第42讲 化学反应速率 工业合成氨(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 单选版）

第42讲　化学反应速率　工业合成氨 【课程标准】　1.知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。2.掌握影响化学反应速率的因素，并能用有关理论解释。 考点一　化学反应速率的概念及计算 1．化学反应速率 (1)概念 通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。 (2)表示方法及单位 v＝，单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。 (3)与化学方程式中化学计量数的关系 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。 (4)注意事项 ①不能用固体或纯液体来表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。 ②化学反应速率一般指平均速率而不是瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。 ③同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的化学反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。 2．化学反应中各物质浓度的计算模型——“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。 例如：反应　　　 mA　＋　nB　pC 起始浓度(mol·L－1) a b c 转化浓度(mol·L－1) x 某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋ (3)根据已知条件列式计算。 [正误辨析] 1．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1(　　) 学生用书↓第233页 2．由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值(　　) 3．有时也可以用单位时间内某物质质量的变化量来表示化学反应速率(　　) 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(　　) 答案：1.×　2.×　3.√　4.× (2022·广东卷，15D改编)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝ 。 答案： 1.0 mol·L－1·min－1 解析：使用催化剂Ⅰ时，在0～2 min 内，Y的浓度变化了4.0 mol/L，则v(Y)＝＝＝2.0 mol·L－1·min－1，v(X)＝v(Y)＝×2.0 mol·L－1·min－1＝1.0 mol·L－1·min－1。 (2022·浙江6月选考，20A改编)恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，如下表所示，则实验①，0～20 min，v(N2)＝ 。 编号 时间/min c (NH3)/( 10－3 mol·L－1) 表面积/cm2 0 20 40 60 80 ① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80 ② a 1.20 0.80 0.40 x ③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40 答案：1.00×10－5 mol·L－1·min－1 解析：实验①中，0～20 min，v(N2)＝v(NH3)＝×(2.40×10－3 mol·L－1－2.00×10－3 mol·L－1)÷20 min＝1.00×10－5 mol·L－1·min－1。 考向一　定量比较化学反应速率的大小 1．已知反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋4D(g)在不同条件下的化学反应速率如下： ①v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1 ②v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1 ③v(C)＝0.8 mol·L－1·s－1 ④v(D)＝6 mol·L－1·min－1 该化学反应在上述4种条件下由快到慢的顺序为 。 答案：②＞③＞①＞④ 解析：①v(B)＝v(A)＝0.25 mol·L－1·s－1，②v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1，③v(B)＝v(C)＝×0.8 mol·L－1·s－1≈0.27 mol·L－1·s－1，④v(B)＝v(D)＝×6 mol·L－1·min－1＝1.5 mol·L－1·min－1＝0.025 mol·L－1·s－1，故该化学反应由快到慢的顺序为②＞③＞①＞④。 归纳总结 定量比较化学反应速率大小的两种方法 1．归一法：先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。 2．比值法：先统一单位，再比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，若＞，则用A表示时的反应速率比用B表示时大。　　 考向二　用浓度变化表示的化学反应速率的计算 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 mol·L－1，15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的关系如表所示。 t/s 120 180 240 330 600 700 800 α/% 33.0 41.8 48.8 58.0 70.4 71.0 71.0 计算该反应在180～240 s区间的平均反应速率(写出计算过程)。 答案：5.8×10－5 mol·L－1·s－1(计算过程见解析) 解析：v(180～240 s)＝ ≈5.8×10－5 mol·L－1·s－1。 考向三　用其它物理量表示的化学反应速率的计算 3．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：由单位可知v＝＝30 mL·g－1·min－1。 学生用书↓第234页 4．在新型RuO2催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应2HCl(g)＋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： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/10－3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2 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mol·min－1为单位，写出计算过程)。 答案：1.8×10－3 mol·min－1(计算过程见解析) 解析：解法一：2.0～6.0 min内，Δn(Cl2)＝5.4×10－3 mol－1.8×10－3 mol＝3.6×10－3 mol，v(Cl2)＝＝9.0×10－4 mol·min－1，所以v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×9.0×10－4 mol·min－1＝1.8×10－3 mol·min－1。 解法二：设HCl转化的物质的量为n，则 2HCl(g)＋O2(g)H2O(g)＋Cl2(g) 　2　　　　　　　　　　　 1 　n　　　　　　　(5.4－1.8)×10－3 mol 解得n＝7.2×10－3 mol， 所以v(HCl)＝＝1.8×10－3 mol·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表： 反应时间/min SO2(g)/mol O2(g)/mol SO3(g)/mol 0 4 2 0 5 1.5 10 2 15 1 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： 解析：列出“三段式” 　　　　　 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 初始/mol 4 2 0 转化/mol 2 1 2 10 min/mol 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＝，即p10 min＝p0 kPa，p初始(SO2)＝p0 kPa，p10 min(SO2)＝p0 kPa×＝p0 kPa，故v(SO2)＝÷10 min＝ kPa·min－1。 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v(Mg)>v(Al)。 2．外因(其他条件不变，只改变一个条件) 3．压强对化学反应速率的影响 一定温度下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在密闭容器中进行，分析下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“无影响”)。 (1)缩小体积增大压强：增大； (2)恒容充入氢气：增大； (3)恒容充入氮气：无影响； (4)恒压充入氮气：减小。 4．理论解释——有效碰撞 (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(必须具有足够的能量)。 ②活化能：如图 图中：E1表示反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2(注：E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量)。 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 思路：外界条件→活化分子→有效碰撞→反应速率变化 学生用书↓第235页 条件改变 单位体积内 有效碰撞次数 反应速率 分子 总数 活化 分子数 活化分子 百分数 增大反应 物浓度 增加 增加 不变 增加 增大 增大压强 增加 增加 不变 增加 增大 升高温度 不变 增加 增加 增加 增大 加催化剂 不变 增加 增加 增加 增大 [正误辨析] 1．催化剂都不参加化学反应(　　) 2．升高温度时，不论正反应是吸热还是放热，正、逆反应的速率都增大(　　) 3．可逆反应中减小产物的浓度可增大正反应的速率(　　) 4．增大反应体系的压强，反应速率不一定增大(　　) 5．对可逆反应FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快(　　) 答案：1.×　2.√　3.×　4.√　5.× (2021·辽宁卷)某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是(　　) A．其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大 B．其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大 C．条件①，反应速率为0.012 mol·L－1·min－1 D．条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为62.5 min 答案：B 解析：由题图中曲线①②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所需要的时间越短，故反应速率越大，A项正确；由题图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯的浓度①是③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关，B项错误；条件①，反应速率为v＝＝＝0.012 mol·L－1·min－1，C项正确；反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，由题干图中数据可知，条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为125 min÷2＝62.5 min，D项正确。 (2023·浙江6月选考)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 。 在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是 。 答案：温度过高时，不利于反应物分子在催化剂表面的吸附，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小；温度过高还会导致催化剂的活性降低，从而使化学反应速率减小 1．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　) 选项 反应温度/℃ Na2S2O3 溶液 稀H2SO4 H2O V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1) V/mL A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 答案：D 解析：结合选项知混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度最高、反应物Na2S2O3的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。2.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)如表。 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 学生用书↓第236页 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 答案：C 解析：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。 3．在有气体参与的反应中，①增大反应物浓度、②升高温度、③增大压强(压缩体积)、④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题(填序号)： (1)降低反应活化能的是 。 (2)增加活化分子百分数的是 。 (3)未改变活化分子百分数，增加单位体积内分子总数的是 。 (4)增加单位体积内活化分子数的是 。 答案：(1)④　(2)②④　(3)①③　(4)①②③④ 归纳总结 外界条件对化学反应速率影响的两个易错点 1．增加或减少反应物的量并不一定能改变反应速率，如固体和纯液体在反应中可视为浓度不变，故增加其量并不能加快反应速率。 2．不论是吸热反应还是放热反应，温度对反应速率的影响具有一致性。升高温度，正、逆反应速率都增大，但增大的倍数不同；降低温度，正、逆反应速率都减小，不会出现v正增大，同时v逆减小的情况。　　 1．考查形式 (1)以表格的形式给出多组实验数据，让考生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。 (2)给出影响化学反应速率的几种因素，让考生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。 2．解题策略 (1)确定变量 首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。 (2)控制变量——定多变一 在探究过程中，应该先确定其他的因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种因素的影响以后，再通过以上方法确定另一种因素的影响，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。 (3)数据有效 选择数据(或设置实验)要有效，保证变量统一才能做出正确的判断。 3．实例分析 探究温度、催化剂对反应：2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量，其他的则控制为不变量。 探究对象的反应 2H2O2===2H2O＋O2↑ 控制的可变量 催化剂 温度 控制的不变量 浓度、温度等 浓度、催化剂等 实验方案 取相同量的5% H2O2溶液于两支规格相同的试管中，向其中一支试管中加入少量MnO2，另一支不加，在常温下观察 取相同量的5% H2O2溶液于两支规格相同的试管中，给其中一支试管加热，另一支不加热，观察 学生用书↓第237页 1．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(　　) 实验编号 温度/℃ 酸性KMnO4溶液 H2C2O4溶液 ① 25 4 mL 0.01 mol·L－1 2 mL 0.1 mol·L－1 ② 25 4 mL 0.01 mol·L－1 2 mL 0.2 mol·L－1 ③ 50 4 mL 0.01 mol·L－1 2 mL 0.1 mol·L－1 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 答案：D 解析：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。 2．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 解析：A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由题图可知，Mn2＋存在时，0.1 mol·L－1 NaOH溶液中H2O2的分解速率比1.0 mol·L－1 NaOH溶液中的快，错误；D项，由题图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，对H2O2分解速率影响大，正确。 3．某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如表所示： 序号 纯锌粉(g) 2.0 mol·L－1硫酸溶液(mL) 温度(℃) 硫酸铜固体(g) 加入蒸馏水(mL) Ⅰ 2.0 50.0 25 0 0 Ⅱ 2.0 40.0 25 0 10.0 Ⅲ 2.0 50.0 25 0.2 0 Ⅳ 2.0 50.0 25 4.0 0 (1)本实验待测数据可以是 ， 实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究 对锌与稀硫酸反应速率的影响。 (2)实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是 。 答案：(1)反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间)　硫酸浓度 (2)探究硫酸铜的质量对反应速率的影响 4．碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L－1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L－1 K2S2O8、0.10 mol·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＋2I－===2SO＋I2(慢)，I2＋2S2O===2I－＋S4O(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 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与S2O初始的物质的量需满足的关系为n(S2O)∶n(S2O) 。 (2)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： 学生用书↓第238页 实验序号 体积V/mL K2S2O8溶液 水 KI溶液 Na2S2O3溶液 淀粉溶液 ① 10.0 0.0 4.0 4.0 2.0 ② 9.0 1.0 4.0 4.0 2.0 ③ 8.0 Vx 4.0 4.0 2.0 表中Vx＝ mL，理由是 。 (3)已知某条件下，浓度c(S2O)和反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O)-t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。 答案：(1)S2O(其他合理写法也可)　<2 (2)2.0　保证反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质的浓度不变 (3)如图所示 解析：(1)淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3耗尽。由题给离子方程式可得关系式S2O～I2～2S2O，n(S2O)∶n(S2O)<2时，能观察到蓝色。(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。(3)降低温度时，化学反应速率减慢，c(S2O)变化减慢。加入催化剂时，化学反应速率加快，c(S2O)变化加快。 5．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下： (1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。 实验编号 初始pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示： (2)实验①和②的结果表明 ； 实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝ mol·L－1·min－1(用代数式表示)。 (3)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三： 假设一：Fe2＋起催化作用； 假设二： ； 假设三： ； …… (4)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。 [除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定] 实验方案 (不要求写具体操作过程) 预期实验结果和结论 答案：(1)20　20(合理即可) (2)pH越小，该反应速率越快　 (3)Al3＋起催化作用　SO起催化作用 (4) 实验方案 (不要求写具体操作过程) 预期实验结果和结论 用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验 反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O)大于实验①中的c(Cr2O)，则假设一成立；若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立 (本题为开放性题目，其他答案合理均可) 解析：(1)由“调节不同的初始pH和一定浓度的草酸溶液用量，做对比实验”可知实验①②是为了对比pH的不同对速率的影响，实验②③是为了对比草酸浓度的不同对速率的影响，所以在实验③中草酸溶液和蒸馏水的总体积为40 mL即可(但不能与实验②的用量相同)。(2)图像中曲线的斜率越大，说明反应速率越快，所以由实验①②条件对照可知，pH越小，该反应速率越快。Cr2O氧化H2C2O4后，本身被还原为Cr3＋，由Cr元素质量守恒得关系式：Cr2O～2Cr3＋，故v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝。(3)加入铁明矾后的混合液中含Fe2＋、Al3＋、SO，所以假设二、假设三分别为Al3＋起催化作用、SO起催化作用。(4)用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验。在此条件下，溶液中只相差Fe2＋，若反应进行相同时间后，溶液中c(Cr2O)大于实验①中的c(Cr2O)，则假设一成立；若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立。 学生用书↓第239页 考点三　化学反应的调控——工业合成氨 1．化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制 2.控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 3．工业合成氨反应的适宜条件 (1)理论分析 增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同： 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的 反应速率 增大反应物浓度 高温 高压 使用 提高平衡混合 物中氨的含量 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响 (2)实际工业合成氨反应的适宜条件 ①压强：1×107～1×108 Pa。 ②温度：700 K左右。 ③催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。 ④浓度：N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8。 (2023·辽宁卷)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是 (填字母)。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 答案：cd 解析：由题图可知，温度高于一定值时，温度升高，反应速率减小，a错误；在相同温度下，转化率越低，反应速率越快，但在转化率小于88%时的反应速率图像并未给出，无法判断α＝0.88是否代表平衡转化率，b错误；由题图可知，α越大，反应速率最大值对应温度越低，c正确；可根据不同α下的最大速率选择最佳生产温度，d正确。 1．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH<0。 学生用书↓第240页 (1)必须除去原料气中CO的原因是 。 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的适宜生产条件应是 。 (3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的适宜生产条件应是 。 答案：(1)防止CO使催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 解析：合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出：在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是属于使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动，要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。 2．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。 (1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0(Ⅰ)。如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1 T2(填“>”“<”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是 。 (2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH 0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是 。 答案：(1)<　I2　(2)<　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失 3．“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C4H8(g)4C3H6(g)； 副反应：C4H8(g)2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示： (1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择 (填字母)。 A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa (2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是 。 答案：(1)C　(2)300 ℃反应速率慢，700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率 解析：(1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达到最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。 课时测评42　化学反应速率　工业合成氨 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－8题，每题7分，第9题12分，第10题15分，第11题17分，共100分) 1．对于化学反应：3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系正确的是(　　) A．v(W)＝3v(Z) B．2v(X)＝3v(Z) C．2v(X)＝v(Y) D．3v(W)＝2v(X) 答案：C 解析：化学反应速率之比等于化学计量数之比，则根据化学方程式3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)可知，v(W)∶v(Z)＝3∶3＝1∶1，A错误；v(X)∶v(Z)＝2∶3，B错误；v(X)∶v(Y)＝2∶4＝1∶2，C正确；v(W)∶v(X)＝3∶2，D错误。 2．四个相同的容器中，在不同的温度下(其他条件相同)进行合成氨的反应，根据下列在相同时间内测得的结果判断，反应所处温度最高的是(　　) A．v(NH3)＝0.1 mol·L－1·min－1 B．v(H2)＝0.6 mol·L－1·min－1 C．v(N2)＝0.3 mol·L－1·min－1 D．v(H2)＝0.3 mol·L－1·min－1 答案：C 解析：合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，温度越高，反应速率越快。根据反应速率与化学计量数的关系，将四个选项中反应速率转化为v(H2)，A项，v(H2)＝v(NH3)＝0.15 mol·L－1·min－1，C项，v(H2)＝3v(N2)＝0.9 mol·L－1·min－1，则C项表示的反应速率最快，反应所处的温度最高。 3．在温度不变的条件下，在恒容的容器中进行下列反应：N2O4(g)2NO2(g)，若N2O4的浓度由0.1 mol·L－1降到0.07 mol·L－1需要15 s，那么N2O4的浓度由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1所需的反应时间(　　) A．等于5 s B．等于10 s C．小于10 s D．大于10 s 答案：D 解析：N2O4的浓度由0.1 mol·L－1降到0.07 mol·L－1需要15 s，即N2O4的浓度变化量为0.03 mol·L－1，N2O4的浓度由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1，即N2O4的浓度变化量为0.02 mol·L－1，若反应速率不变，则所需时间为15 s×＝10 s，但随着浓度的减小，反应速率逐渐减小，故所需时间大于10 s。 4．(2023·福州质检)某温度下，在体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．加入少量W，逆反应速率增大 B．升高温度，正反应和逆反应速率都增大 C．在容器中加入氦气，压强增大，反应速率增大 D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增多 答案：B 解析：升温，正、逆反应速率均增大，B正确；体积一定时加入氦气，物质的量浓度不变，不影响反应速率，C错误；压缩体积，单位体积内的活化分子数增大，但活化分子百分数不变，D错误。 5．如图表示某化学反应在使用催化剂(b曲线)和未使用催化剂(a曲线)时，反应进程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是(　　) A．a与b相比，b的活化能更高 B．反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量 C．a与b相比，a中活化分子的百分数更高 D．a与b相比，a的反应速率更快 答案：B 解析：a的活化能更高，A错误；该反应为放热反应，反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量，B正确；a与b相比，b的活化能小，b中活化分子的百分数更高，C错误；a与b相比，b的活化能更小，b的反应速率更快，D错误。 6．反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．a为c(X)随t的变化曲线 B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z) C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率 D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y) 答案：D 解析：X是唯一的反应物，随着反应的进行，其浓度不断减小，因此，a为c(X)随t的变化曲线，A正确；由题图可知，分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻，因此t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)，B正确；由题图中信息可知，t2时刻以后，Y的浓度仍在不断减小，说明t2时Y的消耗速率大于生成速率，C正确；由题图可知，t3时刻反应①完成，X完全转化为Y，若无反应②发生，则Y的浓度为c0，由于反应②Y→2Z的发生，t3时刻后Y的浓度的变化量为c0－c(Y)，则c(Z)＝2c0－2c(Y)，D错误。 7．如表为某学生进行的两组实验： 反应物 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 水 浓度/(mol·L－1) 体积/mL 浓度/(mol·L－1) 体积/mL 甲 0.1 10 0.1 10 5 mL 乙 0.2 5 0.2 5 20 mL 若其他条件均相同，上述两组实验中，对应反应的反应速率关系为(　　) A．甲>乙 B．甲<乙 C．甲＝乙 D．无法判断 答案：A 解析：此反应为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，甲组溶液的总体积是25 mL，混合溶液中，甲组反应物的浓度c(Na2S2O3)＝c(H2SO4)＝＝0.04 mol·L－1；乙组溶液的总体积是30 mL，混合溶液中，乙组反应物的浓度c(Na2S2O3)＝c(H2SO4)＝≈0.033 mol·L－1。由于甲组中反应物的浓度较大，故在其他条件相同时，其反应速率较大，即甲组的反应速率大于乙组的反应速率，A项正确。 8．I－可以作为水溶液中的SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下： ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O ⅱ.I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－ 为探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置，观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中) 序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 试剂组成 0.4 mol·L－1KI a mol·L－1KI、 0.2 mol·L－1 H2SO4 0.2 mol·L－1 H2SO4 0.2 mol·L－1KI、 0.000 2 mol I2 实验现象 溶液变黄，一段时间后出现浑浊 溶液变黄，出现浑浊较Ⅰ快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较Ⅰ快 下列说法不正确的是(　　) A．水溶液中SO2歧化反应的化学方程式为3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S↓ B．Ⅱ是Ⅰ的对比实验，则a＝0.4 C．比较Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，可得出的结论是：I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快SO2歧化反应的速率 D．实验表明，SO2歧化反应的速率Ⅳ>Ⅰ，原因是反应ⅰ比反应ⅱ快；Ⅳ中由反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快 答案：D 解析：根据题中催化过程，可得水溶液中SO2歧化反应的化学方程式为3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S↓，A项正确；Ⅱ是Ⅰ的对比实验，采用控制变量法，Ⅱ比Ⅰ多加了0.2 mol·L－1H2SO4，Ⅰ与Ⅱ中KI浓度应相等，则a＝0.4，B项正确；对比Ⅰ与Ⅱ，加入H＋可以加快SO2歧化反应的速率，对比Ⅱ与Ⅲ，H＋单独存在时不能催化SO2的歧化反应，比较Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，I－是SO2歧化反应的催化剂，C项正确；Ⅳ中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较Ⅰ快”，说明SO2歧化反应速率Ⅳ>Ⅰ，对比Ⅳ和Ⅰ，Ⅳ中加入的KI的浓度小且加入了I2，反应ⅰ消耗H＋和I－，反应ⅱ消耗I2，由此说明反应ⅱ比反应ⅰ快，反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快，D项错误。 9．(12分)(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应： 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]： t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×p(N2O5)(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中p(O2)＝2.9 kPa，则此时的p(N2O5)＝ kPa，v＝ kPa·min－1。 (2)一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/(×10－3 mol) 0 1.8 3.7 5.4 7.2 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mol·min－1为单位，写出计算过程)： 。 答案：(1)30.0　 6.0×10－2 (2)v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝2× ＝1.8×10－3 mol·min－1 解析：(1)由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)可知，62 min时，p(O2)＝2.9 kPa，则减小的N2O5为5.8 kPa，此时p(N2O5)＝35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，则v(N2O5)＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。 10．(15分)某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。 编号 反应物 催化剂 Ⅰ 10 mL 2% H2O2溶液＋1 mL水 无 Ⅱ 10 mL 5% H2O2溶液＋1 mL水 无 Ⅲ 10 mL 5% H2O2溶液 1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 Ⅳ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量HCl溶液 1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液 Ⅴ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量NaOH溶液 1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液 (1)实验Ⅰ和实验Ⅱ的目的是 。 (2)实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的起始反应速率由大到小的顺序为 (用实验编号表示)。 (3)实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，测得生成氧气的体积(折算成标准状况)随时间变化的关系如图所示。 ①分析图示能够得出的结论是 。 ②实验Ⅲ在t1～t2时间内，以H2O2表示的反应速率为 。 答案：(1)探究反应物浓度对反应速率的影响 (2)Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ (3)①碱性环境能加快H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率　② mol·L－1·s－1 解析：(1)实验Ⅰ和Ⅱ均未使用催化剂，混合液的总体积均为11 mL，c(H2O2)不同，则实验目的是探究反应物浓度对反应速率的影响。(2)实验Ⅰ中，c(H2O2)最小且未使用催化剂，则实验Ⅰ中起始反应速率最小；实验Ⅱ和Ⅲ中c(H2O2)相同，实验Ⅲ中加入FeCl3溶液，则实验Ⅲ的起始反应速率大于实验Ⅱ，故反应速率由大到小的顺序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。(3)①与实验Ⅲ相比，实验Ⅳ加入少量HCl溶液，实验Ⅴ加入少量NaOH溶液，其他实验条件均相同，由题图可知，反应速率：Ⅴ>Ⅲ>Ⅳ，据此得出结论：碱性环境能加快H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率。②实验Ⅲ在t1～t2时间内，生成标准状况下O2的体积为(b－a) mL，则有n(O2)＝ mol，反应中消耗H2O2的物质的量n(H2O2)＝2n(O2)＝ mol，溶液的总体积为11 mL，故以H2O2表示的反应速率v(H2O2)＝ mol·L－1·s－1＝ mol·L－1·s－1。 11．(17分)(2023·广西柳州模拟节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发。 (2) 温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案二：M-LiH复合催化剂。 下列说法正确的是 (填字母)。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 (4)某合成氨速率方程为v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝ ； 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为 (填字母)。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 答案：(1)能　(2)高　低　(3)a　(4)－1　ac 解析：(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·mol－1)＝－32.8 kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发。 (2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。 (3)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。 (4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，因为v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，由速率方程可知，将NH3分离出去，使c(NH3)减小，速率加快，a、c正确；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。 学生用书↓第241页 学科网（北京）股份有限公司 $$