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1.反应历程与基元反应
(1)大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。如氢气和氧气生
成水的反应中的一个基元反应是H·+O2 ·OH+O·。
(2)基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理),基元反应的总和称为总反应。
(3)由几个基元反应组成的总反应也称为复杂反应。有些化学反应是反应物一步直接转化为
反应产物的,其总反应就是基元反应,这类反应又称为简单反应,如H++OH- H2O。
第3节 化学反应的速率
知识点 1 化学反应速率
必备知识 清单破
2.化学反应速率
(1)表示方法
①对于反应体系体积不变的化学反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),用单位时间内某物质浓
度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示该物质的化学反应速率。
②计算公式:v(A)= ,常用单位为mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1。
(2)意义:用来衡量化学反应快慢的物理量。
(3)特点
①同一反应选用不同物质浓度的改变量表示反应速率,数值可能不同,但表示的意义相同。
②对于一个具体的化学反应,用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各
物质化学式前的化学计量数之比。如反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),v(A)∶v(B)∶v(C)∶
v(D)=a∶b∶c∶d。
③对于一个具体的化学反应aA(g)+bB(g) dD(g)+eE(g),化学反应速率v= · = ·
= · = · 。
名师点拨 (1)定量表示一个化学反应的反应速率时,必须指明是用哪一种物质来表示的反
应速率。(2)由v(A)= 计算得到的反应速率是该物质在某一段时间内的平均反应速率,
而不是在某一时刻的瞬时速率。(3)对于有固体或纯液体参与的反应,固体或纯液体的浓度
被视为常数,一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
1.浓度对化学反应速率的影响
(1)一般规律
其他条件不变时,增大反应物的浓度,反应速率加快;减小反应物的浓度,反应速率减慢。
(2)反应速率与反应物浓度的定量关系
①反应速率方程
对于反应H2O2+2HI 2H2O+I2,其反应速率与反应物浓度间的关系为v=kc(H2O2)·c(HI),其中
k为反应速率常数。
②反应速率常数(k)
知识点 2 浓度、压强对化学反应速率的影响
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反应速率与参与反应的物质的浓度的关系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。
2.压强对化学反应速率的影响
(1)规律(对于有气体参加或生成的反应)
(2)解释
压强增大→ →化学反应速率加快;反之,化学反应速率减慢。
1.一般规律
对于大多数反应,当其他条件不变时,升高温度,化学反应速率加快;降低温度,化学反应速
率减慢。
2.经验规律
(1)范托夫曾总结出一条近似规律:对于在溶液中发生的反应,温度每升高10 K,反应速率提高
到原来的2～4倍。利用这个经验规律,可以对一些化学反应的速率做粗略的估计。
(2)阿伦尼乌斯经验公式:k=A ,式中k为反应速率常数,A为比例系数,e为自然对数的底,R为
理想气体常数,Ea为活化能。由该公式可知,当Ea>0时,升高温度,反应速率常数增大,化学反应
速率随之提高。
知识点 3 温度对化学反应速率的影响
3.活化能
(1)过渡态:一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。
(2)活化能:过渡态的能量与反应物的平均能量之差,Ea称为基元反应的活化能。
(3)活化能越高,反应越难发生。多步反应中活化能最大的基元反应为决速反应。
(4)相同反应物同时发生多个竞争反应,其中活化能最小的反应,反应速率最大,其对应的产物
占比最高。
4.温度影响反应速率的微观解释
升高温度→提高反应物分子的能量→增大反应物间的碰撞频率→增大反应物分子形成
过渡态的比例→加快化学反应速率。
1.定义
催化剂是能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。
2.催化原理
催化剂通过参与反应,改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。
知识点 4 催化剂对化学反应速率的影响
说明 ①催化剂能降低反应的活化能,但不影响焓变的大小及平衡转化率。
②在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2,活化能大小影
响反应速率。
3.催化剂的特点
1.在比较化学反应速率大小时,数值越大则反应速率越快,这种说法正确吗 ( )
比较用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率的大小时,不能仅凭表面数据,必
须结合化学方程式中物质的化学计量数对数据进行换算,同时应注意单位统一。
2.在溶液中进行的化学反应,增大反应物的用量或增大溶液的用量,化学反应速率一定增大,
这种说法正确吗 ( )
溶液中若进行的是固体和溶液的反应,增加固体的用量,对化学反应速率无影响;改
变溶液的用量时,若溶液的浓度不变,对化学反应速率无影响。
3.增大反应物浓度,逆反应速率不变,这种说法正确吗 ( )
增大反应物浓度,正反应速率瞬间增大,在改变的瞬间,生成物的浓度可认为不变,逆
反应速率不变,但随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度逐渐增大,导致正反
应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,直到两者相等。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
4.恒温恒容的密闭容器中,有气体参与的反应,增大体系的压强,化学反应速率不一定加快,这
种说法正确吗 ( )
恒温恒容时,若增加气态反应物的量使体系压强增大,气态反应物浓度增大,化学反应
速率加快;若充入与反应无关的气体使体系压强增大,但气态反应物浓度不变,则化学反应速
率不变。
提示
√
1.化学反应速率的计算
(1)利用反应速率的定义式v(A)= = 求算。
(2)利用化学反应中用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量
数之比的规律求算。
(3)“三段式”法计算化学反应速率。
①写出反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件计算。
关键能力 定点破
定点 1 化学反应速率的计算与大小比较
mA(g)+nB(g) pC(g)
起始量/mol·L-1 a b c
转化量/mol·L-1 x
某时刻量/mol·L-1 a-x b- c+
则v(A)= ,v(B)= ,v(C)= 。
2.化学反应速率的比较
(1)统一标准法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时,先按相应的化学方程式中各物质的化学
计量数之比换算成同一物质表示的化学反应速率,单位统一,再比较数值大小。
(2)比值比较法
比较化学反应速率与其在相应化学方程式中物质的化学计量数的比值大小。如反应
mA(g)+nB(g) pC(g)在不同条件下的反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示, 、
、 的单位相同时,数值越大的表示的反应速率越大。
(1)确定变量:明确影响实验探究结果的因素可能有哪些,即变量。
(2)定多变一:根据实验目的确定需控制的变量。在探究时,应该先确定其他的因素不变,只改
变一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;确定一种因素的影响结果以后,再确
定另一种因素的影响结果;通过分析每种因素与所研究问题之间的关系,得出所有影响因素
与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效:注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
定点 2 控制变量法探究外界因素对化学反应速率的影响
典例 碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.20 mol/L KI溶液、0.2%淀粉溶液、
0.20 mol/L (NH4)2S2O8溶液、0.10 mol/L Na2S2O3溶液等,探究反应条件对化学反应速率的影
响。记录结果如下:
实验编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
试剂用量/mL 0.20 mol/L (NH4)2S2O8溶液 10.0 5.0 2.5 10.0 10.0
0.20 mol/L KI溶液 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5
0.10 mol/L Na2S2O3溶液 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0
0.2%淀粉溶液 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
蒸馏水 0 a 7.5 b 7.5
显色时间Δt/s 35 51 123 56 107
已知:S2 +2I- 2S +I2 (慢)
2S2 +I2 S4 (无色)+2I- (快)
下列说法中错误的是 ( )
A.a=5.0,b=5.0
B.实验Ⅰ中,用Na2S2O3表示的反应速率为 mol/(L·s)
C.反应物初始浓度越大,反应时间越短,平均反应速率越大
D.为确保能观察到蓝色,需满足的关系为 <2
B
思路点拨：分析表中数据确定溶液总体积→找出变量→综合分析作答。
解析：由实验Ⅰ的数据可知溶液总体积为26.0 mL,由实验Ⅱ、Ⅳ的数据可知a=b=5.0,A正确;
实验Ⅰ中Δt=35 s,Δc(Na2S2O3)= = mol/L,则v(Na2S2O3)= mol/(L
·s)= mol/(L·s),B错误;对比实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知,反应物初始浓度越大,反应时间越短,平
均反应速率越大,C正确;根据反应S2 +2I- 2S +I2(慢)、2S2 +I2 S4 (无色)+2I-
(快),为了能观察到蓝色,最终生成I2的量应比消耗I2的量多,则 <2,D正确。
1.速率—时间图像
(1)全程速率—时间图:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化如下图所示。
定点 3 化学反应速率的有关图像
OA段:Zn与盐酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,化学反应速率逐渐增大(温度对化学
反应速率占主要因素);AB段:随着反应的进行,H+的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小(H+
浓度对化学反应速率占主要因素)。
(2)正、逆反应速率—时间图像:揭示了v(正)、v(逆)随时间变化的规律,可体现外界条件改变
对反应速率的影响,以及由此引发的平衡移动。
解题原则:分清正、逆反应速率及二者的相对大小,分清“突变”和“渐变”;正确判断
化学平衡的移动方向;熟记浓度、压强、温度、催化剂等对化学平衡移动的影响规律。
图Ⅰ v'正突变,v'逆渐变,且v'正>v'逆,说明是增大了反应物的浓度,使v'正突变,且平衡正向移动。
图Ⅱ v'正、v'逆都是突然减小的,且v'正>v'逆,说明平衡正向移动,该反应的正反应可能是放
热反应或气体总体积增大的反应。
图Ⅲ v'正、v'逆都突然增大且增大程度相同,说明该化学平衡没有发生移动,可能是使用
了催化剂,也可能是反应前后气体总体积不发生变化的反应压缩体积(增大压强)所致。
2.反应速率—温度(压强)图[以aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)为例]
分析v-T(p)图时,注意v正=v逆时反应达到平衡状态,即图中的交点代表平衡状态,此类图像可以
用于判断反应的ΔH或反应前后的气体体积关系。根据v正、v逆的变化趋势可知:
(1)随着温度升高,v正增大得比v逆快,即温度升高,平衡正向移动,正反应为吸热反应,逆反应为
放热反应。
(2)随着压强增大,v正增大得比v逆快,则平衡向正反应方向移动,即气体分子数减少的方向,可知
a+b>c+d。
典例 已知:A(g)+2B(g) 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol
B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随
时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡状态
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)B
解析：该反应是气体分子数不变的可逆反应,恒温恒容下,气体的压强始终保持不变,容器内
压强不变不能说明反应达到平衡状态,A错误;根据图像中t2时v正‘不是“突变”,而是“渐变”,
知平衡应向逆反应方向移动,改变的条件为向容器中加入C,B正确;初始投料n(A)∶n(B)=1∶3,
向体系中加入C,相当于投料n(A)∶n(B)=1∶2,状态Ⅰ和状态Ⅱ不是等效平衡,状态Ⅱ达到状
态Ⅰ的等效平衡需再加入一定量B,使平衡正向移动,因此A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),C错误;确
定反应的平衡常数K只与温度有关,因该反应在恒温条件下进行,所以K保持不变,D错误。第3课时 化学反应速率和化学平衡图像
基础过关练
题组一 化学反应速率~时间图像
1.(经典题)根据v-t图分析外界条件改变对可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0的影响。该反应的反应速率与时间的关系如图所示:
在t1、t3、t5、t7时反应都处于平衡状态,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是 ( )
A.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
B.升高温度、减小压强、增大生成物浓度、使用了催化剂
C.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
2.已知:A(g)+2B(g) 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和2 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.t2时刻改变的条件:向容器中加入A
B.平衡时B的体积分数φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ)
C.t2~t3反应正向进行
D.平衡时A(g)的物质的量浓度c:c(Ⅰ)>c(Ⅱ)
题组二 浓度~时间图像
3.一定量的CO2和足量碳在刚性密闭容器中发生反应CO2(g)+C(s) 2CO(g),c(CO2)随时间变化如图。下列说法错误的是 ( )
A.T2>T1
B.b点的正反应速率大于逆反应速率
C.c点的正反应速率一定大于a点的正反应速率
D.c点时向容器中再充入少量CO2,反应速率增大
4.在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X(g) 2Y(g)的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.催化剂Ⅰ、Ⅱ相比,催化剂Ⅰ使反应活化能更低
B.使用催化剂Ⅰ,反应时间为2 min时,X的转化率为50%
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅱ时,0~2 min内,v(X)=0.5 mol·L-1·min-1
5.(经典题)向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生反应:xA(g)+2B(s) yC(g) ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)该反应在0~10 min内的平均反应速率v(A)= 。
(2)根据图像可确定x∶y= 。
(3)0~10 min容器内压强 (填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)第10 min引起曲线变化的因素可能是 (填序号,下同);第16 min引起曲线变化的因素可能是 。
①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加入催化剂
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ的平衡常数为K2,则K1 (填
“>”“=”或“<”)K2。
题组三 化学平衡图像
6.已知反应:2CH3COCH3(l) CH3COCH2COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3,分别在0 ℃和20 ℃下,测得其转化率随时间变化的关系曲线(α-t曲线)如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的α-t曲线
B.0~20 min内,CH3COCH3的平均反应速率<1
C.升高温度,可缩短反应达到平衡的时间,并能增大CH3COCH3的平衡转化率
D.从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1
7.利用CO制甲醇的反应为2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)。一定条件下,在容积恒定的密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2发生上述反应,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.图中b、c、d三点的化学平衡常数分别为Kb、Kc、Kd,它们的大小关系为Kb=Kd>Kc
B.体系中气体平均摩尔质量:(b)>(d)
C.不断将甲醇从体系中分离出来能够同时增大正反应速率和提高CO的平衡转化率
D.体系中活化分子百分数:d>c
8.工业上用CO2氧化C2H6制C2H4是化工工业的一个新课题,相关主要化学反应有:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH1=+177 kJ·mol-1
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2=+430 kJ·mol-1
向一密闭容器中通入2 mol C2H6(g)和3 mol CO2(g),乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性(乙烯的选择性=×100%)与温度和压强的关系如图所示。
(1)L1、L2代表不同 (填“温度”或“压强”)。
(2)M、P两点正反应速率较大的是 (填“M”或“P”)点,理由是 。
(3)在X1和L2条件下,达到平衡时容器的体积为1 L,平衡时CO2的物质的量分数为 。反应Ⅰ的平衡常数是 mol·L-1。
能力提升练
题组一 借助图像综合考查化学反应速率和化学平衡
1.下列图示与对应的叙述相符的是 ( )
图1
图2
图3
图4
A.图1表示反应:mA(s)+nB(g) pC(g) ΔH>0在一定温度下,B的平衡转化率(B%)与压强变化的关系,则x点正反应速率大于逆反应速率
B.图2是可逆反应:A(g)+B(s) C(g)+D( ) ΔH>0的速率—时间图像,在t1时刻改变的条件只能是加入催化剂
C.图3表示对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),A的百分含量与温度(T)变化的关系,则该反应的ΔH<0
D.图4中阴影部分面积的含义是v正-v逆
2.反应:aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ΔH,学习小组针对反应特点与对应的图像展开了讨论,其中不正确的是 ( )
A.图①中,若p1>p2,则a+b>c+d
B.图②中,若T2>T1,则ΔH<0且a+b=c+d
C.图③中,t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂
D.图④中,若ΔH<0,则纵坐标不可能表示反应物的转化率
题组二 化学平衡中数形结合的考查
3.用活性炭还原NO2可减少空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。
图1
图2
下列说法错误的是 ( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有C点的v正=v逆
B.图2中E点的v逆小于F点的v正
C.图2中平衡常数K(E)=K(G),则NO2的平衡浓度c(E)=c(G)
D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率减小
4.CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程发生下列反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-58.6 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
0.5 MPa下,将n(H2)∶n(CO2)=3∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=+99.8 kJ·mol-1
B.曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C.图中所示270 ℃时,对应CO2的转化率为21%
D.在210~250 ℃之间,CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
5.利用CO2催化加氢制二甲醚(CH3OCH3)过程中发生的化学反应有:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+42 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-50 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-26 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的速率方程为v正=k正·p(CO2)·p3(H2),v逆=k逆·p(CH3OH)·p(H2O),其中v正、v逆分别为正、逆反应速率,k正、k逆为速率常数,p为组分的分压。在密闭容器中按一定比例充入H2和CO2,体系中各反应均达到化学平衡。向平衡体系中加入高效催化剂,将
(填“增大”“减小”或“不变”,下同);增大体系压强,k正-k逆的值将 。
(2)在一定条件下,保持体积恒定,向同一密闭容器中按=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。
①图中表示CO的平衡体积分数随温度变化的曲线为 (填“X”或“Y”)。温度从453 K上升至573 K,CO2的平衡转化率变化的原因是 。能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是 。
②一定温度下,向体积为1 L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2进行上述反应,反应经10 min达平衡,CO2的平衡转化率为30%,容器中CO(g)为0.05 mol,CH3OH(g)为0.05 mol。体系的能量变化
为 kJ, 反应Ⅲ的平衡常数K= ;
继续向容器中加入0.1 mol CH3OH(g)和0.1 mol H2O(g),此时反应Ⅲ
将 (填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.D 2.B 3.C 4.C 6.C 7.A
1.D t2时正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,应是升高了温度;t4时正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,平衡向逆反应方向移动,应是减小了压强;t6时逆反应速率在原有基础上逐渐增大,而正反应速率立即增大,平衡向正反应方向移动,应是增大了反应物的浓度;t8时正、逆反应速率都增大且相等,平衡不移动,应是加入了催化剂;故选D。
名师点睛
常见含“断点”的v-t图像
图像
t1时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低
正反应为放热反应
压强 增大 减小
正反应为气体物质的量增大的反应
图像
t1时刻 所改变 的条件 温度 升高 降低
正反应为吸热反应
压强 增大 减小
正反应为气体物质的量减小的反应
2.B t2时刻改变条件后,正反应速率逐渐增大,推测逆反应速率大于正反应速率,则改变的外界条件是向容器中加入C,A错误;该反应是反应前后气体物质的量不变的反应,加入C,反应逆向进行,最终平衡状态Ⅱ与平衡状态Ⅰ互为等效平衡,则平衡时B的体积分数φ:φ(Ⅱ)=φ(Ⅰ),B正确;由上述分析可知t2时加入生成物C,t2~t3反应逆向进行,C错误;达到平衡状态Ⅱ时A(g)、B(g)的浓度比平衡状态Ⅰ时要大,D错误。
3.C “先拐先平数值大”,根据图像可知T2>T1,A正确;b点后CO2的浓度继续减小,可知b点反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,B正确;c点温度高,a点反应物浓度大,所以c点正反应速率不一定大于a点的正反应速率,C错误;c点时向容器中再充入少量CO2,反应物浓度增大,反应速率增大,D正确。
4.C 由题图可知,催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,反应更快,A正确。结合化学方程式,由题图可知,0~2 min,a曲线代表的物质浓度的变化量为使用催化剂Ⅰ的曲线代表的物质(Y)浓度变化量的一半,则a曲线表示使用催化剂Ⅰ时X的浓度变化;使用催化剂Ⅰ时,0~2 min,X的浓度变化了4.0 mol·L-1-2.0 mol·L-1=2.0 mol·L-1,X的转化率为×100%=50%,B正确、C错误;使用催化剂Ⅱ时,0~2 min内,Y的浓度变化了2.0 mol·L-1,则v(Y)==1.0 mol·L-1·min-1,v(X)=v(Y)=×1.0 mol·L-1·min-1=0.5 mol·L-1·min-1,D正确。
5.答案 (1)0.02 mol·L-1·min-1 (2)1∶2 (3)变大 (4)④⑥ ④ (5)>
解析 (1)0~10 min内,v(A)==0.02 mol·L-1·min-1。
(2)根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少0.20 mol·L-1,C的物质的量浓度增加0.40 mol·L-1,故x∶y=1∶2。
(3)该反应是气体分子数增大的反应,容器容积不变,因此0~10 min容器内压强变大。
(4)根据图像可知,10 min时改变条件后,A、C的浓度连续变化且反应速率加快,故改变的条件可能是升温或加入催化剂;16 min时改变条件后,A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件可能是升温。
(5)升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,第16 min时改变的条件是升温,则K1>K2。
名师点睛
浓度~时间变化图像的特征
(1)增加(或减小)A的浓度,则A浓度曲线发生突变。
(2)改变压强(压缩或扩大容器体积),各物质的浓度曲线都发生突变。
(3)改变温度,各物质浓度曲线逐渐增大或减小,没有突变。
6.C 其他条件相同时,温度越高,反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,所以曲线b代表20 ℃下CH3COCH3的α-t曲线,曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的α-t曲线,A正确;从图像中可以看出当反应进行到20 min时,b曲线对应的CH3COCH3的转化率高于a曲线对应的CH3COCH3的转化率,说明0~20 min内b曲线对应的平均反应速率较快,所以<1,B正确;温度高,CH3COCH3的平衡转化率低,说明升高温度,CH3COCH3的平衡转化率减小,C错误;根据图像可以看出,当反应进行到66 min时,a、b曲线对应的CH3COCH3的转化率相同,都是0.113,CH3COCH3的起始量相同,所以从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1,D正确。
7.A 根据图示,随温度升高,反应中CO的平衡转化率降低,该反应ΔH<0,b、c、d三点温度大小关系为Tb=TdKc,A正确;反应前后气体的总质量不变,CO的转化率越小,体系中气体物质的量越大,所以(b)<(d),B错误;将甲醇从体系中分离,相当于减小生成物的浓度,正反应速率逐渐减小,C错误;c点的温度比d点高,体系中活化分子百分数:c>d,D错误。
8.答案 (1)压强 (2)P P点的压强和乙烷的浓度均更大,故P点的正反应速率更大 (3)22.2% 0.495
解析 (1)Ⅰ、Ⅱ均为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大;Ⅰ、Ⅱ均为反应前后气体分子数增加的反应,增大压强,平衡逆向移动,乙烷的平衡转化率减小,由图可知,乙烷的平衡转化率随X增大而增大,则X代表温度,L1、L2代表不同压强。
(2)相同温度下,增大压强,平衡逆向移动,乙烷的平衡转化率减小,则L1(3)在X1和L2条件下,达到平衡时容器的体积为1 L,P点表示乙烷的转化率为50%,则参与反应的乙烷为1 mol,乙烯的选择性为60%,则生成乙烯0.6 mol,发生的反应及物质转化量如下:
C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
转化(mol) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g)
转化(mol) 0.4 0.8 1.6 1.2
平衡时n(C2H6)=1 mol、n(CO2)=3 mol-0.6 mol-0.8 mol=1.6 mol、n(C2H4)=0.6 mol、n(H2O)=0.6 mol、n(CO)=0.6 mol+1.6 mol=2.2 mol、n(H2)=1.2 mol,总物质的量为7.2 mol,平衡时CO2的物质的量分数为×100%≈22.2%,反应Ⅰ的平衡常数是mol·L-1=0.495 mol·L-1。
能力提升练
1.C 2.C 3.C 4.C
1.C 根据题图1,x点没有达到平衡,在等压条件下,需要降低B的转化率,才能达到平衡,反应向逆反应方向进行,即正反应速率小于逆反应速率,A错误;t1时刻只加快反应速率,平衡没有移动,如果D为固体或纯液体,因为B为固态,A、C为气态,且A、C化学计量数相等,所以t1时刻还可能是增大压强,B错误;A为反应物,根据图像,M为平衡点,M点右侧,随温度升高,A%增大,说明升高温度,平衡向逆反应方向移动,该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0,C正确;根据反应速率的定义,阴影部分面积的含义是(v正-v逆)与时间变化的乘积,D错误。
名师点睛
化学反应速率与化学平衡图像题的解题思路
2.C 若p1>p2,联系图①可知,其他条件相同时,增大压强,A的体积分数减小,说明平衡正向移动,则正反应是反应前后气体物质的量减小的反应,所以a+b>c+d,A正确;升高温度,A的平衡转化率减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0,压强增大,A的平衡转化率不变,说明压强对平衡无影响,所以a+b=c+d,B正确;图③中,t1时刻改变条件,正、逆反应速率同时增大并且平衡不移动,则改变的条件可能是加入了催化剂,也可能是增大了压强(若该反应为反应前后气体物质的量不变的反应),C错误;由图④可知,T1>T2,升高温度,若ΔH<0,平衡逆向移动,反应物的转化率减小,与图像不符,所以纵坐标不可能表示反应物的转化率,D正确。
3.C 由反应可知,NO2的生成速率(逆反应速率)是N2的生成速率(正反应速率)的2倍时正、逆反应速率相等,即达到化学平衡,只有C点满足,故A正确;由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强:E4.C 由反应Ⅰ-反应Ⅱ得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=(-58.6-41.2) kJ·mol-1=-99.8 kJ·mol-1,A错误。
5.答案 (1)不变 不变
(2)①Y 453 K到553 K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ的正反应为放热反应,随温度升高CO2的平衡转化率下降,553 K到573 K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ的正反应为吸热反应,随温度升高CO2的平衡转化率升高 增大压强 ②13 16 正向进行
解析 (1)达到平衡时,正、逆反应速率相等,加入催化剂同等程度改变正、逆反应速率,则不变;k正、k逆为速率常数,只与温度有关,则增大体系压强,k正-k逆的值将不变。
(2)①随着温度的升高,反应Ⅰ平衡正向移动,故CO的平衡体积分数增大,对应曲线Y。CO2的平衡转化率与反应Ⅰ、Ⅱ有关,升高温度,两个反应的平衡移动方向不一致,在不同温度范围内,CO2的平衡转化率表现不一致。453 K到553 K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ的正反应为放热反应,温度升高CO2的平衡转化率下降;553 K到573 K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ的正反应为吸热反应,温度升高CO2的平衡转化率升高。反应Ⅱ为气体分子数减小的反应,增大压强,反应Ⅱ的平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,同时反应Ⅱ的平衡正向移动使CH3OH(g)的量增多,有利于反应Ⅲ的平衡正向移动,使CH3OCH3的平衡体积分数增大。
②由题意知,转化的CO2的物质的量为1 mol×30%=0.3 mol,平衡时CO的物质的量为0.05 mol,说明通过反应Ⅰ转化的CO2为0.05 mol,则通过反应Ⅱ转化的CO2为0.25 mol,故反应Ⅱ生成CH3OH为0.25 mol,又平衡时CH3OH为0.05 mol,说明有0.2 mol CH3OH通过反应Ⅲ转化为CH3OCH3,列式如下:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
转化/mol 0.05 0.05 0.05 0.05
平衡/mol 0.05
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
转化/mol 0.25 0.75 0.25 0.25
平衡/mol 0.05
2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)
转化/mol 0.2 0.1 0.1
平衡/mol 0.05 0.1
体系吸收42 kJ·mol-1×0.05 mol=2.1 kJ能量,体系放出50 kJ·mol-1×0.25 mol+26 kJ·mol-1×0.1 mol=15.1 kJ能量,体系放出能量为15.1 kJ-2.1 kJ=13 kJ;根据分析知,生成0.4 mol H2O(g),反应Ⅲ的平衡常数K==16;再加入0.1 mol CH3OH、0.1 mol H2O,此时Q=≈2.2219第3节 化学反应的速率
第1课时 化学反应历程 化学反应速率
基础过关练
题组一 基元反应与反应历程
1.我国科研人员研究了在Cu-ZnO-ZrO2催化剂上CO2加氢制甲醇过程中水的作用机理,其主反应历程如图所示(H2 *H+*H)。下列说法错误的是 ( )
A.向该反应体系中加入过量的CO2能增大H2的转化率
B.用“*”标记的物质是该反应历程中的中间产物
C.二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率达100%
D.第③步的反应方程式为*H3CO+H2O CH3OH+*HO
2.CO2氧化乙苯制苯乙烯的反应为:(g)+CO2(g) (g)+H2O(g)+CO(g),其反应历程如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.该反应的ΔS<0
B.该反应的平衡常数表达式为K=(C6H5—表示苯基)
C.是该反应的催化剂
D.过程③可能生成副产物
题组二 化学反应速率的计算与比较
3.(经典题)将2 mol A和2 mol B混合于2 L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(s) xC(g)+2D(g),5 min末,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,用C表示的平均反应速率v(C)=0.1 mol·L-1·min-1。下列说法正确的是 ( )
A.用B表示的平均反应速率v(B)=0.1 mol·L-1·min-1
B.用D表示的平均反应速率v(D)=0.2 mol·L-1·min-1
C.该反应方程式中,x=2
D.5 min末,A的物质的量为0.25 mol
4.对反应A(g)+3B(g) 2C(g)来说,下列反应速率最快的是 ( )
A.v(B)=0.6 mol·L-1·min-1
B.v(A)=0.3 mol·L-1·min-1
C.v(B)=0.02 mol·L-1·s-1
D.v(C)=0.5 mol·L-1·min-1
5.某温度下,把一定量的NH4Cl置于密闭容器中发生反应:NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g),2HCl(g) Cl2(g)+H2(g)。2 min后,测得H2的浓度为1 mol·L-1,HCl的浓度为4 mol·L-1,则v(NH3)为 ( )
A.2.5 mol·L-1·min-1
B.2.0 mol·L-1·min-1
C.1.25 mol·L-1·min-1
D.3 mol·L-1·min-1
6.H2(g)+I2(g) 2HI(g)在1 L的恒温容器中进行,反应过程中部分数据见下表:
反应时间/min n(H2)/mol n(I2)/mol n(HI)/mol
0 4 4 0
10 2
若起始时总压为p0 kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,而气态物质分压=总压×气态物质的物质的量分数,则10 min内用H2(g)表示的反应速率为 ( )
A.0.25p0 kPa·min-1
B.0.025p0 kPa·min-1
C.0.005p0 kPa·min-1
D.0.016p0 kPa·min-1
7.已知反应aA(g)+bB(g) cC(g),某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的A、B两种气体,这两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)从反应开始到12 s时,用A表示的反应速率为 。
(2)经测定,前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,则该反应的化学方程式为 。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经相同时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L-1·s-1,乙:v(B)=0.12 mol·L-1·s-1,丙:v(C)=9.6 mol·L-1·min-1,则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为 。
题组三 化学反应速率的测定
8.下列都是测定气体产物(一定时间内)反应速率的装置图(夹持装置省略),不能达到实验目的的是 ( )
9.下列测量化学反应速率的依据不可行的是 ( )
选项 化学反应 测量依据(单位时间内)
A 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O 溶液颜色变化
B AgNO3+NaCl AgCl↓+NaNO3 沉淀质量变化
C H2(g)+I2(g) 2HI(g) 温度、容器体积一定时,体系压强变化
D H2O2+2HI 2H2O+I2 溶液体积一定时,I-的浓度变化
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.D 3.C 4.C 5.D 6.B 8.A 9.C
1.C CO2+3H2 CH3OH+H2O,所以向该反应体系中加入过量的CO2能增大H2的转化率,A项正确;根据题图可知,用“*”标记的物质在反应过程中最终被消耗,所以用“*”标记的物质是该反应历程中的中间产物,B项正确;二氧化碳和氢气反应生成甲醇和水,该反应中除了生成甲醇外还生成水,所以二氧化碳加氢制甲醇的过程中原子利用率不是100%,C项错误;由题图可知,第③步的反应方程式为*H3CO+H2O CH3OH+*HO,D项正确。
2.D 由题给方程式可知,正反应是一个气体体积增大的反应,故ΔS>0,A错误;该反应的平衡常数表达式为K=(C6H5—表示苯基),B错误;是在反应过程中形成的,不是催化剂,C错误;状态Ⅱ中存在和中间体微粒,过程③可能生成副产物,D正确。
3.C B为固体,浓度可视为常数,不用B表示该反应的反应速率,A错误;v(C)=0.1 mol·L-1·min-1,则Δc(C)=0.1 mol·L-1·min-1×5 min=0.5 mol·L-1,Δc(C)=Δc(D),则x=2,v(C)=v(D)=0.1 mol·L-1·min-1,B错误、C正确;Δc(A)=1.5Δc(C)=1.5×0.5 mol·L-1=0.75 mol·L-1,则Δn(A)=0.75 mol·L-1×2 L=1.5 mol,则5 min末A的物质的量为2 mol-1.5 mol=0.5 mol,D错误。
4.C 方法一是比值比较法:单位统一时,用不同物质表示的反应速率与其化学计量数的比值越大,表示的反应速率越快。A项,=0.2 mol·L-1·min-1;B项,=0.3 mol·L-1·min-1;C项, mol·L-1·min-1=0.4 mol·L-1·min-1;D项,=0.25 mol·L-1·min-1;C正确。
方法二为统一标准法:单位统一时,利用速率比等于化学计量数之比均转化为用同一种物质表示的反应速率,再比较数值大小。A项,v(A)==0.2 mol·L-1·min-1;B项,v(A)=0.3 mol·L-1·min-1;C项,v(A)= mol·L-1·min-1=0.4 mol·L-1·min-1;D项,v(A)==0.25 mol·L-1·min-1;C正确。
5.D 2 min后,测得H2的浓度为1 mol·L-1,则发生反应2HCl(g) Cl2(g)+H2(g)消耗的HCl的浓度是2 mol·L-1,此时HCl的浓度为4 mol·L-1,因此发生反应NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g)产生的HCl的浓度为2 mol·L-1+4 mol·L-1=6 mol·L-1,由于该反应产生HCl、NH3的浓度相等,则v(NH3)==3 mol·L-1·min-1,D正确。
6.B H2(g)+I2(g) 2HI(g)为反应前后气体总物质的量不变的可逆反应,则恒温条件下该反应中的任意时刻总压不变,均为p0 kPa,列三段式:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
n始/mol 4 4 0
Δn/mol 2 2 4
n10 min/mol 2 2 4
反应前H2(g)的分压为×p0 kPa=0.5p0 kPa,10 min时H2(g)的分压为×p0 kPa=0.25p0 kPa,则10 min内用H2(g)表示的反应速率为=0.025p0 kPa·min-1。
7.答案 (1)0.05 mol·L-1·s-1 (2)3A(g)+B(g) 2C(g) (3)乙>甲>丙
解析 (1)0~12 s内,Δc(A)=0.8 mol·L-1-0.2 mol·L-1=0.6 mol·L-1,则v(A)==0.05 mol·L-1·s-1。(2)根据图像可知,0~12 s内,Δc(A)=0.6 mol·L-1,Δc(B)=0.2 mol·L-1,物质的浓度变化量之比等于化学方程式中化学计量数之比,即a∶b=Δc(A)∶Δc(B)=3∶1;结合前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,可知前4 s内Δc(C)=0.05 mol·L-1·s-1×4 s=0.2 mol·L-1,而Δc(A)=0.3 mol·L-1,同理a∶c=3∶2,故a∶b∶c=3∶1∶2,该反应的化学方程式为3A(g)+B(g) 2C(g)。(3)根据同一反应中,化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,均转化成v(A)进行比较。甲:v(A)=0.3 mol·L-1·s-1;乙:v(B)=0.12 mol·L-1·s-1,则v(A)=0.36 mol·L-1·s-1;丙:v(C)=9.6 mol·L-1·min-1=0.16 mol·L-1·s-1,则v(A)=0.24 mol·L-1·s-1,故三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。
8.A A项中装置不能用长颈漏斗,否则产生的气体会通过长颈漏斗逸出。
9.C 随反应进行KMnO4溶液浓度逐渐减小,可通过记录单位时间内溶液颜色变化来测定反应速率,A可行;单位时间内产生沉淀的质量越多,反应速率越快,B可行;反应前后气体分子数不变,即温度、容器体积一定时,反应前后气体总压强不变,C不可行;溶液体积一定时,单位时间内,I-的浓度变化越大,反应速率越快,D可行。
方法点津
测量化学反应速率时的常用方法
(1)对于有气体生成的反应:可测定相同时间内收集气体的体积或收集等量气体所用的时间。
(2)对于有固体作反应物的反应,可测定一段时间内消耗固体质量的多少。
(3)对于有酸、碱参与的反应,可测定一段时间内溶液中H+或OH-浓度的变化。
(4)对于有颜色变化的反应,可测定溶液变色所需时间。
(5)对于有沉淀生成的反应,可测定溶液变浑浊所需的时间。
9第2课时 影响化学反应速率的因素
基础过关练
题组一 影响化学反应速率的因素
1.生活离不开化学。生活中的下列做法与化学反应速率控制无关的是 ( )
A.夏天将食物保存在冰箱中
B.食品抽真空包装
C.加工馒头时加入NaHCO3
D.洗衣服时使用加酶洗衣粉
2.(易错题)下列关于反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)的说法中正确的是 ( )
A.恒温条件下,将容器压缩,平衡正向移动,v正增大、v逆减小
B.恒温恒容条件下充入Ar,压强增大,反应速率加快,平衡正向移动
C.恒温恒压条件下充入He,平衡逆向移动,v正减小、v逆增大
D.移除NH3,平衡正向移动,v正、v逆都减小
3.把打磨过的镁条投入盛有稀盐酸的试管中,试管外壁发烫,产生H2的速率与时间(t)的关系如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.如果使用催化剂,反应结束后会产生更多质量的气体
B.t2时刻的速率大于t1时刻的速率主要原因是反应物的量较多
C.t2~t3速率变化的主要原因是盐酸的浓度逐渐减小
D.t2时恰好完全反应
4.地下水中加入H2O2可将地下水中的三氯乙烯(C2HCl3)除去,反应如下:3H2O2+C2HCl3 2H2O+2CO2↑+3HCl。常温下,在某密闭容器中进行上述反应,测得c(H2O2)随时间的变化如表所示:
时间/min 0 2 4 6 8
c(H2O2)/mol·L-1 1.20 0.90 0.70 0.60 0.55
已知:在反应体系中加入Fe2+,可提高反应速率。下列说法错误的是 ( )
A.Fe2+为该反应的催化剂
B.反应过程中可能产生O2
C.加热,正反应速率加快,逆反应速率减小
D.0~4 min,v(H2O2)=0.125 mol·L-1·min-1
5.恒温恒容条件下,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示,下列说法不正确的是 ( )
编 号 时间/minc(NH3)/10-3 mol·L-1表面积/cm2
0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.实验②,40 min时未达到平衡状态,x≠0.40
C.其他条件相同,增加氨气的浓度,反应速率一定增大
D.其他条件相同,增加催化剂的表面积,反应速率增大
题组二 反应历程和活化能
6.如图为某可逆反应体系的能量随反应进程的变化曲线,下列有关说法正确的是 ( )
A.该反应常温下一定可以自发进行
B.使用催化剂可以改变E1、E3的大小,从而改变正、逆反应速率
C.E2为正反应的焓变,且正反应的ΔH>0
D.该反应反应物总能量大于生成物总能量,故一定可设计成原电池
7.已知反应S2(aq)+2I-(aq) 2S(aq)+I2(aq),若向该反应体系中加入含Fe3+的某溶液,反应机理如图所示。
①2Fe3+(aq)+2I-(aq) I2(aq)+2Fe2+(aq)
②2Fe2+(aq)+S2(aq) 2Fe3+(aq)+2S(aq)
下列有关该反应的说法错误的是 ( )
A.反应①和反应②相比,反应②更容易发生
B.Fe3+是该反应的催化剂
C.增大Fe3+的浓度,能够加快反应速率
D.若不加Fe3+,正反应的活化能比逆反应的活化能大
8.H2在石墨烯负载型Pd单原子催化剂(Pd/SVG)上还原NO生成N2和NH3的路径机理及活化能(kJ·mol-1)如图所示(图中涉及物质均为气态)。下列说法错误的是 ( )
A.H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥
B.Pd/SVG上H2还原NO,更容易生成NH3,不容易生成N2
C.根据上图数据可计算NO(g)+5H(g) NH3(g)+H2O(g)的ΔH
D.由图可知,相同催化剂条件下反应可能存在多种反应历程
9.工业上可用一氧化碳和氢气在催化剂作用下合成甲醇,反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
(1)该反应的ΔH 0(填“>”“=”或“<”)。
(2)其中决速步的能垒为 eV。
(3)虚线框内最有可能发生的反应的化学方程式为 。
能力提升练
题组一 借助图像分析化学反应速率的影响因素
1.一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.在0~50 min时间段内,pH=2和pH=7时R的降解率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度不同,无法判断溶液的酸碱性对R的降解速率的影响
D.20~25 min内,pH=10时R的降解速率为0.04 mol·L-1·min-1
2.一定条件下,酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应,Mn(Ⅱ)起催化作用,过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A.Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B.整个反应过程中,反应速率逐渐减小
C.该条件下,Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
D.增加c(K+),反应速率加快
3.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 “控制变量法”探究外界因素对化学反应速率的影响
4.研究2X(g) Y(g)+3Z(g)的反应速率的影响因素,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.比较实验①②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快
B.比较实验②④得出:升高温度,化学反应速率加快
C.若实验②③只有一个条件不同,则实验③使用了催化剂
D.在0~10 min,实验④的平均速率v(Y)=0.06 mol·L-1·min-1
5.室温下进行下图所示实验。(已知:H2C2O4为二元弱酸)
试管a、b、c中溶液褪色分别耗时690 s、677 s、600 s。下列说法正确的是 ( )
A.反应的离子方程式为2Mn 2Mn2++10CO2↑+8H2O
B.试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)为0.002 5 mol/L
C.对比试管a、b,得到的结论是H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快
D.对比试管c、d,可验证c(H+)对反应速率的影响
6.某小组学生设计了如下定性探究影响化学反应速率因素的实验。可选试剂:5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、0.1 mol/L Na2S2O3溶液、0.5 mol/L H2SO4溶液、0.1 mol/L H2SO4溶液
请按要求回答下列问题。
(1)小组确定实验探究的反应原理及比较反应快慢的依据(填充空白)。
原理实验 化学方程式 判断依据
ⅰ 产生气泡快慢
ⅱ Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O
(2)学生甲选择原理ⅰ,探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选 。
(3)学生乙选择原理ⅱ,设计如图所示对比实验,探究H2SO4浓度对该反应速率的影响。
试剂X及其用量: 。
(4)学生丙选择原理ⅱ设计对比实验,探究影响该反应速率的因素,数据如表所示:
实验 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 蒸馏水
浓度/ (mol/L) 体积/ mL 浓度/ (mol/L) 体积/ mL 体积/ mL 温度/ ℃
Ⅰ 0.1 1 0.5 1 V 30
Ⅱ 0.1 2 0.5 1 7 30
Ⅲ 0.1 2 0.5 1 7 40
①对比实验Ⅰ、Ⅱ,为探究 对该反应速率的影响。
②V= ,加入V mL水的目的是 。
③对比上述实验数据,推测反应速率最快的是实验 (填实验编号)。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 2.D 3.C 4.C 5.C 6.B 7.D 8.C
1.C 降低温度,食物腐败速率减慢,可以保存更长的时间,A不符合题意;食品抽真空包装降低了氧气浓度,可减慢食品腐败速率,B不符合题意;加工馒头时加入NaHCO3,与化学反应速率控制无关,C符合题意;酶作为催化剂,可以起到快速去污的作用,D不符合题意。
2.D 恒温条件下,将容器压缩,压强增大,平衡正向移动,v正、v逆都增大,A错误;恒温恒容条件下充入Ar,压强增大,参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,B错误;恒温恒压条件下充入He,相当于减压,平衡逆向移动,v正、v逆都减小,C错误;移除NH3,减小生成物浓度,平衡正向移动,v正、v逆都减小,D正确。
易错分析
本题因不能正确理解外界条件的变化对v正、v逆的影响,而容易错选。
(1)浓度:增大浓度(无论是反应物还是生成物),v正、v逆都增大,平衡之所以移动,是因为v正、v逆增大的程度不同;减小浓度(无论是反应物还是生成物),v正、v逆均减小。
(2)压强:对有气体参加的可逆反应,加压(压缩容器体积),v正、v逆均突然增大,平衡向气体体积减小的方向移动,减小压强(扩大容器体积),v正、v逆均减小,平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)恒温恒容条件下充入与反应无关的气体,反应体系中各组分的浓度不变,反应速率不变;恒温恒压条件下充入与反应无关的气体,容器体积增大,反应体系中各组分的浓度减小,v正、v逆都减小,平衡向着气体体积增大的方向移动。
3.C 催化剂可以加快化学反应速率,但是不影响生成物最终的量,A错误;t1时刻盐酸浓度比t2时刻大,试管外壁发烫,说明反应放热,故t2时刻的反应速率大于t1时刻的主要原因是温度升高,B错误;t2~t3反应速率逐渐减小的原因是随着反应进行盐酸的浓度逐渐减小,C正确;t2时刻反应速率不为0,反应还在进行中,D错误。
4.C 在反应体系中加入Fe2+,可提高反应速率,Fe2+为该反应的催化剂,A正确;H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+,而Fe3+可以催化H2O2分解为O2和H2O,故反应过程中可能产生O2,B正确;加热,正、逆反应速率都加快,C错误;0~4 min,v(H2O2)==0.125 mol·L-1·min-1,D正确。
5.C 实验①中,0~20 min,Δc(NH3)=2.40×10-3 mol·L-1-2.00×10-3 mol·L-1=4.00×10-4 mol·L-1,则Δc(N2)=2.00×10-4 mol·L-1,v(N2)==1.00×10-5 mol·L-1·min-1,A正确;催化剂表面积大小只影响反应速率,不影响平衡,实验③中NH3初始浓度与实验①中一样,实验③达到平衡时NH3的浓度为4.00×10-4 mol·L-1,则实验①达平衡时NH3的浓度也为4.00×10-4 mol·L-1,而恒温恒容条件下,实验②可看作在实验①基础上减小压强,减压平衡正向移动,因此实验②中平衡时NH3的浓度小于4.00×10-4 mol·L-1,即40 min时未达到平衡状态,x≠0.40,B正确;实验①和实验②的催化剂表面积相同,实验①中NH3初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,0~20 min、20~40 min的Δc(NH3)都是4.00×10-4 mol·L-1,相同条件下,增加NH3浓度,反应速率并没有增大,C错误;对比实验①和实验③,NH3初始浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,实验③的反应速率大,说明其他条件相同,增加催化剂的表面积,反应速率增大,D正确。
6.B 由题图可知该反应为放热反应,ΔH<0,只有满足ΔG=ΔH-T·ΔS<0时反应才能自发进行,ΔS未知,无法确定常温下该反应是否可自发进行,A、C错误;E1、E3分别为正、逆反应的活化能,使用催化剂可以降低反应的活化能,改变E1、E3的大小,从而改变正、逆反应速率,B正确;该反应为放热反应,但不一定是可自发进行的氧化还原反应,不一定可设计成原电池,D错误。
7.D 反应②的活化能比反应①低,反应②更容易发生,A正确;Fe3+在反应①中被消耗生成Fe2+,在反应②中Fe2+被消耗又生成了Fe3+,故Fe3+是该反应的催化剂,B正确;增大Fe3+的浓度,能够加快反应①的速率,反应①决定总反应的快慢,C正确;该反应为放热反应,无论是否加Fe3+,正反应的活化能都比逆反应的活化能小,故D错误。
8.C 活化能最大的为决速步,则H2还原NO生成N2的决速步为反应⑥,A正确;由题图知,Pd/SVG上H2还原NO,经过①②③④⑤即可生成NH3,经过①②③④自发过程⑥⑦才能生成N2,而反应⑥的活化能最大,发生最困难,则更容易生成NH3,不容易生成N2,B正确;根据题图数据可计算NO(g)+5H(g) NH3(g)+H2O(g)的正反应的活化能,不知道逆反应的活化能,不能计算ΔH,C错误;由题图可知,相同催化剂条件下,反应可能存在多种反应历程,D正确。
9.答案 (1)< (2)0.8 (3)H3CO*+H2(g) CH3OH*
解析 (1)由反应历程图可知,反应物总能量高于生成物总能量,可知该反应的ΔH<0。(2)对于多步反应,其决速步为活化能最大的一步,从反应历程图可看出,决速步的能垒为-0.1 eV-(-0.9 eV)=0.8 eV。(3)从反应历程图可以看出,物质的转化过程为CO(g)→CO*→HCO*→H2CO*→H3CO*→CH3OH*→CH3OH(g),故虚线框内最有可能发生的反应的化学方程式为H3CO*+H2(g) CH3OH*。
方法点津
解答这类试题,关键是看明白反应历程图所表示的含义。根据反应物与生成物相对能量的大小,可确定总反应是放热反应还是吸热反应;根据图像可确定每步反应的活化能,其对应的活化能越大,反应越慢。
能力提升练
1.A 2.C 3.B 4.D 5.C
1.A 由题图可知,在0~50 min时间段内,pH=2和pH=7时R的降解率都是100%,A正确;由题图可知,pH越小,酸性越强,R降解速率越大,B错误;根据不同pH下R的浓度变化量相同时所需的时间不同,可以判断溶液的酸碱性对R降解速率的影响,C错误;20~25 min内,pH=10时R的降解速率为=4×10-6 mol·L-1·min-1,D错误。
2.C 由图像知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A错误;反应物浓度逐渐减小,反应速率逐渐减小,大约13 min时开始生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅱ)对反应起催化作用,13 min后反应速率会增大,B错误;Mn(Ⅶ)的浓度为0后才开始生成Mn(Ⅱ),该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,C正确;总的离子反应为2Mn+5H2C2O4+6H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O,增加c(K+),反应速率不变,D错误。
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,B错误;由题图可知,①对应的降冰片烯的反应速率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.D 实验①②温度相同,①中X的起始浓度较大,反应速率较快,A正确;实验②④X的起始浓度相同,但温度不同,实验④的反应速率较大,说明升高温度,化学反应速率加快,B正确;实验②③温度、X的起始浓度相同,达平衡时c(X)相同,实验③的反应速率较大,应为使用了催化剂,C正确;在0~10 min,实验④X的浓度变化为0.60 mol·L-1,则v(Y)=v(X)=×=0.03 mol·L-1·min-1,D错误。
5.C H2C2O4为二元弱酸,参与题述反应的离子方程式为2Mn+6H++5H2C2O4 2Mn2++10CO2↑+8H2O,A错误;c中溶液褪色耗时600 s,随反应进行反应物浓度逐渐变小,反应变慢,试管c反应至300 s时,溶液中剩余的c(KMnO4)无法求算,B错误;试管a、b中的H2C2O4浓度不同,其他条件相同,根据溶液褪色时间得出H2C2O4溶液浓度增大,反应速率加快,C正确;对比试管c、d,d中以浓盐酸作溶剂,而KMnO4能氧化浓盐酸中的Cl-,不能验证c(H+)对反应速率的影响,D错误。
6.答案 (1)2H2O2 2H2O+O2↑ 溶液变浑浊的快慢 (2)1 mol/L FeCl3溶液 (3)2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液 (4)①Na2S2O3溶液的浓度 ②8 控制硫酸的起始浓度相同 ③Ⅲ
解析 (1)原理ⅰ比较反应快慢的依据为产生气泡的快慢,结合所给的试剂知选择的反应为2H2O2 2H2O+O2↑。原理ⅱ选择的反应为Na2S2O3+H2SO4 Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,生成了淡黄色沉淀硫单质,故比较反应快慢的依据为溶液变浑浊的快慢。
(2)FeCl3对反应2H2O2 2H2O+O2↑具有催化作用,故选择原理ⅰ探究催化剂对该反应速率的影响,必选试剂除5% H2O2溶液外,还应选FeCl3溶液。
(3)若要探究H2SO4溶液浓度对反应速率的影响,题图所示实验中H2SO4溶液的浓度应不同,Na2S2O3溶液的浓度应相同,所加硫酸的体积应相同,故应加入2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液。
(4)①对比实验Ⅰ、Ⅱ,所加Na2S2O3溶液的体积不同,即Na2S2O3的物质的量不同,所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,所处温度相同,则实验Ⅰ、Ⅱ为探究Na2S2O3溶液的浓度对该反应速率的影响。②实验Ⅰ、Ⅱ所加H2SO4溶液的体积、浓度均相同,为保证溶液混合后H2SO4的浓度相同,则要加入蒸馏水控制H2SO4的起始浓度相同,由实验可知,溶液混合后总体积为10 mL,则V=8。
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