2020-2021学年高三化学一轮复习易错题11 影响化学反应速率的因素

易错 11 影响化学反应速率的因素 【易错分析】 化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的 减少或生成物浓度的增加来表示。其数学表达式为 v＝Δc Δt或 v＝ Δn V·Δt。影响化学反应速率的 主要因素是反应物本身的性质，不同化学反应具有不同的反应速率，外界条件对化学反应速 率也产生影响，外界条件包括浓度、温度、压强、催化剂、反应物颗粒大小等。 【错题纠正】 例题 1、为比较 Fe3+和 Cu2+对 H2O2 分解反应的催化效果,甲乙两组同学分别设计了如图 1、 图 2 所示的实验。下列叙述中不正确的是(　　) A.图 1 实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小 B.若图 1 所示实验中反应速率为①>②,则一定说明 Fe3+对 H2O2 分解的催化效果比 Cu2+好 C.用图 2 装置比较反应速率,可测定在相同条件下反应产生的气体体积及反应时间 D.为检查图 2 装置的气密性,可关闭装置 A 的活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松 开活塞,观察活塞是否回到原位 【解析】若比较 Fe3+和 Cu2+对 H2O2 分解的催化作用,应选用 Fe2(SO4)3(aq)和 CuSO4(aq)。如 果选用 FeCl3(aq)和 CuSO4(aq),虽然加入 FeCl3(aq)的反应速率快,但可能是 Cl-的催化作用。 【答案】B 例题 2、“碘钟”实验中，3I－＋S2O2－8 ===I－3 ＋2SO 2－4 的反应速率可以用 I －3 遇加入的淀粉溶液 显蓝色的时间 t 来度量，t 越小，反应速率越大。某探究性学习小组在 20 ℃进行实验，得 到的数据如下表： 实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ c(I－)/mol·L－1 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120 c(S2O2－8 )/mol·L－1 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040 t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1 回答下列问题： (1)该实验的目的是________________________________________________________。 (2)显色时间 t1 为________。(3)通过分析比较上述数据，得到的结论是____________________________________。 【解析】由数据表容易发现：②④组所用时间相同，③组所用时间为它们的一半，①组所用 时间为它们的 2 倍。进一步分析：②④两组中 c(I－)与 c(S2O2－8 )的乘积相等，③组中乘积为②④ 组的 2 倍，①组乘积为其一半。因此可得结论：当 c(I－)·c(S2O2－8 )相等时，显色时间相等， 反应速率相等，显色时间与反应速率成反比，即 t 与 c(I － )·c(S2O2－8 )成反比， t1 44.0＝ 0.160 × 0.020 0.120 × 0.040，得 t1＝88.0 3 ≈29.3。 【答案】(1)研究反应物 I－与 S2O 2－8 的浓度对反应速率的影响　(2)88.0 3 (或 29.3)　(3)化学反 应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比) 【知识清单】 1.浓度：浓度增大，单位体积内活化分子数增多(活化分子百分数不变)，有效碰撞的几率增 加，化学反应速率增大。浓度改变，可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变。固体或 纯液体的浓度可视为常数，它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化，但固体颗粒的 大小会导致接触面积的变化，故影响化学反应速率。 2.压强：改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参 加的反应体系，有以下几种情况： (1)恒温时：增大压强 ――→ 引起 体积缩小 ――→ 引起 浓度增大 ――→ 引起 反应速率增大。 (2)恒容时：充入气体反应物 ――→ 引起 反应物浓度增大 ――→ 引起 总压强增大 ――→ 引起 反应速率增 大；充入“稀有气体” ――→ 引起 总压强增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。 (3)恒压时：充入“稀有气体” ――→ 引起 体积增大 ――→ 引起 各物质浓度减小 ――→ 引起 反应速率减小。 压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度。如恒容下充入稀有气体，气体 压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但 体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。 3.温度：所有化学反应的反应速率都与温度有关。温度升高，活化分子百分数提高，分子间 的碰撞频率提高，化学反应速率增大。温度升高，吸热反应和放热反应的速率都增大。实验 测得，温度每升高 10 ℃，化学反应速率通常增大为原来的 2～4 倍。对于可逆反应来说， 升高体系的温度，反应物和生成物中的活化分子数都增加，所以正反应的速率和逆反应的速 率都增大。 4.催化剂：催化剂对反应过程的影响通常可用下图表示(加入催化剂，B 点降低)。催化剂能改变反应路径、降低活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率，但不影响反应的 ΔH。 催化剂改变化学反应速率的原因仅仅是改变始态到终态的途径，不改变反应的结果，催化剂 只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才达到最大。对于可逆反应，催化剂能够同等程度 地改变正、逆反应速率，对化学平衡状态无影响，生产过程中使用催化剂主要是为了提高生 产效率。对于一个化学反应，不同的催化剂，催化效果不同(如唾液对淀粉水解的催化作用 比硫酸强)，实验时应选用合适的催化剂。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现 在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程中都采用催化剂。例如,合成氨生产采用铁作催化 剂,硫酸生产采用钒作催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都 采用不同的催化剂。 影响化学反应速率的条件很多，除了浓度、压强、温度、催化剂以外，还有很多行之有效的 改变化学反应速率的方法，例如，通过光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速 研磨等等，总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。注意在分析多个因素 (如浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等)对反应速率的影响规律时，逐一改变一 个因素而保证其他因素相同，通过实验分析得出该因素影响反应速率的结论，这种方法叫变 量控制法。 【变式练习】 1. 某小组探究实验条件对反应速率的影响，设计如下实验，并记录结果如下： 编号 温度 H2SO4 溶液 KI 溶液 1%淀粉溶液体 积 出现蓝色时间 ① 20℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 40 s ② 20℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.80 mol·L−1 5 mL 1mL 21 s ③ 50℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 5s ④ 80℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 未见蓝色 下列说法正确的是 A．由实验①②可知，反应速率 v 与 c(I−)成正比 B．实验①−④中，应将 H2SO4 溶液与淀粉溶液先混合 C．在 I−被 O2 氧化过程中，H+只是降低活化能 D．由实验③④可知，温度越高，反应速率越慢2.纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。 (1)一定条件下，向 FeSO4 溶液中滴加碱性 NaBH4 溶液，溶液中 BH－4 (B 元素的化合价为＋3) 与 Fe2＋反应生成纳米铁粉、H2 和 B(OH)－4 ，其离子方程式为_____________________。 (2)纳米铁粉与水中 NO －3 反应的离子方程式为 4Fe＋ NO－3 ＋10H＋===4Fe2＋＋NH＋4 ＋3H2O。 研究发现，若 pH 偏低将会导致 NO －3 的去除率下降，其原因是___________________。 (3)相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中 NO －3 的速率有较大差异(见图)，产生该差异的可 能原因是____________________。 Ⅰ含 50 mg·L－1 NO －3 的水样 Ⅱ含 50 mg·L－1 NO－3 ＋50 mg·L－1 Cu2＋的水样 【易错通关】 1．高温高压液态水具有接近常温下弱酸的 c(H+)或弱碱的 c(OH−)，油脂在其中能以较快的 反应速率水解。与常温常压水相比，下列说法不正确的是 A．高温高压液态水中，体系温度升高，油脂水解反应速率加快 B．高温高压液态水中，油脂与水的互溶能力增强，油脂水解反应速率加快 C．高温高压液态水中，c(H+)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解 D．高温高压液态水中的油脂水解，相当于常温下在体系中加入了相同 c(H+)的酸或相同 c(OH−)的碱的水解 2．在相同的密闭容器中，用高纯度纳米级 Cu2O 分别进行催化分解水的实验：2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) ∆H＞0，实验测得反应体系中水蒸气浓度（mol·L-1）的变化结果如下： 序号 时间/min 0 10 20 30 40 60 ① 温度 T1 / 1 号 Cu2O 0.0500 0.0492 0.0486 0.0482 0.0480 0.0480 ② 温度 T1 / 2 号 Cu2O 0.0500 0.0490 0.0483 0.0480 0.0480 0.0480 ③ 温度 T2 / 2 号 Cu2O 0.0500 0.0480 0.0470 0.0470 0.0470 0.0470 下列说法不正确的是（ ） A．实验时的温度 T2 高于 T1 B．2 号 Cu2O 的催化效率比 1 号 Cu2O 的催化效率高C．实验①前 20 min 的平均反应速率 v(O2) = 7×10ˉ5 mol·Lˉ1·minˉ1 D．等质量纳米级 Cu2O 比微米级 Cu2O 催化效率高，这与 Cu2O 的粒径大小有关 3．下列生产或实验事实引出的结论不正确的是(　　) 选项 事实 结论 A． 其他条件相同，Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应， 升高溶液的温度，析出沉淀所需时间缩短 当其他条件不变时，升高反 应温度，化学反应速率加快 B． 工业制硫酸过程中，在 SO3 的吸收阶段，喷洒 浓硫酸吸收 SO3 增大气液接触面积，使 SO3 的吸收速率增大 C． 在容积不变的密闭容器中发生反应： ，向其中通入 氩气 反应速率减慢 D． A、B 两支试管中分别加入等体积 5%的 H2O2 溶液，在 B 试管中加入 2～3 滴 FeCl3 溶液，B 试管中产生气泡快 当其他条件不变时，催化剂 可以改变化学反应速率 4．H2O2 分解速率受多种因素影响。实验测得 70℃时不同条件下 H2O2 浓度随时间的变化如 图所示。下列说法错误的是（ ） A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2 浓度越大，其分解速率越快 B．图乙表明，其他条件相同时，溶液 pH 越大，H2O2 分解速率越快 C．图丙表明，少量 Mn2+存在时，溶液碱性越强，H2O2 分解速率越快 D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2+对 H2O2 分解速率的影响大 5．探究酸性 KMnO4 与 H2C2O4 溶液反应速率的影响因素，有关实验数据如下表所示： 实 温度 催化剂 酸性 KMnO4 溶液 H2C2O4 溶液 KMnO4 溶液 ( ) ( ) ( )3 2 22NH g N g 3H g+褪色平均时 间（min） 验 编 号 （℃） 用量（g） 体积 （mL） 浓度 （mol·L-1） 体积 （mL） 浓度 （mol·L-1） 1 25 0.5 4 0.1 8 0.2 12.7 2 80 0.5 4 0.1 8 0.2 a 3 25 0.5 4 0.01 8 0.2 6.7 4 25 0 4 0.01 8 0.2 b 下列说法不正确的是 A．用 KMnO4 表示该反应速率，v（实验 3）约为 1.5×10-3 mol·L-1·min-1 B．表中数据 a＜12.7，b＞6.7 C．用 H2C2O4 表示该反应速率，v（实验 1）＞v（实验 3） D．可通过比较收集相同体积的 CO2 所消耗的时间来判断反应速率快慢 6．不同条件下，用 O2 氧化一定浓度的 FeCl2 溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分 析或推测不合理的是 A．Fe2+的氧化率随时间延长而逐渐增大 B．由②和③可知，pH 越大，Fe2+氧化速率越快 C．由①和③可知，温度越高，Fe2+氧化速率越快 D．氧化过程的离子方程式为：4Fe2+ + O2 + 4H+ == 4Fe3+ + 2H2O 7．某小组利用 H2C2O4 溶液与用硫酸酸化的 KMnO4 溶液反应来探究“条件对化学反应速率 的影响”。实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时。 该小组设计了如下的方案。H2C2O4 溶液 酸性 KMnO4 溶液 编号 浓度/mol·L-1 体积/mL 浓度/mol·L-1 体积/mL 蒸馏水 体积/ml 温度/℃ ① 0.50 6.0 0.010 4.0 0 25 ② 0.50 a 0.010 4.0 c 25 ③ 0.50 6.0 0.010 4.0 0 50 （1）该实验是通过___来判断反应的快慢。 （2）已知 H2C2O4 被 KMnO4（H+）氧化为 CO2 逸出，该反应的化学方程式为___，为了观 察到实验现象从而判断反应的快慢，H2C2O4 与 KMnO4 初始的物质的量需要满足的关系为： n(H2C2O4)：n(KMnO4)≥___。 （3）探究温度对化学反应速率影响的实验编号是__和__（填编号，下同），可探究 H2C2O4 浓度对化学反应速率影响的实验编号是__和__。 （4）实验①测得反应所用的时间为 40s，忽略混合前后溶液体积的微小变化，这段时间内 平均反应速率 v（KMnO4）=__。 （5）该小组发现室温下反应速率走势如图，其中 t1～t2 时间内速率变快的主要原因可能是： ___，若用实验证明你的猜想，除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液试剂外，还需要选择的试剂 最合理的是___（填序号） A．硫酸钾 B．硫酸锰 C．稀硫酸 D．氯化锰 8．某学生为了探究影响化学反应速率的外界因素，进行以下实验。 （1）向 100 mL 稀硫酸中加入过量的锌粉，标准状况下测得数据累计值如下： 时间/min 1 2 3 4 5 氢气体积/mL 50 120 232 290 310 ①在 0~1、1~2、 2~3、3-4、4~-5min 各时间段中： 反应速率最大的时间段是____ min，主要的原因可能是____________。反应速率最小的时间段是____ min，主要的原因可能是____________。 ②为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量，可以在稀硫酸中加入_______（填序号）。 a Na2CO3 溶液 b NaOH 溶液 c 稀 HNO3 d 蒸馏水 （2）进行以下对比实验，并记录实验现象。 实验 I： 实验 II：另取两支试管分别加入 5 mL5%H2O2 溶液和 5mL10%H2O2 溶液，均未观察到有明 显的气泡产生。 ①双氧水分解的化学方程式是______________。 ②实验 I 的目的是_________________。 ③实验 II 未观察到预期现象，为了达到该实验的目的，可采取的改进措施是 __________ 。 9．用 H2O2、KI 和洗洁精可完成“大象牙膏”实验（短时间内产生大量泡沫），某同学依据文 献资料对该实验进行探究。 （1）资料 1：KI 在该反应中的作用：H2O2＋I－＝H2O＋IO－；H2O2＋IO－＝H2O＋O2↑＋I－。 总反应的化学方程式是_________。 （2）资料 2：H2O2 分解反应过程中能量变化如图所示，其中①有 KI 加入，②无 KI 加入。 下列判断正确的是___________（填字母）。a. 加入 KI 后改变了反应的路径 b. 加入 KI 后改变了总反应的能量变化 c. H2O2＋I－＝H2O＋IO－是放热反应 （3）实验中发现，H2O2 与 KI 溶液混合后，产生大量气泡，溶液颜色变黄。再加入 CCl4， 振荡、静置，气泡明显减少。 资料 3：I2 也可催化 H2O2 的分解反应。 ①加 CCl4 并振荡、静置后还可观察到___________，说明有 I2 生成。 ②气泡明显减少的原因可能是：i. H2O2 浓度降低；ii. ________。以下对照实验说明 i 不是主 要原因：向 H2O2 溶液中加入 KI 溶液，待溶液变黄后，分成两等份于 A、B 两试管中。A 试 管加入 CCl4，B 试管不加 CCl4，分别振荡、静置。观察到的现象是_____________。 （4）资料 4：I－（aq）＋I2（aq） I3－（aq） K＝640。 为了探究体系中含碘微粒的存在形式，进行实验：向 20 mL 一定浓度的 H2O2 溶液中加入 10mL 0.10mol·L－1 KI 溶液，达平衡后，相关微粒浓度如下： 微粒 I－ I2 I3－ 浓度/（mol·L－1） 2.5×10－3 a 4.0×10－3 ①a＝__________。 ②该平衡体系中除了含有 I－，I2，I3－外，一定还含有其他含碘微粒，理由是_______。 10．某酸性工业废水中含有 K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的 Cr2O 转化为 Cr3 ＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一 步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：在 25 ℃下，控制光照强度、废水样品、 初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始 pH 和一定浓度草酸溶液用量，作对比实验， 完成了以下实验设计表。 实验编号 初始 pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 20 20 测得实验①和②溶液中的 Cr2O 浓度随时间变化关系如图所示。  2 7 − 2 7 −(1)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。 (2)实验①和②的结果表明_____；实验①中 O～t1时间段反应速率 v (Cr3＋)＝____mol·L－1·min －1(用代数式表示)。 (3)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设。 请你完成假设二和假设三： 假设一：Fe2＋起催化作用； 假设二：______； 假设三：______； (4)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。（除了上述实验提供的试剂外，可供选 择的试剂有 K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3 等。溶液中的 Cr2O 浓度 可用仪器测定） 实验方案(不要求写 具体操作过程) 预期实验结果和结论 _______ 反应进行相同时间后，若溶液中 c(Cr2O )_____实验①中的 c(Cr2O )，则假设一成立；若两溶液中的 c(Cr2O )_______，则假设 一不成立。 (5)草酸不仅能还原 Cr2O ，还能还原 MnO 。某同学为了测定某高锰酸钾产品的质量分数， 取 0.500 g 的高锰酸钾产品，配成 50.00 mL 溶液，取出 10.00 mL，用 0.100 mol·L-1 草酸标准 溶液滴定至终点，消耗草酸标准溶液 15.00 mL。则该样品中高锰酸钾的质量分数为____。 参考答案 【变式练习】 1.A【解析】A．实验①②中其它条件相同，c(I−)：①