2020届高考化学二轮复习化学反应速率计算及应用学案

微焦点13 化学反应速率计算及应用

[学生用书P27]

续　表

　　　　　　　化学反应速率的计算

[典例导考1][2019·北京西城区高三(上)期末]温度为T1时,将气体X和气体Y各1.6 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g),一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表,下列说法正确的是              (　　)

　　A.反应0~4 min的平均速率v(Z)=0.25 mol·L-1·min-1

B.T1时,反应的平衡常数K1=1.2

C.其他条件不变,9 min后,向容器中再充入1.6 mol X,平衡向正反应方向移动,再次达到平衡时X的浓度比原平衡小,Y的转化率增大

D.其他条件不变,降温到T2达到平衡时,平衡常数K2=4,则此反应的ΔH<0

【审】　v(B)==。

【解】　由表中数据可求得前4 min内:Δn(Y)=0.50 mol,Δc(Y)=0.050 mol·L-1,v(Y)=0.012 5 mol·L-1·min-1,v(Z)=2v(Y)=0.025 mol·L-1·min-1,A项错误;由表中数据可知7 min时反应达到平衡,反应的三段式为

　　　　　　　　　 　X(g) + Y(g)2Z(g)

起始浓度/(mol·L-1)　0.16　　0.16　　0

变化浓度/(mol·L-1)　0.06 0.06 0.12

平衡浓度/(mol·L-1)　0.1  0.1 0.12

所以平衡常数K1===1.44,B项错误;其他条件不变,9 min时是平衡状态,再充入1.6 mol X,平衡向正反应方向移动,再次达到平衡时Y的转化率增大,由于X加入量大于平衡移动消耗量,所以再次达到平衡时,X的浓度比原平衡大,C项错误;T1时,平衡常数K1=1.44,降温到T2达到平衡时,平衡常数K2=4,说明降低温度平衡向正反应方向移动,所以该反应正向为放热反应, ΔH<0,D项正确。

【答】　D

【思】　(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液体。

(2)化学反应速率指某段时间内的平均反应速率,而不是瞬时速率,且计算时取正值。

(3)计算反应速率时,若给出的是物质的量的变化值,要转化为物质的量浓度的变化值(计算时一定要除以体积),再进行计算。

[应用提能1-1]在一定温度下,10 mL 0.40 mol· H2O2发生催化分解。不同时刻测定生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)              (　　)

　　A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol·(L·min)-1

B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2 mol·(L·min)-1

C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L-1

D.反应至6 min时,H2O2分解了50%

【答案】　C

【微探究】　2H2O22H2O+O2↑。0~6 min产生的氧气的物质的量n(O2)=0.001 mol,n(H2O2)=2n(O2)=0.002 mol,v(H2O2)=≈3.3×10-2 mol·(L·min)-1,A项正确;=3.73,=1.88<3.73,即单位时间内产生的氧气体积,0~6 min大于6~10 min,故6~10 min的平均反应速率v(H2O2)<3.3×10-2 mol·(L·min)-1,B项正确;6 min时,c(H2O2)=0.40 mol·L-1- mol·L-1=0.20 mol·L-1,C项错误;6 min时,H2O2的分解率为×100%=50%,D项正确。

[应用提能1-2]用O2将HCl转化为Cl2,反应的方程式为4HCl(g)+O2(g)2H2O(g)+2Cl2(g)　ΔH<0。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的实验数据如下。下列说法正确的是              (　　)

　　A.2~6 min用Cl2表示的反应速率为0.9 mol/(L·min)

B.增大压强可以提高HCl转化率

C.平衡常数K(200 ℃)<K(400 ℃)

D.0~2 min的反应速率小于4~6 min的反应速率

【答案】　B

【微探究】　v(Cl2)=,没有容器的体积不能计算反应速率,A项错误;增大压强平衡正向移动,HCl转化率增大,B项正确;ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,K(200℃)>K(400℃),C项错误;由表格中数据可知, 0~2 min:Δn(Cl2)=1.8 mol,4~6 min:Δn(Cl2)=(5.4-3.7) mol=1.7 mol,则前者的反应速率大于后者的反应速率,D项错误。

　　　　　　　影响化学反应速率的因素

[典例导考2](2018·嘉兴一中高三上期末考试)对利用甲烷消除NO2污染进行研究:CH4+2NO2N2+CO2+2H2O。在1 L密闭容器中,控制不同温度,分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得n(CH4)随时间变化的有关实验数据见下表。

下列说法正确的是 (　　)

A.组别①中,0~20 min内,NO2的降解速率为 0.012 5 mol·L-1·min-1

B.由实验数据可知实验控制的温度T1<T2

C.40 min时,表格中T2对应的数据为0.18

D.0~10 min内,CH4的降解速率①>②

【审】　本题考查化学反应速率的比较和影响化学反应速率的因素。

【切】　在其他条件不变时,升高温度,化学反应速率增大,对吸热反应速率的影响总是超过对放热反应速率的影响。

【解】　组别①中,0~20 min内,CH4的降解速率为 0.012 5 mol·L-1·min-1,则NO2的降解速率为0.025 mol·L-1·min-1,A项错误;温度越高,反应速率越大,达到平衡所需时间越短,由实验数据可知实验控制的温度T1<T2,B项正确;40 min时,表格中T2对应的数据在0.15~0.18之间,C项错误;D.0~10 min内,CH4的降解速率②>①,D项错误。

【答】　B

【思】　(1)影响化学反应速率最主要的因素是反应物的性质。升高温度,不论是放热反应还是吸热反应,化学反应速率都加快。

(2)改变压强,实质是通过改变体积而使浓度发生改变来实现化学反应速率的改变。若压强改变导致了反应物浓度增大或减小,则化学反应速率会增大或减小。对于没有气体参加的反应,改变体系压强,反应物的浓度不变,则化学反应速率不变。故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。

(3)不特别指明时催化剂一般是加快反应速率。固体反应物量的增减不能改变化学反应速率,固体的表面积改变才能改变化学反应速率。

[应用提能2]室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBrC2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是              (　　)

A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量

B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br

C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变

D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间

【答案】　D

【微探究】　加入NaOH,c(HBr)减小,平衡向逆反应方向移动,乙醇的物质的量增大,A项正确;增大HBr浓度,平衡向正反应方向移动,有利于生成C2H5Br,B项正确;若反应物按照化学计量数之比加入溶液中,则各物质的平衡转化率相等,故反应物均增大至2 mol,两种反应物平衡转化率之比不变,C项正确;若起始温度提高至60 ℃,生成物C2H5Br为气态,能从反应体系中逸出,导致反应不断向正反应方向进行,因此不能缩短反应达到平衡的时间,D项错误。

　　　　　　　变量控制在化学反应速率中的应用

[典例导考3](2019·绍兴高三模拟)用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M,为研究降解效果,设计如下对比实验探究温度、浓度、 pH、催化剂对降解速率和效果的影响,实验测得M的浓度与时间关系如图所示:

下列说法不正确的是 (　　)

A.实验①在15 min内M的降解速率为1.33×10-5 mol·L-1·min-1

B.若其他条件相同,实验①②说明升高温度,M降解速率增大

C.若其他条件相同,实验①③说明pH越高,越不利于M的降解

D.实验④说明M的浓度越小,降解的速率越大

【审】　本题考查化学反应速率的影响因素和图表分析。

【切】　判断反应速率的大小,必须考虑各物质的化学计量数,再进行比较,同时还要注意保持单位的统一。

【解】　根据化学反应速率的数学表达式,v(M)=(0.3-0.1)×10-3/15 mol·L-1·min-1=1.33×10-5 mol·L-1·min-1,A项正确;实验①②不同的是温度,实验②的温度高于实验①,在相同的时间段内,实验②中M的浓度变化大于实验①,说明实验②中M的降解速率大,B项正确;实验①③对比,温度相同,实验③的pH大于实验①,在相同的时间段内,实验①中M浓度变化大于实验③,说明实验①的降解速率大于实验③,C项正确;对比实验①④,M的浓度不同,0~15 min时间段内,实验④中M浓度变化小于实验①,说明M的浓度越小,降解的速率越小,D项错误。

【答】　D

【思】　在比较溶液中物质的浓度对反应速率的影响时不能只看起始加入时物质的浓度,应该看加入后其在混合液的浓度。

[应用提能3]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。下列说法正确的是              (　　)

A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2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,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

【答案】　D

【微探究】　由图甲可知,起始时H2O2的浓度越小,曲线下降越平缓,说明反应速率越慢,A项错误;OH-的浓度越大,pH越大,即0.1 mol·L-1NaOH对应的pH最大,曲线下降最快,即H2O2分解最快,B项错误;由图丙可知,相同时间内,0.1 mol·L-1 NaOH条件下H2O2分解最快,0 mol·L-1 NaOH条件下H2O2分解最慢,而1.0 mol·L-1 NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间,C项错误;由图丁可知,Mn2+越多,H2O2的分解速率越快,说明Mn2+对H2O2分解速率影响较大,D项正确。