课时跟踪检测(三十)　变量控制实验与速率常数(实践课)

这是一份课时跟踪检测(三十)　变量控制实验与速率常数(实践课)，共10页。试卷主要包含了已知，已知反应等内容，欢迎下载使用。

1．(2021·宜昌模拟)下列各组实验中，反应速率最快的是( )
解析：选D 由表中数据可知A、D温度最高，反应速率较大，A与D相比较，D中加入催化剂，反应速率最大。
2．(2021·大庆模拟)已知：C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g) ΔH<0的反应速率表达式为v正＝k正·c(C2H4)·c(H2O)，v逆＝k逆·c(C2H5OH)，其中，k正、k逆为速率常数，只与温度有关。则在温度从250 ℃升高到340 ℃的过程中，下列推断合理的是( )
A．k正增大，k逆减小 B．k正减小，k逆增大
C．k正增大的倍数大于k逆 D．k正增大的倍数小于k逆
解析：选D 平衡时，正、逆反应速率相等，即K＝ eq \f(c（C2H5OH）,c（C2H4）·c（H2O）) ＝ eq \f(k正,k逆) ，升高温度，正、逆反应速率都增大，即k正和k逆均增大，但由于正反应是放热反应，K减小，故k正增大的倍数小于k逆。
3．实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素，有关说法错误的是( )
A.实验中要记录溶液褪色所需时间
B．实验①②探究的是浓度对化学反应速率的影响
C．实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响
D．起始向①中加入MnSO4固体，不影响反应速率
解析：选D 该实验原理是2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，KMnO4被还原为MnSO4，溶液由紫红色变为无色，故实验中通过记录溶液褪色时间，判断反应速率的快慢，A正确；实验①②中温度、c(KMnO4)均相同，c(H2C2O4)不同，故实验目的是探究浓度对化学反应速率的影响，B正确；实验①③中c(KMnO4)、c(H2C2O4)均相同，温度不同，故实验目的是探究温度对化学反应速率的影响，C正确；该反应中
Mn2＋起催化作用，①中加入MnSO4固体，会加快反应速率，D错误。
4．在298 K时，实验测得溶液中的反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2在反应物为不同浓度时的化学反应速率如表所示：
根据表中数据可推知第5组实验中c(HI)、c(H2O2)不可能为( )
A．0.150 ml·L－1、0.200 ml·L－1
B．0.300 ml·L－1、0.100 ml·L－1
C．0.200 ml·L－1、0.200 ml·L－1
D．0.100 ml·L－1、0.300 ml·L－1
解析：选C 分析表中数据可知，反应速率v与c(HI)和c(H2O2)的乘积成正比，以实验1为参照，实验5的反应速率是其反应速率的3倍，故实验5中c(HI)和c(H2O2)的乘积为实验1的3倍，C项符合题意。
5．O3在水中易分解，一定条件下，相同浓度的O3的浓度减小一半所需的时间(t)如下表。
根据表中的递变规律，推测O3分别在以下条件下反应：①40 ℃、pH＝3.0；②10 ℃、pH＝5.0；③30 ℃、pH＝7.0，分解速率依次增大的顺序为( )
A．①②③ B．③②①
C．②①③ D．③①②
解析：选C 分析题表中数据，温度一定时，pH越大，c(O3)减小一半所需时间越短；pH一定时，温度越高，c(O3)减小一半所需时间越短。由题表中数据可知，c(O3)减小一半，在①40 ℃、pH＝3.0时，所需时间在31～158 min之间；在②10 ℃、pH＝5.0时，所需时间大于169 min；在③30 ℃、pH＝7.0时，所需时间小于15 min，则分解速率依次增大的顺序为②<①<③，C项正确。
6．已知反应：2X(g)Y(g)＋Z(g)，为研究影响该反应速率的因素，在不同条件下进行4组实验，Y、Z的起始浓度为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．若实验②、④只改变一个条件，则由实验②、④得出结论：升高温度，化学反应速率增大
B．若实验①、②只改变一个条件，则由实验①、②得出结论：增大反应物浓度，化学反应速率增大
C．若实验②、③只改变一个条件，则实验③使用了催化剂
D．0～10 min内，实验③的平均速率
v(Y)＝0.04 ml·L－1·min－1
解析：选D 实验②、④起始浓度相同，但温度不同，④反应速率较大，则可得出结论：升高温度，化学反应速率加快，故A正确；①、②温度相同，但浓度不同，①浓度较大，可得出结论：增大反应物浓度，化学反应速率增大，故B正确；②、③温度、浓度相同，③反应速率较大，应为加入催化剂，故C正确；在0～10 min之间，实验③X的浓度变化为0.4 ml·
L－1，则v(Y)＝ eq \f(1,2) v(X)＝ eq \f(1,2) × eq \f(0.4 ml·L－1,10 min) ＝0.02 ml·L－1·min－1，故D错误。
7．温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中均发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v消耗(NO2)＝k正·c2(NO2)，v逆＝v消耗(NO)＝2v消耗(O2)＝k逆·c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是( )
A.设K为该反应的化学平衡常数，则有K＝ eq \f(k逆,k正)
B．容器Ⅱ中起始反应正向进行最终达到平衡
C．达到平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数大于50%
D．当温度改变为T2时，若T2>T1，则 eq \f(k逆,k正) >1.25
解析：选B 在平衡状态下，v正＝v逆，即k正·c2(NO2)＝k逆·c2(NO)·c(O2)，可求出K＝ eq \f(k正,k逆) ，A错误；
由容器Ⅰ中反应列三段式：
2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
起始/(ml·L－1) 0.6 0 0
转化/(ml·L－1) 0.4 0.4 0.2
平衡/(ml·L－1) 0.2 0.4 0.2
可以求出平衡常数K＝ eq \f(0.42×0.2,0.22) ＝0.8，根据容器Ⅱ的起始投料，浓度商Q＝ eq \f(0.52×0.2,0.32) ＝ eq \f(5,9) 2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
起始/(ml·L－1) 0 0.5 0.35
转化/(ml·L－1) 2x 2x x
平衡/(ml·L－1) 2x 0.5－2x 0.35－x
由0.5－2x＝2x＋0.35－x，解得x＝0.05，求出此时反应的浓度商Q＝ eq \f(0.42×0.3,0.12) ＝4.8>0.8，说明反应继续向逆反应方向进行，达到平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数应小于50%，C错误；由于该反应的正反应是吸热反应，若T2>T1，所以升温至T2时平衡常数增大，即 eq \f(k正,k逆) >0.8，则 eq \f(k逆,k正) <1.25，D错误。
8．(1)(2021·日照模拟)将CFe2O4负载在Al2O3上，产氧温度在1 200 ℃，产氢温度在1 000 ℃时，可顺利实现水的分解，氢气产量高且没有明显的烧结现象。循环机理如下，过程如图1所示，不考虑温度变化对反应ΔH的影响。
第Ⅰ步：CFe2O4(s)＋3Al2O3(s)CAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋ eq \f(1,2) O2(g) ΔH＝a kJ·ml－1
第Ⅱ步：CAl2O4(s)＋2FeAl2O4(s)＋H2O(g)CFe2O4(s)＋3Al2O3(s)＋H2(g) ΔH＝b kJ·ml－1
第Ⅱ步反应的v正＝k正·c(H2O)，v逆＝k逆·c(H2)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，仅与温度有关。1 000 ℃时，在体积为1 L的B反应器中加入2 ml H2O发生上述反应，测得H2O(g)和H2物质的量浓度随时间的变化如图2所示，则60 min内，v(CFe2O4)＝______ g·min－1(保留2位小数)。a点时，v正∶v逆＝______(填最简整数比)。
(2)(2021·西安模拟)在T2 K、1.0×104 kPa下，等物质的量的CO与CH4混合气体发生如下反应：CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)。反应速率v正－v逆＝k正p(CO)·p(CH4)－k逆·p(CH3CHO)，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(气体分压p＝气体总压p总×体积分数)。用气体分压表示的平衡常数Kp＝4.5×10－5，则CO转化率为20%时， eq \f(v正,v逆) ＝________。
解析：(1)由图可知，Δc(H2O)＝(2.0－0.4)ml·L－1＝1.6 ml·L－1，则Δn(H2O)＝1.6 ml·L－1×1 L＝1.6 ml，根据反应的方程式可知，Δn(CFe2O4)＝1.6 ml，Δm(CFe2O4)＝1.6 ml×235 g·ml－1＝376 g，则60 min内，v(CFe2O4)＝ eq \f(376 g,60 min) ≈6.27 g·min－1。由图可知，反应在60 min时达到平衡状态，v正＝v逆，此时c(H2O)＝0.4 ml·L－1，c(H2)＝1.6 ml·L－1，k正·c(H2O)＝k逆·c(H2)，则 eq \f(k正,k逆) ＝ eq \f(c（H2）,c（H2O）) ＝ eq \f(1.6 ml·L－1,0.4 ml·L－1) ＝4，在a点时c(H2O)＝c(H2)， eq \f(v正,v逆) ＝ eq \f(k正·c（H2O）,k逆·c（H2）) ＝ eq \f(k正,k逆) ＝4。(2)当反应达到平衡时v正＝v逆， eq \f(k正,k逆) ＝ eq \f(p（CH3CHO）,p（CH4）·p（CO）) ＝Kp＝4.5×10－5；T2K、1.0×104 kPa时，设起始时n(CH4)＝n(CO)＝1 ml，列三段式
CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)
起始量/ml 1 1 0
变化量/ml 0.2 0.2 0.2
最终量/ml 0.8 0.8 0.2
所以p(CH4)＝p(CO)＝ eq \f(0.8,1.8) ×1.0×104 kPa＝ eq \f(4,9) ×104 kPa，p(CH3CHO)＝ eq \f(0.2,1.8) ×1.0×104 kPa＝ eq \f(1,9) ×104 kPa，所以v正＝k正·p(CO)·p(CH4)＝k正× eq \f(4,9) ×104 kPa× eq \f(4,9) ×104 kPa、v逆＝k逆·p(CH3CHO)＝k逆× eq \f(1,9) ×104 kPa， eq \f(v正,v逆) ＝ eq \f(k正,k逆) × eq \f(p（CH4）·p（CO）,p（CH3CHO）) ＝4.5×10－5× eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,9)×104))×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,9)×104)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,9)×104))) ＝0.8。
答案：(1)6.27 4 (2)0.8
9．碘在科研与生活中有重要作用，某兴趣小组用0.20 ml·L－1 KI、0.4%淀粉溶液、0.20 ml·L－1 K2S2O8、0.010 ml·L－1 Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知：S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ＋2I－===2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋I2(慢)
I2＋2S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2I－＋S4O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) (快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的Na2S2O3耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色，为确保能观察到蓝色，S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 与S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) 初始的物质的量需满足的关系为n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) )∶n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )________。
(2)如果实验中不使用Na2S2O3溶液，可能存在的不足是________。
(3)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
表中V1＝________mL，理由是________________________；V2＝________ mL，理由是________________________________________________________________________。
显色时间t1大约是________。
(4)根据表中数据可以得出的结论是________。
解析：(1)由已知可得，向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，先发生反应S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ＋2I－===2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋I2(慢)，后发生反应I2＋2S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2I－＋S4O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) (快)，当溶液中的Na2S2O3耗尽后，碘才能与淀粉作用使溶液颜色由无色变为蓝色，根据S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ＋2I－===2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋I2可知，生成1 ml I2需1 ml S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) ，根据I2＋2S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ===2I－＋S4O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(6)) 可知，I2与S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 的物质的量的关系为1∶2，恰好反应时n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) )∶n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )＝1∶2，为确保能观察到蓝色，碘需有剩余，则S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 应少量，所以n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(8)) )∶n(S2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )＞1∶2。(2)如果实验中不使用Na2S2O3溶液，可能存在的不足使显色时间太短，不易测量。(3)该实验是探究反应物浓度对化学反应速率的影响，实验中溶液体积均是25 mL，为确保溶液体积不变，所以V1＝7.5 mL，理由是保证每次实验的溶液总体积相等。V2＝1 mL，理由是保证淀粉溶液的用量相同。对比几组实验数据，显色时间t1大约是72.0 s。(4)根据表中数据可以得出的结论是，反应速率与反应物浓度成正比关系，即反应物浓度越大，反应速率越快。
答案：(1)＞0.5
(2)显色时间太短，不易测量
(3)7.5 保证每次实验的溶液总体积相等 1 保证淀粉溶液的用量相同 72.0 s(54.0 s～72.0 s)
(4)反应速率与反应物浓度成正比关系(反应物浓度越大，反应速率越快)
10．(1)(2021·周口模拟)反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的反应机理如下：
第一步：I2 eq \(,\s\up7(k－1),\s\d5(k1)) 2I(快速平衡)
第二步：I＋H2 eq \(,\s\up7(k－2),\s\d5(k2)) H2I(快速平衡)
第三步：H2I＋I eq \(――→,\s\up7(k3)) 2HI(慢反应)
①第一步反应________(填“放出”或“吸收”)能量。
②只需一步完成的反应称为基元反应，基元反应如aA＋dD===gG＋hH的速率方程，v＝k·ca(A)·cd(D)，k为常数；非基元反应由多个基元反应组成，非基元反应的速率方程可由反应机理推定。H2(g)与I2(g)反应生成HI(g)的速率方程为v＝________(用含k1、k－1、k2…的代数式表示)。
(2)(2021·攀枝花模拟)将氨氧化法制硝酸过程中氨经催化氧化后的气体(高于800 ℃)急剧冷却到100 ℃以下，一方面除去大量的H2O，使NO(g)和O2(g)发生反应，另一方面温度低有利于生成NO2(g)。
2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
Ⅰ.2NO(g)N2O2(g)(反应快，瞬间达到平衡)
ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO) v1逆＝k1逆·c(N2O2)
Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(反应慢) ΔH2<0
v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2) v2逆＝k2逆·c2(NO2)
其中k1、k2是速率常数，随温度上升而增大。
则：一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________，根据速率方程分析，升高温度该总反应速率减小的原因是________________________________________________________________。
解析：(1)①第一步反应断裂共价键，吸收能量。②反应速率由慢反应决定，即v＝k3·c(H2I)·c(I)，第一步是快速平衡，k1·c(I2)＝k－1c2(I)，可得c2(I)＝ eq \f(k1,k－1) c(I2)，第二步也是快速平衡，k2·c(I)·c(H2)＝k－2c(H2I)，可得c(H2I)＝ eq \f(k2,k－2) c(H2)·c(I)，v＝k3 eq \f(k2,k－2) c(H2)·c(I)·c(I)＝k3 eq \f(k2,k－2) c(H2)· eq \f(k1,k－1) c(I2)＝ eq \f(k1k2k3,k－1k－2) c(H2)·c(I2)。(2)已知①2NO(g)N2O2(g)；②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)，而目标反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝①＋②＝ΔH1＋ΔH2，由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正·c2(NO)×k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)×k2逆·c2(NO2)，整理得 eq \f(c2（NO2）,c2（NO）c（O2）) ＝ eq \f(k1正×k2正,k1逆×k2逆) ＝K；温度升高，反应Ⅰ逆向移动并迅速达到平衡，导致N2O2浓度减小，虽然温度k2正、k2逆均增大，但对反应Ⅱ影响弱于N2O2浓度减小的影响，导致反应Ⅱ速率变小，总反应的速率由较慢的一步决定，所以总反应速率减小。
答案：(1)吸收 eq \f(k1k2k3,k－1k－2) c(H2)·c(I2)
(2) eq \f(k1正×k2正,k1逆×k2逆) 温度升高，反应Ⅰ逆向移动并迅速达到平衡，导致N2O2浓度减小，虽然升高温度k2正、k2逆均增大，但对反应Ⅱ影响弱于N2O2浓度减小的影响，导致反应Ⅱ速率变小，总反应的速率由较慢的一步决定，所以总反应速率减小
选项
反应物
催化剂
温度
A
10 mL 20% H2O2溶液
无
40 ℃
B
10 mL 20% H2O2溶液
无
25 ℃
C
10 mL 10% H2O2溶液
无
25 ℃
D
10 mL 20% H2O2溶液
MnO2固体
40 ℃
实验编号
温度/℃
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
①
25
4 mL 0.01 ml·L－1
2 mL 0.01 ml·L－1
②
25
4 mL 0.01 ml·L－1
2 mL 0.02 ml·L－1
③
50
4 mL 0.01 ml·L－1
2 mL 0.01 ml·L－1
实验编号
1
2
3
4
5
6
c(HI)/ (ml·L－1)
0.100
0.200
0.150
0.100
？
0.500
c(H2O2)/ (ml·L－1)
0.100
0.100
0.150
0.200
？
0.400
v/(ml·L－1·s－1)
0.007 60
0.015 2
0.017 1
0.015 2
0.022 8
0.152
pH
t/min
T/℃
3.0
4.0
5.0
6.0
20
301
231
169
58
30
158
108
48
15
50
31
26
15
7
容器编号
物质的起始浓度/(ml·L－1)
物质的平衡浓度/(ml·L－1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
实验序号
试剂体积 V/ mL
显色时间t/s
K2S2O8溶液
KI溶液
水
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10
10
0
4
1
26.8
②
5
10
5
4
1
54.0
③
2.5
10
V1
4
1
108.2
④
10
5
5
4
1
53.8
⑤
5
7.5
7.5
4
V2
t1