决胜高考之【教材热点实验】14 影响化学反应速率的因素

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【教材实验热点】14 影响化学反应速率的因素
【教材实验梳理】
1.锌粒和不同浓度稀硫酸反应速率比较

2.不同浓度草酸与高锰酸钾反应速率比较

3.不同温度下硫代硫酸钠与硫酸反应速率的比较

4.不同温度下I-在酸性溶液中被氧化的速率比较

5.催化剂对反应速率的影响

6.不同催化剂对反应速率的影响

【答题技巧】

检查装置的气密性：关闭分液漏斗的活塞，将注射器往外拉一段距离，松开手后观察是否会迅速回到原位，若能回到原位，则装置气密性良好。
【例题讲解】
1．某研究小组为了验证反应物浓度对反应速率的影响，在室温下向2mL0.001mol·L-1KMnO4溶液中分别加入不同浓度的草酸溶液2mL，实验结果如图1；若上述实验中使用的是含20%硫酸的0.001mol·L-1KMnO4溶液，实验结果如图2。回答有关问题：

已知：草酸与高锰酸钾反应的过程可能为：Mn(VII)(VII表示价态，下同)Mn(VI)Mn(IV)Mn(III)Mn(III)(C2O4)n3-2n2(红色)→Mn(II)+2nCO2
(1)实验时发生总反应的离子方程式为___。
(2)由题可知，Mn(II)的作用是___；由图2可知，在当前实验条件下，增大草酸的浓度，褪色时间___(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)对比图1和图2，该小组同学推测酸化有利于提高该反应的速率。为了验证该推测，设计了系列实验，记录如下(均在室温下进行)：
试管编号
0.01mol•L-1KMnO4溶液/mL
0.2mol•L-1
H2C2O4溶液/mL
蒸馏水/mL
2.0mol•L-1H2SO4溶液/mL
A
4.0
2.0
2.0
0
B
V1
V2
1.5
V3
C
V4
2.0
V5
1.0
D
V6
2.0
0
2.0

①请完成此实验设计：V5=___，V6=___。
②设计A号试管实验的目的是___。
(4)已知25℃时草酸的电离常数为K1=5.0×10-2，K2=5.4×10-5。
①写出H2C2O4与少量的KOH溶液反应的离子方程式：___。
②已知25℃时CH3COOH的电离常数为K=1.75×10-5，则等浓度的草酸溶液和醋酸溶液中，pH较小的是___。
【巩固练习】
2．硫代硫酸钠与稀硫酸反应的方程式为：Na2S2O3+H2SO4═Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O某学习小组为研究反应物浓度和温度对该反应速率的影响，设计以下3组实验下列说法不正确的是
实验序号
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/(mol∙L-1)
V/mL
c/((mol∙L-1))
V/mL
Ⅰ
25
5
0.2
10
0.1
x
Ⅱ
25
10
0.1
10
0.2
5
Ⅲ
35
10
0.1
5
y
10

A．该反应所需的仪器有：量筒、温度计、秒表、烧杯
B．通过记录产生淡黄色沉淀所需的时间可以比较反应的快慢
C．比实验Ⅱ、Ⅲ研究温度对该反应速率的影响，则y=0.2
D．对比实验Ⅰ、Ⅱ研究c(H+)对该反应速率的影响，则x=10
3．研究反应2X(g)Y(g)+Z(g)的速率影响因素，在不同条件下进行4组实验，Y、Z起始浓度为0，反应物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②、④得出：升高温度，化学反应速率加快
B．比较实验①、②得出：增大反应物浓度，化学反应速率加快
C．若实验②、③只有一个条件不同，则实验③使用了催化剂
D．在0-10min之间，实验③的平均速率v(Y)=0.04mol/(L·min)
4．以反应5H2C2O4+2+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法不正确的是
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol/L
体积/mL
浓度/mol/L
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50

A．实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40 s，则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=2.5×10-4 mol·L-1·s-1
B．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn 2+对反应起催化作用
C．实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D．实验①、②、③所加的H2C2O4溶液均要过量
5．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：2NH3(g)N2(g)+3H2(g)，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

A．A B．B C．C D．D
6．往2 L密闭容器中充入NO2，在三种不同条件下发生反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)，实验测得NO2的浓度随时间的变化如下表(不考虑生成N2O4)。
时间(min)
浓度 (mol·L－1)
实验序号/温度(℃)
0
10
20
30
40
50
实验1/800
1.00
0.80
0.65
0.55
0.50
0.50
实验2/800
1.00
0.70
0.50
0.50
0.50
0.50
实验3/850
1.00
0.50
0.40
0.15
0.15
0.15

下列说法正确的是(　　)A．实验2比实验1使用了效率更高的催化剂
B．实验2比实验1的反应容器体积小
C．由实验2和实验3可判断该反应是放热反应
D．实验1比实验3的平衡常数大
7．分解速率受多种因素影响。实验测得70℃时不同条件下浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是

A．图甲表明，其他条件相同时，浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，分解速率越快
C．图丙表明，少量存在时，溶液碱性越强，分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，对分解速率的影响大
8．某化学反应2A(g)B(g)＋D(g)在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0。反应物A的浓度(mol/L)随反应时间(min)的变化情况如下表：
实验序号

0min
10min
20min
30min
40min
50min
60min
1
800℃
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
2
800℃
c2
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
3
800℃
c3
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
4
820℃
1.0
0.40
0.25
0.20
0.20
0.20
0.20

根据上述数据，完成下列填空：
(1)在实验1，反应在10至20分钟时间内用A表示表示该反应的平均速率为_________mol/(L·min)。
(2)在实验2，A的初始浓度c2＝______mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是____________。
(3)设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3_______v1(填＞、＝、＜)，且c3_______1.0mol/L(填＞、＝、＜)。
9．某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录的体积为累计值，已换算成标准状况。
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)
50
120
232
290
310

(1)哪一时间段(指0~1、1~2、2~3、3~4、4~5min)反应速率最大_____；原因是_____。
(2)2~3分钟时间段，V(c(HCl))=_____mol(L·min)(设溶液体积不变)。
(3)为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液，你认为可行的是_______(填序号)。
a.蒸馏水     b.Na2CO3溶液     c.NaNO3溶液     d.NaOH溶液
10．某研究性学习小组利用草酸溶液和酸性KMnO4 溶液之间的反应来探究“外界条件改变对化学反应速率的影响”，实验设计如下：(假设溶液混合时体积可以加和)
实验序号
实验温度
(K)
酸性 KMnO4 溶液
草酸溶液
去离子水
溶液褪色
时间
c(mol/L)
V (mL)
c(mol/L)
V (mL)
V (mL)
t (s)
①
298
0.02
2.0
0.10
4.0
0
t1
②
T
0.02
2.0
0.10
3.0
a
8.0
③
343
0.02
2.0
0.10
3.0
a
t2
④
373
0.02
2.0
0.10
3.0
a
t3

(1)写出草酸与酸性 KMnO4 溶液反应的离子方程式：_____________。
(2)甲同学利用实验①来绘制反应过程中生成 CO2 的物质的量 n(CO2)随反应时间 t 的变化曲线，反应在 t = t1 时完成，试在下图中画出 n(CO2)随反应时间 t 变化的曲线______，并确定m =________mol。

(3)乙同学欲通过实验①、②探究反应物浓度对该反应速率的影响，则a = ____， T = _______。若 t1 K(醋酸)，所以等浓度的草酸溶液和醋酸溶液中，草酸的酸性更强，pH较小。
2．C
【解析】由图中数据可知，实验I、II是在相同的温度下研究c(H+)对该反应速率的影响；实验II、III研究温度对该反应速率的影响，根据生成物有硫可知，可以根据产生淡黄色沉淀所需的时间比较反应的快慢，由此分析。
【详解】A．反应比较不同温度、不同浓度下的反应速率，应用到温度计等仪器，还需要量筒、秒表、烧杯等仪器，故A不符合题意；
B．反应速率越大，产生淡黄色沉淀所需的时间越少，可以通过记录产生淡黄色沉淀所需的时间可以比较反应的快慢，故B不符合题意；
C．比实验II、III研究温度对该反应速率的影响，则浓度应相同，y=0.4，故C符合题意；
D．对比实验I、II研究c(H+)对该反应速率的影响，溶液体积应相同，则x=10，故D不符合题意；
答案选C。
3．D
【详解】
A. 实验②④的起始物质的量浓度相等，实验②的温度为800°C，实验④的温度为820°C，实验④的反应速率明显较快，说明温度升高，化学反应速率加快，故A正确；
B. 从图象可以看出，实验①②的温度相同，实验①的X的物质的量浓度大，反应速率明显快，所以增大反应物浓度，化学反应速率加快，故B正确；
C. 实验②③中X的起始物质的量浓度相等，温度相同，平衡状态也相同，但是实验③反应速率较快，达到平衡状态所需的时间短，说明实验③使用了催化剂，故C正确；
D. 从图象可以直接求得0∼10min内实验③的平均速率v(X)= =0.04mol/(L·min)，根据化学方程式的计量数关系可知v(Y)=v(X)=×0.04mol/(L·min)=0.02 mol/(L·min)，故D错误；
答案选D。
4．A
【详解】A. 高锰酸钾完全反应，混合后溶液中高锰酸钾的浓度为： =×0.010mol/L，这段时间内平均反应速率v(KMnO4)= =1.7×10−4 mol⋅L−1⋅s−1，故A错误；
B. 在其它条件都相同时，开始速率很小，过一会儿速率突然增大，说明反应生成了具有催化作用的物质，其中水没有这种作用，CO2释放出去了，所以可能起催化作用的是Mn2+，故B正确；
C. 分析表中数据可知，实验①和实验②只是浓度不同，即实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响；实验②和③只是温度不同，所以实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响，故C正确；
D. 根据反应方程式可得5H2C2O4−2MnO由实验数据分析可知，在这三个实验中，所加H2C2O4溶液均过量，故D正确；
故选：A。
5．C
【详解】A．只有温度不同，温度高，反应产生沉淀的时间缩短，说明升高反应温度，化学反应速率加快，A正确；
B．在SO3的吸收阶段，当从上向下喷洒浓硫酸时，浓硫酸与SO3接触面积增大，吸收SO3更快，更多，可以说明增大接触面积，化学反应速率加快，B正确；
C．在体积的密闭容器中再充入氩气，反应混合物的浓度不变，因此化学反应速率不变，并不会变小，C错误；
D．两个试管中H2O2的浓度和体积相同，B试管中加入2 ~ 3滴FeCl3溶液，A中无催化剂，结果B中产生气泡快，能说明催化剂可以改变化学反应速率，D正确；
故合理选项是C。
6．A
【详解】A. 对比实验1、2可知温度相同，起始浓度相同，平衡状态相同，但实验2达到平衡所需的时间短，反应速率快，可知实验2使用了效率更高的催化剂，故A正确；
B. 若实验2的反应容器体积减小，则相当于增大压强，最终实验1、2的平衡状态不同，故B错误；
C. 温度升高，最终平衡时，实验3的NO2浓度最小，说明平衡正向移动，正反应是吸热反应，故C错误；
D. 由C项分析，可知实验3的平衡常数大，故D错误；
故选A。
7．D
【详解】A．由图甲可知，起始时的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A错误；
B．由乙图可知，浓度越大，pH越大，即对应的pH最大，曲线下降最快，即分解最快，B错误；
C．由图丙可知，所有实验均在pH=13的条件下进行的，故无法体现随着碱性的增强，双氧水的分解速率加快，C错误；
D．由图丁可知，质量浓度越大，的分解速率越快，说明对分解速率影响较大，D正确；
故答案为：D。
8．     0.013     1.0     使用催化剂     ＞     ＞
【详解】(1)实验1中，反应在10min至20min时间内，A的浓度减少0.8mol/L−0.67mol/L=0.13mol/L，10min至20min时间内平均速率v(A)为 =0.013mol/(L⋅min)；故答案为：0.013；
(2)实验1、2温度相同平衡常数相同，且平衡浓度相同，则起始浓度也相同，可知A的初始浓度c1=1.0mol/L，实验2中反应速率快，则实验2中还隐含的条件是使用了催化剂，故答案为：1.0；使用了催化剂；
(3)实验1和实验3温度一样，平衡常数相同，平衡浓度大的起始浓度大，起始浓度大的反应速率块，实验3中平衡浓度较大，则起始浓度大，反应速率v3＞v1， 起始浓度c3＞c1=1.0mol/L，故答案为：＞；＞。
9．     2 min～3 min     温度对反应速率影响占主导作用     0.1     a
【分析】根据影响化学反应速率的因素有浓度、温度以及固体的表面积大小等因素，温度越高、浓度越大、固体表面积越大，反应的速率越大，从表中数据看出2 min～3 min收集的氢气比其他时间段多，原因是Zn置换H2的反应是放热反应，温度升高；根据v=计算反应速率；根据影响化学反应速率的因素以及氢气的量取决于H+的物质的量，以此解答。
【详解】(1)从表中数据看出2 min～3 min收集的氢气比其他时间段多，虽然反应中c（H+）下降，但主要原因是Zn置换H2的反应是放热反应，温度升高，故答案为：2 min～3 min；温度对反应速率影响占主导作用；
(2)在2～3min时间段内，n（H2）==0.005mol，由2HCl～H2得，消耗盐酸的物质的量为0.01mol，则υ（HCl）==0.1mol(L·min)，故答案为：0.1；
(3)a. 加入蒸馏水，溶液的浓度减小，反应速率减小，H+的物质的量不变，氢气的量也不变，故a正确；
b. 加入碳酸钠溶液，减小盐酸的浓度，反应速率减小，H+的物质的量减小，氢气的量也减小，故b错误；
c. 加入NaNO3溶液，减小盐酸的浓度，但此时溶液中含有硝酸，与金属反应得不到氢气，故c错误；
d. 加入NaOH溶液，减小盐酸的浓度，反应速率减小，H+的物质的量减小，氢气的量也减小，故d错误；
故选：a。
10．     2+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O          1×10-4     1     298     反应物浓度增大，化学反应速率将加快     温度
【详解】(1)KMnO4具有强氧化性，草酸具有还原性，二者能够发生氧化还原反应，草酸被氧化为CO2，KMnO4被还原为Mn2+，反应离子方程式为2+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O；
(2)KMnO4与草酸反应为放热反应，且生成的Mn2+对该反应具有催化作用，因此反应开始阶段化学反应速率较快，后续随着反应的不断进行，反应物浓度逐渐降低，反应速率逐渐降低，反应在 t = t1 时完成，因此n(CO2)随反应时间 t 变化的曲线为；由表格数据可知，反应过程中KMnO4不足，因此实验①产生CO2的物质的量为×0.02mol/L×2×10-3L=1×10-4mol；
(3)通过实验①、②探究反应物浓度对该反应速率的影响，则对比试验中除反应物浓度不同外，其它条件均需相同，因此溶液体积需相同，实验①的溶液体积为(2+4)mL=6mL，则实验②中a=1；T=298；若 t1