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考点22 化学反应速率及其影响因素
[题组一 基础小题]
1.下列关于化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物来表示
B.化学反应速率为0.8 mol·(L·s)-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1
C.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D.对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
答案 C
解析 A项中,由于固体或纯液体参加反应时,物质的浓度不变,故无法表达出反应速率,A项错误;B项中,化学反应速率应为单位时间内物质浓度的改变量,B项错误;D项中,对于有些反应如酸碱中和反应,反应速率很快,瞬间即可完成,却没有明显现象,D项错误。
2.在密闭容器中,X与Y反应生成Z,其反应速率分别用v(X)、v(Y)、v(Z)表示,已知:2v(Y)=3v(X)、3v(Z)=2v(Y),则此反应的化学方程式可表示为( )
A.2X+3Y===2Z B.X+3Y===2Z
C.3X+Y===2Z D.X+Y===Z
答案 A
解析 由2v(Y)=3v(X)、3v(Z)=2v(Y)可知,v(X)=v(Y)、v(Z)=v(Y),所以v(X)∶v(Y)∶v(Z)=v(Y)∶v(Y)∶v(Y)=2∶3∶2,所以该反应的化学方程式为2X+3Y===2Z。故选A。
3.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·min),②v(B)=0.6 mol/(L·s),③v(C)=0.4 mol/(L·s),④v(D)=0.45
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mol/(L·s)。该反应进行的快慢顺序为( )
A.④>③=②>① B.④③>④ D.④>③>②>①
答案 A
解析 若将各反应速率均转化为以B表示的反应速率,且以mol/(L·s)为单位,①、②、③、④表示的速率分别是0.0225 mol/(L·s)、0.6 mol/(L·s)、0.6 mol/(L·s)、0.675 mol/(L·s),故A正确。
4.下列反应中产生气泡速率最快的是( )
选项
温度
浓度
催化剂
A
25 ℃
2 mL 5% H2O2
0.1 mol·L-1FeCl3 2滴
B
35 ℃
2 mL 8% H2O2
MnO2粉末
C
25 ℃
2 mL 5% H2O2
MnO2粉末
D
25 ℃
2 mL 8% H2O2
0.1 mol·L-1FeCl3 2滴
答案 B
解析 题中B项温度最高、浓度最大,且MnO2粉末催化效果较好。故选B。
5. KClO3和KHSO3可发生下列反应:ClO+HSO―→SO+Cl-+H+(未配平),已知酸性越强,该反应的反应速率越快。如图为反应速率v(ClO)随时间(t)的变化曲线。下列有关说法不正确的是( )
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A.KClO3和KHSO3发生反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶3
B.反应开始阶段速率逐渐增大可能是c(H+)逐渐增大导致的
C.反应后期速率逐渐减小的主要原因是c(ClO)、c(HSO)降低
D.纵坐标为v(HSO)时的vt曲线与上图曲线完全吻合
答案 D
解析 选项A,配平后的离子方程式为ClO+3HSO===3SO+Cl-+3H+,A正确;选项B,题干信息提示“酸性越强,该反应的反应速率越快”,B正确;选项C,随着反应物浓度的逐渐降低,反应速率也逐渐降低,C正确;选项D,v(ClO)∶v(HSO)=1∶3,D错误。
6.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不能改变化学反应速率的是( )
A.缩小体积使压强增大 B.恒容条件下充入N2
C.恒压条件下充入He D.恒容条件下充入He
答案 D
解析 A选项,气体的物质的量不变,仅缩小体积,气体的浓度必然增大,反应速率必然增大;B选项,容积不变,充入N2,反应物N2的浓度增大,浓度越大,反应速率越大;C选项,压强不变,充入He,反应容器的体积必然增大,压强虽然没变,但N2、O2、NO的浓度减小,反应速率减小;D选项,容积不变,充入He,虽然反应容器内压强增大,但反应物N2、O2、NO的浓度并没有变化,因此不影响反应速率。
7.向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小顺序排列正确的是( )
甲:在500 ℃时,SO2和O2各10 mol反应
乙:在500 ℃时,用V2O5作催化剂,10 mol SO2和10 mol O2反应
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丙:在450 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2反应
丁:在500 ℃时,8 mol SO2和5 mol O2反应
A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙 D.丁、丙、乙、甲
答案 C
解析 丙中温度最低,反应物的量比甲、乙的少,没有使用催化剂,反应最慢。甲、乙、丁的温度相同,丁中反应物的量少,故丁的反应速率比甲、乙慢。甲、乙的温度和反应物的量都相同,但乙使用了催化剂,故乙的反应速率比甲快。综上所述,可知四容器中反应速率:乙>甲>丁>丙。
8.在一定的条件下,某反应X(g)Y(g)+Z(g)分解的部分实验数据如下:
反应时间/ min
0
10
20
30
40
50
c(X)/mol·L-1
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
反应时间/ min
60
70
80
90
100
—
c(X)/mol·L-1
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
—
下列有关说法正确的是( )
A.X的浓度越大,反应速率越大
B.X的浓度越大,消耗一半时所用的时间越短
C.X分解的速率与其浓度无关
D.X的分解速率先快后慢
答案 C
解析 X的分解速率是匀速的,与其浓度无关,A、D错误,C正确;X的分解速率不变,X的浓度越大,消耗一半时所用的时间越长,B项错误。
9.实验室用Zn与稀H2SO4反应来制取氢气,常加少量CuSO4来加快反应速率。为了研究CuSO4的量对H2
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生成速率的影响,某同学设计了实验方案(见下表),将表中所给的试剂按一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需的时间。
实验试剂
甲
乙
丙
丁
4 mol·L-1 H2SO4/mL
20
V1
V2
V3
饱和CuSO4溶液/mL
0
2.5
V4
10
H2O/mL
V5
V6
8
0
收集气体所需时间/s
t1
t2
t3
t4
下列说法正确的是( )
A.t1Ⅱ>Ⅰ,B错误;根据图2可知,温度约为250 ℃时催化剂的活性最高,C错误;300~400 ℃时,催化剂催化效率很低,但乙酸的生成速率增大,说明此时温度是乙酸生成速率的主要影响因素,D正确。
17. [2017·石家庄调研]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。
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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
解析 对于任何可逆反应,升高温度时,正、逆反应速率都增大,A错误;反应前的气体是CO,反应生成的气体是CO2和SO2,随着反应的进行,CO的量减少,CO2和SO2的量增加,混合气体的平均相对分子质量增大,B正确;增加固体的量,不能改变化学反应速率,C错误;从化学方程式看,每消耗1 mol CO,固体质量减少80.0 g,在0~10 min内,v(CO)==0.005 mol·L-1·min-1,D错误。
[题组一 基础大题]
18.用纯净的碳酸钙粉末跟稀盐酸反应制取二氧化碳气体,请回答下列问题:
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(1)实验过程如图所示,分析判断:________段化学反应速率最快。由该段图象说明:此反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)为了减缓上述反应的化学反应速率,欲向溶液中加入下列物质,你认为可行的是________(填字母)。
A.蒸馏水 B.NaCl固体
C.NaCl溶液 D.浓盐酸
(3)要减缓化学反应速率,除了上述方法外,你认为还可以采取的措施是_______________________________________________。
答案 (1)EF 放热 (2)AC (3)用块状大理石、石灰石代替纯净的碳酸钙粉末或降低反应温度
解析 (1)曲线斜率大小可以表示反应速率的大小,斜率越大,反应速率越快,所以EF段化学反应速率最快。EF段反应速率最快,是因该反应为放热反应,温度升高,反应速率加快。
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(2)反应物的浓度越大,反应速率越快,所以只要使反应物浓度变小即可。加蒸馏水,盐酸浓度降低,反应速率减小,A正确;加氯化钠固体,盐酸浓度不变,反应速率不变,B错;加氯化钠溶液,溶液体积增大,盐酸浓度降低,反应速率减小,C正确;加浓盐酸,盐酸浓度增大,反应速率加快,D错。
(3)要减缓化学反应速率还可以改变固体反应物的表面积、溶液的温度、把强电解质换成弱电解质等,如用块状大理石或石灰石代替纯净的碳酸钙粉末或降低反应温度等。
19.某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有
_____________________________________。
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是
____________________________________。
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与实验室中CuSO4溶液起相似作用的是
______________________________________________________。
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有________________________________________________________________________________(答两种)。
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量锌粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需的时间。
实验
混合溶液体积/mL
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1H2SO4
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计,其中:V1=_______,V6=________,V9=________。
②反应一段时间后,实验A中的金属呈________色,实验E中的金属呈________色。
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③该同学最后得出的结论为:当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高;但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因:
_________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)Zn+CuSO4===Cu+ZnSO4,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ (2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成CuZn原电池,加快了氢气产生的速率
(3)Ag2SO4 (4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度(或增加锌粒的表面积) (5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入的CuSO4超过一定量后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,减小了Zn与溶液的接触面积
解析 (1)上述实验中发生反应的化学方程式有Zn+CuSO4=== ZnSO4+Cu和Zn+ H2SO4===ZnSO4+H2↑。
(2)由于生成了铜,因此构成了CuZn原电池,这样便加快了氢气产生的速率。
(3)根据金属活动性顺序表,能与Zn发生置换反应的只有Ag2SO4。
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增大锌粒的表面积等。
(5)①因为生成相同体积的气体,而金属Zn是过量的,则4 mol·L-1 H2SO4的体积应相同,所以V1=V2=V3=V4=V5=30 mL。又由F可知,溶液的总体积为V5+20=30+20=50(mL),因此V6=50 mL-10 mL-30 mL=10 mL,V9=50 mL-2.5 mL-30 mL=17.5 mL。②由于A中未加入饱和CuSO4溶液,则实验A中的金属呈灰黑色;而E中加入了10 mL饱和CuSO4溶液,与金属Zn发生反应生成了单质Cu并沉积在Zn的表面,故实验E中的金属呈暗红色。③当加入少量CuSO4溶液时,由于构成了ZnCu原电池,因而生成氢气的速率会大大提高。当加入的CuSO4
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超过一定量后,生成的单质铜会沉积在Zn的表面,降低了Zn与溶液接触的表面积,使得氢气的生成速率反而下降。
[题组二 高考大题]
20.完成下列高考组合题。
Ⅰ.[2016·全国卷Ⅲ]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气。采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:
(1)NaClO2的化学名称为________。
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 mol·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl-
c/(mol·L-1)
8.35×10-4
6.87×10-6
1.5×10-4
1.2×10-5
3.4×10-3
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式__________________________。增加压强,NO的转化率____________(填“提高”“不变”或“降低”)。
②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐_______(填“增大”“不变”或“减小”)。
Ⅱ.[2015·全国卷Ⅰ]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
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为________。
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(2)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=0.0027 min-1,在t=40 min时,v正=________min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为________(填字母)。
答案 Ⅰ.(1)亚氯酸钠
(2)①4NO+3ClO+4OH-===4NO+2H2O+3Cl- 提高 ②减小
Ⅱ.(1) (2)k正/K 1.95×10-3
(3)A、E
解析 Ⅰ.(1)NaClO2的化学名称为亚氯酸钠。
(2)①脱硝过程就是烟气中的NO被NaClO2溶液吸收的过程,由表中数据可知NO与ClO在溶液中反应后主要生成NO和Cl-,离子方程式为4NO+3ClO+4OH-===4NO+2H2O+3Cl-
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;增加压强,NO在溶液中的溶解度增大,NO的转化率提高。②随着吸收反应的进行,c(OH-)减小,pH逐渐减小。
Ⅱ.(1)设开始加入的HI为x mol,达平衡时转化的HI是a mol,则
2HI(g)H2(g) + I2(g)
开始/mol x 0 0
转化/mol a
平衡/mol x-a
所以=0.784,得a=0.216x,K==。
(2)达平衡时,v正=v逆,k正x2(HI)=k逆 x(H2)x(I2),k逆==k正/K。v正=k正x2(HI),在40 min时,x(HI)=0.85,所以v正=0.0027 min-1×0.85×0.85=1.95×10-3 min-1。
(3)升高温度,正、逆反应速率都增大,但平衡正向移动,HI的物质的量分数减小,H2的物质的量分数增大,分析题图,反应重新达到平衡时,相应的点分别是A、E。
[题组三 模拟大题]
21.[2016·邯郸一模]合成氨反应是“将空气变成面包”的反应,如果没有合成氨反应,地球将无法养活现在这么多的人。已知合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。
Ⅰ.在体积为5 L的恒温、恒容密闭容器甲中,起始时投入2 mol N2、3 mol H2,经过10 s达到平衡,测得平衡时NH3的物质的量为0.8 mol。
Ⅱ.在容器乙中,起始时投入3 mol N2、b mol H2,维持恒温、恒压达到平衡,测得平衡时NH3的物质的量为1.2 mol。此时与容器甲中平衡状态温度相同,相同组分的体积分数都相同。
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(1)容器甲10 s内用H2表示的平均反应速率v(H2)=________,达平衡时N2的转化率=________。
(2)甲容器中反应的逆反应速率随时间变化的关系如图。t2时改变了某一种条件,改变的条件可能是________、________(填写两项)。
(3)b=________。
答案 (1)0.024 mol·L-1·s-1 20%
(2)升高了温度 增大了氨的浓度
(3)4.5
解析 (1) N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始量(mol) 2 3 0
转化量(mol) 0.4 1.2 0.8
平衡量(mol) 1.6 1.8 0.8
v(H2)==0.024 mol·L-1·s-1,平衡时,氮气的转化率=×100%=20%。
(2)t2时,逆反应速率突然增大,原因可能是使用了催化剂、升高了温度、增大了压强、增大了氨的浓度,而后逆反应速率减小,平衡逆向移动,则只能是t2时增大了氨的浓度或升高了温度。
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(3)根据平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等,可求出b=4.5。
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