化学反应速率及影响因素
突破训练（二）
1．A、B、C三个容器，分别发生合成氨反应，经过相同的一段时间后，测得：
A
B
C
反应速率
(mol·L－1·min－1)
v(H2)＝3
v(N2)＝3
v(NH3)＝4
则三个容器中合成氨的反应速率( )
A．v(A)＞v(B)＞v(C) B．v(B)＞v(C)＞v(A)
C．v(C)＞v(A)＞v(B) D．v(B)＞v(A)＞v(C)
【解析】合成氨的反应方程式是3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)(条件略)。换算成同一物质来表示该反应的化学反应速率即可进行比较。根据物质的反应速率之比等于物质的计量数之比，也可以换算成“vk＝v(某物质)/该物质的计量数”(单位略)：v(A)k＝3/3＝1、v(B)k＝3/1＝3、v(C)k＝4/2＝2，进行比较即可，选B项。
2．升高温度时，化学反应速率加快原因的合理解释是( )
A．该化学反应的过程是吸热的
B．该化学反应的过程是放热的
C．分子运动速率加快，使反应物分子的碰撞机会增多
D．反应物分子的能量增加，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多
【解析】 无论反应是吸热反应还是放热反应，升高温度，化学反应速率均增大，A、B均错误；升高温度，反应物分子的能量增加，活化分子百分数增加，单位体积内活化分子总数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快，C错误；D正确。
3．下列说法中正确的是( )
A．二氧化锰是催化剂，能加快反应速率
B．温度越高，催化剂的催化效果越好
C．食品包装袋中的抗氧化剂实质就是“负催化剂”，能使氧化还原反应的反应速率减小
D．升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率都加快
【解析】
：二氧化锰并不是在所有反应中都作催化剂，A项错误；许多催化剂在某特定温度下催化效果最好，称此时该催化剂催化活性最高，B项错误；食品包装袋中的抗氧化剂实质就是还原剂，消耗包装袋中的氧气，从而保护食品不被氧化，C项错误；升高温度，不论是吸热反应还是放热反应、正反应和逆反应的反应速率都加快，D项正确。
4．一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH59，说明在反应初期，闭合K时比断开K时的反应速率________(填“快”或“慢”)，主要原因是________________________________________________________。
②由水滴数102>78，说明在反应后期，断开K时的反应速率快于闭合K时的反应速率，主要原因是___________________________
________________________________________________________。
③从能量转换形式不同的角度，分析水滴数86>81、117>112的主要原因是_______________________________________________
_________________________________________________________。
【答案】 (1)浓H2SO4具有强氧化性，与Zn反应不能生成氢气
(2)①快 闭合K时，A中形成原电池，反应速率加快
②断开K时，溶液中c(H＋)大于闭合K时溶液中的c(H＋)
③断开K时，反应的化学能主要转化成热能；闭合K时，反应的化学能主要转化成电能。前者使溶液的温度升得更高，故反应速率更快
9．CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
(1)CH4CO2催化重整反应为
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压 D．低温低压
某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)=== C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s) ===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能/
(kJ·mol－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是________________________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
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】：(1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③，
根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)
ΔH＝＋247 kJ·mol－1
根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。
CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)
起始/(mol·L－1) 1 0.5 0 0
转化/(mol·L－1) 0.25 0.25 0.5 0.5
平衡/(mol·L－1) 0.75 0.25 0.5 0.5
K＝
＝
＝ mol2·L－2。
(2)①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。
由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
②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：(1)＋247 A
(2)①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
10. 某探究小组用KMnO4 酸性溶液与H2C2O4溶液反应中溶液紫色消失快慢的方法,研究影响反应速率的因素。实验条件作如下限定:所用酸性KMnO4溶液的浓度可选择0.010 mol·L-1、0.001 0 mol·L-1, 催化剂的用量可选择0.5 g、0 g,实验温度可选择298 K、323 K。每次实验KMnO4酸性溶液的用量均为4 mL、H2C2O4
溶液(0.10 mol·L-1)的用量均为4 mL。
(1)写出反应的离子方程式: 。
(2)请完成以下实验设计表:完成④的实验条件,并将实验目的补充完整。
实验
编号
T/K
催化剂的用量/g
酸性KMnO4溶液的浓度/mol·L-1
实验目的
①
298
0.5
0.010
a.实验①和②探究酸性KMnO4溶液的浓度对该反应速率的影响;
b.实验①和③探究 对反应速率的影响;
c.实验①和④探究催化剂对反应速率的影响
②
298
0.5
0.001
③
323
0.5
0.010
④
(3)该反应的催化剂选择MnCl2还是MnSO4: 。简述选择的理由: 。
(4)某同学对实验①和②分别进行了三次实验,测得以下数据(从混合振荡均匀开始计时):
实验编号
溶液褪色所需时间t/min
第1次
第2次
第3次
①
12.8
13.0
11.0
②
4.9
5.1
5.0
a.实验②中用KMnO4的浓度变化来表示的平均反应速率为 (忽略混合前后溶液的体积变化)。
b.该同学分析上述数据后得出“当其他条件相同的情况下,酸性KMnO4溶液浓度越小,所需时间就越短,亦即其反应速率越快”的结论,你认为是否正确: (填“是”或“否”)。
c.某同学认为不用经过计算,直接根据褪色时间的长短就可以判断浓度大小与反应速率的关系,你认为应该如何设计实验: 。
【答案】.(1)2MnO4-+5H2C2O4+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O
(2)298 0 0.010 温度
(3)MnSO4 如果选择MnCl2,则酸性高锰酸钾会和Cl-反应,而且引入Cl-无法证明是Mn2+起了催化作用
(4)a.1×10-4mol·L-1·min-1 b.否 c.取过量的相同体积、不同浓度的草酸溶液,分别与体积相同、浓度相同的酸性高锰酸钾溶液反应
【解析】](1)高锰酸钾具有强氧化性,把草酸中的C从+3价氧化成+4价,Mn从+7价变化到+2价,由于草酸分子中有2个C,所以高锰酸钾与草酸的反应比例为2∶5。
(2)实验①和③中温度不同,探究的是温度对反应速率的影响;实验①和④探究催化剂对反应速率的影响,所以实验④中除了催化剂以外其余与实验①均相同。
(3)如果选择MnCl2,则酸性高锰酸钾会和Cl-反应,而且引入Cl-无法证明是Mn2+起了催化作用,因此需要选择硫酸锰。
(4)a.实验②中褪色需要时间的平均值为5 min,则用KMnO4的浓度变化来表示的平均反应速率为=1×10-4 mol·L-1·min-1。b.从表中数据可知,相同体积的0.01 mol/L KMnO4酸性溶液的浓度是0.001 mol/L KMnO4酸性溶液的10倍,但前者反应的时间却是后者反应时间的二倍左右,由反应速率计算公式(v=)可得出,此实验条件下KMnO4 酸性溶液的浓度越大反应速率越快,因此结论错误。c.因根据直接看表中的褪色时间长短来判断浓度大小与反应速率的关系,需满足高锰酸钾的物质的量相同,草酸溶液的浓度不同,所以实验方案为取过量的相同体积、不同浓度的草酸溶液,分别与体积相同、浓度相同的酸性高锰酸钾溶液反应。
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