰2,C错误;加入催化剂或升高温度,能明显加快反应速率,在其他条件都相同时,开始速率小,过一会儿速率突然增大,有可能是反应放热,温度明显升高引起的,也可能是反应生成了具有催化作用的物质,其中水没有这种作用,CO2释放出去了,所以可能起催化作用的是Mn2+,D正确。
四
即时演练
C
1.化学与生活息息相关。下列做法与化学反应速率调控无关的是 (　 　)
A.向食品包装袋中充入氮气
B.疫苗在低温下保存和运输
C.刀具使用前用磨刀石打磨
D.使用加酶洗衣液洗涤衣物
解析:通过降低氧气浓度、低温可减小反应速率,通过酶催化可增大反应速率。打磨刀具是物理处理,目的是提高锋利度,与化学反应速率调控无关。
C
2.下列各组实验中,H2O2分解最快的是 (　 　)
选项 H2O2的浓度 (质量分数)/% 温度/℃ 催化剂
的使用
A 2 10 使用MnO2
B 4 10 不使用
C 6 30 使用MnO2
D 6 30 不使用
解析:H2O2的浓度(质量分数)越大,反应温度越高,使用MnO2作催化剂,则H2O2分解越快,C选项中,H2O2的浓度(质量分数)最大,反应温度最高,使用MnO2作催化剂,故C选项的反应速率最快。
C
3.下列装置或操作能达到目的的是 (　 　)
A.装置①用于测定生成氢气的速率
B.装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响
C.装置③依据U形管两边液面的高低判断Na和水反应的热效应
D.装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响
解析:装置①生成的氢气会从长颈漏斗中逸出,不能根据生成氢气的体积测定生成氢气的速率,A不符合题意;装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响,应保证KMnO4溶液的浓度相同,用不同浓度的H2C2O4溶液来做实验,B不符合题意;Na和水反应放热,广口瓶内气体受热膨胀,U形管左侧液面下降,右侧液面上升,所以装置③能达到目的,C符合题意;装置④中物质的浓度、温度都不同,无法判断温度对反应速率的影响,D不符合题意。
4.化学反应速率是描述化学反应进行快慢的物理量。某同学利用如图所示装置测定化学反应速率(已知:S2+2H+ H2O+S↓+SO2↑)。
(1)为保证实验的准确性、可靠性,利用该装置进行实验前应先进行的步骤是________________;除如图所示装置的实验用品、仪器外,还需要的一种实验仪器是____。
解析:从实验装置可知,本实验是通过测量在一个时间段内所收集到的气体的体积来测定反应速率,所以先要检查装置的气密性,实验仪器还需要秒表。
检查装置的气密性
秒表
(2)若在2 min时收集到224 mL(已折算成标准状况)气体,可计算出这2 min内H+的反应速率,但该测定值比实际值偏小,其原因是________________________________________。
解析:SO2易溶于水,导致所测得的SO2的体积偏小,则据此计算出的Δn(H+)和Δc(H+)以及v(H+)会变小。
SO2会部分溶于水,导致所测得的SO2体积偏小
(3)试简述测定该反应的反应速率的其他方法:____________________ ___________________________________________________(写一种即可)。
解析:根据反应S2+2H+ H2O+S↓+SO2↑可知,可以通过测定一段时间内生成硫单质的质量或实时测定溶液中H+浓度来求出H+的物质的量的改变量,以测定该反应的反应速率。
测定一段时间内生成硫单质的质量(或测定一定时间内溶液中H+浓度的变化等)
四
课时作业5
A
1.(3分)下列措施是为了增大化学反应速率的是(　 　)
A.谷物酿酒时需要使用酒曲
B.保持钢铁干燥避免生锈
C.将食物放进冰箱避免变质
D.用锌粒代替镁粉制备氢气
解析:谷物酿酒时使用酒曲作为催化剂,能加速发酵反应,增大化学反应速率,A符合题意;保持钢铁干燥减少水分,降低铁与氧气和水的反应速率,避免生锈,B不符合题意;将食物放进冰箱降低温度,减慢与食物变质相关的化学反应速率,C不符合题意;锌不如镁活泼,且锌粒与酸的接触面积比镁粉小,用锌粒代替镁粉制备氢气,化学反应速率减小,D不符合题意。
A
2.(3分)下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是(　 　)
A.Cu能与浓硝酸反应,而不与浓盐酸反应
B.Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C.N2与O2在常温、常压下不反应,放电时可反应
D.Fe与浓盐酸反应快,与稀盐酸反应慢
解析:浓硝酸具有强氧化性,能与Cu反应,Cu在金属活动性顺序中排在氢之后,故Cu与浓盐酸不反应,A项符合题意;B、D两项说明浓度对反应速率的影响;C项说明反应条件对反应速率的影响。
3.(3分)比较、推理是化学学习常用的方法,以下关于反应事实推导出的影响化学反应的因素不合理的是 (　 　)
选项 化学反应事实 影响化学
反应的因素
A 铁丝在空气中很难燃烧,而在氧气中能剧烈燃烧 反应物浓度
B 碳在常温下不与氧气发生反应,而在点燃时能与氧气反应 反应温度
C H2O2在常温下较难分解,而在加入MnO2后迅速分解 催化剂
D 铜片在空气中很难燃烧,铜粉在空气中较易燃烧 反应物的种类
D
解析:铁丝在空气中很难燃烧,而在氧气中能剧烈燃烧,是因为氧气的浓度不同,说明反应物浓度是影响化学反应的因素,故A正确;碳在常温下不与氧气发生反应,而在点燃时能与氧气反应,说明反应温度是影响化学反应的因素,故B正确;H2O2常温下较难分解,而在加入MnO2后迅速分解,说明催化剂是影响化学反应的因素,故C正确;铜片在空气中很难燃烧,而铜粉在空气中较易燃烧,是由于反应物与氧气的接触面积不同,与反应物的种类无关,故D错误。
B
4.(3分)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述不正确的是 (　 　)
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲所示实验中反应速率:①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图乙装置比较反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处旋塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
解析:反应速率可以通过观察产生气泡的快慢来判断,则题图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小,A正确;题图甲中2个试管中分别加入FeCl3溶液和CuSO4溶液,阴离子不同,无法排除阴离子干扰,不能确定Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,B错误;反应速率可以用单位时间内产生气体的体积表示,要比较反应速率,需要记录反应产生的气体体积及反应时间,C正确;关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若气密性不好,活塞不能回到原位,若气密性良好,活塞能回到原位,D正确。
5. (3分)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化如图所示。下列叙述正确的是 (　 　)
A.c点时:v(正)=v(逆)
B.生成物的总能量高于反应物的总能量
C.SO2浓度:a点>b点
D.体系压强不再变化,不能说明反应达到平衡状态
C
解析:该绝热容器中随着反应的进行,反应物的浓度降低,反应速率应降低,但题图中反应速率先增大,说明该反应放热,使温度升高,所以反应初期温度升高对速率影响大于浓度减小的影响,c点后温度升高的影响小于浓度降低的影响,正反应速率降低,直至反应平衡。c点是正反应速率的最大值点,之后正反应速率开始下降,说明c点时反应仍在向正反应方向进行,此时v(正)>v(逆),未达到平衡状态,A错误;反应放热,即反应物总能量高于生成物总能量,B错误;a点在b点之前,反应从开始到a点再到b点,始终向正反应方向进行,反应物SO2浓度随反应进行不断减小,故SO2浓度:a点>b点,C正确;该反应前后气体分子数相等(Δn=0),根据pV=nRT,绝热恒容容器中反应放热会使温度变化,导致压强变化,达到平衡时温度不再变化,压强也不再变化,故压强不再变化能说明反应达到平衡状态,D错误。
B
6.(3分)不同条件下,用O2氧化1 mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是 (　 　)
A.由①和③可知,温度越高,Fe2+氧化速率越快
B.由①和②可知,pH越大,Fe2+氧化速率越快
C.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于
0.15 mol·L-1·h-1
D.氧化过程的离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O
解析:由①和③可知,温度越高,Fe2+的氧化速率越快,A正确;①和②的pH和温度均不同,未控制变量,存在两个变量,无法比较,B错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率为v(Fe2+)==0.15 mol·
L-1·h-1,在60 ℃、pH=2.5时,由于温度升高,反应速率增大,所以60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15 mol·L-1·h-1,C正确;在酸性条件下,O2和Fe2+发生氧化还原反应,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+ 4Fe3++2H2O,D正确。
7. (3分)某温度下,N2O在金(Au)表面发生分解反应:2N2O(g) 2N2(g) +O2(g),该反应的速率方程为v=kpn(N2O)(k为速率常数,k只与温度、催化剂、接触面积等有关,与浓度、压强无关,n为反应级数),实验测得剩余N2O的压强与时间的关系如图所示。下列说法正确的是(　 　)
A.n=1
B.速率常数k=1.0×10-3 Pa·min-1
C.60 min时,p(N2O)=0.04 MPa
D.其他条件不变,增大N2O的起始压强,反应速率增大
C
解析:分析图像可知,剩余N2O的压强与时间成线性关系,说明反应速率是恒定的,与N2O的压强无关,即n=0,故A错误;反应速率v=,从反应开始至40 min,Δp=0.1 MPa-0.06 MPa=0.04 MPa,v==1.0×10-3 MPa·min-1,
速率方程为v=kp0(N2O)=k,所以k=1.0×10-3 MPa· min-1,故B错误;由v=1.0×10-3 MPa· min-1,得60 min时的p(N2O)=0.1 MPa-(1.0×10-3 MPa·
min-1×60 min)=0.04 MPa,故C正确;因为n=0,速率方程为v=kp0(N2O)=k,反应速率与N2O的压强无关,所以增大N2O的起始压强,反应速率不变,故D错误。
8.(12分)某研究小组对KI溶液在空气中发生氧化反应的速率进行实验探究。
【初步探究】
示意图 序号 温度 试剂A 现象
① 0 ℃ 0.5 mol·L-1 稀硫酸 4 min左右出现蓝色
② 20 ℃ 1 min左右出现蓝色
③ 20 ℃ 0.1 mol·L-1 稀硫酸 15 min左右出现蓝色
④ 20 ℃ 蒸馏水 30 min左右出现蓝色
(1)为探究温度对反应速率的影响,实验②中试剂A应为____________________。
解析:实验①(0 ℃)和实验②(20 ℃)是温度对比实验,因此除温度外,其他条件应完全相同,实验①中试剂A为0.5 mol·L-1稀硫酸,故实验②中也应使用相同浓度的稀硫酸,故试剂A为0.5 mol·L-1稀硫酸。
0.5 mol·L-1稀硫酸
(2)写出实验③中I-反应的离子方程式:__________________________。
解析:KI在酸性条件下被空气中的氧气氧化产生单质碘,单质碘遇淀粉使其变蓝,因此该反应的化学方程式为4KI+O2+2H2SO4 2K2SO4+ 2H2O+2I2,离子方程式为4I-+O2+4H+ 2H2O+2I2。
(3)对比实验②③④,解释反应速率变化的原因:_____________________ ________________________________。
解析:实验②③④温度相同,但试剂A不同:②0.5 mol·L-1稀硫酸→1 min变蓝;③0.1 mol·L-1稀硫酸→15 min变蓝;④蒸馏水→30 min变蓝。这说明c(H+)越大,氧化反应速率越快。
4I-+O2+4H+ 2I2+2H2O
KI溶液被O2氧化成I2,c(H+)越大氧化反应速率越快
【继续探究】溶液pH对反应速率的影响。
查阅资料:
ⅰ.pH<11.7时,I-能被O2氧化为I2。
ⅱ.pH>9.28时,I2发生歧化反应:3I2+6OH- I+5I-+3H2O,pH越大,歧化速率越快。
(4)小组同学用4支试管在装有O2的储气瓶中进行实验,装置如图所示。
序号 ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
试管中溶液的pH 8 9 10 11
放置10小时 后的现象 出现蓝色 颜色无 明显变化
分析⑦和⑧中颜色无明显变化的原因为______________________________ _____________________________________。
解析:已知pH>9.28时,I2会发生歧化反应:3I2+6OH- 3H2O+I+5I-, pH越大,歧化速率越快。实验⑦(pH=10)和⑧(pH=11)中,I2一旦生成,立即发生歧化反应,几乎不积累I2。由于I2的歧化反应速率大于I-的氧化反应速率和淀粉变色速率,所以颜色无明显变化。
溶液中pH较大,I2的歧化反应速率大于I-的氧化反应速率和淀粉变色速率
9.(17分)某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
实验 编号 实验温 度/℃ 试管中所加试剂及其用量/mL
0.6 mol·L-1 H2C2O4溶液 H2O 3 mol·L-1稀 H2SO4溶液 0.05 mol·L-1
KMnO4溶液
① 25 3.0 V1 2.0 3.0
② 25 2.0 3.0 2.0 3.0
③ 30 2.0 V2 2.0 3.0
(1)该实验的原理是2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4 +10CO2↑+8H2O。该实验还需要测量的数据是__________________。
解析:KMnO4溶液为紫红色,可以通过测量溶液褪色所需的时间来比较反应速率的快慢。
(2)V1=______,V2=______。
解析:①②温度相同,探究浓度对反应速率的影响,因此溶液的总体积相等,则V1=2.0;②③物质的量浓度相同,探究温度对反应速率的影响,溶液的总体积相等,则V2=3.0。
溶液褪色所需的时间
2.0
3.0
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验____(填实验编号)。
解析:②③物质的量浓度相同,变量为温度,可以探究温度对反应速率的影响。
(4)若实验①用时1.5 min,则第一组实验的化学反应速率为___________________(用H2C2O4表示)。
解析:反应为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4 + 10CO2↑
+8H2O,由题表可知,KMnO4完全反应,实验①用时1.5 min,则第一组实验的化学反应速率(用H2C2O4表示)为v(H2C2O4) =× v(KMnO4)=×
=0.025 mol·L-1· min-1。
②③
0.025 mol·L-1· min-1
(5)某同学绘制了瞬时速率v和时间t的图像,如图所示。
①该同学提出如下猜想。
猜想a:温度上升导致速率快速上升;
猜想b:反应产生了催化剂。
该同学发现该反应前后体系温度上升了0.5 ℃,因此______(填“猜想a”或“猜想b”)不成立。
解析:发现该反应前后体系温度变化不大,但是反应速率变化明显,则猜想a不成立。
猜想a
②该同学推测可能的催化剂是________(填物质化学式)。
解析:反应过程中生成了Mn2+,故推测可能的催化剂是生成的MnSO4。
③验证猜想的方法是______________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________。
解析:证明MnSO4催化反应的进行,可以进行对比实验:取两份等量、等浓度的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液,其中一份加入少量MnSO4溶液,另一份加入等量蒸馏水,记录从反应开始到溶液褪色的时间(或其中一份直接加入少量MnSO4固体)。
MnSO4
取两份等量、等浓度的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液,其中一份加入少量MnSO4溶液,另一份加入等量蒸馏水,记录从反应开始到溶液褪色的时间(或其中一份直接加入少量MnSO4固体)
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本课结束第2课时　影响化学反应速率的因素
1.变化观念与平衡思想:掌握外界条件(浓度、压强、温度、催化剂等)对化学反应速率的影响规律及实质,并会用相应规律解决有关问题。2.证据推理与模型认知:通过实验探究影响化学反应速率的因素,建立“变量控制”探究外界条件对化学反应速率影响的思维模型。
知识点一　实验探究影响化学反应速率的因素
1.影响化学反应速率的因素
(1)内因:反应物的组成、结构和性质等。
(2)外因:浓度、压强、温度及催化剂等。
2.实验探究
(1)定性研究影响化学反应速率的因素
①实验原理
Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O;
2H2O22H2O+O2↑。
②实验方案
影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论
浓 度 均出现浑浊,但后者出现浑浊更快 在一般情况下,当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大
温 度 混合后均出现浑浊,但70 ℃热水一组首先出现浑浊 升高温度,化学反应速率增大
催 化 剂 前者无明显现象,后者出现大量气泡 催化剂能加快化学反应速率
(2)定量研究影响化学反应速率的因素
①实验步骤
取两套如图所示的装置,一套加入40 mL 1 mol·L-1 H2SO4溶液和2 g锌粒(Ⅰ),另一套加入40 mL 4 mol·L-1 H2SO4溶液和2 g锌粒(Ⅱ),分别测量并记录收集10 mL H2所用时间。
②实验现象
锌与H2SO4溶液反应产生气泡(写现象),收集10 mL气体,Ⅱ所用时间比Ⅰ所用时间短。
③实验结果
加入试剂 所用时间 (填“长”或“短”) 反应速率 (填“快”或“慢”)
1 mol·L-1 H2SO4溶液 长 慢
4 mol·L-1 H2SO4溶液 短 快
④实验结论
4 mol·L-1H2SO4溶液与锌反应比1 mol·L-1 H2SO4溶液与锌反应的速率快。
实验测定锌粒与H2SO4溶液反应的速率时:
(1)为确保测定的准确性,应注意哪些事项
锌的颗粒(即比表面积)大小基本相同;H2SO4溶液要迅速加入;装置气密性良好,且计时要迅速准确。
(2)用上述装置测定化学反应速率时,操作、试剂无误,结果测定速率偏大,从装置缺陷的角度分析可能的原因是什么
忽略了加入H2SO4溶液时排出气体的体积。
(3)除用注射器收集气体,你还可用哪些定量仪器测量收集氢气的体积
气体收集可以用排水量气装置(如图)。
1.实验室用锌和盐酸反应制氢气。为探究反应物浓度对氢气生成速率的影响,设计实验方案时,应改变的实验条件是 (　A　)
A.盐酸浓度 B.锌粒大小
C.实验温度 D.是否使用催化剂
解析:探究反应物浓度对氢气生成速率的影响,需采用控制变量法,实验中应仅改变目标变量,即盐酸的浓度,而保持其他条件不变,以避免干扰,A符合题意;锌粒大小不属于浓度因素,B不符合题意;实验温度不属于浓度因素,C不符合题意;是否使用催化剂不属于浓度因素,D不符合题意。故选A。
2.等物质的量的下列金属与对应物质的量浓度的酸发生反应,则反应刚开始时,产生氢气速率最快的是 (　C　)
选项 金属(粉末状) 酸浓度 酸体积 反应温度
A Al 18.4 mol·L-1硫酸 300 mL 100 ℃
B Cu 6 mol·L-1硝酸 300 mL 80 ℃
C Mg 3 mol·L-1硫酸 300 mL 50 ℃
D Zn 6 mol·L-1盐酸 300 mL 50 ℃
解析:氧化性酸(浓硫酸、硝酸)与金属反应不产生氢气,排除A、B;C、D条件相比,H+浓度相同、温度相同,但镁比锌活泼,反应速率更快,故选C。
3.为了探究外界条件对H2O2分解反应速率的影响,某同学在4支试管中分别加入3 mL H2O2溶液,测量并记录收集V mL气体时所需的时间,实验记录如下:
实验 序号 H2O2 溶液浓度 反应 温度/℃ 催化剂 所用 时间
① 5% 20 2滴1 mol· L-1 FeCl3 t1
② 5% 40 2滴1 mol· L-1 FeCl3 t2
③ 10% 20 2滴1 mol· L-1 FeCl3 t3
④ 5% 20 不使用 t4
下列说法不正确的是 (　B　)
A.实验①②探究温度对反应速率的影响
B.实验②④探究催化剂对反应速率的影响
C.实验①③比较:t1>t3
D.实验③④比较:t3解析:实验①②中H2O2浓度和催化剂相同,仅温度不同,探究温度对反应速率的影响,A正确;实验②④的温度不同(40 ℃和20 ℃),催化剂也不同(使用和不使用),存在两个变量,无法单独探究催化剂对反应速率的影响,B错误;实验①③中,③的H2O2浓度更高,反应速率更快,故t1>t3,C正确;实验③④中,③的浓度更高且有催化剂,反应速率明显快于④,故t3变量控制法探究影响化学反应速率的因素
知识点二　外界条件对化学反应速率的影响
1.外界条件对化学反应速率的影响规律及注意事项
其他条件相同时, 改变外界条件 反应速 率变化 注意事项
浓 度 增大反应 物浓度 增大 (1)浓度对速率的影响适用于气体或溶液参与的反应,固体和纯液体的浓度视为常数。 (2)对于离子反应,实际参加反应的离子浓度发生变化,才会引起化学反应速率的改变
降低反应 物浓度 减小
压 强 缩小容器的容积,压强增大,反应物浓度增大 增大 (1)容器的容积不变,通入稀有气体,容器内压强增大,但由于反应物浓度不变,反应速率不变。 (2)保持压强不变,通入稀有气体,容器的容积增大,反应物浓度减小,反应速率减小
增大容器的容积,压强减小,反应物浓度减小 减小
温 度 升高温度 增大 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
降低温度 减小
催 化 剂 加入 催化剂 增大 (1)催化剂一般要参与反应,但反应前后其质量和化学性质不变,物理性质可能会发生改变。 (2)不同的反应催化剂不一样,同一反应不同的催化剂催化效果不一样。 (3)减慢化学反应速率的催化剂称为阻化剂
2.其他影响因素
反应物的接触面积、容器的性质、光、超声波、磁场、组成原电池等因素均可影响化学反应速率。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)对可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增大KCl浓度,逆反应速率加快。(　×　)
(2)升高温度,v(正)和v(逆)都增大,但吸热方向的反应速率增大的程度更大。 (　√　)
(3)CaCO3与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率。(　×　)
(4)任何反应,增大压强,反应速率一定增大。(　×　)
(5)用相同质量的锌粉和锌片与相同浓度且足量盐酸反应,产生氢气的量和速率都相同。 (　×　)
1.在C(s)+CO2(g)2CO(g)的反应中,现采取下列措施:①缩小体积,增大压强;②增加碳的量;③通入CO2;④恒容下充入N2;⑤恒压下充入N2。上述能够使反应速率增大的措施是 (　C　)
A.①④ B.②③⑤
C.①③ D.①②④
解析:①缩小体积,增大压强,浓度增大,反应速率增大;②碳是固体,增加碳的量,反应速率不变;③通入CO2,反应物浓度增大,反应速率增大;④恒容下充入N2,反应物浓度不变,反应速率不变;⑤恒压下充入N2,容器容积增大,浓度减小,反应速率减小。
2.“液态阳光”能有效助力我国实现“碳达峰”和“碳中和”,其主要反应之一是CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)(放热反应)。下列有关说法正确的是 (　A　)
A.升高温度能加快反应速率
B.减小H2浓度能加快反应速率
C.反应物的总能量低于生成物的总能量
D.使用催化剂不影响反应速率
解析:升高温度能加快反应速率,故A正确;减小浓度可以减慢反应速率,故B错误;该反应是放热反应,故反应物的总能量高于生成物的总能量,故C错误;催化剂影响反应速率,故D错误。
3.酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液可发生反应:5H2C2O4+2Mn+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O。控制其他条件相同,不同温度时混合两种溶液,c(Mn)随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 (　D　)
A.曲线Ⅱ对应的温度小于50 ℃
B.溶液紫色褪去的时间越长反应速率越快
C.实验中反应物用量n(H2C2O4)︰n(KMnO4)<5︰2
D.50 ℃下,t1~t2段速率突然变大可能是生成的Mn2+起到了催化作用
解析:控制其他条件相同,改变温度,温度越高,反应速率越快,反应结束需要的时间越短,曲线Ⅱ对应的温度大于50 ℃,A错误;溶液紫色褪去,反应结束,时间越长反应速率越慢,B错误;由题图中信息可知,KMnO4完全反应,H2C2O4过量,n(H2C2O4)︰n(KMnO4)>5︰2,C错误;加入催化剂或升高温度,能明显加快反应速率,在其他条件都相同时,开始速率小,过一会儿速率突然增大,有可能是反应放热,温度明显升高引起的,也可能是反应生成了具有催化作用的物质,其中水没有这种作用,CO2释放出去了,所以可能起催化作用的是Mn2+,D正确。
1.化学与生活息息相关。下列做法与化学反应速率调控无关的是 (　C　)
A.向食品包装袋中充入氮气
B.疫苗在低温下保存和运输
C.刀具使用前用磨刀石打磨
D.使用加酶洗衣液洗涤衣物
解析:通过降低氧气浓度、低温可减小反应速率,通过酶催化可增大反应速率。打磨刀具是物理处理,目的是提高锋利度,与化学反应速率调控无关。
2.下列各组实验中,H2O2分解最快的是 (　C　)
选项 H2O2的浓度 (质量分数)/% 温度/℃ 催化剂 的使用
A 2 10 使用MnO2
B 4 10 不使用
C 6 30 使用MnO2
D 6 30 不使用
解析:H2O2的浓度(质量分数)越大,反应温度越高,使用MnO2作催化剂,则H2O2分解越快,C选项中,H2O2的浓度(质量分数)最大,反应温度最高,使用MnO2作催化剂,故C选项的反应速率最快。
3.下列装置或操作能达到目的的是 (　C　)
A.装置①用于测定生成氢气的速率
B.装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响
C.装置③依据U形管两边液面的高低判断Na和水反应的热效应
D.装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响
解析:装置①生成的氢气会从长颈漏斗中逸出,不能根据生成氢气的体积测定生成氢气的速率,A不符合题意;装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响,应保证KMnO4溶液的浓度相同,用不同浓度的H2C2O4溶液来做实验,B不符合题意;Na和水反应放热,广口瓶内气体受热膨胀,U形管左侧液面下降,右侧液面上升,所以装置③能达到目的,C符合题意;装置④中物质的浓度、温度都不同,无法判断温度对反应速率的影响,D不符合题意。
4.化学反应速率是描述化学反应进行快慢的物理量。某同学利用如图所示装置测定化学反应速率(已知:S2+2H+H2O+S↓+SO2↑)。
(1)为保证实验的准确性、可靠性,利用该装置进行实验前应先进行的步骤是检查装置的气密性;除如图所示装置的实验用品、仪器外,还需要的一种实验仪器是秒表。
(2)若在2 min时收集到224 mL(已折算成标准状况)气体,可计算出这2 min内H+的反应速率,但该测定值比实际值偏小,其原因是SO2会部分溶于水,导致所测得的SO2体积偏小。
(3)试简述测定该反应的反应速率的其他方法:测定一段时间内生成硫单质的质量(或测定一定时间内溶液中H+浓度的变化等)(写一种即可)。
解析:(1)从实验装置可知,本实验是通过测量在一个时间段内所收集到的气体的体积来测定反应速率,所以先要检查装置的气密性,实验仪器还需要秒表。(2)SO2易溶于水,导致所测得的SO2的体积偏小,则据此计算出的Δn(H+)和Δc(H+)以及v(H+)会变小。(3)根据反应S2+2H+H2O+S↓+SO2↑可知,可以通过测定一段时间内生成硫单质的质量或实时测定溶液中H+浓度来求出H+的物质的量的改变量,以测定该反应的反应速率。
(总分:50分)
1.(3分)下列措施是为了增大化学反应速率的是 (　A　)
A.谷物酿酒时需要使用酒曲
B.保持钢铁干燥避免生锈
C.将食物放进冰箱避免变质
D.用锌粒代替镁粉制备氢气
解析:谷物酿酒时使用酒曲作为催化剂,能加速发酵反应,增大化学反应速率,A符合题意;保持钢铁干燥减少水分,降低铁与氧气和水的反应速率,避免生锈,B不符合题意;将食物放进冰箱降低温度,减慢与食物变质相关的化学反应速率,C不符合题意;锌不如镁活泼,且锌粒与酸的接触面积比镁粉小,用锌粒代替镁粉制备氢气,化学反应速率减小,D不符合题意。
2.(3分)下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是 (　A　)
A.Cu能与浓硝酸反应,而不与浓盐酸反应
B.Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C.N2与O2在常温、常压下不反应,放电时可反应
D.Fe与浓盐酸反应快,与稀盐酸反应慢
解析:浓硝酸具有强氧化性,能与Cu反应,Cu在金属活动性顺序中排在氢之后,故Cu与浓盐酸不反应,A项符合题意;B、D两项说明浓度对反应速率的影响;C项说明反应条件对反应速率的影响。
3.(3分)比较、推理是化学学习常用的方法,以下关于反应事实推导出的影响化学反应的因素不合理的是 (　D　)
选项 化学反应事实 影响化学 反应的因素
A 铁丝在空气中很难燃烧,而在氧气中能剧烈燃烧 反应物浓度
B 碳在常温下不与氧气发生反应,而在点燃时能与氧气反应 反应温度
C H2O2在常温下较难分解,而在加入MnO2后迅速分解 催化剂
D 铜片在空气中很难燃烧,铜粉在空气中较易燃烧 反应物的种类
解析:铁丝在空气中很难燃烧,而在氧气中能剧烈燃烧,是因为氧气的浓度不同,说明反应物浓度是影响化学反应的因素,故A正确;碳在常温下不与氧气发生反应,而在点燃时能与氧气反应,说明反应温度是影响化学反应的因素,故B正确;H2O2常温下较难分解,而在加入MnO2后迅速分解,说明催化剂是影响化学反应的因素,故C正确;铜片在空气中很难燃烧,而铜粉在空气中较易燃烧,是由于反应物与氧气的接触面积不同,与反应物的种类无关,故D错误。
4.(3分)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述不正确的是 (　B　)
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲所示实验中反应速率:①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图乙装置比较反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处旋塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
解析:反应速率可以通过观察产生气泡的快慢来判断,则题图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小,A正确;题图甲中2个试管中分别加入FeCl3溶液和CuSO4溶液,阴离子不同,无法排除阴离子干扰,不能确定Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,B错误;反应速率可以用单位时间内产生气体的体积表示,要比较反应速率,需要记录反应产生的气体体积及反应时间,C正确;关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若气密性不好,活塞不能回到原位,若气密性良好,活塞能回到原位,D正确。
5. (3分)向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2,一定条件下使反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)达到平衡,正反应速率随时间变化如图所示。下列叙述正确的是 (　C　)
A.c点时:v(正)=v(逆)
B.生成物的总能量高于反应物的总能量
C.SO2浓度:a点>b点
D.体系压强不再变化,不能说明反应达到平衡状态
解析:该绝热容器中随着反应的进行,反应物的浓度降低,反应速率应降低,但题图中反应速率先增大,说明该反应放热,使温度升高,所以反应初期温度升高对速率影响大于浓度减小的影响,c点后温度升高的影响小于浓度降低的影响,正反应速率降低,直至反应平衡。c点是正反应速率的最大值点,之后正反应速率开始下降,说明c点时反应仍在向正反应方向进行,此时v(正)>v(逆),未达到平衡状态,A错误;反应放热,即反应物总能量高于生成物总能量,B错误;a点在b点之前,反应从开始到a点再到b点,始终向正反应方向进行,反应物SO2浓度随反应进行不断减小,故SO2浓度:a点>b点,C正确;该反应前后气体分子数相等(Δn=0),根据pV=nRT,绝热恒容容器中反应放热会使温度变化,导致压强变化,达到平衡时温度不再变化,压强也不再变化,故压强不再变化能说明反应达到平衡状态,D错误。
6.(3分)不同条件下,用O2氧化1 mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是 (　B　)
A.由①和③可知,温度越高,Fe2+氧化速率越快
B.由①和②可知,pH越大,Fe2+氧化速率越快
C.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15 mol·L-1·h-1
D.氧化过程的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O
解析:由①和③可知,温度越高,Fe2+的氧化速率越快,A正确;①和②的pH和温度均不同,未控制变量,存在两个变量,无法比较,B错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率为v(Fe2+)==0.15 mol·L-1·h-1,在60 ℃、pH=2.5时,由于温度升高,反应速率增大,所以60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15 mol·L-1·h-1,C正确;在酸性条件下,O2和Fe2+发生氧化还原反应,根据得失电子守恒、电荷守恒及原子守恒,可得反应的离子方程式为4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O,D正确。
7. (3分)某温度下,N2O在金(Au)表面发生分解反应:2N2O(g)2N2(g)+O2(g),该反应的速率方程为v=kpn(N2O)(k为速率常数,k只与温度、催化剂、接触面积等有关,与浓度、压强无关,n为反应级数),实验测得剩余N2O的压强与时间的关系如图所示。下列说法正确的是(　C　)
A.n=1
B.速率常数k=1.0×10-3 Pa·min-1
C.60 min时,p(N2O)=0.04 MPa
D.其他条件不变,增大N2O的起始压强,反应速率增大
解析:分析图像可知,剩余N2O的压强与时间成线性关系,说明反应速率是恒定的,与N2O的压强无关,即n=0,故A错误;反应速率v=,从反应开始至40 min,Δp=0.1 MPa-0.06 MPa=0.04 MPa,v==1.0×10-3 MPa·min-1,速率方程为v=kp0(N2O)=k,所以k=1.0×10-3 MPa· min-1,故B错误;由v=1.0×10-3 MPa· min-1,得60 min时的p(N2O)=0.1 MPa-(1.0×10-3 MPa·min-1×60 min)=0.04 MPa,故C正确;因为n=0,速率方程为v=kp0(N2O)=k,反应速率与N2O的压强无关,所以增大N2O的起始压强,反应速率不变,故D错误。
8.(12分)某研究小组对KI溶液在空气中发生氧化反应的速率进行实验探究。
【初步探究】
示意图 序号 温度 试剂A 现象
① 0 ℃ 0.5 mol·L-1 稀硫酸 4 min左右 出现蓝色
② 20 ℃ 1 min左右 出现蓝色
③ 20 ℃ 0.1 mol·L-1 稀硫酸 15 min左 右出现蓝色
④ 20 ℃ 蒸馏水 30 min左 右出现蓝色
(1)为探究温度对反应速率的影响,实验②中试剂A应为0.5 mol·L-1稀硫酸。
(2)写出实验③中I-反应的离子方程式:4I-+O2+4H+2I2+2H2O。
(3)对比实验②③④,解释反应速率变化的原因:KI溶液被O2氧化成I2,c(H+)越大氧化反应速率越快。
【继续探究】溶液pH对反应速率的影响。
查阅资料:
ⅰ.pH<11.7时,I-能被O2氧化为I2。
ⅱ.pH>9.28时,I2发生歧化反应:3I2+6OH-I+5I-+3H2O,pH越大,歧化速率越快。
(4)小组同学用4支试管在装有O2的储气瓶中进行实验,装置如图所示。
序号 ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
试管中溶液的pH 8 9 10 11
放置10小时 后的现象 出现蓝色 颜色无 明显变化
分析⑦和⑧中颜色无明显变化的原因为溶液中pH较大,I2的歧化反应速率大于I-的氧化反应速率和淀粉变色速率。
解析:(1)实验①(0 ℃)和实验②(20 ℃)是温度对比实验,因此除温度外,其他条件应完全相同,实验①中试剂A为0.5 mol·L-1稀硫酸,故实验②中也应使用相同浓度的稀硫酸,故试剂A为0.5 mol·L-1稀硫酸。(2)KI在酸性条件下被空气中的氧气氧化产生单质碘,单质碘遇淀粉使其变蓝,因此该反应的化学方程式为4KI+O2+2H2SO42K2SO4+2H2O+2I2,离子方程式为4I-+O2+4H+2H2O+2I2。(3)实验②③④温度相同,但试剂A不同:②0.5 mol·L-1稀硫酸→1 min变蓝;③0.1 mol·L-1稀硫酸→15 min变蓝;④蒸馏水→30 min变蓝。这说明c(H+)越大,氧化反应速率越快。(4)已知pH>9.28时,I2会发生歧化反应:3I2+6OH-3H2O+I+5I-,pH越大,歧化速率越快。实验⑦(pH=10)和⑧(pH=11)中,I2一旦生成,立即发生歧化反应,几乎不积累I2。由于I2的歧化反应速率大于I-的氧化反应速率和淀粉变色速率,所以颜色无明显变化。
9.(17分)某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
实验 编号 实验温 度/℃ 试管中所加试剂及其用量/mL
0.6 mol·L-1 H2C2O4溶液 H2O 3 mol·L-1稀 H2SO4溶液 0.05 mol·L-1 KMnO4溶液
① 25 3.0 V1 2.0 3.0
② 25 2.0 3.0 2.0 3.0
③ 30 2.0 V2 2.0 3.0
(1)该实验的原理是2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。该实验还需要测量的数据是溶液褪色所需的时间。
(2)V1=2.0,V2=3.0。
(3)探究温度对化学反应速率的影响,应选择实验②③(填实验编号)。
(4)若实验①用时1.5 min,则第一组实验的化学反应速率为0.025 mol·L-1· min-1(用H2C2O4表示)。
(5)某同学绘制了瞬时速率v和时间t的图像,如图所示。
①该同学提出如下猜想。
猜想a:温度上升导致速率快速上升;
猜想b:反应产生了催化剂。
该同学发现该反应前后体系温度上升了0.5 ℃,因此猜想a(填“猜想a”或“猜想b”)不成立。
②该同学推测可能的催化剂是MnSO4(填物质化学式)。
③验证猜想的方法是取两份等量、等浓度的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液,其中一份加入少量MnSO4溶液,另一份加入等量蒸馏水,记录从反应开始到溶液褪色的时间(或其中一份直接加入少量MnSO4固体)。
解析:(1)KMnO4溶液为紫红色,可以通过测量溶液褪色所需的时间来比较反应速率的快慢。(2)①②温度相同,探究浓度对反应速率的影响,因此溶液的总体积相等,则V1=2.0;②③物质的量浓度相同,探究温度对反应速率的影响,溶液的总体积相等,则V2=3.0。(3)②③物质的量浓度相同,变量为温度,可以探究温度对反应速率的影响。(4)反应为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,由题表可知,KMnO4完全反应,实验①用时1.5 min,则第一组实验的化学反应速率(用H2C2O4表示)为v(H2C2O4)=×v(KMnO4)=×=0.025 mol·L-1· min-1。(5)①发现该反应前后体系温度变化不大,但是反应速率变化明显,则猜想a不成立。②反应过程中生成了Mn2+,故推测可能的催化剂是生成的MnSO4。③证明MnSO4催化反应的进行,可以进行对比实验:取两份等量、等浓度的酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液,其中一份加入少量MnSO4溶液,另一份加入等量蒸馏水,记录从反应开始到溶液褪色的时间(或其中一份直接加入少量MnSO4固体)。

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