2024人教版新教材高中化学选择性必修1同步练习--第2课时　影响化学反应速率的因素　活化能（含解析）

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2024人教版新教材高中化学选择性必修1
第2课时　影响化学反应速率的因素　活化能
基础过关练
题组一　影响化学反应速率的因素
1.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.大小、形状相同的镁片、铁片,与等浓度、等体积的盐酸反应产生H2的速率前者比后者大
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.H2O2在加热条件下比常温下分解得更快
2.(2021江苏如皋第一阶段检测)下列措施可使H2的生成速率减小的是(　　)
A.Na与H2O反应制取H2,增加H2O的用量
B.Al与稀硫酸反应制取H2,向稀硫酸中加入K2SO4溶液
C.Mg与H2O反应制取H2,将冷水改为热水
D.碳粉与H2O(g)反应制取H2,增加碳粉的用量
3.(2020福建福州八县一中期中)关于反应2NO2(g) N2O4(g)的化学反应速率的说法正确的是(　　)
A.化学反应速率为6 mol·L-1·s-1时一定比化学反应速率为
3.5 mol·L-1·s-1时大
B.不能根据气体颜色变化来确定该反应进行的快慢
C.恒温恒容条件下,充入N2,压强增大,但正、逆反应速率都不变
D.升温或加压(缩小容器体积)都能增大反应物活化分子百分数,从而加快化学反应速率
4.亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂,在常温不见光条件下较为稳定,但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解:5HClO2 4ClO2↑+H++Cl-+2H2O。向亚氯酸盐中刚加入H2SO4溶液时,HClO2分解缓慢,随后突然释放出大量ClO2,可能是因为(　　)
A.H2SO4使亚氯酸的氧化性增强
B.溶液中的H+起催化作用
C.溶液中的Cl-起催化作用
D.逸出的ClO2使生成物的浓度降低
5.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
6.(2021山东枣庄一中月考)在一个容积可变的密闭容器中发生反应:3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)。
回答下列问题:
(1)增加Fe的质量,正反应速率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)将容器容积缩小为原来的一半,正反应速率　　　　,逆反应速率　　　　。
(3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,正反应速率　　　　,逆反应速率　　　　。
(4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,正反应速率　　　　,逆反应速率　　　　。
题组二　有效碰撞理论与活化能
7.(2022重庆实验外国语学校月考)我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞;发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量,这种分子叫做活化分子;活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫做反应的活化能。下列说法不正确的是(　　)
图甲
图乙
A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B.图乙中HI分子发生了有效碰撞
C.盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零
D.增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加
8.(2022北京师大附中月考)下列说法正确的是　(　　)
A.增大反应物浓度,可增大活化分子的百分数,从而使有效碰撞次数增加
B.升高温度能使化学反应速率增大,主要原因是增大了活化分子的数目
C.有气体参加的化学反应,若增大压强(缩小容器体积),可增大活化分子的百分数
D.催化剂能减小反应的活化能,但不能增大单位体积内活化分子的百分数
9.(2021天津静海一中期末)对于反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g),科学家根据光谱学研究提出如下反应历程:
第一步:2NO N2O2　快速平衡
第二步:N2O2+H2 N2O+H2O　慢反应
第三步:N2O+H2 N2+H2O　快反应
其中可认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列叙述正确的是(　　)
A.若第一步反应ΔH<0,则升高温度,v正减小,v逆增大
B.第二步反应的活化能大于第三步反应的活化能
C.第三步反应中N2O与H2的每一次碰撞都是有效碰撞
D.反应的中间产物只有N2O2
10.活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差,叫做反应的活化能。催化剂能改变反应的活化能。请认真观察下图,然后回答问题。
(1)图中反应是　　　　(填“吸热”或“放热”)反应,该反应的ΔH=　　　　(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)已知:H2(g)+O2(g) H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1,该反应的活化能为167.2 kJ·mol-1,则其逆反应的活化能为　　　　　　　　。
(3)对于同一反应,图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比,活化能　　　　(填“升高”“降低”或“不变”),对反应热是否有影响 　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。能力提升练
题组一　化学反应速率影响因素的分析
1.(2021安徽皖南名校期中)某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时,将3支试管分别编号为①②③,实验结束后记录的数据如下表所示:
试管 编号 加3% Na2S2O3 溶液 加H2O 加H2SO4 溶液 出现浑浊 的时间
① 3 mL 3 mL 5滴 33 s
② a mL 2 mL 5滴 28 s
③ 5 mL b mL 5滴 16 s
下列叙述不正确的是(　　)
A.反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
B.Na2S2O3的浓度越大,反应速率越快
C.a=4
D.b=2
2.溶液中NaHSO3可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗即有I2析出,I2遇淀粉变蓝,依据溶液变蓝所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L-1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合,记录10~55 ℃间溶液变蓝时间,55 ℃时未观察到溶液变蓝,实验结果如图。据图分析,下列判断正确的是(　　)
A.40 ℃之前,温度升高反应速率减慢,溶液变蓝时间变长
B.40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的升高变短
C.图中b、c两点对应的NaHSO3的反应速率相等
D.图中a点对应的NaHSO3的反应速率为5.0×10-5 mol·L-1·s-1
3.(2022江西南昌八一中学月考)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是(　　)
A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大
B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大
C.①对应的降冰片烯的反应速率为0.012 mol·L-1·min-1
D.②对应的降冰片烯的起始浓度为3.0 mol·L-1,半衰期为62.5 min
题组二　反应历程与活化能(能垒)
4.(2022北京师大附中期中)科学家研究了不同含金化合物催化乙烯加氢[C2H4(g)+H2(g) C2H6(g)　ΔH=a kJ·mol-1]的反应历程如图所示:
下列说法正确的是(　　)
A.该反应为吸热反应
B.a=-129.6
C.催化乙烯加氢效果较好的催化剂是AuF
D.两种过渡态中较稳定的是过渡态1
5.(2022湖北武汉汉阳一中月考)甲酸常被用于橡胶、医药等工业。在一定条件下HCOOH可分解生成CO和H2O,在有、无催化剂条件下的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.ΔH1=ΔH2<0,Ea2B.途径二使用催化剂,降低了正反应的活化能,但逆反应活化能不变
C.途径二中H+参与反应,通过改变反应途径加快反应速率
D.途径二反应的快慢由生成的速率决定
题组三　“控制变量”探究外界因素对化学反应速率的影响
6.为探究过氧化氢分解反应快慢的影响因素,某学习小组设计了下列实验:
实验①
实验②
实验③
下列说法不正确的是(　　)
A.对比实验①和②,可研究催化剂对过氧化氢分解反应快慢的影响
B.对比实验①和③,可研究温度对过氧化氢分解反应快慢的影响
C.综合实验②和③,可得出过氧化氢分解制氧气的适宜反应条件
D.综合实验①、②和③,可得出5%的过氧化氢溶液最适合用于分解制氧气
7.(2020吉林省实验中学期中)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。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
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。某同学进行实验,实验装置如图。其中A、B的成分见下表:
序号 A B
① 2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
② 2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
③ 2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液和少量MnSO4
(1)该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　,实验结束后读数前需要移动量气管,使两个量气管的液面相平。
乙组:通过测定KMnO4溶液褪色所需的时间来比较化学反应速率的大小。为了探究KMnO4溶液与H2C2O4溶液浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验:
实验编号 1 2 3 4
水/mL 10 5 0 x
0.5 mol/L H2C2O4溶液/mL 5 10 10 5
0.2 mol/L KMnO4溶液/mL 5 5 10 10
时间/s 40 20 10 —
(2)x=　　　　,4号实验中始终没有观察到溶液褪色,你认为可能的原因是　　　　　　　　　。
(3)2号实验中,用H2C2O4表示的反应速率为　　　　　　(反应后溶液的总体积变化忽略不计)。
(4)在实验中发现酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。某同学认为是反应放热导致溶液温度升高,再次进行3号实验,测定反应过程中不同时间溶液的温度,结果如下表:
时间/s 0 5 10 15 20 25 30
温度/℃ 25 26 26 26 26.5 27 27
①结合实验目的与表中数据,你得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②从影响化学反应速率的因素看,你认为还可能是　　　　的影响。若用实验证明你的猜想,除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是　　　　(填字母)。
a.硫酸钾　　b.水 c.二氧化锰　　　d.硫酸锰
答案全解全析
基础过关练
1.A　要想说明反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素,则实验事实应区别在反应物本身而不是外界因素(如浓度、压强、温度、催化剂等)。其中选项B、D分别为反应物浓度、温度对反应速率的影响,选项C为反应条件不同对反应速率的影响,只有选项A是因Mg、Fe本身性质不同对反应速率产生影响。
2.B　水是纯液体,Na与水反应时,增加水的用量,反应速率不变,A错误;往稀硫酸中加入K2SO4溶液,溶液体积增大,H+浓度减小,反应速率减小,B正确;将冷水改为热水,温度升高,反应速率增大,C错误;碳粉是固体,增加其用量,反应速率不变,D错误。
3.C　未指明是用哪种物质表示的反应速率,若用不同物质表示的化学反应速率,则不能直接比较,应该转化为同种物质表示的化学反应速率,再比较,A错误;二氧化氮为红棕色气体,四氧化二氮为无色气体,可根据单位时间内颜色变化的快慢确定反应进行的快慢,B错误;恒温恒容条件下,充入N2,压强增大,但反应物、生成物的浓度不变,正、逆反应速率都不变,C正确;缩小容器体积,压强增大,反应物的浓度增大,单位体积内活化分子数目增多,但活化分子百分数不变,D错误。
4.C　由题目信息可知,亚氯酸盐在酸性溶液中生成亚氯酸,向亚氯酸盐中刚加入H2SO4溶液时,HClO2分解缓慢,随后突然分解加快,可能是因为分解所得的产物中某种物质起催化作用且该物质反应前不存在,故正确答案为C。
5.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(H+)的浓度明显减小,反应速率减慢。
6.答案　(1)不变　(2)增大　增大　(3)不变　不变　(4)减小　减小
解析　(1)Fe为固体,因此增加Fe的质量,反应速率不变。
(2)将容器容积缩小为原来的一半,体系中各气态物质的浓度均增大,正反应速率和逆反应速率都增大。
(3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,体系中各物质的浓度不变,正反应速率和逆反应速率均不变。
(4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,体系中各气态物质的浓度均减小,正反应速率和逆反应速率均减小。
7.B　催化剂可降低反应的活化能,A正确;能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,由图乙可知HI分子碰撞后没有生成新物质,即没有发生化学反应,不是有效碰撞,B错误;盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水,在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态,因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零,C正确;增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增多,单位时间内有效碰撞次数增加,D正确。
8.B　增大反应物浓度,单位体积内活化分子数目增大,但活化分子的百分数不变,A错误;升高温度,活化分子的数目增大,单位时间内有效碰撞次数增加,加快反应速率,B正确;缩小容器体积,压强增大,活化分子的百分数不变,C错误;催化剂能降低反应的活化能,单位体积内的活化分子数和活化分子的百分数均增大,D错误。
反思升华
根据有效碰撞理论,外界条件改变,化学反应速率发生变化的规律如下:
9.B　不管ΔH<0,还是ΔH>0,升高温度,v正和v逆均增大,A错误;第二步反应为慢反应,第三步反应为快反应,则第二步反应的活化能大于第三步反应的活化能,B正确;根据有效碰撞理论可知,任何化学反应的发生都需要有效碰撞,但每一次碰撞不一定都是有效碰撞,C错误;反应的中间产物有N2O2和N2O,D错误。
10.答案　(1)放热　E1-E2
(2)409.0 kJ·mol-1
(3)降低　无影响　催化剂只能降低反应的活化能,不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差,即反应热不改变
解析　(2)由图示可知ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,故逆反应活化能=正反应活化能-ΔH=167.2 kJ·mol-1-(-241.8 kJ·mol-1)=409.0 kJ·mol-1。
能力提升练
1.D　反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,A正确;在其他条件不变时,反应物的浓度越大,反应速率越快,B正确;该实验是研究浓度对化学反应速率的影响,根据①可知,3% Na2S2O3溶液与所加水的总体积为6 mL,则a=4,b=1,C正确,D错误。
2.D　从图像中可以看出,40 ℃之前,温度越高,溶液变蓝时间越短,反应越快,40 ℃之后温度越高,溶液变蓝时间越长,反应越慢,而55 ℃时未变蓝,说明没有生成I2,A、B错误;题图中b、c点对应的反应温度不同,NaHSO3的反应速率不同,C错误;a点对应时间为80 s,NaHSO3的浓度变化量为=0.004 mol·L-1,a点对应的NaHSO3的反应速率为=5.0×10-5 mol·L-1·s-1,D正确。
3.B　由题图中①②两条线可知,其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应所需时间越短,故反应速率越大,A正确;由题图中①③两条线可知,其他条件相同时,降冰片烯的起始浓度①是③的两倍,反应所用时间①也是③的两倍,反应速率相等,B错误;由题图可知,①对应的降冰片烯的反应速率为v==0.012 mol·L-1·min-1,C正确;反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,由题图可知,②对应的降冰片烯的起始浓度为3.0 mol·L-1,半衰期为125 min÷2=62.5 min,D正确。
4.B　由题图可知,该反应生成物的总能量低于反应物的总能量,为放热反应,A错误;由反应物、生成物的相对能量可知ΔH=-129.6 kJ·mol-1,a=-129.6,B正确;由题图可知AuP作催化剂时反应的活化能更小,则催化效果更好,C错误;过渡态1的相对能量高于过渡态2,两种过渡态中较稳定的是过渡态2,D错误。
5.B　催化剂可降低反应活化能,但不改变反应焓变,反应物的总能量大于生成物的总能量,则ΔH1=ΔH2<0,Ea26.D　对比实验①和②,其他条件均相同,区别为是否放入二氧化锰,A正确;对比实验①和③,其他条件均相同,区别为是否加热,B正确;实验②采用二氧化锰作催化剂,实验③采取加热措施,结合实验②和③,可得出过氧化氢分解制氧气的适宜反应条件,C正确;对比实验①、②和③,H2O2的质量分数均相同,因此无法知道H2O2的质量分数为多少时最适合制取氧气,D错误。
7.答案　(1)2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
(2)5　KMnO4溶液过量
(3)0.006 25 mol/(L·s)
(4)①温度不是反应速率突然加快的原因
②催化剂　d
解析　(1)酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应生成二氧化碳、硫酸锰和水。
(2)探究浓度对反应速率的影响时,溶液的总体积都为20 mL,据此判断x的值;由于4号实验中高锰酸钾溶液过量,溶液最终没有褪色。
(3)根据n=cV计算出反应物的物质的量,计算可知高锰酸钾量不足,用高锰酸钾的物质的量来计算反应消耗的草酸的物质的量,最后根据v=计算出用H2C2O4表示的反应速率。
(4)①根据题表数据知,温度升高不明显,对反应速率影响不大,说明温度不是反应速率突然加快的原因。
②酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应生成了锰离子,锰离子有催化作用,所以还可能是催化剂的影响,要想验证锰离子的催化作用,在做对照实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否有变化。
反思升华
本题考查了化学反应速率的计算及影响化学反应速率的因素等,解题时需掌握影响化学反应速率的因素,注意运用控制变量法。
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