专题03 化学反应速率(知识串讲+专项练习)-2022-2023学年高一化学下学期期末考点大串讲(沪科版2020必修第二册)
展开专题03 化学反应速率
知识梳理
知识详解
考点1 化学反应速率的表示方法
1.化学反应速率是用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增大来表示的。表达式:v = Δc/Δt 单位:mol/(L·s)、mol/(L·min)或mol/(L·h)
2.一般来说,化学反应速率随反应的进行而逐渐减慢。因此,某一段时间内的反应速率,实际是一段时间内的平均速率,而不是指瞬时速率。
3.用浓度变化表示化学反应速率只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。
【典例1】某一反应物的浓度是1.0 mol·L-1,经过20 s后,它的浓度变成了0.2 mol·L-1,在这20 s内用该物质浓度变化表示的化学反应速率为
A.0.04 B.0.04 mol·L-1·s-1 C.0.08 mol·L-1·s-1 D.0.04 mol·L-1
【典例2】反应A(g)+3B(g) 2C(g)在2 L密闭容器中进行,0.5 min内C的物质的量增加了0.6 mol,下列反应速率正确的是
A.v(A) = 0.005 mol/(L·s) B.v(C) = 0.02 mol/(L·s)
C.v(B) = v(A)/3 D.v(A)=0.01 mol/(L·s)
考点2 化学反应速率的快慢比较
1.在同一化学反应中,选用不同物质表示化学反应速率,其数值可能相同也可能不相同,但表示的意义相同,化学反应速率(v)之比=物质的量浓度变化(Δc)之比=物质的量变化(Δn)之比=化学计量数之比,即:v(A)﹕v(B)﹕v(C)﹕v(D) = a﹕b﹕c﹕d。
2.比较化学反应速率快慢的常用方法:
(1)归一法
将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率,再进行速率的大小比较。(建议:谁的化学计量数大,就用谁来表示,这样数字运算更方便些)
(2)比值法
将各物质表示的反应速率转化成同一单位后,再除以对应各物质的化学计量数,然后对求出的数值进行大小排序,数值大的反应速率快。如反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g),若,则反应速率A>B。
【典例3】对于A(g)+3B(g) 2C(g) + 2D(g),在不同条件下的反应速率如下,最慢的是
A.v (A)=0.10 mol·L-1·s-1 B.v (B)=0.6 mol·L-1·s-1
C.v (C)=0.4 mol·L-1·s-1 D.v (D)= 0.15mol·L-1·s-1
【典例4】对反应A+BAB来说,常温下按以下情况进行反应:①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol;②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol;③0.1 mol·L-1的A、B溶液各10 mL;④0.5 mol·L-1的A、B溶液各50 mL。四者反应速率的大小关系是
A.②>①>④>③ B.④>③>②>①
C.①>②>④>③ D.①>②>③>④
考点3 化学反应速率的三段式计算
对于mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t1/(mol·L-1) a-x b-
则v(A)= mol·L-1·s-1,v(B)= mol·L-1·s-1,v(C)= mol·L-1·s-1,v(D)= mol·L-1·s-1。
【典例5】NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应:4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g),现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后,测得生成的H2O占混合气体体积的40%,则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是
A.v(N2)=0.125 mol·L-1·min-1
B.v(H2O)=0.375 mol·L-1·min-1
C.v(O2)=0.225 mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.250 mol·L-1·min-1
【典例6】将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g) == xC(g)+2D(g),2 min后测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)︰c(B)=3︰5, 以C表示的平均速率v(C)=0.25 mol·L-1·min-1, 下列说法错误的是
A.反应速率v(B)=0.125mol·L-1·min-1
B.该反应方程式中,x=2
C.2min时,C的物质的量为1.0 mol
D.2min时,A的浓度为1.5 mol·L-1
考点4 影响化学反应速率的因素
1.影响化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质。
2.影响化学反应速率的外界因素
(1)浓度对反应速率的影响
镁和盐酸反应的化学方程式是 Mg+2HCl== MgCl2+H2↑,课本上是通过生成气体压强的变化来研究化学反应速率快慢的。
其他条件相同时,增大反应物的浓度,反应速率增大;减小反应物浓度,反应速率减小。
(2)温度对化学反应速率的影响
Na2S2O3与盐酸反应的化学方程式是Na2S2O3+2HCl==S↓+SO2↑+2NaCl+H2O,课本上是通过淡黄色沉淀出现的先后来研究化学反应速率快慢的。
其他条件相同时,升高温度,反应速率增大;降低温度,反应速率减小。
(3)催化剂对化学反应速率的影响
H2O2溶液在MnO2的催化下分解的化学方程式为2H2O22H2O+O2↑。
其他条件相同时,加入催化剂一般可加快化学反应速率。
(4)压强对反应速率的影响
对有气体参加的反应,在密闭容器中保持温度不变时,增大压强,气体体积减小,相当于增大反应物的浓度,反应速率加快;减小压强,气体体积增大,相当于减小反应物的浓度,反应速率减慢。
【典例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,按反应速率由大到小的排列顺序正确的是
甲:500℃,10mol SO2和5mol O2反应
乙:500℃,V2O5作催化剂,10mol SO2和5mol O2反应
丙:450℃,8mol SO2和5mol O2反应
丁:500℃,8mol SO2和5mol O2反应
A.甲、乙、丙、丁 B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙 D.丁、丙、乙、甲
【典例8】判断下列措施对反应速率有何影响?
①Fe与稀硫酸反应制取H2时,改用浓硫酸:_____________
② Mg与冷水反应,改用沸水:_____________
③ Na与水反应,增大压强:_____________
④ Na与水反应,增大水的用量:_____________
⑤ Al在氧气中燃烧生成Al2O3,将Al片改成Al粉:_____________
⑥ 恒容条件下,化学反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),充入氮气:_____________
⑦ 恒压条件下,发生化学反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),充入氮气:_____________
考点5 控制变量法研究影响化学反应速率
在科学研究中,对于多变量问题,常常采用只改变某一个因素,控制其他因素不变。
【典例9】H2O2可用于羊毛、生丝、纸浆等的漂白。5% H2O2溶液在常温下分解速率很慢,为了加快H2O2分解,改变某一条件,下列装置与改变的条件相对应的是
A.甲—温度、乙—浓度、丙—催化剂
B.甲—浓度、乙—催化剂、丙—温度
C.甲—催化剂、乙—温度、丙—浓度
D.甲—温度、乙—催化剂、丙—浓度
【典例10】探究2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+l0CO2↑+8H2O反应速率的影响因素,有关实验数据如表所示:
实验
编号
温度
℃
催化剂用量g
酸性KMn04溶液
H2C2O4溶液
KMn04溶液褪色平均时间(min)
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.a<12.7
B.b>6.7
C.用KMnO4表示该反应速率,v (实验3)>v (实验1)
D.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
专项练习
一、选择题(共20题,每小题只有一个正确答案)
1.化学反应速率在工农业生产和日常生活中都有重要作用,下列说法正确的是
A.将肉类食品进行低温冷藏,能使其永远不会腐败变质
B.化学工业都必须使用催化剂
C.夏天面粉的发酵速率与冬天面粉的发酵速率相差不大
D.茶叶使用真空包装,能显著延长茶叶的储存时间
2.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施不能使氢气生成速率加大的是
A.对该反应体系加热
B.不用稀硫酸,改用98%的浓硫酸
C.向H2SO4中通入HCl气体
D.不用铁片,改用铁粉
3.对于化学反应3W(g)+2X(g) = 4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系中,正确的是
A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
4.反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)经一段时间后,SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为
A.0.1 s B.2.5 s C.10 s D.5 s
5.在密闭容器里,A与B反应生成C,其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示,已知3v(B)=2v(A)、2v(C)=3v(B),则此反应可表示为
A.2A+3B===2C B.A+3B===2C
C.3A+2B===3C D.A+B===C
6.在一定条件下,甲、乙两容器中都进行气体反应A2B,甲容器内每分钟减少4 mol A,乙容器内每分钟减少2 mol A,则甲容器内的化学反应速率与乙容器内的化学反应速率相比
A.甲快 B.乙快 C.相等 D.无法判断
7.对于A(g)+3B(s) == 2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应速率最快的是
A.v(A)=0.5 mol·L-1·min-1 B.v(B)=1.2 mol·L-1·s-1
C.v(D)=0.4 mol·L-1·min-1 D.v(C)=0.1 mol·L-1·s-1
8.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,测得数据如下表所示:
容器
a
b
c
反应速率
v(H2)=3 mol·L-1·min-1
v(N2)=3 mol·L-1·min-1
v(NH3)=4 mol·L-1·min-1
则三个容器中合成氨的反应速率由大到小的顺序为
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)
9.对于溶液中的反应:MnO+5Fe2++8H+= 5Fe3++Mn2++4H2O,下列措施能使反应速率提高的是
A.加水
B.增加同浓度FeSO4溶液的用量
C.向溶液中滴加很稀的硫酸
D.加入少量KMnO4晶体
10.四个试管中都装有5 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液,分别在不同温度下加入0.1 mol·L-1硫酸和一定量水,最先出现浑浊的是
A.20 ℃,10 mL硫酸
B.20 ℃,5 mL硫酸和5 mL水
C.30 ℃,10 mL硫酸
D.30 ℃,5 mL硫酸和5 mL水
11.20 ℃时,将10 mL 0.10 mol·L-1 Na2S2O3溶液和10 mL 0.10 mol·L-1硫酸混合,2分钟后,溶液中出现明显浑浊。已知温度每升高10℃,化学反应速率增大到原来的2倍,那么50℃时,同样的反应要出现同样的浑浊,需要的时间是
A.15s B.20s C.40s D.48s
12.把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 mol·L-1盐酸的烧杯中,均加水稀释到50 mL,此时,X和盐酸缓慢地进行反应,其中反应最快的是
A.10 ℃ 20 mL 3 mol·L-1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 mol·L-1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 mol·L-1的X溶液
D.10 ℃ 10 mL 2 mol·L-1的X溶液
13.下列事实能说明影响化学反应速率的主要因素是反应物自身性质的是
A.Cu能与浓硝酸反应,但不能与浓盐酸反应
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.Fe与浓盐酸反应比稀盐酸反应快
14.容积可变的密闭容器中加入WO3和H2发生反应:WO3(s)+3H2(g)W(s)+3H2O(g),下列说法不正确的是
A.将容器的容积缩小一半,其反应速率增大
B.保持容积不变,充入氩气,其反应速率不变
C.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率增大
D.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)的生成速率减小
15.亚氯酸盐(如NaClO2)可作漂白剂,在常温、不见光条件下可保存一年,在酸性下反应:,开始时,反应非常慢,一段时间后,反应速率变快。对于该反应速率变快的原因,下列猜测最合理的是
A.ClO-起催化作用
B.H+起催化作用
C.Cl-起催化作用
D.ClO2的逸出
16.如图所示,某温度下,向锥形瓶内装入6.5 g锌粒,通过分液漏斗向锥形瓶内加入40 mL 2.5 mol·L-1的硫酸,将产生的H2收集在一个注射器中,10 s末恰好收集到50 mL(标准状况下为44.8 mL)气体,在该温度下,下列说法不正确的是
A.用锌粒来表示10 s内该反应的速率为0.013 g·s-1
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+来表示10 s 内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
C.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+来表示10 s 内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2来表示10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·s-1
17.在某容积为2L的密闭容器内,加入0.8mol的H2
和0.6mol的I2, 在一定条件下发生如下反应:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
反应中各物质的浓度随时间变化情况如右图,根据
图中数据,反应开始至达到平衡时的平均速率v(HI)
A.0.167mol/(L·min) B.0.083 mol/(L·min)
C.0.042 mol/(L·min) D.5 mol/(L·h)
18.把0.6 mol气体X和0.4 mol气体Y混合于2.0 L的密闭容器中,发生如下反应:3X(g)+Y(g) nZ(g)+2W(g),测得5 min末生成0.2 mol W,又知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol·L-1·min-1,则n值是
A.1 B.2 C.3 D.4
19.将4 mol A气体和2 mol B气体在体积为2 L的密闭容器中混合,并在一定条件下发生反应:2A(g)+B(g)xC(g),经2 s后测得A的物质的量为2.8 mol,C的浓度为0.6 mol/L。现有下列几种说法, 其中正确的是
①2 s内用物质A表示的平均反应速率为0.3 mol/(L·s)
②2 s内用物质B表示的平均反应速率为0.6 mol/(L·s)
③2 s时物质B的转化率为70%
④x=2
A.①③ B.①④ C.②③ D.③④
20.酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反应的化学方程式为:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O。某研究小组利用该反应来探究温度对反应速率的影响,进行如下四组实验。每组实验分别在0℃和80℃条件下进行。试判断最能实现研究目的的一组实验是
组别
KMnO4
H2SO4
H2C2O4
温度℃
记录的数据
VmL
Cmol·L-1
VmL
Cmol·L-1
VmL
Cmol·L-1
A
2
0.01
0.5
1
2
0.1
0
至气体不再产生所需要的时间
80
B
2
0.1
0.5
1
2
0.01
0
至气体不再产生所需要的时间
80
C
2
0.01
0.5
1
2
0.1
0
溶液完全褪色所需要的时间
80
D
2
0.1
0.5
1
2
0.01
0
溶液完全褪色所需要的时间
80
A.A B.B C.C D.D
二、非选择题
21.在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应:A(g)+2B(g)3C(g)+nD(g),开始时A为4 mol,B为6 mol;5 min末时测得C的物质的量为3 mol,用D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L-1·min-1。计算:
(1)5 min末A的物质的量浓度为________________。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为____________。
(3)化学方程式中n值为_________。
(4)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为
①v(A)=5 mol·L-1·min-1 ②v(B)=6 mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1 ④v(D)=8 mol·L-1·min-1
其中反应速率最快的是______________(填编号)。
22.某化合物A的蒸气1mol充入0.5L容器中加热分解:2A(g)→B(g)+nC(g),反应到第3秒时,容器内A的浓度变为0.8mol·L-1,测得这段时间内,平均速率v(C)=0.6 mol·L-1·s-1,则化学反应方程式中n值为_____, v(B)=_______ mol·L-1·s-1。
23.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)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)。
(3)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的实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn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时间。
混合溶液
实验
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计,其中V1= ,V6= ,V9= 。
②该同学最后得出的结论: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。请分析生成氢气速率下降的主要原因: 。
24.Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。
[实验设计]控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表),设计如下对比试验。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
编号
实验目的
T/K
pH
c/10-3mol·L-1
H2O2
Fe2+
①
为以下实验作参考
298
3
6.0
0.30
②
探究温度对降解反应速率的影响
③
298
10
6.0
0.30
[数据处理]实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如下图。
(2)请根据上图实验①曲线,计算降解反应在50~150s内的反应速率:
v(p-CP)= mol·L-1·s-1
[解释与结论]
(3)实验①、②表明温度升高,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因:
。
(4)实验③得出的结论是:pH等于10时, 。
[思考与交流]
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法: 。
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