内容正文:
第2章 化学反应的方向、限度与速率
第3节 化学反应的速率
第1课时 反应历程和反应速率
教学目标
1.通过对氢气与氧气反应历程的探究知道化学反应是有历程的。
2.通过“镁条与盐酸反应”实验探究,知道化学反应速率的表示方法,能进行化学反应速率的简单计算。
重点和难点
重点:反应速率的计算。
难点:反应速率大小的比较。
◆知识点一 化学反应是有历程的
1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中的 反应称为基元反应。例如H·+O2―→·OH+O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应。
2.反应历程【特别提醒】
1.对于由多个基元反应组成的化学反应,其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。
2.微粒H·、·OH和O·存在未成对电子,它们称为自由基(H·和O·也称为自由原子)。自由基反应活性很强,寿命极短。
(1)含义:基元反应构成的反应序列。
(2)特点
①反应不同,反应 不相同。
②同一反应,在不同 下的反应历程也可能不同。
(3)决定因素:反应历程由反应物的 和 决定。
(4)作用:反应历程的差别造成了 的不同。
3.飞秒化学【特别提醒】
在催化循环反应体系中:
催化剂首先直接和原料反应,反应前后存在,反应过程中不存在,催化剂可循环再生,即“失而复得”;而中间体(中间产物)只在反应过程中出现。
(1)基元反应的整个过程一般分为:始态→过渡态→终态(或中间体、中间产物)。
(2)跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的中间体或过渡态,必须采用10-15~10-12 s的时间分辨技术,可以分辨分子、原子飞秒级变动图像的激光脉冲技术,可以跟踪、观察基元反应的整个过程。
(3)对超快速化学反应的研究称为飞秒(fs,1 fs=10-15 s)化学。
(4)飞秒化学对了解化学反应机理、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。
即学即练
1.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现:①Ce4++Mn2+―→Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+―→Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+―→Ti3++Mn2+。由此可知:
(1)该反应的总反应的方程式为________________________________。
(2)该反应的催化剂是________。
2.卤代烃与端基炔(R′C≡CH)催化偶联反应的一种机理如图所示。下列说法错误的是( )
A.偶联反应中起催化作用的是M和CuI
B.R′C≡CCu为该催化过程的中间产物
C.该偶联反应的原理为R′C≡CH+RI→R′C≡CR+HI
D.该催化机理改变了反应路径和反应热
◆知识点二 化学反应速率
1.化学反应速率
(1)表示方法
对于反应体系体积不变的化学反应aA+bB===dD+eE,可以用 内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。
(2)数学表达式及单位
v(A)=,单位为 或 。
(3)特点
①同一反应选用不同的反应物或反应产物表示化学反应速率,数值可能 ,但表示的意义 。
②各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的 。
【特别提醒】
1.不用固体或纯液体表示反应速率。
2.反应速率表示一段时间内反应的平均速率,不是瞬时速率。
2.化学反应速率的物理测定方法
主要有 法、 法、 法。
即学即练
1.下面有关化学反应速率的说法中正确的是( )
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C.若某化学反应的反应速率为0.5 mol·(L·s)-1就是指在该时间内反应物和反应产物的浓度变化都为0.5 mol·L-1
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度
2.化学反应速率是通过实验测定的,下列化学反应速率的测量中,测量依据不可行的是( )
选项
化学反应
测量依据(单位时间内)
A
CO(g)+H2O(g)===CO2(g) +H2(g)
压强变化
B
Zn(s)+H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)+H2(g)
氢气体积
C
2NO2(g)N2O4(g)
颜色深浅
D
Ca(OH)2(aq)+Na2CO3(aq)===CaCO3(s)+2NaOH(aq)
沉淀质量
一、反应速率的计算
1.利用化学方程式计算
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的初始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
如反应: mA(g)+nB(g) pC(g)
初始浓度/(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+
(4)根据公式v(A)=进行计算。
2.根据化学反应速率之比等于各物质化学式前的系数之比计算
如对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g),有关系v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p,或v(A)=v(B)=v(C)。
3.注意事项
(1)三段式中只有转化量与化学计量数成正比关系,其余量均不一定。
(2)计算中注意以下量的关系:
对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻);
对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻);
物质的转化率=×100%。
实践应用
1.化学反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2 min,物质B的浓度减少0.6 mol·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 mol·L-1·min-1
B.2 min内,v正(B)和v逆(C)表示的反应速率的值都是逐渐减小的
C.2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L-1·min-1
D.分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1
2.在铝与稀硫酸的反应中,已知10 s内硫酸的浓度减少了0.6 mol·L-1,若不考虑反应过程中溶液体积的变化,则10 s内生成硫酸铝的平均反应速率是
( )
A.0.02 mol·L-1·s-1 B.1.8 mol·L-1·s-1
C.1.2 mol·L-1·s-1 D.0.18 mol·L-1·s-1
二、比较化学反应速率大小的方法
1.定性比较
通过明显的实验现象,如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失或气体充满所需时间的长短等来定性判断化学反应的快慢。如K与水反应比Na与水反应剧烈,则反应速率:K>Na。
2.定量比较
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率,或分别除以相应物质的化学计量数,所得数值大的速率大。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
3.统一标准法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时,按相应的化学方程式中各物质化学式前的系数之比换算成同一物质表示的化学反应速率,单位统一,再比较数值大小。
4.比值比较法
比较化学反应速率与其相应化学方程式中各物质化学式前的系数的比值大小,在单位相同时,数值大者反应速率大,如对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g),有v(A)、v(B)、v(C)三者中,单位相同时数值大者表示的反应速率大。
实践应用
1.下列四个数据都表示合成氨的反应速率,其中能代表是同一反应的是( )
①v(N2)=0.3 mol·L-1·min-1
②v(NH3)=0.9 mol·L-1·min-1
③v(H2)=0.6 mol·L-1·min-1
④v(H2)=0.022 5 mol·L-1·s-1
A.①② B.①③ C.③④ D.②④
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 mol·L-1·s-1、②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1、③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1、④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应在四种不同情况下进行的快慢顺序为( )
A.①>③=②>④ B.④>②=③>①
C.②>①=④>③ D.①>④>②=③
考点一 化学反应速率
【例1】对于反应:CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑,下列判断正确的是( )
A.用HCl和CaCl2表示的化学反应速率数值不同,但所表示的意义相同
B.不能用CaCO3的浓度的变化来表示化学反应速率,但可以用水来表示
C.用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D.用单位时间内CaCl2浓度的减小来表示其化学反应速率
【变式1-1】化学反应的速率是通过实验测定的。下列说法错误的是( )
A.酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反应,可以通过记录溶液褪色的时间来测定反应速率
B.锌与稀硫酸反应,可以通过测量一定时间内产生的H2体积来计算反应速率
C.可以依靠科学仪器测量光的吸收、光的发射、导电能力等来测定反应速率
D.恒温恒容条件下发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),可以通过测量单位时间内压强的变化来测定反应速率
考点二 化学反应速率的计算与比较
【例2】反应4M(s)+3N(g)===2P(g)+Q(g),经2 min后N的浓度减少了0.6 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.用M表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B.2 min末,用N表示的反应速率是0.3 mol·L-1·min-1
C.分别用N、P、Q表示的反应速率,其比值是3∶2∶1
D.在2 min内,N和P两物质的浓度是逐渐减小的
【变式2-1】在2 L的密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(g)2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol,前5 s内v(A)=0.1 mol·L-1·s-1,则10 s时容器中B的物质的量是( )
A.等于3 mol B.小于3 mol
C.大于3 mol D.等于3.5 mol
考点三 反应速率的测定
【例3】用甲、乙两装置测定锌与稀硫酸的反应速率。下列说法错误的是( )
A.甲、乙两实验均需要秒表
B.实验前将乙装置注射器活塞外拉,放开后若回到原位,说明气密性良好
C.其他条件相同时,乙装置所测速率比甲装置误差小
D.甲、乙装置通过测定单位时间内锌的质量变化测定反应速率
【变式3-1】某温度下按如图装置进行实验,锥形瓶内盛有6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L-1的硫酸溶液,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10 s时恰好收集到气体的体积为 50 mL(若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL),在该温度下,下列说法不正确的是( )
A.用锌粒表示的10 s内该反应的速率为0.013 g·s-1
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
C.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2表示的10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·L-1·s-1
考点四 化学反应速率图像
【例4】向体积为2 L的密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C 和一定量的B三种气体,一定条件下发生如下反应:3A(g)B(g)+2C(g),各物质的浓度随时间的变化如图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出]。下列说法不正确的是( )
A.若t1=15 s,则用A的浓度变化表示t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t1时反应物A的转化率为60%
C.B的起始的物质的量为0.04 mol
D.t0~t1阶段,此过程中容器向外界放出的热量为a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=- kJ·mol-1
【变式4-1】某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的A、B发生反应:3A(g)+bB(g)cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
基础达标
1.下列对化学反应速率的理解正确的是 ( )
A.化学反应速率表示的是化学反应进行的程度
B.化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示
C.化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物的浓度变化来表示
D.化学反应速率可以是正值,也可以是负值
2.在一定条件下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在2 L恒容密闭容器中进行,5 min内氨的质量增加了1.7 g,则反应速率为( )
A.v(NH3)=0.1 mol·L-1·min-1
B.v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1
C.v(H2)=0.015 mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.17 mol·L-1·min-1
3.在2A(g)+B(g)===3C(g)+5D(g)反应中,下列表示该反应的速率最大的是( )
A.v(A)=2 mol·L-1·min-1
B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1
D.v(D)=1 mol·L-1·s-1
4.反应P(g)+3Q(g)2R(g)+2S(g),在不同情况下测得反应速率如下,其中反应速率最快的是( )
A.v(P)=0.15 mol·L-1·min-1
B.v(R)=0.15 mol·L-1·s-1
C.v(Q)=0.6 mol·L-1·min-1
D.v(S)=0.4 mol·L-1·min-1
5.下列关于化学反应速率的说法,不正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.若一段时间内某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1·s-1,就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 mol·L-1·s-1
D.化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1
6.将5.6 g铁粉投入盛有100 mL 2 mol·L-1稀硫酸的烧杯中,2 min时铁粉刚好完全溶解。下列有关这个反应的反应速率的表示正确的是( )
A.0~2 min内,铁的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
B.0~2 min内,H2SO4的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
C.2 min末,FeSO4的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
D.0~2 min内,H2的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
7.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g),若90 s后测得A的浓度为1 mol/L,物质A表示的反应速率正确的是( )
A.2 mol/(L·min) B.0.67 mol/(L·min)
C.1 mol/(L·min) D.0.5 mol/(L·min)
8.在反应N2+3H22NH3中,经一段时间后,氨的浓度增加了0.6 mol·L-1,在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.9 mol·L-1·s-1,则反应所经历的时间为( )
A.0.44 s B.1 s
C.0.33 s D.2 s
9.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 mol·L-1·s-1、②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1、③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1、④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应进行的快慢顺序为( )
A.①>③>②>④ B.①>②=③>④
C.②>①=④>③ D.①>④>②=③
10.不同的化学反应,进行的快慢千差万别,下列表示反应3A(g)+B(g)===2C(g)+3D(g)速率最快的是( )
A.vA=0.9 mol·L-1·min-1
B.vB=0.35 mol·L-1·min-1
C.vC=0.01 mol·L-1·s-1
D.vD=0.015 mol·L-1·s-1
综合应用
11.向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入5 mol A与8 mol B,在一定条件下反应:2A(g)+3B(g)xC(g)+yD(g)(x、y为正整数)反应进行2 min后达到平衡,这2 min内平均反应速率v(C)=0.3 mol·L-1·min-1,D的平衡浓度为0.3 mol·L-1,又知v(B)∶v(C)=3∶2,则下列说法中一定不正确的是( )
A.x∶y=2∶1
B.v(A)∶v(C)=1∶1
C.A的平衡浓度为0.4 mol/L
D.A与B的平衡浓度之比为2∶3
12.已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。一定条件下,将2 mol NO和2 mol Br2通入2 L的恒容密闭容器中。反应进行10 s时,测得生成0.5 mol NOBr。下列说法正确的是( )
A.0~10 s内,v(Br2)=0.025 mol·L-1·s-1
B.第10 s时,v(NOBr)=0.025 mol·L-1·s-1
C.第10 s时,NO的浓度为0.75 mol·L-1
D.0~10 s内,NO(g)与Br2(g)反应放出的热量为a kJ
13.将15 mol A与B的混合物充入容积为2 L的恒容密闭容器中,在一定温度下发生反应:2A(g)+3B(g)C(g)+2D(g),经过15 min达到化学平衡状态,达到化学平衡状态时容器内的压强是反应前的,则0~15 min内用B的浓度变化表示的反应速率是( )
A.0.15 mol·L-1·min-1
B.0.3 mol·L-1·min-1
C.0.45 mol·L-1·min-1
D.0.6 mol·L-1·min-1
14.飞秒化学对了解反应机理十分重要。C2I2F4光分解反应C2I2F4===F2—F2+2I·经过2×10-15 s后C2I2F4的浓度减少6×10-5 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.用I·表示的反应速率是6×1010 mol·L-1·s-1
B.在2×10-15 s时,I·浓度是C2I2F4浓度的2倍
C.2×10-15 s末时C2I2F4的反应速率是3×1010 mol·L-1·s-1
D.F2—F2、I·的速率关系:v(F2—F2)=2v
15.反应速率和反应物浓度的关系是用实验的方法测定的,化学反应H2+Cl22HCl的反应速率v可表示为v=kcm(H2)·cn(Cl2),式中k为常数,m、n值可用表中数据确定。
c(H2)/(mol·L-1)
c(Cl2)/(mol·L-1)
v/(mol·L-1·s-1)
1.0
1.0
1.0k
2.0
1.0
2.0k
2.0
4.0
4.0k
由此可推得m、n的值分别为( )
A.m=1,n=1 B.m=,n=
C.m=,n=1 D.m=1,n=
16.一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中发生反应:X(g)+2Y(g)3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示:
t/min
n(X)/mol
n(Y)/mol
n(Z)/mol
0
1.0
1.2
0
5
0.6
10
0.7
15
0.6
下列说法正确的是( )
A.5~10 min用Y表示的平均反应速率为0.12 mol·L-1·min-1
B.10~15 min反应没有达到平衡
C.达到平衡状态时,c(Z)=0.6 mol·L-1
D.X的平衡转化率为30%
17.CO与N2O气体均会造成环境污染,研究表明二者可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应过程及能量变化过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.使用催化剂可降低反应活化能,但不改变反应历程
B.有催化剂条件下,E1时的反应速率比E2快
C.N2O(g)+CO(g)===N2(g)+CO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
D.Pt2O+为中间体、Pt2O为催化剂
18.我国学者曾研究了金催化剂表面水煤气变换CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。下列说法正确的是( )
A.该历程中最大能垒(活化能)E正=2.02 eV
B.步骤①:CO(g)+H2O(g)===CO·+H2O· ΔH>0
C.步骤③的化学方程式为COOH·+H2O===CO·+OH·+H2O(g)
D.步骤⑤只有极性键H—O的形成
拓展培优
19.在一定条件下,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图,则下列叙述正确的是( )
A.该反应的化学方程式为A+3B2C
B.t1~(t1+10) s内,v(A)=v(B)
C.0~t1 s内,B的反应速率为 mol/(L·s)
D.0~t1 s内,A的反应速率为v(A)=0.4 mol/(L·s)
20.一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:
t/s
0
600
1 200
1 710
2 220
2 820
x
c(N2O5)/(mol·L-1)
1.40
0.96
0.66
0.48
0.35
0.24
0.12
下列说法正确的是( )
A.600~1 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1
B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v正=2v逆(NO2)
D.推测上表中的x为3 930
21.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生反应2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则下列说法正确的是( )
A.用物质A表示的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.2 s时物质A的浓度为2.8 mol·L-1
C.2 s时物质B的浓度为0.3 mol·L-1
D.用物质B表示的平均反应速率为0.6 mol·L-1·s-1
22.在一定条件下,将3 mol A 和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2 min末时,测得生成0.8 mol D和0.4 mol C。下列判断不正确的是( )
A.x=1
B.2 min时,A的浓度为0.9 mol·L-1
C.2 min内C的反应速率为0.2 mol·L-1·min-1
D.2 min内A的反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
23.某温度下,在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)+bB(g)cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0),12 s时反应达到平衡(即A和B的量不再发生变化),生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,物质C的量将会逐渐增大
C.化学计量数之比b∶c=2∶1
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.4Q kJ
24.固定和利用CO2能有效地利用资源,并减少空气中的温室气体。工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。某科学实验将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间的变化如图曲线所示。a、b、c、d、e括号内数据表示坐标。
(1)a~b、b~c、c~d、d~e四段中,平均反应速率最大的时间段是____________,该时间段内H2的平均反应速率是________。
(2)H2的物质的量不再改变时,CO2的转化率是________;反应前后容器内的压强比是________。
25.已知反应aA(g)+bB(g)cC(g),某温度下,在2 L密闭容器中通入一定量的A、B,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)从反应开始到12 s时,用A的浓度变化表示的反应速率为__________________。
(2)经测定,前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,则该反应的化学方程式为____________________。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经相同时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L-1·s-1,乙:v(B)=0.12 mol·L-1·s-1,丙:v(C)=9.6 mol·L-1·min-1。则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
学科网(北京)股份有限公司1 / 10
学科网(北京)股份有限公司
$$
第2章 化学反应的方向、限度与速率
第3节 化学反应的速率
第1课时 反应历程和反应速率
教学目标
1.通过对氢气与氧气反应历程的探究知道化学反应是有历程的。
2.通过“镁条与盐酸反应”实验探究,知道化学反应速率的表示方法,能进行化学反应速率的简单计算。
重点和难点
重点:反应速率的计算。
难点:反应速率大小的比较。
◆知识点一 化学反应是有历程的
1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。例如H·+O2―→·OH+O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应。
2.反应历程【特别提醒】
1.对于由多个基元反应组成的化学反应,其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。
2.微粒H·、·OH和O·存在未成对电子,它们称为自由基(H·和O·也称为自由原子)。自由基反应活性很强,寿命极短。
(1)含义:基元反应构成的反应序列。
(2)特点
①反应不同,反应历程不相同。
②同一反应,在不同条件下的反应历程也可能不同。
(3)决定因素:反应历程由反应物的结构和反应条件决定。
(4)作用:反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。
3.飞秒化学【特别提醒】
在催化循环反应体系中:
催化剂首先直接和原料反应,反应前后存在,反应过程中不存在,催化剂可循环再生,即“失而复得”;而中间体(中间产物)只在反应过程中出现。
(1)基元反应的整个过程一般分为:始态→过渡态→终态(或中间体、中间产物)。
(2)跟踪和检测化学反应中某些寿命极短的中间体或过渡态,必须采用10-15~10-12 s的时间分辨技术,可以分辨分子、原子飞秒级变动图像的激光脉冲技术,可以跟踪、观察基元反应的整个过程。
(3)对超快速化学反应的研究称为飞秒(fs,1 fs=10-15 s)化学。
(4)飞秒化学对了解化学反应机理、控制反应进程、充分利用物质和能源等非常重要。
即学即练
1.由反应物微粒一步直接实现的化学反应称为基元反应。某化学反应是通过三步基元反应实现:①Ce4++Mn2+―→Ce3++Mn3+;②Ce4++Mn3+―→Ce3++Mn4+;③Ti++Mn4+―→Ti3++Mn2+。由此可知:
(1)该反应的总反应的方程式为________________________________。
(2)该反应的催化剂是________。
【答案】(1)2Ce4++Ti+===2Ce3++Ti3+ (2)Mn2+
【解析】催化剂是在化学反应里能改变反应物的化学反应速率(既能提高也能降低),而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。从三个反应可以看出Ce4+最终变为Ce3+,Ti+变为Ti3+,Mn2+没变,故为催化剂。
2.卤代烃与端基炔(R′C≡CH)催化偶联反应的一种机理如图所示。下列说法错误的是( )
A.偶联反应中起催化作用的是M和CuI
B.R′C≡CCu为该催化过程的中间产物
C.该偶联反应的原理为R′C≡CH+RI→R′C≡CR+HI
D.该催化机理改变了反应路径和反应热
【答案】D
【解析】由转化图可知,偶联反应中起催化作用的是M和CuI,故A正确;由转化关系可知,R′C≡CCu产生后又被消耗,为该催化过程的中间产物,故B正确;由流程可知,该偶联反应的原理为R′C≡CH+RI→R′C≡CR+HI,故C正确;催化剂改变反应路径,不改变反应热,故D错误。
◆知识点二 化学反应速率
1.化学反应速率
(1)表示方法
对于反应体系体积不变的化学反应aA+bB===dD+eE,可以用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。
(2)数学表达式及单位
v(A)=,单位为mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1。
(3)特点
①同一反应选用不同的反应物或反应产物表示化学反应速率,数值可能不同,但表示的意义相同。
②各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。
【特别提醒】
1.不用固体或纯液体表示反应速率。
2.反应速率表示一段时间内反应的平均速率,不是瞬时速率。
2.化学反应速率的物理测定方法
主要有量气法、比色法、电导法。
即学即练
1.下面有关化学反应速率的说法中正确的是( )
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C.若某化学反应的反应速率为0.5 mol·(L·s)-1就是指在该时间内反应物和反应产物的浓度变化都为0.5 mol·L-1
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度
【答案】D
【解析】不是所有化学反应都有明显的现象,A错误;不是所有的物质都可以用来表示反应速率,固体和纯液体一般不用来表示反应速率,因为固体和纯液体的浓度不发生变化,视为常数,B错误;反应速率应该指单位时间内反应物或反应产物的浓度变化,C错误。
2.化学反应速率是通过实验测定的,下列化学反应速率的测量中,测量依据不可行的是( )
选项
化学反应
测量依据(单位时间内)
A
CO(g)+H2O(g)===CO2(g) +H2(g)
压强变化
B
Zn(s)+H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)+H2(g)
氢气体积
C
2NO2(g)N2O4(g)
颜色深浅
D
Ca(OH)2(aq)+Na2CO3(aq)===CaCO3(s)+2NaOH(aq)
沉淀质量
【答案】A
【解析】A项,该反应是气体分子数不变的反应,反应前后压强不变;B项,单位时间内H2体积变化大,速率快;C项,2NO2(g)N2O4(g),NO2是红棕色气体,N2O4是无色气体,可以用单位时间内气体颜色的变化来衡量反应的快慢;D项,单位时间内产生沉淀的质量越多,速率越快。
一、反应速率的计算
1.利用化学方程式计算
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的初始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
如反应: mA(g)+nB(g) pC(g)
初始浓度/(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+
(4)根据公式v(A)=进行计算。
2.根据化学反应速率之比等于各物质化学式前的系数之比计算
如对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g),有关系v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p,或v(A)=v(B)=v(C)。
3.注意事项
(1)三段式中只有转化量与化学计量数成正比关系,其余量均不一定。
(2)计算中注意以下量的关系:
对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻);
对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻);
物质的转化率=×100%。
实践应用
1.化学反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2 min,物质B的浓度减少0.6 mol·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 mol·L-1·min-1
B.2 min内,v正(B)和v逆(C)表示的反应速率的值都是逐渐减小的
C.2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L-1·min-1
D.分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1
【答案】D
【解析】物质A是固体,浓度不变,不能用A表示该反应的反应速率,故A错误;B是反应物,浓度降低,v正(B)逐渐减小,C是反应产物,浓度增大,v逆(C)逐渐增大,故B错误;2 min末的反应速率为瞬时速率,用B表示的反应速率0.3 mol·L-1·min-1是2 min内的平均反应速率,故C错误;反应速率之比等于化学方程式中相应物质化学式前的系数之比,则v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶2∶1,故D正确。
2.在铝与稀硫酸的反应中,已知10 s内硫酸的浓度减少了0.6 mol·L-1,若不考虑反应过程中溶液体积的变化,则10 s内生成硫酸铝的平均反应速率是
( )
A.0.02 mol·L-1·s-1 B.1.8 mol·L-1·s-1
C.1.2 mol·L-1·s-1 D.0.18 mol·L-1·s-1
【答案】A
【解析】由v=可知,v(H2SO4)==0.06 mol·L-1·s-1;由反应2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑可知,v(H2SO4)∶v[Al2(SO4)3]=3∶1,则v[Al2(SO4)3]==0.02 mol·L-1·s-1。
二、比较化学反应速率大小的方法
1.定性比较
通过明显的实验现象,如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失或气体充满所需时间的长短等来定性判断化学反应的快慢。如K与水反应比Na与水反应剧烈,则反应速率:K>Na。
2.定量比较
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率,或分别除以相应物质的化学计量数,所得数值大的速率大。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
3.统一标准法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时,按相应的化学方程式中各物质化学式前的系数之比换算成同一物质表示的化学反应速率,单位统一,再比较数值大小。
4.比值比较法
比较化学反应速率与其相应化学方程式中各物质化学式前的系数的比值大小,在单位相同时,数值大者反应速率大,如对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g),有v(A)、v(B)、v(C)三者中,单位相同时数值大者表示的反应速率大。
实践应用
1.下列四个数据都表示合成氨的反应速率,其中能代表是同一反应的是( )
①v(N2)=0.3 mol·L-1·min-1
②v(NH3)=0.9 mol·L-1·min-1
③v(H2)=0.6 mol·L-1·min-1
④v(H2)=0.022 5 mol·L-1·s-1
A.①② B.①③ C.③④ D.②④
【答案】D
【解析】将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的反应速率,若相等,则能代表同一反应。①v(N2)=0.3 mol·L-1·min-1,②v(N2)∶v(NH3)=1∶2,则v(N2)=0.45 mol·L-1·min-1,③v(N2)∶v(H2)=1∶3,则v(N2)=0.2 mol·L-1·min-1,④v(N2)∶v(H2)=1∶3,则v(N2)=×0.022 5×60 mol·L-1·min-1=0.45 mol·L-1·min-1,故②④能代表同一反应,D项正确。
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 mol·L-1·s-1、②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1、③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1、④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应在四种不同情况下进行的快慢顺序为( )
A.①>③=②>④ B.④>②=③>①
C.②>①=④>③ D.①>④>②=③
【答案】D
【解析】同一化学反应中,在单位相同条件下,化学反应速率与其计量数的比值越大,反应速率越快,
①v(A)=0.45 mol·L-1·s-1;
②v(A)==×0.6 mol·L-1·s-1=0.2 mol·L-1·s-1;
③v(A)==mol·L-1·s-1=0.2 mol·L-1·s-1;
④v(A)==mol·L-1·s-1=0.225 mol·L-1·s-1;所以其反应速率快慢关系为①>④>②=③。
考点一 化学反应速率
【例1】对于反应:CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑,下列判断正确的是( )
A.用HCl和CaCl2表示的化学反应速率数值不同,但所表示的意义相同
B.不能用CaCO3的浓度的变化来表示化学反应速率,但可以用水来表示
C.用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D.用单位时间内CaCl2浓度的减小来表示其化学反应速率
【答案】A
【解析】在同一反应中,各物质表示的化学反应速率之比等于同一时间内各物质的浓度变化之比,用HCl和CaCl2表示的化学反应速率数值不同,但表示的意义相同,故A符合题意; 化学反应速率可用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示,CaCl2是生成物,则可用单位时间内CaCl2浓度的增加表示其反应速率,故D不符合题意。
【变式1-1】化学反应的速率是通过实验测定的。下列说法错误的是( )
A.酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反应,可以通过记录溶液褪色的时间来测定反应速率
B.锌与稀硫酸反应,可以通过测量一定时间内产生的H2体积来计算反应速率
C.可以依靠科学仪器测量光的吸收、光的发射、导电能力等来测定反应速率
D.恒温恒容条件下发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),可以通过测量单位时间内压强的变化来测定反应速率
【答案】D
【解析】D项中恒温恒容条件下,反应前后气体的压强始终不变,不能通过测量单位时间内压强的变化来测定反应速率。
考点二 化学反应速率的计算与比较
【例2】反应4M(s)+3N(g)===2P(g)+Q(g),经2 min后N的浓度减少了0.6 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.用M表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B.2 min末,用N表示的反应速率是0.3 mol·L-1·min-1
C.分别用N、P、Q表示的反应速率,其比值是3∶2∶1
D.在2 min内,N和P两物质的浓度是逐渐减小的
【答案】C
【解析】M为固体,不能用M的浓度变化表示该反应的反应速率,A项错误;用N表示的反应速率为0.3 mol·L-1·min-1,是2 min内的平均反应速率,B项错误;用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,则v(N)∶v(P)∶v(Q)=3∶2∶1,C项正确;2 min内,N的浓度逐渐减小,P的浓度逐渐增大,D项错误。
【变式2-1】在2 L的密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(g)2C(g)+D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol,前5 s内v(A)=0.1 mol·L-1·s-1,则10 s时容器中B的物质的量是( )
A.等于3 mol B.小于3 mol
C.大于3 mol D.等于3.5 mol
【答案】C
【解析】前5 s内A的平均反应速率为0.1 mol·L-1·s-1,由反应速率之比等于化学计量数之比可知,B的反应速率为0.1 mol·L-1·s-1×=0.05 mol·L-1·s-1,假设后5 s内平均反应速率不变,则10 s时转化的B的物质的量为0.05 mol·L-1·s-1×10 s×2 L=1 mol,则10 s时,容器中B的物质的量为4 mol-1 mol=3 mol,但随着反应的进行,反应物的浓度减小,后5 s内的平均反应速率小于前5 s内的平均反应速率,因此容器中B的物质的量大于3 mol。
考点三 反应速率的测定
【例3】用甲、乙两装置测定锌与稀硫酸的反应速率。下列说法错误的是( )
A.甲、乙两实验均需要秒表
B.实验前将乙装置注射器活塞外拉,放开后若回到原位,说明气密性良好
C.其他条件相同时,乙装置所测速率比甲装置误差小
D.甲、乙装置通过测定单位时间内锌的质量变化测定反应速率
【答案】D
【解析】甲、乙两装置需要测定单位时间内产生氢气的体积,需要用到秒表,故A正确;实验前将乙装置注射器活塞外拉,体系内压强减小,若气密性良好,在外界大气压作用下,活塞会回到原位,故B正确;甲装置中稀硫酸进入体系,占用一定体积,活塞右移,会造成误差,用乙装置可以减小稀硫酸溶液体积变化造成的实验误差,故C正确;甲、乙装置通过测定单位时间内产生氢气的体积测定反应速率,故D错误。
【变式3-1】某温度下按如图装置进行实验,锥形瓶内盛有6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L-1的硫酸溶液,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10 s时恰好收集到气体的体积为 50 mL(若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL),在该温度下,下列说法不正确的是( )
A.用锌粒表示的10 s内该反应的速率为0.013 g·s-1
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
C.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2表示的10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·L-1·s-1
【答案】C
【解析】0 ℃、101 kPa条件下,H2的体积为44.8 mL,其物质的量为0.002 mol,则根据Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑反应可知:Zn~H2SO4~ZnSO4~H2,Δn(Zn)=Δn(H2SO4)=Δn(ZnSO4)=Δn(H2)=0.002 mol;Δm(Zn)=0.002 mol×65 g·mol-1=0.13 g,v(Zn)==0.013 g·s-1,v(H+)==0.01 mol·L-1·s-1,v(Zn2+)==0.005 mol·L-1·s-1,v(H2)==0.000 2 mol·s-1,故C错误。
考点四 化学反应速率图像
【例4】向体积为2 L的密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C 和一定量的B三种气体,一定条件下发生如下反应:3A(g)B(g)+2C(g),各物质的浓度随时间的变化如图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出]。下列说法不正确的是( )
A.若t1=15 s,则用A的浓度变化表示t0~t1阶段的平均反应速率为0.004 mol·L-1·s-1
B.t1时反应物A的转化率为60%
C.B的起始的物质的量为0.04 mol
D.t0~t1阶段,此过程中容器向外界放出的热量为a kJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=- kJ·mol-1
【答案】A
【解析】t0~t1阶段,A的浓度变化Δc(A)=0.06 mol·L-1-0.15 mol·L-1=-0.09 mol·L-1,t0~t1阶段的平均反应速率v(A)=-==0.006 mol·L-1·s-1,A错误;t1时该反应达到平衡,根据选项A中分析可知A的转化率为α(A)=×100%=60%,B正确;根据反应3A(g)B(g)+2C(g)可知,反应达平衡后Δc(A)=-0.09 mol·L-1,则Δc(B)=0.03 mol·L-1,由图像可知该反应达平衡后,c(B)=0.05 mol·L-1,所以B的起始浓度为0.02 mol·L-1,B的起始的物质的量为0.02 mol·L-1×2 L=0.04 mol,C正确;t0~t1阶段,Δn(A)=0.09 mol·L-1×2 L=0.18 mol,此时放热a kJ,如果有3 mol A完全反应,放热为 kJ,即热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=- kJ·mol-1,D正确。
【变式4-1】某温度下,在2 L密闭容器中投入一定量的A、B发生反应:3A(g)+bB(g)cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0)。12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
【答案】C
【解析】由图像分析可知,前12 s内A的浓度变化为Δc(A)=0.2 mol·L-1-0.8 mol·L-1=-0.6 mol·L-1,反应速率v(A)=-==0.05 mol·L-1·s-1,A错误;前12 s内B的浓度变化为Δc(B)=0.3 mol·L-1-0.5 mol·L-1=-0.2 mol·L-1,反应速率v(B)=-== mol·L-1·s-1,依据题意v(C)==== mol·L-1·s-1,化学反应速率之比等于化学计量数之比,则3∶b∶c=0.05∶∶,解得b=1,c=2,b∶c=1∶2,C正确;由上述分析可知,该反应的化学方程式为3A(g)+B(g)2C(g),其中A、B化学计量数不同,12 s后达到平衡状态,A的消耗速率不等于B的生成速率,B错误;3 mol A完全反应放热Q kJ,12 s内A反应的物质的量为(0.8 mol·L-1-0.2 mol·L-1)×2 L=1.2 mol,则1.2 mol A反应放出的热量为0.4Q kJ,D错误。
基础达标
1.下列对化学反应速率的理解正确的是 ( )
A.化学反应速率表示的是化学反应进行的程度
B.化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示
C.化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物的浓度变化来表示
D.化学反应速率可以是正值,也可以是负值
【答案】B
【解析】化学反应速率表示化学反应进行的快慢,A错误;化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少来表示,也可以用单位时间内生成物浓度的增加来表示,B正确;化学反应速率不能用纯液体或固体的浓度变化来表示,C错误;化学反应速率取正值,D错误。
2.在一定条件下,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在2 L恒容密闭容器中进行,5 min内氨的质量增加了1.7 g,则反应速率为( )
A.v(NH3)=0.1 mol·L-1·min-1
B.v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1
C.v(H2)=0.015 mol·L-1·min-1
D.v(NH3)=0.17 mol·L-1·min-1
【答案】C
【解析】根据题意知,5 min内氨的质量增加了1.7 g,其物质的量为=0.1 mol,v(NH3)===0.01 mol·L-1·min-1,根据化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比可知,v(N2)=v(NH3)=0.005 mol·L-1·min-1,v(H2)=v(NH3)=0.015 mol·L-1·min-1,故C正确。
3.在2A(g)+B(g)===3C(g)+5D(g)反应中,下列表示该反应的速率最大的是( )
A.v(A)=2 mol·L-1·min-1
B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1
D.v(D)=1 mol·L-1·s-1
【答案】B
【解析】A.v(A)=2 mol·L-1·min-1,转化为用B表示的反应速率并换算单位,v(B)≈0.016 7 mol·L-1·s-1;B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1;C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1,转化为用B表示的反应速率,v(B)≈0.267 mol·L-1·s-1;D.v(D)=1 mol·L-1·s-1,转化为用B表示的反应速率,v(B)=0.2 mol·L-1·s-1;故反应速率最大的是B项。
4.反应P(g)+3Q(g)2R(g)+2S(g),在不同情况下测得反应速率如下,其中反应速率最快的是( )
A.v(P)=0.15 mol·L-1·min-1
B.v(R)=0.15 mol·L-1·s-1
C.v(Q)=0.6 mol·L-1·min-1
D.v(S)=0.4 mol·L-1·min-1
【答案】B
【解析】各物质的反应速率除以其对应的化学计量数,所得结果最大的则反应速率最快。v(P)=0.15 mol·L-1·min-1;==4.5 mol·L-1·min-1;==0.2 mol·L-1·min-1;==0.2 mol·L-1·min-1,故反应速率最快的为B选项。
5.下列关于化学反应速率的说法,不正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.若一段时间内某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1·s-1,就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 mol·L-1·s-1
D.化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1
【答案】C
【解析】化学反应有的快,有的慢,则使用化学反应速率来定量表示化学反应进行的快慢,A正确;反应物本身的性质是决定反应速率的主要因素,如火药爆炸、食物腐败,故B正确;若某化学反应的反应速率为0.5 mol·(L·s)-1是指用某一物质表示的平均速率,与用其他物质表示的速率不一定相等,C错误;公式v=中,浓度的单位是mol/L,时间单位常用s、min,所以化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1,D正确。
6.将5.6 g铁粉投入盛有100 mL 2 mol·L-1稀硫酸的烧杯中,2 min时铁粉刚好完全溶解。下列有关这个反应的反应速率的表示正确的是( )
A.0~2 min内,铁的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
B.0~2 min内,H2SO4的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
C.2 min末,FeSO4的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
D.0~2 min内,H2的反应速率为0.5 mol·L-1·min-1
【答案】B
【解析】铁为固体,不能用单位时间内浓度变化量表示反应速率,A错误;5.6 g铁粉的物质的量为=0.1 mol,由Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,可知参加反应的硫酸的物质的量为0.1 mol,故用硫酸表示的反应速率为=0.5 mol/(L·min),B正确;2 min末硫酸亚铁的反应速率表示瞬时速率,而0.5 mol/(L·min)表示2 min内硫酸亚铁的平均反应速率,C错误;氢气为气体,必须在一定体积的容器中方可用单位时间内浓度变化量表示反应速率,D错误。
7.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g)2C(g),若90 s后测得A的浓度为1 mol/L,物质A表示的反应速率正确的是( )
A.2 mol/(L·min) B.0.67 mol/(L·min)
C.1 mol/(L·min) D.0.5 mol/(L·min)
【答案】B
【解析】已知开始时A的浓度为4 mol÷2 L=2 mol/L,90 s后A的浓度为1 mol/L,则A的反应速率为= mol·L-1·min-1=0.67 mol/(L·min),故答案选B。
8.在反应N2+3H22NH3中,经一段时间后,氨的浓度增加了0.6 mol·L-1,在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.9 mol·L-1·s-1,则反应所经历的时间为( )
A.0.44 s B.1 s
C.0.33 s D.2 s
【答案】B
【解析】设反应所经过的时间为t s,在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.9 mol·L-1·s-1,则v(NH3)=v(H2)=0.6 mol·L-1·s-1,0.6 mol·L-1·s-1×t=0.6 mol·L-1,解得:t=1 s。
9.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 mol·L-1·s-1、②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1、③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1、④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应进行的快慢顺序为( )
A.①>③>②>④ B.①>②=③>④
C.②>①=④>③ D.①>④>②=③
【答案】D
【解析】不同物质表示的速率之比等于其化学计量数之比,故各物质表示的反应速率与其化学计量数之比越大,反应速率越快。①=0.45 mol·L-1·s-1;②=0.2 mol·L-1·s-1;③=0.2 mol·L-1·s-1;④=0.225 mol·L-1·s-1;反应速率①>④>②=③。
10.不同的化学反应,进行的快慢千差万别,下列表示反应3A(g)+B(g)===2C(g)+3D(g)速率最快的是( )
A.vA=0.9 mol·L-1·min-1
B.vB=0.35 mol·L-1·min-1
C.vC=0.01 mol·L-1·s-1
D.vD=0.015 mol·L-1·s-1
【答案】B
【解析】把A、C、D项的速率都转化为以B表示的速率:A项为vB=0.3 mol·L-1·min-1,C项为vB=0.3 mol·L-1·min-1,D项为vB=0.3 mol·L-1·min-1,即可知速率最快的是B。
综合应用
11.向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入5 mol A与8 mol B,在一定条件下反应:2A(g)+3B(g)xC(g)+yD(g)(x、y为正整数)反应进行2 min后达到平衡,这2 min内平均反应速率v(C)=0.3 mol·L-1·min-1,D的平衡浓度为0.3 mol·L-1,又知v(B)∶v(C)=3∶2,则下列说法中一定不正确的是( )
A.x∶y=2∶1
B.v(A)∶v(C)=1∶1
C.A的平衡浓度为0.4 mol/L
D.A与B的平衡浓度之比为2∶3
【答案】D
【解析】达到平衡时C的浓度变化为0.6 mol/L,D的平衡浓度为0.3 mol/L,对于可逆反应计量系数之比等于浓度变化量之比,则Δc(C)∶Δc(D)=x∶y,x∶y=2∶1,A正确;计量系数之比等于反应速率之比,v(B)∶v(C)=3∶2,可求出x=2,y=1,则v(A)∶v(C)=1∶1,B正确;由v(A)∶v(C)=1∶1,Δc(A)=Δc(C)=0.6 mol/L,参加反应的A浓度为0.6 mol/L,则A的平衡浓度为1 mol/L-0.6 mol/L=0.4 mol/L,C正确;计量系数之比等于浓度变化量之比,=,则参加反应的B的浓度为0.9 mol/L,B的平衡浓度为1.6 mol/L-0.9 mol/L=0.7 mol/L,A与B的平衡浓度比等于=,D错误。
12.已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。一定条件下,将2 mol NO和2 mol Br2通入2 L的恒容密闭容器中。反应进行10 s时,测得生成0.5 mol NOBr。下列说法正确的是( )
A.0~10 s内,v(Br2)=0.025 mol·L-1·s-1
B.第10 s时,v(NOBr)=0.025 mol·L-1·s-1
C.第10 s时,NO的浓度为0.75 mol·L-1
D.0~10 s内,NO(g)与Br2(g)反应放出的热量为a kJ
【答案】C
【解析】利用三段式分析
0~10 s内,v(Br2)====0.012 5 mol·L-1·s-1,A错误;利用公式v(A)=计算的是A物质的平均速率而不是瞬时速率。v(NOBr)=0.025 mol·L-1·s-1表示的是0~10 s内的平均速率,不能表示第10秒时NOBr的瞬时速率,B错误;第10 s时,c(NO)===0.75 mol·L-1,C正确;该可逆反应的反应热表示2 mol NO(g)和1 mol Br2(g)完全反应生成2 mol NOBr(g)时,放出的热量为a kJ。0~10 s内,有0.5 mol NOBr生成,放出热量为 kJ,D错误。
13.将15 mol A与B的混合物充入容积为2 L的恒容密闭容器中,在一定温度下发生反应:2A(g)+3B(g)C(g)+2D(g),经过15 min达到化学平衡状态,达到化学平衡状态时容器内的压强是反应前的,则0~15 min内用B的浓度变化表示的反应速率是( )
A.0.15 mol·L-1·min-1
B.0.3 mol·L-1·min-1
C.0.45 mol·L-1·min-1
D.0.6 mol·L-1·min-1
【答案】A
【解析】反应达到化学平衡状态时容器中混合气体的物质的量为×15 mol=12 mol,设初始时A的物质的量是x mol,A的物质的量的变化量是y mol,则
2A(g) +3B(g) C(g) +2D(g)
起始/mol x 15-x 0 0
转化/mol y 1.5y 0.5y y
平衡/mol x-y 15-x-1.5y 0.5y y
则x-y+15-x-1.5y+0.5y+y=12,解得y=3,所以v(B)==0.15 mol·L-1·min-1。
14.飞秒化学对了解反应机理十分重要。C2I2F4光分解反应C2I2F4===F2—F2+2I·经过2×10-15 s后C2I2F4的浓度减少6×10-5 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.用I·表示的反应速率是6×1010 mol·L-1·s-1
B.在2×10-15 s时,I·浓度是C2I2F4浓度的2倍
C.2×10-15 s末时C2I2F4的反应速率是3×1010 mol·L-1·s-1
D.F2—F2、I·的速率关系:v(F2—F2)=2v
【答案】A
【解析】根据反应方程式中物质反应转化关系可知,C2I2F4与I·化学计量数之比是1∶2,在2×10-15 s后C2I2F4的浓度减少6×10-5 mol·L-1,则I·的浓度变化为1.2×10-4 mol·L-1,则用I·表示的反应速率v(I·)==6×1010 mol·L-1·s-1,A正确;在2×10-15 s时,I·改变的浓度是C2I2F4浓度的2倍,而不是I·浓度是C2I2F4浓度的2倍,B错误;在0~2×10-15 s时C2I2F4的平均反应速率v(C2I2F4)==3×1010 mol·L-1·s-1,而不是2×10-15 s末的瞬时速率,C错误;化学反应速率比等于方程式中相应物质的化学计量数的比,则F2—F2、I·的速率关系:2v(F2—F2)=v,D错误。
15.反应速率和反应物浓度的关系是用实验的方法测定的,化学反应H2+Cl22HCl的反应速率v可表示为v=kcm(H2)·cn(Cl2),式中k为常数,m、n值可用表中数据确定。
c(H2)/(mol·L-1)
c(Cl2)/(mol·L-1)
v/(mol·L-1·s-1)
1.0
1.0
1.0k
2.0
1.0
2.0k
2.0
4.0
4.0k
由此可推得m、n的值分别为( )
A.m=1,n=1 B.m=,n=
C.m=,n=1 D.m=1,n=
【答案】D
【解析】按题给数据代入v=kcm(H2)·cn(Cl2)即可。第一组数据无法计算,代入第二组数据:2.0k=k×(2.0)m×(1.0)n,则m=1;代入第三组数据:4.0k=k×(2.0)m×(4.0)n,结合m=1,则n=。
16.一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中发生反应:X(g)+2Y(g)3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示:
t/min
n(X)/mol
n(Y)/mol
n(Z)/mol
0
1.0
1.2
0
5
0.6
10
0.7
15
0.6
下列说法正确的是( )
A.5~10 min用Y表示的平均反应速率为0.12 mol·L-1·min-1
B.10~15 min反应没有达到平衡
C.达到平衡状态时,c(Z)=0.6 mol·L-1
D.X的平衡转化率为30%
【答案】D
【解析】根据表格数据可知0~5 min内Δn(Z)=0.6 mol,则此时段内Δn(X)=0.2 mol,Δn(Y)=0.4 mol,所以5~10 min内Δn(X)=1.0 mol-0.2 mol-0.7 mol=0.1 mol,则5~10 min内Δn(Y)=0.2 mol,容器体积为1 L,所以v(Y)==0.04 mol·L-1·min-1,A错误;10 min时n(Y)=1.2 mol-0.4 mol-0.2 mol=0.6 mol,则10~15 min这段时间内,Y的物质的量没有发生变化,说明反应达到平衡,B错误;平衡时Δn(Y)=0.2 mol+0.4 mol=0.6 mol,则Δn(Z)=0.9 mol,容器体积为1 L,所以c(Z)=0.9 mol·L-1,C错误;平衡时Δn(Y)= 0.6 mol,则Δn(X)=0.3 mol,X的平衡转化率为×100%=30%,D正确。
17.CO与N2O气体均会造成环境污染,研究表明二者可在Pt2O+表面转化为无害气体,其反应过程及能量变化过程如图所示。下列说法正确的是( )
A.使用催化剂可降低反应活化能,但不改变反应历程
B.有催化剂条件下,E1时的反应速率比E2快
C.N2O(g)+CO(g)===N2(g)+CO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
D.Pt2O+为中间体、Pt2O为催化剂
【答案】C
【解析】使用催化剂有中间产物产生,改变反应历程,降低反应活化能,故A错误;有催化剂条件下,E1大于E2,活化能越小反应速率越快,E1时的速率比E2慢,故B错误;由图可知N2O和CO在Pt2O+表面转化为无害气体的反应过程为①N2O(g)+Pt2O+===N2(g)+Pt2O ΔH1,②Pt2O+CO(g)===CO2(g)+Pt2O+ ΔH2,①+②得N2O(g)+CO(g)===N2(g)+CO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2,故C正确;Pt2O+是反应的催化剂,Pt2O为中间体,故D错误。
18.我国学者曾研究了金催化剂表面水煤气变换CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用·标注。下列说法正确的是( )
A.该历程中最大能垒(活化能)E正=2.02 eV
B.步骤①:CO(g)+H2O(g)===CO·+H2O· ΔH>0
C.步骤③的化学方程式为COOH·+H2O===CO·+OH·+H2O(g)
D.步骤⑤只有极性键H—O的形成
【答案】A
【解析】第④步正反应的活化能最大,即E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,A正确;步骤①反应物的能量大于生成物的能量,为放热反应,CO(g)+H2O(g)===CO·+H2O· ΔH<0,B错误;步骤③的化学方程式为CO·+OH·+H2O(g)===COOH·+H2O·,C错误;步骤⑤活化分子H·生成H2,形成了非极性键H—H,D错误。
拓展培优
19.在一定条件下,A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中,反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图,则下列叙述正确的是( )
A.该反应的化学方程式为A+3B2C
B.t1~(t1+10) s内,v(A)=v(B)
C.0~t1 s内,B的反应速率为 mol/(L·s)
D.0~t1 s内,A的反应速率为v(A)=0.4 mol/(L·s)
【答案】C
【解析】由题图可知,A、B为反应物,C为生成物,化学计量数之比等于浓度变化之比,即为|0.2-0.8| mol/L∶|0.3-0.5| mol/L∶(0.4-0) mol/L=3∶1∶2,该反应为3A+BC,故A错误;反应速率之比等于化学计量数之比,故t1~(t1+10) s内,v(A)=3v(B),故B错误;0~t1 s内,B的反应速率为-= mol/(L·s),故C正确;0~t1 s内,Δc(A)=-0.6 mol/L,A的反应速率为v(A)=-= mol/(L·s),故D错误。
20.一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:
t/s
0
600
1 200
1 710
2 220
2 820
x
c(N2O5)/(mol·L-1)
1.40
0.96
0.66
0.48
0.35
0.24
0.12
下列说法正确的是( )
A.600~1 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1
B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v正=2v逆(NO2)
D.推测上表中的x为3 930
【答案】D
【解析】600~1 200 s,v(N2O5)=-=5.0×10-4 mol·L-1·s-1,则v(NO2)=2v(N2O5)=1.0×10-3 mol·L-1·s-1,A错误;反应2 220 s时,参加反应的N2O5的物质的量是(1.40 mol·L-1-0.35 mol·L-1)×0.1 L=0.105 mol,则生成氧气的物质的量是0.052 5 mol,其在标准状况下的体积是0.052 5 mol×22.4 L·mol-1=1.176 L,B错误;反应达到平衡时,v正(NO2)=v逆(NO2)=2v正(N2O5),C错误;根据题表中数据可得,c(N2O5)由0.96 mol·L-1反应至0.48 mol·L-1耗时1 110 s,与其浓度由0.48 mol·L-1反应至0.24 mol·L-1耗时一致,则有c(N2O5 )为0.12 mol·L-1时,t=2 820 s+1 110 s=3 930 s,D正确。
21.将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生反应2A(g)+B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则下列说法正确的是( )
A.用物质A表示的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.2 s时物质A的浓度为2.8 mol·L-1
C.2 s时物质B的浓度为0.3 mol·L-1
D.用物质B表示的平均反应速率为0.6 mol·L-1·s-1
【答案】A
【解析】经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则v(C)==0.3 mol·L-1·s-1,化学反应速率之比等于化学计量数之比,则用物质A表示的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1,A正确;2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则消耗A的物质的量为0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol,故2 s 时物质A的浓度为=1.4 mol·L-1,B错误;2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则消耗B的物质的量浓度为0.3 mol·L-1,故2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1,C错误;v(C)==0.3 mol·L-1·s-1,化学反应速率之比等于化学计量数之比,则用物质B表示的平均反应速率为0.15 mol·L-1·s-1,D错误。
22.在一定条件下,将3 mol A 和1 mol B两种气体混合于固定容积为2 L的密闭容器中,发生反应:3A(g)+B(g)xC(g)+2D(g)。2 min末时,测得生成0.8 mol D和0.4 mol C。下列判断不正确的是( )
A.x=1
B.2 min时,A的浓度为0.9 mol·L-1
C.2 min内C的反应速率为0.2 mol·L-1·min-1
D.2 min内A的反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
【答案】C
【解析】2 min末时,测得生成0.8 mol D和0.4 mol C,根据各物质的物质的量变化之比等于相应物质的化学计量数之比可知,x=1,A项正确;B.根据题意可知,
3A(g)+B(g) C(g)+2D(g)
起始/mol 3 1 0 0
变化/mol 1.2 0.4 0.4 0.8
2 min末/mol 1.8 0.6 0.4 0.8
2 min时,A的浓度为=0.9 mol·L-1,B项正确;C.2 min内C的反应速率为=0.1 mol·L-1·min-1,C项错误;D.2 min内A的反应速率为=0.3 mol·L-1·min-1,D项正确。
23.某温度下,在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)+bB(g)cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0),12 s时反应达到平衡(即A和B的量不再发生变化),生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,物质C的量将会逐渐增大
C.化学计量数之比b∶c=2∶1
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.4Q kJ
【答案】D
【解析】图像分析可知A的浓度变化=0.8 mol/L-0.2 mol/L=0.6 mol/L,反应速率v===0.05 mol/(L·s),A错误;12 s时反应达到平衡(即A和B的量不再发生变化),所以C 的量也不再发生变化,B错误;前12 s内,B的浓度变化量为(0.5-0.3) mol/L=0.2 mol/L,生成C的物质的量的浓度为0.4 mol/L,故b∶c=0.2 mol/L∶0.4 mol/L=1∶2,C错误;12 s内反应3 mol A放热Q kJ,反应A的物质的量=(0.8 mol/L-0.2 mol/L)×2 L=1.2 mol,结合化学方程式定量关系计算,3A(g)+B (g)2C(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,1.2 mol A反应放出热量0.4Q kJ,D正确。
24.固定和利用CO2能有效地利用资源,并减少空气中的温室气体。工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。某科学实验将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间的变化如图曲线所示。a、b、c、d、e括号内数据表示坐标。
(1)a~b、b~c、c~d、d~e四段中,平均反应速率最大的时间段是____________,该时间段内H2的平均反应速率是________。
(2)H2的物质的量不再改变时,CO2的转化率是________;反应前后容器内的压强比是________。
【答案】(1)a~b 1 mol·L-1·min-1 (2)33.3% 7∶5
【解析】(1)a~b段氢气的平均反应速率为=1 mol·L-1·min-1,b~c段氢气的平均反应速率为=0.75 mol·L-1·min-1,c~d段氢气的平均反应速率为=0.1 mol·L-1·min-1,所以平均反应速率最大的时间段是a~b,该时间段内H2的平均反应速率是1 mol·L-1·min-1。
(2)由图可知,平衡时氢气的物质的量为2 mol,列三段式:
3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 8 6 0 0
变化/mol 6 2 2 2
平衡/mol 2 4 2 2
所以平衡时CO2的转化率为×100%≈33.3%;恒温、恒容时,气体压强之比等于气体的物质的量之比,所以反应前后容器内的压强比是(6+8)∶(4+2+2+2)=7∶5。
25.已知反应aA(g)+bB(g)cC(g),某温度下,在2 L密闭容器中通入一定量的A、B,两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)从反应开始到12 s时,用A的浓度变化表示的反应速率为__________________。
(2)经测定,前4 s内v(C)=0.05 mol·L-1·s-1,则该反应的化学方程式为____________________。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经相同时间后,测得三个容器中的反应速率分别为甲:v(A)=0.3 mol·L-1·s-1,乙:v(B)=0.12 mol·L-1·s-1,丙:v(C)=9.6 mol·L-1·min-1。则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
【答案】(1)0.05 mol·L-1·s-1 (2)3A(g)+B(g)2C(g) (3)乙>甲>丙
【解析】(1)0~12 s内,Δc(A)=0.2 mol·L-1-0.8 mol·L-1=-0.6 mol·L-1,v(A)=-==0.05 mol·L-1·s-1。
(2)前4 s内,Δc(A)=0.5 mol·L-1-0.8 mol·L-1=-0.3 mol·L-1,v(A)=-==0.075 mol·L-1·s-1;v(A)∶v(C)=a∶c=0.075 mol·L-1·s-1∶0.05 mol·L-1·s-1=3∶2;由图像知,0~12 s内,|Δc(A)|∶|Δc(B)|=0.6 mol·L-1∶0.2 mol·L-1=3∶1=a∶b,则a∶b∶c=3∶1∶2,所以该反应的化学方程式为3A(g)+B(g)2C(g)。
(3)丙容器中v(C)=9.6 mol·L-1·min-1=0.16 mol·L-1·s-1,则丙容器中v(B)=0.08 mol·L-1·s-1,甲容器中v(B)=0.1 mol·L-1·s-1,乙容器中v(B)=0.12 mol·L-1·s-1,故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。
学科网(北京)股份有限公司1 / 10
学科网(北京)股份有限公司
$$