2022年高考化学一轮复习讲义第7章第33讲　化学反应速率 (含解析)

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复习目标 1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
考点一 化学反应速率的概念及计算
1．化学反应速率
2．化学反应速率与化学计量数的关系
同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。
如在反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)中，存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
3．化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应 mA(g) ＋ nB(g)  pC(g)
起始浓度/ml·L－1 a b c
转化浓度/ml·L－1 x eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
某时刻浓度/ml·L－1 a－x b－eq \f(nx,m) c＋eq \f(px,m)
(1)对于任何化学反应来说，都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速率(×)
错因：对于一些化学反应，也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变化量来表示化学反应速率。
(2)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率(×)
错因：单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加均表示正反应速率。
(3)化学反应速率为0.8 ml·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L－1(×)
错因：0.8 ml·L－1·s－1是指一段时间内的平均反应速率，不是即时速率。
(4)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快(×)
错因：化学反应速率数值的大小和化学计量数有关，化学计量数越大，数值越大，速率之比等于化学计量数之比，但都表示该反应的反应速率。
1．一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6 ml·L－1·s－1，则v(B)＝________ml·L－1·s－1，v(C)＝________ml·L－1·s－1。
答案 0.2 0.4
2．反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 ml·L－1·s－1，②v(B)＝0.6 ml·L－1·s－1，③v(C)＝0.4 ml·L－1·s－1，④v(D)＝0.45 ml·L－1·s－1。则有关反应速率大小顺序为________。
答案 ①>④>②＝③
解析 可用比值法进行反应速率大小比较，eq \f(vA,1)＝0.45 ml·L－1·s－1；eq \f(vB,3)＝eq \f(0.6 ml·L－1·s－1,3)＝0.2 ml·L－1·s－1；eq \f(vC,2)＝eq \f(0.4 ml·L－1·s－1,2)＝0.2 ml·L－1·s－1；eq \f(vD,2)＝eq \f(0.45 ml·L－1·s－1,2)＝0.225 ml·L－1·s－1，故①>④>②＝③。
3．如图安装好实验装置(装置气密性良好)，在锥形瓶内盛有6.5 g锌粒(Zn的相对原子质量为65)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 ml·L－1的稀硫酸，将产生的H2收集在注射器中，10 s时恰好收集到标准状况下的H2 44.8 mL。
回答下列问题
(1)根据装置图，还缺少的实验用品为________。
(2)用H＋表示10 s内该反应的反应速率为________。
(3)用H2表示10 s内该反应的反应速率为________ml·s－1。
(4)用锌粒表示10 s内该反应的反应速率为________ g·s－1。
(5)用H＋或H2表示的化学反应速率比实际偏大，其原因是什么，怎样改正。
________________________________________________________________________。
答案 (1)秒表 (2)0.01 ml·L－1·s－1 (3)0.000 2 (4)0.013 (5)由于滴入的稀硫酸占体积，造成进入注射器内的气体体积偏大，H2的体积偏大；可以把分液漏斗换成恒压滴液漏斗
解析 Zn ＋ 2H＋ === Zn2＋ ＋ H2↑
65 g 2 ml 1 ml 22.4 L
0.13 g 0.004 ml 0.002 ml 0.044 8 L
v(H＋)＝eq \f(\f(0.004 ml,0.04 L),10 s)＝0.01 ml·L－1·s－1；用锌粒表示10 s内该反应的反应速率为eq \f(0.13 g,10 s)＝0.013 g·s－1；用H2表示10 s内该反应的反应速率为eq \f(\f(0.044 8 L,22.4 L·ml－1),10 s)
＝0.000 2 ml·s－1。
1．化学反应速率计算的一般方法
(1)定义式法：找出各物质的起始量、某时刻量，求出转化量，利用定义式v(A)＝eq \f(ΔcA,Δt)＝eq \f(ΔnA,V·Δt)来计算。
(2)用已知物质的反应速率，计算其他物质表示的反应速率——关系式法。
化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。
2．比较化学反应速率大小的常用方法
(1)先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。
(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，比较eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)，若eq \f(vA,a)＞eq \f(vB,b)，则不同情况下，用A表示的反应速率比用B表示的大。
题组一 速率计算中图表信息的提取
1．一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过程如下图。下列说法不正确的是( )
A．t1 min时正、逆反应速率相等
B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.011 25 ml·L－1·min－1
D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.002 5 ml·L－1·min－1
答案 A
解析 t1时刻没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像，X的物质的量增加，属于生成物，因此X为NH3的曲线，B项正确；0～8 min时，v(NH3)＝eq \f(0.6 ml,10 L×8 min)＝0.007 5 ml·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比v(H2)＝eq \f(vNH3×3,2)＝0.011 25 ml·L－1·min－1，C项正确；10～12 min，v(NH3)＝eq \f(0.7－0.6 ml,10 L×2 min)＝0.005 ml·L－1·min－1，v(N2)＝eq \f(vNH3,2)＝0.002 5 ml·L－1·min－1，D项正确。
2．硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：
O2NC6H4COOC2H5＋OH－O2NC6H4COO－＋C2H5OH，两种反应物的初始浓度均为0.050 ml·L－1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示，回答下列问题：
(1)列式计算该反应在120～180 s与180～240 s区间的平均反应速率：____________________、__________________。
(2)比较两者大小可得出的结论是____________________________________。
答案 (1)v＝eq \f(0.050 ml·L－1×41.8%－33.0%,180－120 s)≈7.3×10－5 ml·L－1·s－1
v＝eq \f(0.050 ml·L－1×48.8%－41.8%,240－180 s)≈5.8×10－5 ml·L－1·s－1
(2)随反应的进行，反应物浓度降低，反应速率减慢
解析 (1)注意“列式计算”的要求是既要列出规范的计算式，又要计算出结果。
(2)120～180 s时间段速率大是因为反应物浓度大，180～240 s时间段速率小是因为反应物浓度小，即随着反应的进行，反应物浓度降低，反应速率减慢。
题组二 用其他物理量改变表示的化学反应速率
3.合金贮氢材料具有优异的吸氢性能，在配合氢能的开发中起到重要作用。温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝________mL·g－1·min－1。
答案 30
解析 吸氢速率v＝eq \f(240 mL,2 g×4 min)＝30 mL·g－1·min－1。
4．在新型RuO2催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应2HCl(g)＋eq \f(1,2)O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：
计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以ml·min－1为单位，写出计算过程)。
答案 解法一 2.0～6.0 min时间内，Δn(Cl2)＝5.4×10－3 ml－1.8×10－3 ml＝3.6×10－3 ml，
v(Cl2)＝eq \f(3.6×10－3 ml,4 min)＝9.0×10－4 ml·min－1
所以v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×9.0×10－4 ml·min－1＝1.8×10－3 ml·min－1。
解法二 设HCl转化的物质的量为n，则
2HCl(g)＋eq \f(1,2)O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)
2 1
n (5.4－1.8)×10－3 ml
解得n＝7.2×10－3 ml，
所以v(HCl)＝eq \f(7.2×10－3 ml,6.0－2.0 min)＝1.8×10－3 ml·min－1。
5．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为SO3(g)是关键的一步，550 ℃时，在1 L的恒温容器中，反应过程中部分数据见下表：
若在起始时总压为p0 kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，而气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10 min内SO2(g)的反应速率v(SO2)＝_______ kPa·min－1。
答案 eq \f(p0,30)
解析 列出“三段式”
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
初始/ml 4 2 0
转化/ml 2 1 2
10 min/ml 2 1 2
气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10 min时体系总压p10 min满足eq \f(p0kPa,p10 min)＝eq \f(6 ml,5 ml)，即p10 min＝eq \f(5,6)p0 kPa，p初始(SO2)＝eq \f(2,3)p0 kPa，p10 min(SO2)＝eq \f(5,6)p0×eq \f(2,5)＝eq \f(1,3)p0 kPa，故v(SO2)＝(eq \f(2,3)p0 kPa－
eq \f(1,3)p0 kPa)÷10 min＝eq \f(1,30)p0 kPa·min－1。
题组三 速率常数的应用
6．工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)该反应的逆反应速率表达式为v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
由上述数据可得该温度下，c2＝___ml·L－1，该反应的逆反应速率常数k＝__L3·ml－3·min－1。
答案 0.2 1.0×104
解析 根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：ceq \\al(3,1)＝eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)，c2＝eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)，所以有k×eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)×eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)＝16.0 ml·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·ml－3·min－1，带入c2的等式可得c2＝0.2 ml·L－1。
7．300 ℃时，2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得速率和浓度的关系如下表：
n＝________；k＝________。
答案 2 4.0×10－8 L·ml－1·s－1
解析 根据表格①②中的数据，带入速率公式然后做比值：eq \f(3.60×10－9,1.44×10－8)＝eq \f(k×0.3n,k×0.6n)，解得n＝2，将n代入①中得k＝4×10－8 L·ml－1·s－1。
1．速率常数的含义
速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 ml·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
2．速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应：aA＋bB===gG＋hH
则v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。
如：①SO2Cl2SO2＋Cl2 v＝k1·c(SO2Cl2)
②2NO22NO＋O2 v＝k2·c2(NO2)
③2H2＋2NON2＋2H2O v＝k3·c2(H2)·c2(NO)
3．速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。
考点二 影响化学反应速率的因素
1．内因
反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg＞Al。
2．外因
3．用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响
4.理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：如图
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。(注：E2为逆反应的活化能)
③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
5．稀有气体对反应速率的影响
A(g)＋B(g)C(g)，恒温恒容，充入氦气，对反应速率有何影响？恒温恒压，充入氦气，对反应速率又有何影响？
(1)催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后的性质保持不变(×)
错因：催化剂反应前后的化学性质不变，物理性质发生改变。
(2)升温时吸热反应速率增大，放热反应速率减小(×)
错因：升温时，吸热反应、放热反应速率均增大。
(3)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率
(×)
错因：加入CuSO4形成原电池，使化学反应速率加快，而加入CH3COONa，会生成CH3COOH，c(H＋)减小，反应速率减慢。
(4)碳酸钙与盐酸反应的过程中，再增加CaCO3固体，可以加快反应速率(×)
错因：CaCO3的浓度为常数，化学反应速率保持不变。
(5)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大(×)
错因：增大反应物的浓度，能增大活化分子的浓度，其百分数保持不变。
(6)100 mL 2 ml·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变(×)
错因：加入氯化钠溶液，相当于对溶液稀释，c(H＋)减小，反应速率应减小。
一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)缩小体积使压强增大：__________，原因是_______________________________________。
(2)恒容充入N2：__________。
(3)恒容充入He：__________，原因是_________________________________________。
(4)恒压充入He：__________。
答案 (1)增大 单位体积内，活化分子数目增加，有效碰撞的次数增多 (2)增大 (3)不变 单位体积内活化分子数不变 (4)减小
题组一 化学反应速率影响因素的基本应用
1．某温度下，在容积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s) ΔH>0。下列叙述正确的是( )
A．向容器中充入氩气，反应速率不变
B．加入少量W，逆反应速率增大
C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．将容器的容积压缩，可增大单位体积内活化分子的百分数，有效碰撞次数增大
答案 A
解析 向恒容容器中充入氩气，各反应组分的浓度不变，反应速率不变，A项正确；W为固态，加入少量W，反应速率不变，B项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，C项错误；将容器的容积压缩，可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数，但活化分子百分数不变，D项错误。
2．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是( )
答案 C
解析 由于K比Na活泼，故大小相同的金属K和Na与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲中快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙中反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
题组二 催化剂、活化能与转化效率
3．(2020·天津一中调研)已知分解1 ml H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为
H2O2＋I－―→H2O＋IO－ 慢
H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－ 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A．反应速率与I－浓度有关B．IO－也是该反应的催化剂
C．反应活化能等于98 kJ·ml－1D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
答案 A
解析 A项，将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，该反应中I－作催化剂，其浓度的大小将影响该反应的反应速率；B项，该反应中IO－是中间产物，不是该反应的催化剂；C项，反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量，分解1 ml H2O2放出98 kJ热量，不能据此判断该反应的活化能；D项，由反应速率与对应物质的化学计量数的关系可知v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)。
4．(2019·山东临沂一模)已知反应2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－752 kJ·ml－1的反应机理如下：
①2NO(g)N2O2(g) (快)
②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g) (慢)
③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g) (快)
下列有关说法错误的是( )
A．①的逆反应速率大于②的正反应速率
B．②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C．N2O2和N2O是该反应的催化剂
D．总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大
答案 C
解析 ①为快反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较小，反应更容易发生；②为慢反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较大，②中正反应的活化能大于①中逆反应的活化能，因此①的逆反应速率大于②的正反应速率，A项正确；②反应为慢反应，反应慢说明反应的活化能大，物质微粒发生碰撞时，许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B项正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C项错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D项正确。
5．[2018·江苏，20(4)]将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是__________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_______________________。
答案 迅速上升段是催化剂活性随温度的升高增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大 催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
解析 温度升高，反应速率增大，同时催化剂的活性增大也会提高反应速率。一段时间后催化剂活性增大幅度变小，主要是温度升高使反应速率增大。当温度超过一定值时，催化剂的活性下降，同时氨气与氧气反应生成NO而使反应速率减小。
绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随着温度的升高，反应速率逐渐增大，物质转化效率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，14改编]1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H＋进攻1,3-丁二烯生成碳正离子()；第二步Br－进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 ℃和40 ℃时，1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是( )
A．1,4-加成产物不如1,2-加成产物稳定
B．与0 ℃相比，40 ℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C．从0 ℃升至40 ℃，1,2-加成正反应速率增大，1,4-加成正反应速率减小
D．从0 ℃升至40 ℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案 D
解析 A项，由图可知1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，前者更稳定，错误；B项，由图可知，第一步为吸热反应，第二步为放热反应，升高温度第二步平衡逆向移动，1,3-丁二烯的转化率减小，错误；C项，升高温度，反应速率均增大，错误；D项，1,2-加成反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以从0 ℃升至40 ℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，正确。
2．(2018·全国卷Ⅰ，28)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填字母)。
A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
答案 AC
解析 第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。
3．[2020·全国卷Ⅱ，28(2)]高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4eq \(――→,\s\up7(高温))C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝k× SKIPIF 1 < 0 ，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝________ r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________。
A．增加甲烷浓度，r增大
B．增加H2浓度，r增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大
D．降低反应温度，k减小
答案 ①(1－α) ②AD
解析 ①甲烷的转化率为α时， SKIPIF 1 < 0 ＝(1－α) SKIPIF 1 < 0 ，则eq \f(r2,r1)＝ SKIPIF 1 < 0 ＝1－α，即r2＝(1－α)r1。②A对，由速率方程知，甲烷的浓度越大，反应越快；B错，H2的浓度大小不影响r；C错，反应过程中 SKIPIF 1 < 0 逐渐减小，故C2H6的生成速率逐渐减小；D对，降低反应温度，反应速率减小，故k减小。
4．[2019·全国卷Ⅱ，27(3)]环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是______(填字母)。
A．T1>T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 ml·L－1
答案 CD
解析 由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T15．[2018·全国卷Ⅱ，27(2)]CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·ml－1
反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是______________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填字母)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k· p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________。
答案 ①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对较小，消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)
解析 ①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
1．5.6 g铁粉投入到足量的100 mL 2 ml·L－1的稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解，下列表示这个反应的速率正确的是( )
A．v(Fe)＝0.5 ml·L－1·min－1
B．v(H2SO4)＝1 ml·L－1·min－1
C．v(H2)＝0.5 ml·L－1·min－1
D．v(FeSO4)＝0.5 ml·L－1·min－1
答案 D
解析 Fe是固体，不能用来表示化学反应速率，A错误；Fe与稀硫酸发生反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，2 min时铁粉刚好溶解，铁反应的物质的量是0.1 ml，根据方程式可知硫酸反应的物质的量是0.1 ml，则v(H2SO4)＝eq \f(0.1 ml,0.1 L×2 min)＝0.5 ml·L－1·min－1，B错误；该反应为溶液中的反应，无法表示氢气的浓度变化，C错误；根据方程式可知：n(Fe)∶n(FeSO4)＝1∶1，所以n(FeSO4)＝0.1 ml，则v(FeSO4)＝eq \f(0.1 ml,0.1 L×2 min)＝0.5 ml·L－1·min－1，D正确。
2．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行，下列条件的改变对其化学反应速率几乎无影响的是( )
A．保持容积不变，增加H2O(g)的物质的量
B．将容器的容积缩小一半
C．保持容积不变，充入Ar使压强增大
D．保持压强不变，充入Ar使容积增大
答案 C
解析 容积不变，增加H2O(g)的物质的量，反应物浓度增大，化学反应速率加快，A不符合题意；将容器的容积缩小一半，反应物的浓度增大，化学反应速率加快，B不符合题意；保持容积不变，充入Ar，Ar不参与反应，反应体系中各物质的浓度不变，化学反应速率不变，C符合题意；保持压强不变，充入Ar，容器的容积变大，反应物的浓度减小，化学反应速率减小，D不符合题意。
3．一定温度下反应：4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少0.6 ml·L－1，对此反应速率的表示正确的是( )
A．用A表示的反应速率是0.4 ml·L－1·min－1
B．分别用B、C、D表示反应速率，其比值是1∶2∶3
C．在2 min末的反应速率，用B表示为0.3 ml·L－1·min－1
D．在这2 min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
答案 D
解析 A是固体，不能用其浓度的变化来表示反应速率；vB＝0.3 ml·L－1·min－1表示2 min内的平均反应速率，在2 min末的速率为瞬时速率，不等于0.3 ml·L－1·min－1；在反应过程中B的浓度逐渐减小，故A、B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小。
4．2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·ml－1，在V2O5存在时，该反应的机理为：V2O5＋SO2===2VO2＋SO3(快)，4VO2＋O2===2V2O5(慢)。下列说法正确的是( )
A．反应速率主要取决于V2O5的质量
B．VO2是该反应的催化剂
C．逆反应的活化能大于198 kJ·ml－1
D．增大SO2的浓度可显著提高反应速率
答案 C
解析 由反应机理可得，V2O5是该反应的催化剂，反应速率与催化剂V2O5的质量有一定关系，但主要取决于催化剂V2O5的表面积，A、B项错误；ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝－198 kJ·ml－1，所以逆反应的活化能大于198 kJ·ml－1，C项正确；使用催化剂可以显著提高反应速率，增大SO2的浓度可以提高反应速率(不是显著提高)，D项错误。
5．某学习小组为了探究BrOeq \\al(－,3)＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O反应速率(v)与反应物浓度的关系，在20 ℃进行实验，所得的数据如下表：
下列结论不正确的是( )
A．若温度升高到40 ℃，则反应速率增大
B．实验②④，探究的是c(BrOeq \\al(－,3))对反应速率的影响
C．若该反应速率方程为v＝k·ca(BrOeq \\al(－,3))·cb(Br－)·cc(H＋)(k为常数)，则c＝2
D．实验⑤中，v1 ＝4.8×10－8
答案 B
解析 温度升高，化学反应速率增大，A正确；②和④对比，BrOeq \\al(－,3)和Br－浓度都不一样，因此探究的是BrOeq \\al(－,3)和Br－对反应速率的影响，B错误；②和③代入数值，求出c＝2，C正确。
6．为研究某溶液中溶质R的分解速率的影响因素，分别用三份不同初始浓度的R溶液在不同温度下进行实验，c(R)随时间变化如图。下列说法不正确的是( )
A．25 ℃时，在10～30 min内，R的分解平均速率为0.030 ml·L－1·min－1
B．对比30 ℃和10 ℃曲线，在50 min时，R的分解百分率相等
C.对比30 ℃和25 ℃曲线，在0～50 min内，能说明R的分解平均速率随温度的升高而增大
D．对比30 ℃和10 ℃曲线，在同一时刻，能说明R的分解速率随温度的升高而增大
答案 D
解析 v(R)＝eq \f(1.4－0.8ml·L－1,20 min)＝0.030 ml·L－1·min－1，A正确；在50 min时，30 ℃和10 ℃条件下R全部分解，分解率均为100%，B正确；在50 min、30 ℃时，R分解了1.6 ml·L－1，而在25 ℃时，R分解了1.3 ml·L－1，所以在0～50 min内，R的平均分解速率随温度的升高而增大，C正确；对比30 ℃和10 ℃的曲线，不能在同一时刻，应指明在同一段时间内R的分解速率随温度的升高而增大，D错误。
7．在含Fe3＋的S2Oeq \\al(2－,8)和I－的混合溶液中，反应S2Oeq \\al(2－,8)(aq)＋2I－(aq)===2SOeq \\al(2－,4)(aq)＋I2(aq)的分解机理及反应进程中的能量变化如下：
步骤①：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)===I2(aq)＋2Fe2＋(aq)
步骤②：2Fe2＋(aq)＋S2Oeq \\al(2－,8)(aq)===2Fe3＋(aq)＋2SOeq \\al(2－,4)(aq)
下列有关该反应的说法正确的是( )
A．化学反应速率与Fe3＋浓度的大小有关
B．该反应为吸热反应
C．Fe2＋是该反应的催化剂
D．若不加Fe3＋，则正反应的活化能比逆反应的大
答案 A
解析 铁离子可以看作该反应的催化剂，根据反应的机理，化学反应速率与Fe3＋浓度的大小有关，故A正确；反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，故B不正确；Fe3＋是该反应的催化剂，故C不正确；此反应为放热反应，不管加不加催化剂，正反应的活化能都低于逆反应的活化能，故D错误。
8．工业上，可采用还原法处理尾气中的NO，其原理为2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g) ΔH<0。在化学上，正反应速率方程式可表示为v正＝k正·cm(NO)·cn(H2)，逆反应速率方程式可表示为v逆＝k逆·cx(N2)·cy(H2O)，其中，k表示反应速率常数，只与温度有关，m、n、x、y为反应级数，由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2，在T ℃下进行实验，测得有关数据如下：
下列有关推断正确的是( )
A．上述反应中，正反应活化能大于逆反应活化能
B．若升高温度，则k正增大，k逆减小
C．在上述反应中，反应级数：m＝2，n＝1
D．在一定温度下，NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同
答案 C
解析 题中反应的正反应是放热反应，反应热等于正反应的活化能与逆反应的活化能之差，由此推知，正反应活化能小于逆反应活化能，A项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，故正、逆反应速率常数都增大，B项错误；由①②组实验数据可知，eq \f(1.656k正,0.414k正)＝eq \f(k正·0.10m·0.40n,k正·0.10m·0.10n)＝4n，则n＝1，同理，根据①③组实验数据可求得m＝2，C项正确；由于正反应速率表达式中NO、H2的反应级数不相等，所以，NO、H2的浓度对正反应速率的影响程度不相同，D项错误。
9．某小组进行实验：向硫酸酸化的过氧化氢溶液中加入碘化钾、淀粉和硫代硫酸钠的混合溶液，一段时间后溶液变蓝。查阅资料知体系中存在两个主要反应：
反应i：H2O2(aq) ＋ 2I－(aq) ＋ 2H＋(aq)===I2(aq)＋2H2O(l) ΔH1＝－247.5 kJ·ml－1
反应ii：I2(aq)＋2S2Oeq \\al(2－,3)(aq)===2I－(aq) ＋ S4Oeq \\al(2－,6)(aq) ΔH2＝－1 021.6 kJ·ml－1
(1)下列实验方案可证实上述反应过程。将实验方案补充完整(所用试剂浓度均为0.01 ml·L－1)。
a．向酸化的H2O2溶液中加入________溶液，溶液几秒后变为蓝色。
b．________，溶液立即褪色。
(2)探究c(H＋)对反应速率的影响，实验方案如下表所示。(所用试剂除H2O以外，浓度均为0.01 ml·L－1)
①将实验b补充完整。
②对比实验a和实验b，t1________(填“>”或“<”)t2。
③结合(1)中现象解释溶液混合后一段时间才变蓝的原因：________________________。
④利用实验a的数据，计算t1秒内H2O2与S2Oeq \\al(2－,3)反应的平均反应速率(用H2O2浓度的变化表示)________ml·L－1·s－1。
答案 (1)a.淀粉碘化钾 b．向a中所得蓝色溶液中加入硫代硫酸钠溶液
(2)①5 8 3 2 ②< ③反应ⅰ慢，反应ⅱ快，反应ⅰ生成的I2立即与S2Oeq \\al(2－,3)反应，直至S2Oeq \\al(2－,3)被消耗尽，再生成的I2才能使淀粉变蓝 ④eq \f(2.5×10－3,t1)
解析 (1)a.向酸化的H2O2溶液中加入淀粉碘化钾溶液，碘离子被氧化生成碘单质使淀粉变蓝，故溶液几秒后变为蓝色；b.向a中所得蓝色溶液中加入硫代硫酸钠溶液，碘被还原生成碘离子，溶液立即褪色。(2)①探究c(H＋)对反应速率的影响，为使探究时每次只改变一个条件，所加溶液总体积必须相等，则实验b中数据分别为5、8、3、2；②对比实验a和实验b，实验a中c(H＋)较大，浓度越大化学反应速率越快，故t110．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：
①在0～1、1～2、 2～3、3～4、4～5 min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________(填字母)。
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 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% 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_______________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①2～3 该反应放热，温度升高而使反应速率加快，此时温度的影响起主要作用 4～5 该反应消耗H＋，使H＋浓度减小而使反应速率减慢，此时H＋浓度的影响起主要作用
②d
(2)①2H2O2eq \(=====,\s\up7(FeCl3))2H2O＋O2↑ ②其他条件相同时，探究温度对H2O2分解速率的影响 ③将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中(或向两支试管中同时滴入2滴1 ml·L－1的FeCl3溶液)，观察产生气泡的速率
解析 (1)①在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5 min各时间段中，ΔV分别为50 mL、(120－50)mL＝70 mL、(232－120)mL＝112 mL、(290－232)mL＝58 mL、(310－290)mL＝20 mL，所以反应速率最快的是2～3 min、最慢的是4～5 min；在2～3 min内反应放热，温度升高，速率加快，此时温度的影响起主要作用；在4～5 min时，消耗H＋使H＋浓度减小而减慢反应速率，此时H＋浓度的影响起主要作用。②加Na2CO3溶液，硫酸和碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，导致和锌反应的氢离子总物质的量减少，氢气的生成量减少，不符合条件，故a错误；加氢氧化钠溶液，硫酸和氢氧化钠反应生成硫酸钠和水，导致和锌反应的氢离子总物质的量减少，氢气的生成量减少，不符合条件，故b错误；加稀HNO3，硝酸具有强氧化性，和锌反应不生成氢气，不符合条件，故c错误；加入水，氢离子浓度减小、反应速率减慢，氢离子总物质的量不变，则不影响氢气的生成量，符合条件，故d正确。
(2)②分别在试管A、B中加入2 mL 5% H2O2溶液，各滴入2滴1 ml·L－1的FeCl3溶液，试管中均有适量气泡出现，说明过氧化氢分解能发生，待试管A、B中均有适量气泡出现时，将试管A放入盛有5 ℃冷水的烧杯中，将试管B放入盛有40 ℃热水的烧杯中，两支试管不同点是试管A的温度比试管B的温度低，说明研究的是其他条件相同时，探究温度对H2O2分解速率的影响。③影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、气体的压强、催化剂、固体的表面积等，为加快反应速率使反应现象明显，可从温度或催化剂的影响角度考虑，例如将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中或向两支试管中同时滴入2滴1 ml·L－1的FeCl3溶液，观察产生气泡的速率。
11．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试管中加入CCl4，B试管中不加CCl4，分别振荡、静置。观察到的现象是________________________________________________________。
(4)资料4：I－(aq)＋I2(aq)Ieq \\al(－,3)(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10 mL 0.10 ml·L－1 KI溶液，达平衡后，相关微粒浓度如下：
①a＝________。
②该平衡体系中除了含有I－、I2、Ieq \\al(－,3)外，一定还含有其他含碘微粒，理由是_____________
________________________________________________________________________。
答案 (1)2H2O2eq \(=====,\s\up7(KI))2H2O＋O2↑ (2)a (3)①下层溶液呈紫红色 ②在水溶液中I2的浓度降低 A试管中产生气泡明显变少；B试管中产生气泡速率没有明显减小 (4)①2.5×10－3 ②2c(I2)＋c(I－)＋3c(Ieq \\al(－,3))＜0.033 ml·L－1
解析 (1)H2O2＋I－===H2O＋IO－，H2O2＋IO－===H2O＋O2↑＋I－，把两式加和，即可得到总反应的化学方程式为2H2O2eq \(=====,\s\up7(KI))2H2O＋O2↑。
(2)加入KI后，一步反应分为两步进行，也就是改变了反应的路径，a正确；加入KI后，反应物和生成物的能量都没有改变，b不正确；由图中可知，H2O2＋I－===H2O＋IO－的反应物总能量小于生成物总能量，所以该反应是吸热反应，c不正确。
(3)①加CCl4并振荡、静置后还可观察到下层溶液呈紫红色，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.在水溶液中I2的浓度降低。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试管中加入CCl4，B试管中不加CCl4，分别振荡、静置。观察到的现象是H2O2溶液的浓度相同，但产生气泡的速率差异很大。
(4)①K＝eq \f(4.0×10－3,2.5×10－3×a)＝640，由此可求出a＝2.5×10－3。②该平衡体系中除了含有I－、I2、Ieq \\al(－,3)外，一定还含有其他含碘微粒，理由是原来溶液中，c(I－)＝eq \f(10×10－3 mL×0.1 ml·L－1,30×10－3 mL)≈0.033 ml·L－1；现在溶液中I－、I2、Ieq \\al(－,3)中所含I元素的浓度和为2c(I2)＋c(I－)＋3c(Ieq \\al(－,3))＝(2×2.5×10－3＋2.5×10－3＋3×4.0×10－3)ml·L－1＝0.019 5 ml·L－1<0.033 ml·L－1，I元素不守恒，说明产物中还有其他含碘微粒。t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
α/%
0
33.0
41.8
48.8
58.0
69.0
70.4
71.0
71.0
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 ml
0
1.8
3.7
5.4
7.2
反应时间/min
SO2(g)/ml
O2(g)/ml
SO3(g)/ml
0
4
2
0
5
1.5
10
2
15
1
CO浓度/(ml·L－1)
H2浓度/(ml·L－1)
逆反应速率/(ml·L－1·min－1)
0.1
c1
8.0
c2
c1
16.0
c2
0.15
6.75
序号
c(ClNO)/(ml·L－1)
v/(ml·L－1·s－1)
①
0.30
3.60×10－9
②
0.60
1.44×10－8
③
0.90
3.24×10－8
图像
图像分析
(1)其他反应条件一定，化学反应速率随反应物浓度的增大而增大
(2)其他反应条件一定，化学反应速率随温度的升高而增大
(3)有气体参加的反应，化学反应速率随着压强的增大而增大
(4)有气体参加的反应，化学反应速率随着容器体积的增大而减小
(5)分别在较低温度和较高温度下反应，化学反应速率随着压强的增大及温度的升高而增大
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
Na
K
B
4 mL 0.01 ml·L－1 KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1 ml·L－1的H2C2O4溶液
0.2 ml·L－1的H2C2O4溶液
C
5 mL 0.1 ml·L－1 Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 ml·L－1 H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
积碳反应
CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
消碳反应
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH/kJ·ml－1
75
172
活化能/
kJ·ml－1
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
实验编号
相关数据
①
②
③
④
⑤
c(H＋)/(ml · L－1)
0.008
0.008
0.004
0.008
0.004
c(BrOeq \\al(－,3))/(ml· L－1)
0.001
0.001
0.001
0.002
0.002
c(Br－)/(ml· L－1)
0.10
0.20
0.20
0.10
0.40
v/(ml·L－1·s－1)
2.4×10－8
4.8×10－8
1.2×10－8
4.8×10－8
v1
实验
c(NO)/ (ml·L－1)
c(H2)/ (ml·L－1)
v正/(ml·L－1·min－1)
①
0.10
0.10
0.414k正
②
0.10
0.40
1.656k正
③
0.20
0.10
1.656k正
实验序号
a
b
试剂
H2O2/mL
5
H2SO4/mL
4
2
Na2S2O3/mL
8
KI(含淀粉)/mL
3
H2O
0
将上述溶液迅速混合观察现象
溶液变蓝所需时间为t1秒
溶液变蓝所需时间为t2秒
时间/min
1
2
3
4
5
氢气体积/mL
50
120
232
290
310
微粒
I－
I2
Ieq \\al(－,3)
浓度/(ml·L－1)
2.5×10－3
a
4.0×10－3