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文档介绍
2021届一轮复习鲁科版化学反应速率学案
第3讲 化学反应速率 学习指导意见 核心素养 1.了解化学反应速率的概念及其定量表示方法,并能够进行简单计算。 2.了解反应的活化能,认识基元反应活化能对反应的影响,了解催化剂的作用。 3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响、规律,运用其解释生产、生活中的实际问题并优化、选择化学反应条件。 1.变化观念与平衡思想:知道化学反应速率与外界条件有关;能多角度、动态地分析化学反应速率。 2.证据推理与模型认知:可以通过分析、推理等方法认识化学反应速率的本质特征及其相互关系,建立模型;能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。 3.科学探究与创新意识:能通过控制变量来探究影响化学反应速率的外界条件。 考点一 化学反应速率 [学在课内] 1.化学反应速率 2.化学反应速率与系数的关系 (1)如aA(g)+bB(g)dD(g)+eE(g) 物质的量改变量之比 ΔnA∶ΔnB∶ΔnD∶ΔnE=a∶b∶d∶e 浓度改变量之比 ΔcA∶ΔcB∶ΔcD∶ΔcE=a∶b∶d∶e 反应速率之比 vA∶vB∶vD∶vE=a∶b∶d∶e (2)实例:一定温度下,在密闭容器中发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)。已知v(A)=0.6 mol·L-1·s-1,则v(B)=0.2 mol·L-1·s-1,v(C)=0.4 mol·L-1·s-1。 3.反应速率的定性、定量测定 [考在课外] 教材延伸 判断正误 (1)对于反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),可用反应中任一物质表示该反应的反应速率。(×) (2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。(√) (3)同一化学反应,2 mol·L-1·s-1的化学反应速率一定比1 mol·L-1·s-1的化学反应速率快。(×) 拓展应用 在2 L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 回答下列问题: (1)反应方程式为_________________________________________。 (2)0~10 s的平均反应速率v(H2)=________;v(HI)=________。 答案 (1)H2(g)+I22HI(g) (2)0.039 5 mol·L-1·s-1 0.079 mol·L-1·s-1 [基础点巩固] 1.在一定条件下,将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中,发生反应:xA2(g)+yB2(g)2C(g)。2 s内的反应速率:v(A2)=0.5 mol/(L·s),v(B2)=1.5 mol/(L·s),v(C)=1 mol/(L·s)。则x和y的值分别为( ) A.2和3 B.3和2 C.3和1 D.1和3 解析 同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于其系数之比,由于v(A2)∶v(B2)∶v(C)=1∶3∶2,因此x∶y∶2=1∶3∶2,则x=1,y=3。 答案 D 2.反应A(g)+3B(g)===2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为 ①v(A)=0.45 mol·L-1·s-1 ②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1 下列有关反应速率的比较中正确的是( ) A.④>③=②>① B.①>④>②=③ C.①>②>③>④ D.④>③>②>① 解析 可用比值法进行反应速率大小比较,=0.45 mol·L-1·s-1;==0.2(mol·L-1·s-1);==0.2(mol·L-1·s-1);==0.225(mol·L-1·s-1),故①>④>②=③,B项正确。 答案 B 3.一定温度下,A、B、C三个容器中均进行同一反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,在相同的时间段内,测得: 容器 A B C 反应速率(mol·L-1·min-1) v(H2)=3 v(N2)=3 v(NH3)=4 则三个容器放出的热量Q的大小关系是( ) A.B>C>A B.A>B>C C.C>A>B D.B>A>C 解析 将B、C两个容器内的反应速率用H2来表示时,B中v(H2)=9 mol·L-1·min -1、C中v(H2)=6 mol·L-1·min-1,反应速率越大,单位时间内生成的产物越多,放出的热量越多。 答案 A [名师点拨] 定量法比较化学反应速率的大小 (1)归一法 按照系数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。 (2)比值法 比较化学反应速率与系数的比值。如aA(g)+bB(g)cC(g),即比较与,若>,则用A表示时的反应速率比用B表示时大。 [能力点提升] 4.(1)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为________ mol·L-1·s-1。 (2)工业上常用如下反应消除氮氧化物的污染: CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH 在温度为T1和T2时,分别将0.40 mol CH4和1.0 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中,n(CH4)随反应时间的变化如图所示。 温度为T1时,0~10 min内NO2的平均反应速率v(NO2)=________。 解析 (1)由题图可知,0~60 s时段,N2O4的物质的量浓度变化为0.060 mol·L-1,v(N2O4)==0.001 0 mol·L-1·s-1。 (2)前10 min,消耗甲烷的物质的量为(0.4-0.3)mol=0.1 mol,即消耗NO2的物质的量为2×0.1 mol=0.2 mol,根据化学反应速率的表达式:v(NO2)==0.02 mol·L-1·min-1。 答案 (1)0.001 0 mol·L-1·s-1 (2)0.02 mol·L-1·min-1 5.(1)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。一定条件下测得反应过程中 n(Cl2)的数据如下: t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/(10-3 mol) 0 1.8 3.7 5.4 7.2 计算2.0~6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min-1为单位,写出计算过程)。 (2)为了模拟反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)在催化转化器内的工作情况,控制一定条件,让反应在恒容密闭容器中进行,用传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表: 时间/s 0 1 2 3 4 5 [NO]/(10-4 mol/L) 10.0 4.50 2.50 1.50 1.00 1.00 [CO]/(10-3 mol/L) 3.60 3.05 2.85 2.75 2.70 2.70 前2 s内的平均反应速率v(N2)=________。 解析 (1)据反应4HCl+O2===2Cl2+2H2O可知:v(HCl)===1.8×10-3 mol·min-1。 (2)由表中数据可知,前2 s内,NO的变化量为(10.0-2.50)×10-4 mol/L=7.50×10-4 mol/L,N2的浓度变化量为3.75×10-4 mol/L,所以前2 s内平均反应速率v(N2)==1.875×10-4 mol/(L·s)。 答案 (1)v(HCl)==1.8×10-3 mol·min-1 (2)1.875×10-4 mol/(L·s) [名师点拨] 化学反应速率的计算 (1)运用“三段式法”进行计算 对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),t0 s时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1 s时,A消耗了x mol·L-1,则反应速率可计算如下: 则v(A)= mol·L-1·s-1,v(C)= mol·L-1·s-1。 (2)根据定义公式直接计算。 (3)根据图表计算:找出图、表中物质的变化量,再根据公式计算。 特别提醒:(1)题给信息物质与所问物质是否一致,如不一致,要根据系数进行换算。 (2)如题目给出是相关物质的物质的量,要结合容器容积、换算成物质的量浓度。 (3)要关注题给数据的单位。 6.下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是( ) A.抗氧化剂 B.调味剂 C.着色剂 D.增稠剂 答案 A 7.(1)在一定温度下,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应:X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表: t/min 2 4 7 9 n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10 反应前2 min的平均反应速率v(Z)=________ mol/(L·min)。 (2)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。 T2下,在0~t1时间内,v(Y)=________。 答案 (1)0.004 (2) mol·L-1·min-1 8.一定温度下,10 mL 0.40 mol·L-1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( ) A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1 B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2mol·L-1·min-1 C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1 D.反应至6 min时,H2O2分解了50% 解析 A项,0~6 min内,产生n(O2)=1×10-3mol,消耗n(H2O2)=2×10-3mol,则v(H2O2)==≈3.3×10-2mol·L-1·min-1,正确;B项,按照A项解题步骤,可知B项正确;C项,反应至6 min时,消耗n(H2O2)为2×10-3mol,剩余c(H2O2)==0.2 mol·L-1,不正确;D项,反应至6 min时,消耗n(H2O2)为2×10-3mol·L-1,占起始物质的量的50%,正确。 答案 C 考点二 影响反应速率的因素 [学在课内] 1.内因(主要因素) 反应物本身的性质。如相同条件下,Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为:v(Mg)>v(Al)。 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为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时正反应的活化能为E3,反应热为(E1-E2)kJ·mol-1。 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 [考在课外] 教材延伸 判断正误 (1)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率。(×) (2)铁与浓硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越快。(×) (3)100 mL 2 mol/L的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。(×) (4)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(×) (5)对可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增加氯化钾浓度,逆反应速率加快。(×) (6)可逆反应达到平衡后,增大反应物的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小。(×) (7)升温时不论吸热反应还是放热反应,反应速率都增大。(√) (8)加热使反应速率增大的原因之一是活化分子百分数增大。(√) (9)对于反应A+BC,改变容器体积,化学反应速率一定发生变化。(×) (10)化学反应速率一定随着时间的延长而减小。(×) 拓展应用 一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (1)缩小体积使压强增大:________; (2)恒容充入N2:________; (3)恒容充入He:________; (4)恒压充入He:________。 答案 (1)增大 (2)增大 (3)不变 (4)减小 [基础点巩固] 1.某化学兴趣小组用铝片和稀硫酸反应制取氢气,以下能够加快该反应速率的是( ) ①用浓硫酸代替稀硫酸 ②加热 ③改用铝粉 ④增大稀硫酸的体积 ⑤加水 ⑥加入少量硫酸铜 A.全部 B.②③⑥ C.①②③⑥ D.②③④⑥ 解析 用浓硫酸代替稀硫酸,铝会发生钝化;增大稀硫酸的体积但不能增大其浓度;加热能够加快该反应的反应速率;用铝粉增大了与稀硫酸的接触面积;加入少量硫酸铜可生成铜单质,铜单质会和铝形成原电池,加快了反应速率。 答案 B 2.已知某化学实验的结果如下表: 实验序号 反应物 在相同温度下测得的反应速率v/(mol·L-1·min-1) 大小相同的金属片 酸溶液 1 镁条 1 mol·L-1盐酸 v1 2 铁片 1 mol·L-1盐酸 v2 3 铁片 0.1 mol·L-1盐酸 v3 下列结论正确的是( ) A.v1>v2>v3 B.v3>v2>v1 C.v1>v3>v2 D.v2>v3>v1 解析 影响化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质,由于镁的活动性比铁强,所以与相同浓度的盐酸反应时,镁条放出氢气的速率大;反应物浓度也影响反应速率,在一定范围内,速率与浓度成正比,故v2>v3。 答案 A 3.在一定的条件下,向2 L密闭容器中进行一定量MgSO4和CO的反应:MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g)。反应时间与残留固体的质量关系如图所示。下列说法正确的是( ) A.升高温度时,正反应速率增大,逆反应速率减小 B.随着反应的进行,混合气体的平均相对分子质量增大 C.增加硫酸镁的质量时,正反应速率将增大 D.在0~10 min内,v(CO)=0.01 mol·L-1·min-1 答案 B 4.反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( ) ①增加C的量 ②将容器的体积缩小一半 ③保持体积不变,充入N2使体系压强增大 ④保持压强不变,充入N2使容器体积变大 A.①④ B.②③ C.①③ D.②④ 解析 增大固体的量、恒容时充入与反应无关的气体对反应速率无影响。 答案 C [名师点拨] 分析压强对化学反应速率的影响时的注意事项 压强对速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。对于气体反应,有如下3种类型: 类型一:恒温时,压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。 类型二:恒温时,对于恒容密闭容器。 a.充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。 b.充入“惰性”气体总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。 类型三:恒温恒压时。 充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。 [能力点提升] 5.合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol,在反应过程中,正反应速率的变化如下图: 下列说法正确的是( ) A.t1时升高了温度 B.t2时使用了催化剂 C.t3时增大了压强 D.t4时降低了温度 解析 升温正逆反应速率同时升高,但由于该反应是放热反应,逆反应的速率增加的幅度更大一些,A项不对;加压,正逆反应速率同时增加,C项不对;降温,正逆反应速率瞬间降低,D项不对。 答案 B 6.如图是关于反应A2(g)+3B2(g)2C(g) ΔH<0的平衡移动图像,影响平衡移动的原因是( ) A.升高温度,同时加压 B.降低温度,同时减压 C.增大反应物浓度,同时使用催化剂 D.恒压条件下,增加反应物的物质的量,使反应物浓度增大 解析 A项,升高温度,同时加压,正、逆反应速率都增大,逆反应速率应在原速率的上方,A错误;B项,降低温度,同时减压,正、逆反应速率都降低,正反应速率应在原速率的下方,B错误;C项,增大反应物浓度,同时使用催化剂,正、逆反应速率都增大,逆反应速率应在原速率的上方,但正反应速率增大更多,平衡向正反应方向移动,C错误;D项,恒压条件下,增加反应物的物质的量,增大反应物浓度,容器的体积增大,生成物浓度减小,瞬间正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动,图像符合,D正确。 答案 D 7.一定条件下,在容积为2.0 L的恒容密闭容器中,发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g) ΔH=Q kJ/mol。 在反应过程中A(g)、B(g)、C(g)物质的量变化如图所示,根据图中所示判断下列说法不正确的是( ) A.10~15 min可能是升高了温度 B.10~15 min可能是加入了催化剂 C.20 min时可能缩小了容器体积 D.20 min时可能是增加了B的量 解析 10~15 min未达平衡,改变条件后,斜率变大即速率加快,可能为升温、加压或加入催化剂,A、B均正确;加压瞬间,各物质物质的量不变,故C错误;20 min时A、C的量不变,B的量突然增大,平衡右移,应为增加了B的量,故D正确。 答案 C [名师点拨] 8.对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下,M的物质的量浓度(mol·L-1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表: 时间 水样 0 5 10 15 20 25 Ⅰ(pH=2) 0.40 0.28 0.19 0.13 0.10 0.09 Ⅱ(pH=4) 0.40 0.31 0.24 0.20 0.18 0.16 Ⅲ(pH=4) 0.20 0.15 0.12 0.09 0.07 0.05 Ⅳ(pH=4,含Cu2+) 0.20 0.09 0.05 0.03 0.01 0 下列说法不正确的是( ) A.在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L-1·min-1 B.水样酸性越强,M的分解速率越快 C.在0~25 min内,Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大 D.由于Cu2+存在,Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快 解析 分解速率=M浓度的变化量/时间=(起点浓度-时刻浓度)/时间,分解百分率=(M浓度的变化量/起点浓度)。在0~20 min内,Ⅰ中M的分解速率为(0.4-0.1) mol·L-1/20 min=0.015 mol·L-1·min-1,A正确;Ⅰ和Ⅱ比较可以得出B结论正确;Ⅱ分解百分率=0.24/0.4=0.6,Ⅲ分解百分率=0.15/0.2=0.75,后者大,C正确;Ⅳ20分钟内M变化量为0.19 mol/L,Ⅰ中为0.3 mol/L,后者大,D错误。 答案 D 9.298 K时,将一定量的Na3AsO3、I2与NaOH溶液混合,发生反应:AsO(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。 则(1)tm时,v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是________________________________________________________________。 解析 (1)由图像可知tm时刻后c(AsO)仍在不断增加,说明反应还在正向进行,故此时v正大于v逆; (2)tm到tn时刻,反应一直正向进行,生成物的浓度逐渐增大,所以逆反应速率不断增大,故tm时v逆小于tn时v逆。 答案 (1)大于 (2)小于 tm时生成物浓度较低 考点三 工业合成氨 [学在课内] 1.反应特点 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0 ΔS<0 2.合成氨适宜条件的选择 (1)温度以700__K左右为宜; (2)压强大致可分为低压(1×107 Pa)、中压(2×107Pa~3×107Pa)和高压(8.5×107Pa~1×108 Pa)三种类型; (3)用铁触媒做催化剂; (4)按N2与H2的物质的量之比为1∶2.8投料并及时分离出NH3。 3.合成氨工业的简要过程 (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需净化除去杂质,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,使平衡向正反应方向移动提高原料的利用率,并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔,使其被充分利用。 [考在课外] 教材延伸 对于合成氨反应,达到平衡后,判断以下分析正误 (1)升高温度,对正反应的反应速率影响更大(×) (2)增大压强,对正反应的反应速率影响更大(√) (3)减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大(×) (4)加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大(×) 拓展应用 [LK选修4·P70(改编)]合成氨时既要使合成氨的产率增大,又要使反应速率加快,可采用的办法是________。 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 答案 ②⑥ [基础点巩固] 1.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在20~50 MPa的高压和500 ℃的高温,用铁作为催化剂。最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂,在常温下用氮气和氢气合成出氨。下列说法正确的是( ) A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应 B.新法合成比哈伯法合成,能节约能源,具有很好的发展前景 C.新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键 D.加压不利于新法合成氨 解析 合成氨反应是放热反应,与反应采用何种催化剂无关,A不正确;新法合成氨在常温下进行,能节约能源,应具有很好的发展前景,B正确;化学反应的实质是旧化学键断裂,新化学键生成,C不正确;新法只是解决速率问题,加压仍有利于合成氨平衡向有利的方向移动,故D项错误。 答案 B 2.在一定条件下,合成氨反应达到平衡状态,此时,再进行如下操作,平衡不发生移动的是( ) A.恒温、恒压时,充入NH3 B.恒温、恒容时,充入N2 C.恒温、恒压时,充入He D.恒温、恒容时,充入He 答案 D 3.一定条件下,分别对反应C(s)+CO2(g)2CO(g)(ΔH>0)进行如下操作(只改变该条件):①升高反应体系的温度;②增加反应物C的用量;③缩小反应体系的体积;④减少体系中CO的量。上述措施中一定能使反应速率显著变大的是( ) A.①②③④ B.①③④ C.①② D.①③ 解析 无论是吸热反应还是放热反应,升高温度时反应速率一定变大;因反应物C为固态,其浓度为常数,故增加C的用量对化学反应速率无影响;缩小反应体系的体积,导致CO、CO2气体的浓度变大,反应速率变大;减少CO的量,反应速率变小。 答案 D 4.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 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。 答案 C [能力点提升] 5.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法中正确的是( ) A.这是一个放热的熵减反应,在低温条件下该反应一定可自发进行 B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B,以提高A的转化率 C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高 D.工业生产中常采用催化剂,因为使用催化剂可提高反应物的转化率 解析 这是一个放热的熵减反应,只有当ΔH-TΔS<0时,该反应才能自发进行,A错误;加入过量的B,可以提高A的转化率,B正确;升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率降低,C错误;使用催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,不能提高反应物的转化率,D错误。 答案 B 6.德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨,反应原理为: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 (1)在恒温恒容条件下,向反应平衡体系中充入氮气,达到新平衡时,[H2]将________(填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”,下同),[N2]·[H2]3将________。 (2)工业上可用CH4与水蒸气制氢气:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。在200 ℃时2 L的密闭容器中,将1 mol CH4和1 mol H2O(g)混合,达平衡时CH4 的转化率为80%。则200 ℃时该反应的平衡常数K=________(保留一位小数)。 (3)如图1为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,初始时氮气、氢气的体积比为1∶3 时,平衡混合物中氨的体积分数。若分别用vA(NH3)和vB(NH3)表示从反应开始至达平衡状态A、B 时的化学反应速率,则vA(NH3)________( 填“>”“<”或“=”)vB(NH3)。 (4)工业生产中逸出的氨可用稀硫酸吸收。若恰好生成NH4HSO4,该溶液中各离子的物质的量浓度由大到小的顺序是________________________________。 (5)H2NCOONH4是工业合成尿素的中间产物,该反应的能量变化如图2所示,用CO2和氨合成尿素的热化学方程式为________________________________。 解析 (1)在恒温恒容条件下,向反应平衡体系中充入氮气,氮气的浓度增大,平衡正向移动,达到新平衡时,[H2]将减小,[NH3]增大,温度不变,平衡常数不变,根据K=,可知[N2]·[H2]3增大,故答案为:减小;增大; (2)200 ℃,CH4(g)的转化率80%,所以参加反应的CH4(g)的物质的量为0.8 mol, 所以200 ℃时该反应的平衡常数K===69.1; (3)温度越高,压强越大,反应速率越大,由图可知,B对应的温度高、压强大,则反应速率大; (4)NH4HSO4完全电离,溶液呈酸性,则[H+]>[OH-] 且溶液中铵根离子水解,则[H+]>[ SO],故溶液中离子浓度大小顺序为:[H+]>[ SO]>[NH]>[OH-]; (5)由图示可知,第一步:2NH3(g)+CO2(g)中间产物ΔH1=-272 KJ/mol,第二步:中间产物H2O(l)+CO(NH2)2(s) ΔH2=+138 kJ/mol,根据盖斯定律,两个过程相加得到NH3(g)与CO2(g)反应生成尿素的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)H2O(l)+CO(NH2)2(s) ΔH=-134 kJ·mol-1。 答案 (1)减小 增大 (2)69.1 (3)< (4)[H+]>[SO]>[NH]>[OH-] (5)CO2(g)+2NH3(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH=-134 kJ·mol-1 7.对于工业合成氨反应N2+3H22NH3,下列说法错误的是( ) A.使用合适的催化剂可以加快反应速率 B.升高温度可以增大反应速率 C.增大N2浓度可以使H2转化率达到100% D.增大N2浓度可以增大反应速率 解析 合适的催化剂使反应活化能减小,加快反应速率,A正确;升高温度增大活化分子百分数,加快反应速率,B正确;由于反应为可逆反应,转化率小于100%,C错误;增大反应物浓度,增大单位体积内活化分子个数,加快反应速率,D正确。 答案 C 8.合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。 2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为: N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1 在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态) 化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*; 表面反应:N*+ H*NH*;NH*+ H*NH;NH+H*NH 脱附:NHNH3(g) 其中, N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。 请回答: (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有______(填字母)。 A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂 (2)标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(1×105 Pa),p(NH3)、p(N2)和p(H2)为各组分的平衡分压,如p(NH3)=x(NH3)p,p为平衡总压,x(NH3)为平衡系统中NH3的物质的量分数。 ①N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则 Kθ=____________________(用含w的最简式表示)。 ②下图中可以示意标准平衡常数Kθ随温度T变化趋势的是______。 (3)实际生产中,常用工艺条件:Fe作催化剂,控制温度773 K、压强3.0×107 Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。 ①分析说明原料气中N2过量的理由_________________________________ ________________________________________________________________。 ②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是________(填字母)。 A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B.控制温度(773 K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率 D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行 E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生 解析 (1)合成氨反应是气体分子数减小的放热反应,所以低温、高压有利于提高合成氨的平衡产率,A、D正确。 (2)①Kθ= = = N2(g)+H2(g)NH3(g) 起始/mol 0 平衡/mol -a -a a 根据题意得:=w Kθ== =====。 ②温度升高,平衡左移,标准平衡常数减小,应选A。 答案 (1)AD (2)① ②A (3)①原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE 一、控制变量探究影响化学反应速率的因素 促进学生“实验探究”素养的发展 素养说明:影响反应速率的因素较多,控制变量对其进行探究,是科学研究的重要方法,也是高考命题的常用素材。在解题过程中提升学生对图表观察、对比分析及处理实验数据得出合理结论的能力,从而促进学生的实验探究素养的发展。 1.考查形式 (1)以表格的形式给出多组实验数据,让考生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。 (2)给出影响化学反应速率的几种因素,让考生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。 2.解题策略 [题组训练] 1.近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。 已知:SO2歧化反应的离子方程式:3SO2+2H2O===4H++2SO+S↓ (1)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。 i.SO2+4I-+4H+===S↓+2I2+2H2O ii.I2+2H2O+________===________+________+2I- (2)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中) 序号 A B C D 试剂组成 0.4 mol·L-1 KI a mol·L-1 KI 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 KI 0.000 2 mol I2 实验现象 溶液变黄,一段时间后出现浑浊 溶液变黄,出现浑浊较A快 无明显现象 溶液由棕褐色很快退色,变成黄色,出现浑浊较A快 ①B是A的对比实验,则a=________。 ②比较A、B、C,可得出的结论是___________________________________。 ③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合i、ii反应速率解释原因:________________________________________________________________。 解析 (1)由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得,所以反应Ⅱ的离子方程式3SO2+2H2O===4H++2SO+S↓减去i式得:2I2+4H2O+2SO2===2SO+8H++4I-,化简得到:I2+2H2O+SO2===SO+4H++2I-。(2)①由于B是A的对比实验,所以两组实验中KI的浓度必须相同,即a=0.4。②A说明I-能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象,说明H+单独存在时不具有催化作用,不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄,出现浑浊较A快,结合C可知,增强溶液的酸性,可增强I-的催化效果。③由于I-催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行,所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2,故反应ii可立即发生,而由反应ii产生的H+可使反应i速率加快,所以D的反应速率比A快。 答案 (1)SO2 SO 4H+ (2)①0.4 ②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率 ③反应ii比i快;D中由反应ii产生的H+使反应i加快 2.某学习小组用铁与稀硫酸反应探究“影响化学反应速率因素”,数据如下表: 实验 序号 铁的质 量/g 铁的 形态 V(H2SO4) /mL [H2SO4] /(mol·L-1) 反应前溶液的温度/℃ 金属完 全消失 的时间/s ① 0.10 片状 50 0.8 20 200 ② 0.10 粉状 50 0.8 20 25 ③ 0.10 片状 50 1.0 20 125 ④ 0.10 片状 50 1.0 35 50 请分析上表信息,下列说法错误的是( ) A.实验①和②表明固体反应物的表面积越大,反应速率越大 B.仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有①和③ C.实验③和④表明反应物温度越高,反应速率越小 D.实验③将稀硫酸改为同体积、[H+]相同的盐酸(其他条件不变),发现放出气泡的速率盐酸明显比硫酸快,其可能的原因是Cl-起催化作用 解析 实验①和②中,其他条件相同,只有铁的形态不同,因此固体反应物的表面积越大,反应速率越大,A正确;实验①和③中,其他条件相同,只有[H2SO4]不同,B正确;根据数据,温度越高,金属完全消失的时间越短,反应速率越快,C错误;因为其他条件都相同,不同的是SO和Cl-,盐酸反应速率快,应是Cl-的催化作用,D正确。 答案 C 3.某研究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”,实验如下: 实验序号 实验温度/K 参加反应的物质 溶液颜色退至无色时所需时间/s KMnO4溶液(含硫酸) H2C2O4溶液 H2O V/mL c/mol·L-1 V/mL c/mol·L-1 V/mL A 293 2 0.02 4 0.1 0 t1 B T1 2 0.02 3 0.1 V1 8 C 313 2 0.02 V2 0.1 1 t2 (1)通过实验A、B,可探究出________(填外部因素)的改变对反应速率的影响,其中V1=________,T1=________;通过实验____________可探究出温度变化对化学反应速率的影响。 (2)若t1<8,则由此实验可以得出的结论是________________________________;利用实验B中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)=________。 (3)该反应中有无色无味气体产生且锰被还原为Mn2+,写出相应反应的离子方程式________________________________________________________________。 (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+)随时间变化的趋势如图所示,并认为造成此种变化的原因是反应体系中的某种粒子对KMnO4与草酸之间的反应有某种特殊的作用,则该作用是____________________________,相应的粒子最可能是(填序号)________。 解析 分析表中数据知,本实验是探究浓度、温度变化对反应速率产生的影响。实验中,探究浓度(温度)对反应速率的影响时,就要确保影响反应速率的其他因素相同。A、B两组实验,草酸浓度不同,故温度应相同,T1=293;为使A、B两组实验中KMnO4浓度相同,则溶液总体积均应为6 mL,故V1=1。C组温度与另外两组不同,加水量与B组相同,故实验B、C是探究温度对化学反应速率的影响,因此V2=3。由A、B实验现象及浓度差异知,在其他条件相同的情况下,增大反应物浓度可加快化学反应速率。计算反应速率时,[KMnO4]应是混合溶液中的浓度。利用实验B中数据计算,v(KMnO4)=0.02 mol·L-1×2 L×10-3÷(6 L×10-3)÷8 s=8.3×10-4 mol·L-1·s-1。气体是CO2,故有MnO+H2C2O4―→Mn2++CO2↑,依得失电子守恒有2MnO+5H2C2O4―→2Mn2++10CO2↑,最后依质量守恒原理添加H+与H2O并配平即可。由图像知,反应中存在反应速率突然增大的过程,这表明反应中生成的某种粒子对该反应有催化作用,结合反应前后溶液成分的差异知,该粒子是Mn2+。 答案 (1)浓度 1 293 B、C (2)其他条件相同时,增大反应物浓度、反应速率增大(其他合理说法也对) 8.3×10-4 mol·L-1·s-1 (3)2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O (4)催化作用 Mn2+ 二、基元反应的反应速率及速率常数 培养学生的学习能力与创新意识 素养说明:化学反应历程、基元反应是教学指导意见的新涉内容,题目中主要考查影响反应速率的因素、速率方程及速率常数等问题。解题过程中结合化学反应速率、化学平衡知识,通过教学建模等方法,培养学生的学习能力与创新意识。 1.基元反应 基元反应又称为简单反应,是指反应中一步直接转化为产物的反应。 2.速率方程 基元反应的反应速率与反应物浓度以计量数为指数的幂的乘积成正比,如A→产物v=kc(A) A+B→产物v=kc(A)c(B) 2A→产物 v=kc2(A) 3.速率常数 上述速率方程中的k即为速率常数。其数值等于反应物的浓度为1 mol·L-1的速率值。k只与温度、催化剂有关,与反应物浓度无关。 4.考查内容 (1)反应速率的比较与计算 (2)k值的计算与应用 [题组训练] 4.已知反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。其反应机理如下: ①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) 快 ②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g) 慢 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是该反应的催化剂 C.正反应的活化能比逆反应的活化能小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 解析 反应速率主要取决于慢的一步,所以反应速率主要取决于②的快慢,A错误;NOBr2是反应过程中的中间物质,不是该反应的催化剂,B错误;由于该反应为放热反应,说明反应物总能量高于生成物总能量,所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1,C正确;增大Br2(g)浓度活化分子百分数不变,但单位体积内的活化分子数目增多了,所以能加快反应速率,D错误。 答案 C 5.(1)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程: 第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡 第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2 慢反应 第三步 NO+NO3―→2NO2 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。 A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高 解析 A对:第一步反应快速平衡,说明正、逆反应速率很大,极短时间内即可达到平衡。C对:第二步反应慢,说明有效碰撞次数少。B错:由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO。D错:反应快,说明反应的活化能较低。 答案 AC (2)在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________________________________________________________。 解析 由速率方程表达式v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5可知,v与p(CO2)成反比例关系,p(CO2)越大,反应速率越小,所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。 答案 pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2) 6.(1)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题: Bodensteins研究了下列反应:2HI(g)H2(g)+I2(g)在716 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表: t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为______________________(以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正=________min-1。 解析 到达平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)x(I2),k逆=k正·=k正/K,在t=40 min时,x(HI)=0.85,v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-1×(0.85)2=1.95×10-3 min-1。 答案 1.95×10-3 (2)顺1,2二甲基环丙烷和反1,2二甲基环丙烷可发生如下转化: 该反应的速率方程可表示为:v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题: 已知:t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。 解析 根据v(正)=k(正)c(顺),K(正)=0.006 s-1,则v(正)=0.006 c(顺),v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.002 s-1,v(逆)=k(逆)c(反)=0.002 c(反),化学平衡状态时正逆反应速率相等,则0.006 c(顺)=0.002 c(反),K1=c(反)/c(顺)=0.006÷0.002=3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则ΔH小于零。 答案 3 小于查看更多