内容正文:
化学反应原理(周星星·化学)
第2课时 影响化学反应速率的因素
温故知新
影响化学反应速率的因素可以分为内因和外因。
内因:_______________是决定化学反应速率的重要因素。
外因:__________、__________、__________、__________、固体表面积等。
那么,如何定性与定量研究影响化学反应速率的因素呢?
思考与交流:浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率?
一、 实验探究——定性研究影响化学反应速率的因素
(1)浓度对化学反应速率的影响
①实验探究——硫代硫酸钠与硫酸的反应
实验过程
取两支大小相同的试管,分别加入5 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液,向其中一支试管(左图)加入5 mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,另一支试管(右图)加入5 mL 0.5 mol·L-1 H2SO4溶液,振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢
实验装置
化学方程式
实验现象
实验结论
②影响规律:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以增大化学反应速率;减小反应物的浓度,
可以减小化学反应速率
注意
①浓度对化学反应速率的影响只适用于气体或溶液的反应,对于纯固体或液体的反应物,一般情况下其浓度是常数,因此改变固体或纯液体物质的用量对化学反应速率无影响
②固体物质的表面积的大小会影响化学反应速率,一般来说,固体的颗粒越细,表面积越大,反应速率越快
③对于离子反应,只有实际参加反应的各离子浓度发生变化,才会引起化学反应速率的改变
④随着化学反应的进行,反应物的浓度会逐渐减小,因此一般反应速率也会逐渐减小
(2)压强对化学反应速率的影响
①研究对象——气体模型的理解
对于气体来说,在一定温度下,一定质量的气体所占的体积与压强成反比
由图可知:其他条件不变时,增大压强,气体体积缩小,浓度增大
②影响规律:对于气体反应,当其他条件不变时,增大压强,气体体积缩小,浓度增大,化学反应速率加快;减小压强,气体体积增大,浓度减小,化学反应速率减慢
注意
①压强对化学反应速率的影响只适用有气体参加的反应
②压强对于反应速率的影响是通过对浓度的影响实现的,P增大→c浓度成比例增大,P减小→c浓度成比例减小
(3)温度对化学反应速率的影响
①实验探究——硫代硫酸钠与硫酸的反应
实验过程
取两支大小相同的试管,各加入5 mL 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液和5mL 0.1 mol·L-1 H2SO4溶液,分别放入盛有75℃ 热水和25℃ 冷水的两个烧杯中。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢
实验装置
化学方程式
实验现象
实验结论
②影响规律:当其他条件不变时,升高温度,可以增大化学反应速率;降低温度,可以减小化学反应速率
注意
①温度对反应速率的影响不受反应物聚集状态的限制,不论是吸热反应还是放热反应,升高温度都能增大化学反应速率,故不能认为升高温度只会增大吸热反应的反应速率,如:木炭燃烧是放热反应,温度越高,燃烧越快
②大量实验证明,温度每升高10℃,化学反应速率通常增大为原来的2~4倍。这表明温度对反应速率的影响非常显著
(4)催化剂对化学反应速率的影响
①实验探究
实验过程
取两支大小相同的试管,分别加入2 mL 5% H2O2溶液,向其中一支试管(右图)滴加2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液。观察、比较两支试管中气泡出现的快慢
实验装置
化学方程式
实验现象
实验结论
②影响规律:当其他条件不变时,使用催化剂,化学反应速率增大
(5)其他因素对化学反应速率的影响
①固体表面积:固体颗粒越小,其单位质量的表面积越大,与其他反应物的接触面积越大,化学反应速率越大。
②反应物状态:一般来说,配成溶液或反应物是气体,都能增大反应物之间的接触面积,有利于增大反应速率。
③形成原电池:可以增大氧化还原反应的反应速率。
④其它方法:光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。总之,向反应体系输入能量,都有可能改变化学反应速率
【对点训练1】
1.下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是( )
A.大小、形状相同的镁片、铁片,前者与盐酸反应放出H2的速率比后者大
B.Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C. N2与O2在常温、常压下不反应,放电时可反应
D.Cu与浓硫酸能反应,而不与稀硫酸反应
2. O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。
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
已知:O3的起始浓度为0.0216mol·L—1。
下列说法正确的是( )
A.pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是H+
B.在30℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为1.67×10—6mol(L·s)—1
C.根据表中数据可知,O3的分解速率随温度升高而增大,随pH增大而减小
D.根据表中数据的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率的大小关系为40℃、pH=3.0>30℃、pH=7.0
3.对反应A+BAB来说,常温下按以下情况进行反应: 四者反应速率的大小关系是( )
①20mL溶液中含A、B各0.01mol ②50mL溶液中含A、B各0.05mol
③0.1mol·L-1的A、B溶液各10mL ④0.5mol·L-1的A、B溶液各50mL
A.②>①>④>③ B.④>③>②>① C.①>②>④>③ D.①>②>③>④
4.减小反应容器的体积而使压强增大,该方法对下列化学反应的速率无影响的是( )
A.CO2(g)+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O B.H2(g)+I2(g)2HI(g)
C.NaCl+AgNO3===AgCl↓+NaNO3 D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
5.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( )
实验
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
6.设C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0的反应速率为v1,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的反应速率为v2,对于这两个反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为( )
A.同时增大 B.同时减小
C.v1增大,v2减小 D.v1减小,v2增大
7.亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂,在常温下不见光时可保存一年,但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解:5HClO2===4ClO2↑+H++Cl-+2H2O。分解时,刚加入硫酸,反应缓慢,随后突然反应释放出大量ClO2,这是因为( )
A.酸使亚氯酸的氧化性增强 B.溶液中的H+起催化作用
C.溶液中的Cl-起催化作用 D.逸出的ClO2使反应生成物的浓度降低
8.探究2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+l0CO2↑+8H2O反应速率的影响因素,有关实验数据如表所示:
实验
编号
温度
℃
催化剂用量g
酸性KMn04溶液
H2C2O4溶液
KMn04溶液褪色平均时间(min)
体积(mL)
浓度(mol·L-1)
体积(mL)
浓度(mol·L-1)
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
下列说法不正确的是( )
A.a<12.7
B.b>6.7
C.用KMnO4表示该反应速率,(实验3)>(实验1)
D.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
9.对于Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,改变下列条件对生成氢气的速率有何影响?(填“增大”、“减小”或“不变”)
①升高温度: ;②增大盐酸浓度: ; ③增大铁的质量: ;
④增加盐酸体积: ;⑤把铁片改成铁粉: ;
⑥滴入几滴CuSO4溶液: ;⑦加入NaCl固体: ;
⑧加入CH3COONa固体: ;⑨加入一定体积的Na2SO4溶液: 。
二、“惰性”气体对化学反应速率的影响
1.惰性气体:化学反应速率中的“惰性气体”指的是不与反应物、生成物(体系中)任何成分发生化学反应的气体。如:向2SO2+O22SO3充入CO2、He,其中CO2、He则称为惰性气体
2.惰性气体对化学反应速率的影响:以反应2SO2+O22SO3为例
(1)恒温恒容时 (T、V一定时)
恒温恒容
分析思路
充入惰性气体体系总压增大,但体积不变,即各物质的浓度不变,故反应速率不变
(2)恒温恒压时(T、P一定时)
恒温恒压
分析思路
充入惰性气体体积增大各反应物浓度减少反应速率减小
或充入惰性气体体系的分压减小,相当于减小压强,故反应速率减小
注意
对于压强的改变,只有引起反应体系中反应物浓度变化,才对反应速率产生影响。改变压强,其实是改变了反应物的浓度
【对点训练2】
1.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施不能改变化学反应速率的是( )
A.缩小容器容积使压强增大 B.恒容,充入N2
C.恒容,充入He D.恒压,充入He
2.在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2(g),反应速率加快
B.保持容器容积不变,向其中加入1 mol N2(N2不参加反应),反应速率一定加快
C.保持容器内气体压强不变,向其中加入1 mol N2(N2不参加反应),反应速率一定加快
D.保持容器内气体压强不变,向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),再次平衡时反应速率一定加快
3.反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )
A.保持压强不变,充入N2使容器体积增大 B.将容器的体积缩小一半
C.保持体积不变,通入H2O(g) D.增加C的量
4.在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:
H2(g)+I2(g)=2HI(g)
(1)保持容器容积不变,向其中充入1 mol H2,反应速率 。
(2)升高温度,反应速率 。
(3)扩大容器体积,反应速率 。
(4)保持容器内气体压强不变,向其中充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),反应速率 。
(5)保持容器体积不变,向其中充入1 mol N2,反应速率 。
(6)保持容器内气体压强不变,向其中充入1 mol N2,反应速率 。
三、化学反应速率图像
1.全程速率—时间图
(1)Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化如图所示
AB段:
BC段:
(2)H2C2O4溶液中加入酸性KMnO4溶液,随着反应的进行,反应速率随时间的变化如图所示
反应方程式
AB段:
BC段:
2.速率—温度图
其他条件一定,反应速率随着温度的升高而增大
其他条件一定,反应速率随着温度的降低而减小
3.速率—压强图
其他条件一定,增大气态反应物的压强(缩小容器的容积),反应速率随着压强的增大而增大;其他条件一定,减小气态反应物的压强(增大容器的容积),反应速率随着压强的减小而减小
【对点训练3】
1.下列表格中的各种情况,可以用下面对应选项中的图像曲线表示的是( )
选项
反应
甲
乙
反应速率
A
外形、大小相近的金属和水反应
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L-1的KMnO4溶液,分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2 mL反应
0.1 mol·L-1的H2C2O4溶液
0.2 mol·L-1的H2C2O4
溶液
C
5 mL 0.1 mol·L-1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L-1H2SO4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
2.在相同条件下,做H2O2分解对比实验时,其中①加入MnO2催化,②不加MnO2催化。下图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图,其中正确的是( )
3.把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器中,产生H2的速率如图所示。在下列因素中,影响反应速率的因素是( )
①盐酸的浓度 ②镁条的表面积 ③溶液的温度 ④Cl-的浓度
A.①④ B.③④ C.①②③ D.②③
4.将一块质量为5.0 g的铝片投入盛有500 mL 0.5 mol·L-1硫酸溶液的烧杯中,该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示,回答下列问题:
(1)曲线O→a段不产生氢气的原因是 。
(2)曲线a→b段产生氢气的速率较慢的原因是 。
(3)曲线b→c段产生氢气的速率增加较快的主要原因是反应放出的热量使溶液的温度升高而加快反应速率。曲线c点以后产生氢气的速率逐渐下降的主要原因是 。
5.图Ⅰ、Ⅱ依次表示在酶浓度一定时,反应速率与反应物浓度、温度的关系。请据图回答下列问题:
(1)图Ⅰ中,反应物达到某一浓度时,反应速率不再上升,其原因是 。
(2)图Ⅱ中,催化效率最高的温度为___________(填“”或“”)点所对应的温度。
(3)图Ⅱ中,点到点曲线急剧下降,其原因是 。
(4)将装有酶、足量反应物的甲、乙两试管分别放入12℃和75℃的水浴锅内,后取出,转入25℃的水浴锅中保温,试管中反应速率加快的为___________(填“甲”或“乙”)。
6.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液(H2SO4酸化)反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。该小组欲通过测定单位时间内生成CO2的体积来判断反应的快慢。设计实验方案如下:
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度℃
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-1
体积/mL
①
0.10
20
0.10
30
25
②
0.20
20
0.10
30
25
③
0.20
20
0.10
30
50
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,转化为Mn2+,写出该反应的离子方程式:
;每消耗1 molH2C2O4,则反应中转移__________mol电子。
(2)探究浓度对化学反应速率影响的实验编号是_________,实验②、③探究 对化学反应速率影响。本实验还可通过测定____________来比较化学反应速率。
(3)小组同学发现反应速率总是如图,其中t1~t2时间内速率变快的主要原因可能是:a、该反应放热,使体系温度升高;b、 。
(4)若实验①在5 min末收集49.0 mLCO2气体,则在5 min末,c()= mol•L-1。(已知25℃时,气体摩尔体积Vm=24.5 L• mol-1)
1.为了探究影响化学反应速率的因素,4位同学分别设计了下列4个实验,其中结论不正确的是( )
A.将大小、形状相同的镁条和铝条与相同浓度、相同温度下的盐酸反应时,两者快慢相同
B.盛有相同浓度双氧水的两支试管,一支加入MnO2放在冷水中,一支直接放在冷水中,前者反应快
C.将浓硝酸分别放在冷暗处和强光下,发现强光下的浓硝酸分解得快
D.升高温度,H2O2的分解速率加快
2.下列措施可使H2的生成速率减小的是 ( )
A.Na与H2O反应制取H2,增加H2O的用量
B.Al与稀硫酸反应制取H2,向稀硫酸中加入K2SO4溶液
C.Mg与H2O反应制取H2,将冷水改为热水
D.碳粉与H2O(g)反应制取H2,增加碳粉的用量
3.在反应C(s)+CO2(g)2CO(g)中,现采取下列措施,其中能够使反应速率增大的是( )
①缩小体积,增大压强 ②增加碳的量 ③通入CO2 ④恒容下充入N2 ⑤恒压下充入N2
A.①④ B.②③⑤ C.①③ D.①②④
4.在一定条件下,某分解反应X(g)===Y(g)+Z(g)的部分实验数据如下,下列有关说法正确的是( )
反应时间/min
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
c(X)/(mol·L-1)
0.100
0.090
0.080
0.070
0.060
0.050
0.040
0.030
0.020
0.010
0.000
A.X的浓度越大,反应速率越快 B.X的浓度越大,分解一半时所用的时间越长
C.X的分解速率与其浓度有关 D.X的分解速率先快后慢
5.常温下,分别将四块形状相同、质量均为7 g的铁块同时投入下列四种溶液中。铁块最快溶解完的是( )
A.250.0 mL 2 mol·L-1盐酸 B.150.0 mL 2 mol·L-1 H2SO4溶液
C.40.0 mL 5 mol·L-1盐酸 D.20.0 mL 18.4 mol·L-1 H2SO4溶液
6.下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A.C与CO2反应生成CO时,增加C的量能使反应速率增大
B.等质量的锌粉和锌片与相同体积、相同物质的量浓度的盐酸反应,反应速率相等
C.SO2的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,反应速率减小
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,使用催化剂可以增大该化学反应的速率
7.下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A.氢气与氮气能够缓慢地反应生成氨气,使用合适的催化剂可以提高化学反应速率
B.等质量的锌粉和锌片与相同体积和浓度的盐酸反应,反应速率相等
C.用铁片与硫酸反应制备氢气时,使用浓硫酸可以加快产生氢气的速率
D.增大反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的压强,反应速率不变
8.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验②的反应物应为( )
实验编号
反应物
催化剂
①
10 mL 2% H2O2溶液
无
②
无
③
10 mL 5% H2O2溶液
MnO2固体
A.5 mL 2% H2O2溶液 B.10 mL 2% H2O2溶液
C.10 mL 5% H2O2溶液 D.5 mL 10% H2O2溶液
9.如图所示为反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反应速率v(N2)变化的图像,则横坐标不可能是( )
A.反应时间 B.温度 C.压强 D.N2的浓度
10.下列装置或操作能达到目的的是( )
A.装置①用于测定生成氢气的速率
B.装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响
C.装置③依据U形管两边液面的高低判断Na和水反应的热效应
D.装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响
11.为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是( )
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解反应的催化效果好
C.用图乙所示装置测定反应速率,需要记录反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
12.用如图所示的实验装置进行实验X及Y时,每隔半分钟分别测定反应放出气体的体积。下列选项能正确表示实验X及Y的结果的是( )
实验
所用盐酸
X
25 mL 0.2 mol·L-1
Y
50 mL 0.1 mol·L-1
13.NO和CO都是汽车尾气里的有害物质,它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳气体:2NO+2CO===N2+2CO2。对此反应,下列叙述正确的是( )
A.使用催化剂能加快反应速率
B.压强增大不影响化学反应速率
C.冬天气温低,反应速率降低,对人类危害减小
D.无论外界条件怎样改变,均对此化学反应的速率无影响
14.某化学课外小组的同学通过实验探究温度和浓度对反应速率的影响。实验原理及方案:在酸性溶液中,碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘,反应原理是:2IO+5SO+2H+===I2+5SO+H2O,生成的碘可用淀粉溶液检验,根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。下列判断不正确的是( )
实验
序号
0.01 mol·L-1 KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL
0.01 mol·L-1 Na2SO3溶液的体积/mL
水的体积/mL
实验温度/℃
出现蓝色的时间/s
①
5
5
V1
5
t1
②
5
5
40
25
t2
③
5
V2
35
25
t3
A.最先出现蓝色的一组是实验③ B.实验①③中V1=40,V2=10
C.探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①② D.出现蓝色的时间:t3>t2>t1
15.已知:2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===2MnSO4+K2SO4+10CO2↑+8H2O。某化学小组欲探究H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响,进行了如下实验(忽略溶液体积变化),下列说法不正确的是( )
编号
0.01 mol·L-1酸性KMnO4溶液体积/mL
0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液体积/mL
水的体
积/mL
反应温
度/℃
反应时
间/min
Ⅰ
2
2
0
20
2.1
Ⅱ
V1
2
1
20
5.5
Ⅲ
V2
2
0
50
0.5
A.V1=1,V2=2
B.设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响
C.实验计时是从溶液混合开始,溶液呈紫红色时结束
D.实验Ⅲ中用酸性KMnO4溶液的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)=0.01 mol·L-1·min-1
16.某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时,将3支试管分别编号为①②③,实验结束后记录的数据如下表所示,下列叙述不正确的是( )
试管编号
加3% Na2S2O3溶液
加H2O
加H2SO4溶液
出现浑浊的时间
①
3 mL
3 mL
5滴
33 s
②
a mL
2 mL
5滴
28 s
③
5 mL
b mL
5滴
16 s
A.反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
B.Na2S2O3的浓度越大,反应速率越快
C.a=4
D.b=2
17.KI溶液在酸性条件下能与氧气反应。现有以下实验记录,回答下列问题:
实验编号
①
②
③
④
⑤
温度/℃
30
40
50
60
70
显色时间/s
160
80
40
20
10
(1)该反应的离子方程式为____________________________________
(2)该实验的目的是__________________________________________
(3)实验试剂除了1 mol·L-1KI溶液、0.1 mol·L-1 H2SO4溶液外,还需要的试剂是____________,实验现象为____________________
(4)实验操作中除了需要上述条件外,还必须控制______(填字母)不变
A.温度 B.试剂的用量(体积) C.试剂添加的顺序
(5)由上述实验记录可得出的结论是________________________________________________
(6)若要进行溶液酸性强弱对反应速率影响的探究实验,你会采取的措施是
18.(1)某反应在体积为5 L的恒容密闭的绝热容器中进行,各物质的量随时间的变化情况如图所示(已知A、B、C均为气体)
①该反应的化学方程式为
②反应开始至2 min时,B的平均反应速率为____________________
③平衡时A的转化率为
(2)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,某同学设计了如下一系列实验:将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的容器中,收集产生的气体,记录获得相同体积气体所需的时间
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L-1H2SO4溶液/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计:其中V1=________,V6=________
②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因:
19.甲、乙两个实验小组利用酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
甲组:通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。某同学进行实验,实验装置如图。其中A、B的成分见下表:
序号
A
B
①
2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
②
2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
③
2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液和少量MnSO4
(1)该反应的离子方程式为 ,实验结束后读数前需要移动量气管,使两个量气管的液面相平
乙组:通过测定KMnO4溶液褪色所需的时间来比较化学反应速率的大小。为了探究KMnO4溶液与H2C2O4溶液浓度对反应速率的影响,某同学在室温下完成以下实验:
实验编号
1
2
3
4
水/mL
10
5
0
x
0.5 mol/L H2C2O4溶液/mL
5
10
10
5
0.2 mol/L KMnO4溶液/mL
5
5
10
10
时间/s
40
20
10
—
(2)x= ,4号实验中始终没有观察到溶液褪色,你认为可能的原因是
(3)2号实验中,用H2C2O4表示的反应速率为 (反应后溶液的总体积变化忽略不计)
(4)在实验中发现酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时,开始一段时间反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。某同学认为是反应放热导致溶液温度升高,再次进行3号实验,测定反应过程中不同时间溶液的温度,结果如下表:
时间/s
0
5
10
15
20
25
30
温度/℃
25
26
26
26
26.5
27
27
①结合实验目的与表中数据,你得出的结论是
②从影响化学反应速率的因素看,你认为还可能是 的影响。若用实验证明你的猜想。除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是
a.硫酸钾 b.水 c.二氧化锰 d.硫酸锰
答案及解析
答案及解析
温故知新
反应物的性质 浓度 温度 压强 催化剂
一、
(1)Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
两支试管中的溶液均变浑浊,滴加0.5 mol·L-1 H2SO4溶液的试管先变浑浊
增大浓度,化学反应速率增大
(3) Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
混合后均出现浑浊,但75 ℃热水一组首先出现浑浊
若其他条件相同,升高温度,化学反应速率增大
(4)2H2O22H2O+O2↑
前者无明显现象,后者出现大量气泡,说明加入FeCl3,H2O2分解速率迅速
催化剂能加快化学反应速率
三、
1、(1)AB段:Zn与盐酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,化学反应速率逐渐增大
BC段:随着反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小
(2)2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
AB段:反应产生的Mn2+对该反应起催化作用
BC段:随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小
【对点训练1】
1.A。解析:要想说明反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素,则该实验事实应区别在反应物本身而不是外界因素如浓度、压强、温度、催化剂等。其中选项B、D为反应物浓度不同对反应速率的影响,选项C为反应条件不同对反应速率的影响,只有选项A是因Mg、Fe本身性质不同对反应速率产生影响。
2.【答案】B
【分析】
由表格数据可知,温度一定时,臭氧的分解速率随溶液pH增大而增大,说明对臭氧分解起催化作用的是氢氧根离子,溶液pH一定时,臭氧的分解速率随反应温度升高而增大。
【详解】
A.由分析可知,对臭氧分解起催化作用的是氢氧根离子,故A错误;
B.由表格数据可知,在30℃、pH=4.0条件下,臭氧的浓度减少一半所需的时间为108min,则分解速率为≈1.67×10—6mol(L·s)—1,故B正确;
C.由分析可知,温度一定时,臭氧的分解速率随溶液pH增大而增大,故C错误;
D.由分析可知,温度一定时,臭氧的分解速率随溶液pH增大而增大,臭氧的分解速率随反应温度升高而增大,则无法比较40℃、pH=3.0条件下和30℃、pH=7.0条件下的臭氧的分解速率大小,故D错误;
故选B。
3.A。解析:①中c(A)=c(B)==0.5mol·L-1;②中c(A)=c(B)==1mol·L-1;③中c(A)=c(B)==0.05mol·L-1;④中c(A)=c(B)==0.25mol·L-1;在其他条件一定的情况下,浓度越大,反应速率越大,所以反应速率由大到小的顺序为②>①>④>③。
4.C。解析:C项,反应过程中无气体物质参加或生成,故改变压强对反应速率无影响。
5.D。解析:当有多个外界条件时,要对比找出其相同条件和不同条件,然后比较判断。影响化学反应速率的因素很多,本题从浓度和温度两个因素考查,结合选项知混合液体积都为20 mL,根据浓度越大、温度越高,反应速率越快,可以推知D选项正确。
6.A。解析:升高温度时,不论吸热反应还是放热反应,反应速率都增大。
7.C。解析:由题目信息可知,NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸,生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢,随后突然反应加快,这说明分解生成的产物中某种物质起了催化剂的作用且该物质反应前不存在,故正确答案为C。
8.【答案】C
【详解】
A.由表中数据可知,实验2的温度比实验1的高,其余条件均相同,故反应2的反应速率比实验1的快,故褪色时间更短,a<12.7,A正确;
B.由表中数据可知,实验4为使用催化剂,其余数据均与实验3相同,故实验4的反应速率比实验3慢,故褪色时间更长,b>6.7,B正确;
C.由表中数据可知,反应1中KnMnO4的浓度是实验3的10倍,但所用时间仅是实验3的2倍不到,故用KMnO4表示该反应速率,(实验3)<(实验1),C错误;
D.反应生成的气体只有二氧化碳,相同条件下可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢,D正确;
故答案为:C。
9.①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大⑦不变 ⑧减小 ⑨减小
【对点训练2】
1.C。解析:A项,缩小容器容积,各物质的浓度增大,反应速率增大,不符合题意;B项,恒容,充入氮气,氮气的浓度增大,反应速率增大,不符合题意;C项,恒容,充入惰性气体,对参加反应的各物质的浓度无影响,反应速率不改变,符合题意;D项,恒压,充入惰性气体,容器的容积增大,参与反应的各物质的浓度减小,反应速率减小,不符合题意。
2.A。解析:增大反应物的浓度,反应速率加快,A项正确;加入氮气,因为容器容积不变,体系中各气体的浓度不变,故反应速率不变,B项错误;保持容器中压强不变,加入氮气,容器容积增大,反应体系中各气体的浓度减小,反应速率减慢,C项错误;保持压强不变,再次充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),则容器容积增大为原来的2倍,再次平衡时反应体系中各气体的浓度不变,反应速率不变,D项错误。
3.D。解析:压强不变充入N2,体积增大气态反应物和生成物浓度圴减小,反应速率减小,A项错误;容器体积压缩一半,气态物质浓度增大,化学反应速率加快,B项错误;体积不变,通入H2O(g),增大反应物浓度,化学反应速率加快,C项错误;增加C的用量,由于是固体,对其浓度无影响,对化学反应速率无影响,D项正确;
4.【答案】增大 增大 减小 不变 不变 减小
【详解】
(1)在容器容积不变时,充入1 mol H2即c(H2)增大,反应物浓度增大,化学反应速率增大;
(2)升高温度,活化分子百分数增加,有效碰撞次数增多,反应速率增大;
(3)扩大容器体积,相当于减小各成分浓度,反应速率减小,
(4)保持容器内气体压强不变,保持充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),压强未变,体积增大,浓度也不变,则速率不变;
(5)保持容器容积不变,充入1mol N2,N2不参与反应,参与反应的各成分浓度未变,则反应速率不变;
(6)保持容器压强不变,充入N2,体积增大,各成分浓度减小,则反应速率减小。
【对点训练3】
1.C。解析:反应速率与物质本身的性质有关。由于K比Na活泼,故相同大小的K和Na,K的反应速率快,又由于Na、K与H2O反应均为放热反应,随反应进行,放出大量热,反应速率逐渐加快,A图像错误;由于起始时乙中H2C2O4浓度大,故其反应速率比甲中快,B图像错误;由于甲反应是在热水中反应,温度高,故甲的反应速率高于乙的。随反应进行,反应物浓度逐渐减小,故甲、乙中反应速率逐渐减小,C图像正确;MnO2在H2O2分解过程中起催化作用,故乙中反应速率应大于甲中,D图像错误
2.A。解析:由图像知,横坐标为时间,纵坐标为V(O2),只要H2O2的量相同,两种情况下最终产生O2的体积相同,①中加入MnO2作催化剂,加快了H2O2的分解速率,在相同时间内产生O2的体积比②大,反应结束时所用时间短,故选A。
3.C。解析:Mg+2H+===H2↑+Mg2+,实质是镁与H+间的反应,与Cl-无关,在镁条的表面有一层氧化膜,当将镁条投入盐酸中时,随着氧化膜的不断溶解,镁与盐酸接触的面积不断增大,产生H2的速率会加快;溶液的温度对该反应也有影响,反应放出热量,使温度升高,则反应速率会逐渐加快。
4、【答案】铝片表面有Al2O3 硫酸首先与Al2O3反应氧化膜未完全反应掉,铝与硫酸接触的表面积较小随着反应的进行 硫酸溶液的浓度下降
【分析】
由图可知,开始不生成氢气,为氧化铝与硫酸的反应,然后Al与硫酸反应生成氢气,开始温度较低,由于反应放热,则温度升高反应速率加快,后来氢离子浓度减小,则反应速率减小。
【详解】
(1)铝是活泼性较强的金属,能迅速和空气中的氧气反应生成氧化铝,氧化铝首先稀硫酸反应生成硫酸铝和水,不产生H2,方程式为2Al2O3+6H2SO4=2Al2(SO4)3+6H2O,故答案为铝片表面有Al2O3,硫酸首先与Al2O3反应;
(2)曲线a→b段产生氢气的速率较慢的原因是氧化膜未完全反应掉,铝与硫酸接触的表面积较小,故答案为氧化膜未完全反应掉,铝与硫酸接触的表面积较小;
(3)金属和酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,温度升高是影响反应速率的主要因素,化学反应速率加快,故答案为反应放出的热量使溶液的温度升高而加快反应速率。
【点睛】
明确反应放出的热量使溶液的温度升高而加快反应速率,随着反应的进行,溶液中的氢离子浓度逐渐降低,反应速率逐渐减小是解答难点,也是解答关键。
5、【答案】酶的浓度一定 A 温度过高,酶的活性下降 甲
【详解】
(1)由图Ⅰ分析,反应物浓度增大到一定限度,反应速率不再上升,说明决定化学反应速率的主要因素是酶的浓度,故答案为:酶的浓度一定;
(2)由图Ⅱ分析,点的反应速率最快,催化效率最高,故答案为:A;
(3)点到点曲线急剧下降是由于温度升高,酶的活性急速下降,故答案为:温度过高,酶的活性下降;
(4)由图Ⅱ可知,0~25℃范围内,温度越高,反应速率越快,所以甲试管转入25℃的水浴中加热时反应速率加快;乙试管在75℃的水浴中加热时,酶已经失活,故乙中无催化反应发生,故答案为:甲。
6、【答案】5H2C2O4+2+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O 2 mol ①和② 温度KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需的时间) 产物 Mn2+(或 MnSO4 )具有催化作用 0.052
【详解】
(1)根据反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,利用化合价升降相等写出反应的化学方程式为:
,改写成离子方程式为:;
H2C2O4中碳元素的化合价为+3价,变成二氧化碳后化合价总共升高了2(4−3)价,所以每消耗1molH2C2O4转移2mol电子;
(2) 探究反应物浓度对化学反应速率影响,除了浓度不同,其他条件完全相同的实验编号是①和②,实验②、③探究温度对化学反应速率影响,本实验还可通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需的时间)来比较化学反应速率;
(3) 开始反应物的浓度最大,随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减少,反应速率应该变慢,但反应速率t1~t2时间内速率却变快的主要原因可能是a、该反应放热,使体系温度升高;b产物 Mn2+(或 MnSO4 )具有催化作用;
(4)二氧化碳的物质的量是 =0.002mol,由方程式可知,消耗高锰酸根的物质的量是0.0004mol,浓度的变化量是 =8× mol/L,则在5 min末,c()= mol/L-8× mol/L=0.052 mol/L。
1.A。解析:影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质,镁、铝的活泼性不同,故两者与同浓度的盐酸反应,快慢不同。
2.B。解析:水是纯液体,Na与水反应时,增大水的用量,反应速率不变,A错误;往稀硫酸中加入K2SO4溶液,溶液体积增大,H+浓度减小,反应速率减小,B正确;将冷水改为热水,溶液的温度升高,反应速率加快,C错误;碳粉是固体;增加其用量反应速率不变,D错误。
3.C。解析:①缩小体积,增大压强,反应速率加快;②碳是固体,增加固体的量不影响化学反应速率;③通入CO2,反应物浓度增大,反应速率加快;④恒容下充入N2,容器的体积不变,反应物的浓度不变,反应速率不变;⑤恒压下充入N2,容器的体积增大,反应物的浓度减小,反应速率减小。
4.B。解析:根据题给数据分析,X的分解速率是匀速的,与其浓度无关,A、C、D错误,;X的分解速率不变,X的浓度越大,分解一半时所用的时间越长,B正确。
5.B。解析:铁与盐酸、稀硫酸反应的实质为Fe+2H+===Fe2++H2↑,铁块相同,H+浓度越大,反应速率越快,注意常温下铁遇浓硫酸发生钝化。A项,H+浓度为2 mol·L-1;B项,H+浓度为4 mol·L-1;C项,H+浓度为5 mol·L-1;D项为浓硫酸,常温下铁遇浓硫酸发生钝化。C中铁反应的速率最快,但HCl的物质的量只有0.2 mol,不能完全溶解7 g铁,所以铁与2 mol·L-1 H2SO4溶液反应最快溶解完。
6.D。解析:C是固体,增加C的量不影响化学反应速率,A不正确;锌粉的表面积大,反应速率大,B不正确;升高温度,吸热反应、放热反应的速率均增大,C不正确;催化剂可以增大反应速率,D正确。
7.A。解析 锌粉与盐酸的接触面积大,所以锌粉与盐酸反应产生氢气的速率比锌片快,故B项错误;浓硫酸能够使铁钝化,形成的氧化膜隔绝了硫酸与铁的接触,反应停止,故C项错误;增大压强,反应体系中有关气体的浓度增大,反应速率增大,故D项错误。
8.C。解析:本实验的目的是运用控制变量法,探究浓度、催化剂对反应速率的影响,表中已有数据中,①和③两组实验有两个反应条件不同,二者无法达到实验目的;实验②和③中,应是探究催化剂对反应速率的影响,所以实验②中双氧水浓度和体积必须与③相同,即反应物为10 mL 5% H2O2溶液;实验①和②中都没有使用催化剂,可以探究双氧水浓度对反应速率的影响,实验②的反应物为10 mL 5% H2O2溶液时符合条件,C正确。
9.A。解析:由题图可知,v(N2)随横坐标上量值的逐渐增大而增大。对反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)来说,其他条件不变时,升高温度、增大压强、增大N2的浓度,都能使v(N2)增大。在N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反应过程中,随着时间的增加,N2的浓度逐渐减小,v(N2)逐渐减小。
10.C。解析:装置①生成的氢气会从长颈漏斗中逸出,不能根据生成氢气的体积测定生成氢气的速率,A错误;装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响,应保证高锰酸钾溶液的浓度相同,用不同浓度的草酸(乙二酸)溶液来做实验,B错误;Na和水反应放热,广口瓶内气体受热膨胀,U形管左侧液面下降,右侧液面上升,所以装置③能达到目的,C正确;装置④中物质的浓度、温度都不同,无法判断温度对反应速率的影响,D错误。
11.B。解析:反应越剧烈,产生气泡越快,说明反应速率越大,A正确;因所含的阴离子不同,故不能证明Fe3+比Cu2+对H2O2分解反应的催化效果好,若要证明Fe3+比Cu2+对H2O2分解反应的催化效果好,还要使选择的试剂中阴离子的种类相同,B错误;可利用题图乙中装置,通过记录一定时间内注射器活塞的位置变化,即反应生成的气体体积来测定反应速率,C正确;检查题图乙装置的气密性的操作:关闭A处活塞,将注射器的活塞拉出一定距离,过一段时间后再松开活塞,如活塞回到原位,说明装置气密性良好,否则漏气,D正确。
12.A。解析:由镁和盐酸反应的化学方程式知,两组实验中镁均过量,n(H+)相等,故二者产生等量的氢气,排除选项C和D;根据其他条件相同时,反应物浓度越大,化学反应速率越大可知,实验X产生氢气的速率大,体现在图像上即实验X对应的曲线的斜率比实验Y的大,结合以上两点可知,选项A符合题意。
13.A。解析:使用(正)催化剂能加快反应速率,A正确;增大压强,反应速率增大,B错;冬天气温低,反应速率降低,对人体危害较大,因为NO、CO都有毒,C错;改变温度、压强等外界条件,该化学反应的速率会改变,D错。
14.D。解析:①②浓度相同,②温度高,②的反应速率比①快,③反应温度与②相同,但浓度比②大,因此最先出现蓝色的一组是实验③,A正确;根据混合后溶液体积一样,实验①③中V1=40,V2=10,B正确;①②浓度相同,温度不同,因此探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①②,C正确;出现蓝色的时间:t1>t2>t3,D错误。
15.C。解析:实验Ⅰ和实验Ⅱ反应温度相同,实验Ⅱ中加入了1 mL水,根据控制变量法的原则,溶液总体积应保持不变,因而V1=1,类比分析可得V2=2,A正确;实验Ⅰ、Ⅲ的温度不同,其他条件相同,因而设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响,B正确;酸性KMnO4溶液呈紫红色,由表中数据可知,草酸溶液过量,KMnO4可反应完全,因而可以用颜色变化来判断反应终点,即实验计时是从溶液混合开始,溶液紫红色刚好褪去时结束,C错误;根据实验Ⅲ中有关数据可知,Δc(KMnO4)==0.005 mol·L-1,v(KMnO4)===0.01 mol·L-1·min-1,D正确。
16.D。解析:反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O,A正确;在其他条件不变时,反应物的浓度越大,反应速率越快,B正确;该实验是研究浓度对化学反应速率的影响,根据①可知,3% Na2S2O3溶液与所加水的总体积为6 mL,则a=4,b=1,C正确,D错误。
17.(1)4H++4I-+O2===2I2+2H2O
(2)探究温度对反应速率的影响
(3)淀粉溶液 无色溶液变蓝
(4)BC
(5)温度每升高10 ℃,反应速率增大2倍
(6)保证其他实验条件不变,采用不同浓度的H2SO4溶液进行对比实验
解析:(1)根据得失电子数目相等、电荷守恒和原子守恒,可得该反应的离子方程式为4H++4I-+O2===2I2+2H2O。(2)表中数据只有温度和显色时间,故该实验的目的是探究温度对反应速率的影响。(3)为测定显色时间,产物中有碘单质生成,还需要的试剂是淀粉溶液,实验现象为无色溶液变为蓝色。(4)设计实验必须保证其他条件不变,只改变一个条件,才能得到准确的结论,故还必须控制试剂的用量(体积)和试剂添加的顺序不变。(5)分析实验数据,温度每升高10 ℃,显色时间缩短到原来的一半,故可得出结论是温度升高10 ℃,反应速率约增大2倍。(6)若要进行溶液酸性强弱对反应速率影响的探究实验,需保证其他实验条件不变,采用不同浓度的H2SO4溶液进行对比实验。
18.(1)①2A+B2C
②0.1 mol·L-1·min-1
③40%
(2)①30 10
②当加入的CuSO4溶液超过一定量后,生成的单质Cu沉积在Zn粒表面,减小了Zn与H2SO4溶液的接触面积
解析:(1)①由题图可以看出,A、B的物质的量逐渐减小,则A、B为反应物,C的物质的量逐渐增大,所以C为生成物;当反应进行2 min时,Δn(A)=2 mol,Δn(B)=1 mol,Δn(C)=2 mol,则Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)=2∶1∶2,已知在化学反应中,各物质的物质的量的变化值之比等于其化学计量数之比,且反应结束时,反应物、生成物同时存在,反应为可逆反应,所以该反应的化学方程式为2A+B2C。②由题图可以看出,反应开始至2 min时,Δn(B)=1 mol,B的平均反应速率为=0.1 mol·L-1·min-1。③平衡时A的转化率为×100%=40%。(2)①要对比实验效果,需要控制单一变量。本题是探究硫酸铜的量对反应的影响,那么每组实验中硫酸的量要相同,六组实验溶液的总体积也应该相同。A组中硫酸溶液体积为30 mL,那么其他组硫酸溶液的体积也都为30 mL。而硫酸铜溶液和水的总体积应相同,F组中硫酸铜溶液和水的总体积为20 mL,所以V6=10。②因为锌会先与硫酸铜反应,直到硫酸铜消耗完才与硫酸反应生成氢气,硫酸铜的量较多时,锌与硫酸铜反应的时间较长,而且生成的铜会附着在Zn粒表面,会阻碍Zn粒与硫酸继续反应,导致氢气的生成速率下降。
19.(1)2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
(2)5 KMnO4溶液过量
(3)0.006 25 mol/(L·s)
(4)①温度不是反应速率突然加快的原因
②催化剂 d
解析:(1)酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应生成二氧化碳、硫酸锰和水。
(2)探究浓度对反应速率的影响时,溶液的总体积都为20 mL,据此判断x的值;由于4号实验中高锰酸钾溶液过量,溶液最终没有褪色。
(3)根据n=cV计算出反应物的物质的量,计算可知高锰酸钾量不足,用高锰酸钾的物质的量来计算反应消耗的草酸的物质的量,最后根据v= 计算出用H2C2O4表示的反应速率。
(4)①根据题表数据知,温度升高不明显,对反应速率影响不大,说明温度不是反应速率突然加快的原因。
②酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应生成了锰离子,锰离子有催化作用,所以还可能是催化剂的影响,要想验证锰离子的催化作用,在做对照实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否有变化。
2
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