2020年高中化学 课时跟踪检测（九）催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 苏教版选修6

2020年高中化学 课时跟踪检测（九）催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 苏教版选修6

课时跟踪检测（九） 催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响 ‎1．关于催化剂的叙述，正确的是(　　)‎ A．催化剂在化学反应前后性质不变 B．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应 C．使用催化剂可以改变反应达到平衡的时间 D．催化剂可以提高反应物的转化率 解析：选C　催化剂是能改变化学反应速率而本身的质量和化学性质在反应前后均不变的物质，但其物理性质，如固体颗粒大小可能改变，A项错误，C项正确；催化剂参与化学反应，并且能同时、同程度地改变正反应速率和逆反应速率，故催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。‎ ‎2．过氧化氢的沸点比水高，但受热容易分解。某试剂厂先制得7%～8%的过氧化氢溶液，再浓缩成30%的溶液时，可采用的适宜方法是(　　)‎ A．常压蒸馏　　　　　　　　 B．减压蒸馏 C．加生石灰常压蒸馏 D．加压蒸馏 解析：选B　液态物质的沸点与压强有关，减小压强，能降低其沸点，这样就能在温度不是很高的情况下使水蒸发而H2O2又不会分解。‎ ‎3．F2、Cl2、Br2、I2分别与H2反应，在相同条件下，活化分子的物质的量分数最大的是(　　)‎ A．H2＋Cl2===2HCl B．H2＋F2===2HF C．H2＋I2===2HI D．H2＋Br2===2HBr 解析：选B　氟、氯、溴、碘的非金属性强弱的标志之一是其单质与H2化合的难易，其本质是与氢气反应速率的快慢：氟、氯、溴、碘与H2化合的反应速率越来越慢，活化分子百分数越来越小。‎ ‎4．使用催化剂能加快反应速率的主要原因是(　　)‎ A．活化分子能量明显增加 B．降低活化分子的能量 C．增加活化分子百分数 D．增加反应活化能 解析：选C　使用催化剂，能降低反应的活化能，使部分能量较低的分子转化为活化分子，增加了单位体积内活化分子百分数，使反应速率加快。‎ ‎5．合成氨时采用‎500 ℃‎左右的温度进行，主要是因为在该温度时(　　)‎ A．合成氨的化学反应速率最大 B．N2的转化率最高 C．催化剂的活性最大 D．NH3在平衡混合气体中的体积分数最大 6‎ 解析：选C　当压强一定、温度升高时，虽然能增大合成氨的反应速率，但由于合成氨反应是放热反应，升高温度会降低平衡混合物中NH3的含量。因此，从反应的理想条件来看，氨的合成反应在较低温度下进行有利，但是温度过低，反应速率很小，需要很长的时间才能达到平衡状态，这在工业生产上是很不经济的。铁触媒在‎500 ℃‎左右时的活性最大，这是合成氨反应一般选择在‎500 ℃‎左右进行的重要原因之一。‎ ‎6．汽车尾气在光照下分解时，即开始光化学烟雾的循环，它的形成过程可用下列化学方程式表示：NO2===NO＋O,2NO＋O2===2NO2，O2＋O===O3。下列有关叙述不正确的是(　　)‎ A．此过程中，NO2是催化剂 B．在此过程中，NO是中间产物 C．此过程的总反应方程式为2O3===3O2‎ D．光化学烟雾能引起人的外呼吸功能严重障碍 解析：选C　NO2在反应前后质量和化学性质均没发生变化，只是加快了O2变成O3的反应速率，因此NO2是O2变成O3的催化剂。将三个方程式相加得到的总反应方程式为3O2===2O3。‎ ‎7．某中学化学小组查阅资料发现金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解，且A和二氧化锰的最佳催化温度均在‎500 ℃‎左右。于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验。实验时均以收满500 mL氧气为准(其他可能影响实验的因素已忽略)。‎ 用MnO2作催化剂 实验序号 KClO3的质量/g MnO2的质量/g 反应温度/℃‎ 待测 数据 ‎1‎ ‎8.00‎ ‎2.00‎ ‎500‎ ‎2‎ ‎8.00‎ ‎2.00‎ ‎500‎ 用A作催化剂 实验序号 KClO3的质量/g A的质量/g 反应温度/℃‎ 待测 数据 ‎1‎ ‎8.00‎ ‎2.00‎ ‎500‎ ‎2‎ ‎8.00‎ ‎2.00‎ ‎500‎ 请回答：上述实验中待测的数据应是________。完成此研究后，他们准备发表一篇研究报告，请你替他们拟一个报告的题目________。‎ 解析：金属氧化物A和二氧化锰对KClO3都有催化作用，都能改变氯酸钾的分解反应速率，但催化能力不同，因而收满500 mL氧气所需的时间不同，故待测数据为收满500 mL氧气时所需用的时间。化学小组所做的实验是研究金属氧化物A和二氧化锰对氯酸钾的催化能力，所以研究报告的题目是“催化剂效果对照研究”。‎ 6‎ 答案：收集500 mL氧气时所需用的时间　催化剂效果对照研究 ‎8．在一次学生实验中，学生用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应，发现：铝片与稀盐酸反应现象非常明显，而和稀硫酸几乎不反应。这和教材中“铝能跟稀盐酸或稀硫酸反应生成氢气”的说法不一致。为排除因试剂变质等因素造成的影响，该学生在教师的指导下重新进行下列实验，验证是否存在上述现象：‎ 实验用品：仪器(略，凡是实验需要的都有)；‎ 实验试剂：3.0 mol·L－1盐酸、1.5 mol·L－1硫酸、3.0 mol·L－1硫酸；相同大小的铝片(纯度＞99.5%)‎ 实验过程：向三支相同的试管中分别加入相同的铝片各一片，再向试管中分别加入等体积的3.0 mol·L－1盐酸、1.5 mol·L－1硫酸、3.0 mol·L－1硫酸。观察反应进行到1、2、5、15、20分钟时的铝与酸反应的情况。结果如下：‎ 反应进程(分钟)‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎5‎ ‎15‎ ‎20‎ ‎3 mol·L－1盐酸 少量气泡 较多气泡 大量气泡 反应剧烈 铝片耗尽 ‎1.5 mol·L－1硫酸 均无明显现象(无气泡产生)‎ ‎3 mol·L－1硫酸 均无明显现象(无气泡产生)‎ 通过上述实验可知，无论是用1.5 mol·L－1硫酸还是3.0 mol·L－1硫酸，均无明显的现象。而3.0 mol·L－1盐酸与铝片反应的现象却十分明显。‎ 问题1：为了探究“铝与稀盐酸和稀硫酸反应差异的原因”，你能对问题的答案将作出哪些假设或猜想(列出两种即可)?‎ 假设一：______________________________________________________________‎ 假设二：_________________________________________________________________‎ 问题2：为了验证上述假设，你设计的实验方案是：____________________________。‎ 解析：实验中涉及的离子反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。稀盐酸、稀硫酸都是非氧化性的酸，在水溶液中都能电离出H＋，而且在1.5 mol·L－1的硫酸和3.0 mol·L－1的盐酸中，氢离子的浓度都相等，均为3.0 mol·L－1；同时，由于铝片的大小和纯度都相同，根据所发生的离子反应和反应速率理论，它们的反应速率应该相同(因其他外界条件也相同)。但实验结果却和理论推测存在一定的差异，既然氢离子浓度和铝片均相同，造成的差异应该与反应(即2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑)中有无Cl－和SO有关。因此，在开展实验研究时，应该采用向反应体系中加入等物质的量的NaCl、Na2SO4 固体的方法来探究Cl－和SO对反应造成的影响，采用对比实验来进行研究。‎ 答案：问题1：(说明：可能存在多种假设，但只要假设合理均可)‎ Cl－能够促进金属铝与H＋反应 SO对H＋与金属铝的反应起阻碍作用 6‎ 问题2：(1)取a、b、c、d四支相同的试管，分别向试管中加入相同大小的铝片(纯度>99.5%)各一片；(2)在a、b、c试管中依次添加‎0.5 g NaCl(约0.01 mol)、‎1.4 g Na2SO4(约0.01 mol)、‎1.4 g Na2SO4(约0.01 mol)固体；(3)再向a、b试管中加入1.5 mol·L－1硫酸5 mL，c、d试管中加入3.0 mol·L－1盐酸5 mL，并观察五支试管反应进行到5分钟时的现象，把现象填写在下表中：‎ 试管 所加的酸(5 mL)‎ 添加的试剂 ‎5分钟后实验现象 a ‎1.5 mol·L－1硫酸 ‎0.5 g‎ NaCl固体(约0.01 mol)‎ b ‎1.5 mol·L－1硫酸 ‎1.4 g‎ Na2SO4固体(约0.01 mol)‎ c ‎3.0 mol·L－1盐酸 ‎1.4 g‎ Na2SO4固体(约0.01 mol)‎ d ‎3.0 mol·L－1盐酸 不添加(对比)‎ ‎9．甲、乙两个实验小组利用酸性KMnO4溶液与H‎2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。‎ ‎(1)该反应的离子方程式为(提示：H‎2C2O4的一级电离常数为5.4×10－2)______________。‎ 设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4)：‎ ‎(2)甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。‎ 实验装置如图，实验时分液漏斗中A溶液一次性放下，A、B的成分见下表：‎ 序号 A溶液 B溶液 ‎①‎ ‎2 mL 0.1 mol·L－1H‎2C2O4溶液 ‎4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液 ‎②‎ ‎2 mL 0.2 mol·L－1H‎2C2O4溶液 ‎4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液 ‎③‎ ‎2 mL 0.2 mol·L－1H‎2C2O4溶液 ‎4 mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液和少量MnSO4‎ 该实验探究的是________对化学反应速率的影响。在反应停止之前，相同时间内针筒中所得CO2的体积由大到小的顺序是________(用实验序号填空)。‎ ‎(3)乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率的大小。‎ 取两支试管各加入2 mL 0.1 mol·L－1 H‎2C2O4溶液，另取两支试管各加入4 mL 0.1 mol·L－1 KMnO4溶液。将四支试管分成两组(各有一支盛有H‎2C2O4溶液和KMnO4溶液的试管)，一组放入冷水中，另一组放入热水中，经过一段时间后，分别混合并振荡，记录溶液褪色所需时间。‎ 6‎ 该实验目的是研究________对化学反应速率的影响，但该组同学始终没有看到溶液褪色，其原因是__________________________________________________________。‎ 解析：(1)根据题中提示可知H‎2C2O4是弱酸，在离子方程式中应保留化学式。(2)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响，对比②③实验可探究催化剂对化学反应速率的影响。(3)很显然乙组实验是探究温度对化学反应速率的影响，但在反应物的使用量上控制不当，题中KMnO4溶液过量，因此不能看到明显的褪色现象。‎ 答案：(1)2MnO＋5H‎2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O ‎(2)浓度和催化剂　③②①　(3)温度　KMnO4溶液过量 ‎10．Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2＋浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p－CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。‎ ‎[实验设计]　控制p－CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298 K或313 K(其余实验条件见下表)，设计如下对比实验。‎ ‎(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。‎ 实验编号 实验目的 T/K pH c/10－3mol·L－1‎ H2O2‎ Fe2＋‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎298‎ ‎3‎ ‎6.0‎ ‎0.30‎ ‎②‎ 探究温度对降解反应速率的影响 ‎③‎ ‎298‎ ‎10‎ ‎6.0‎ ‎0.30‎ ‎[数据处理]　实验测得p－CP的浓度随时间变化的关系如上图。‎ ‎(2)请根据上图实验①曲线，计算降解反应50～150 s内的反应速率：‎ v(p－CP)＝________ mol·L－1·s－1‎ ‎[解释与结论]‎ ‎(3)实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因：______________________________。‎ 6‎ ‎(4)实验③得出的结论是：pH等于10时，________。‎ ‎[思考与交流]‎ ‎(5)实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：__________________________________。‎ 解析：(1)依题意可知②的实验温度为313 K，实验对比是建立在其他条件相同前提下，故pH应与①的相同。若改变pH，其他条件不变可探究溶液pH对反应速率的影响。‎ ‎(2)实验①曲线中，50～150 s时。‎ Δc(p－CP)＝1.2×10－3 mol·L－1－0.4×10－3 mol·L－1＝0.8×10－3 mol·L－1，所以v(p－CP)＝＝8.0×10－6 mol·L－1·s－1。‎ ‎(3)在降解反应中，H2O2产生的自由基起氧化作用，温度过高，H2O2因热稳定性差而分解，导致降解反应速率下降。‎ ‎(4)由曲线③可知，pH＝10时，c(p－CP)基本不变，反应趋于停止。‎ ‎(5)由(4)得到启示：在pH＝10溶液中，反应速率趋于零，可将所取样加入NaOH溶液中(使pH＝10)；化学反应速率随温度降低而降低，故亦可用迅速大幅降温法。‎ 答案：(1)‎ 实验编号 实验目的 T/K pH c/10－3mol·L－1‎ H2O2‎ Fe2＋‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎313‎ ‎3‎ ‎6.0‎ ‎0.30‎ ‎③‎ 探究溶液的pH对降解反应速率的影响 ‎(2)8.0×10－6‎ ‎(3)过氧化氢在温度过高时迅速分解 ‎(4)反应速率趋向于零(或该降解反应趋于停止)‎ ‎(5)将所取样品迅速加入到一定量的NaOH溶液中，使pH约为10(或将所取样品骤冷等其他合理答案均可)‎ 6‎