2.1.4 化学反应速率 重点题型突破-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章　化学反应速率与化学平衡 第一节　化学反应速率　第4课时　化学反应速率重点题型突破 教师版（含答案与解析） 一、三维目标 1．知识与技能 ● 了解实际反应中浓度、温度、压强、催化剂活性等多因素对反应速率影响的普遍性，能综合分析速率随时间变化的原因； ● 理解催化剂的催化机理与特点，能准确识读、分析反应机理图（能垒图），判断催化剂、中间产物与决速步； ● 能根据实验数据确定速率方程的反应级数，理解速率常数的含义及其影响因素，并进行相关计算。 2．过程与方法 ● 通过对速率—时间图像、反应历程能垒图的分类剖析，掌握“控制变量、数形结合”的解题方法，建构速率图像与机理图的分析模型； ● 通过典例归类与变式迁移，提高信息提取、综合分析以及规范书写化学用语的能力。 3．情感态度与价值观 ● 通过催化剂在合成氨、制氢、接触法制硫酸、汽车尾气治理等真实情境中的应用，体会化学对生产实践与环境保护的指导价值； ● 在多因素、多图像的探究中养成严谨求实、勇于探究的科学精神，感受化学变化的规律性。 二、教学重点与难点 项目 具体内容 教学重点 多因素影响下速率—时间（体积）图像的分析；催化机理图（能垒图）的解读与决速步判断；速率方程级数的确定与速率常数。 教学难点 图像中“突变/渐变”及主导因素的判断；能垒图中能垒（活化能）的计算及催化剂、决速步的判断；多因素与速率方程的综合应用。 三、题型突破　方法规律·典例剖析·变式迁移 题型一　多因素影响下的速率—时间（体积）图像 【方法规律】 常见影响反应速率的因素：反应物浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、副反应等。 速率随反应进行而减小的可能原因：① 反应物浓度减小；② 温度过高使催化剂失去活性；③ 沉淀覆盖在固体反应物表面。 速率随反应进行而增大的可能原因：① 反应放热、体系温度升高；② 生成物对反应有催化作用；③ 温度升高使催化剂活性增强。 不能改变反应速率的情况：① 加入纯固体、纯液体反应物；② 恒容条件下向容器中加入不反应的气体。 解题要领：控制唯一变量（定一议二）；曲线斜率表示反应速率；根据起点、指定时刻终点的坐标计算速率。 【例题 1】用纯净的 CaCO₃ 与 100 mL 稀盐酸反应制取 CO₂，实验过程记录如图所示（CO₂ 的体积已折算为标准状况下的体积）。下列分析正确的是（　　） A．EF 段，用 HCl 表示该反应的平均反应速率为 0.3 mol·L⁻¹·min⁻¹ B．EF 段表示的平均反应速率最大，主要原因是反应放热 C．F 点收集到的 CO₂ 的量最多 D．OE、EF、FG 三段中，该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为 2∶6∶7 图1　CaCO₃ 与盐酸反应生成 CO₂ 的体积随时间变化 【答案】B 【解析】EF 段 CO₂ 体积增加 448 mL（672−224），对应 0.02 mol，由 CaCO₃＋2HCl=CaCl₂＋CO₂↑＋H₂O 知消耗 HCl 0.04 mol，v(HCl)＝0.04÷0.1÷1＝0.4 mol·L⁻¹·min⁻¹，A 错误；三段时间相同，EF 段气体增量最大、斜率最大，速率最大，该反应放热使体系升温是其主因，B 正确；G 点反应结束，收集 CO₂ 最多，C 错误；三段 CO₂ 增量为 224、448、112 mL，时间相同，速率之比为 2∶4∶1，D 错误。 【变式 1-1】下列表格中的各种情况，可以用对应图像（如图）表示的是（　　） 选项 反应 甲 乙 A 外形、大小相同的金属与水反应 Na K B 2 mL 不同浓度 H₂C₂O₄ 分别与 4 mL 0.01 mol·L⁻¹ KMnO₄ 反应 0.1 mol·L⁻¹ H₂C₂O₄ 0.2 mol·L⁻¹ H₂C₂O₄ C 5 mL 0.1 mol·L⁻¹ Na₂S₂O₃ 与 5 mL 0.1 mol·L⁻¹ H₂SO₄ 反应 热水 冷水 D 5 mL 4% 过氧化氢溶液分解放出 O₂ 无 MnO₂ 粉末 加 MnO₂ 粉末 图2　四组反应的速率—时间图像 【答案】C 【解析】K 比 Na 活泼，K 与水反应应更快，A 图（甲恒大于乙且递增）与 Na、K 不符；H₂C₂O₄ 浓度越大反应越快，B 中乙（0.2 mol·L⁻¹）应更快，图像不符；Na₂S₂O₃ 与 H₂SO₄ 反应，温度越高（甲为热水）起始速率越大，随反应进行浓度减小、速率减小，与图 C（甲在上、二者均递减）相符，C 正确；加 MnO₂（乙）反应更快，D 图不符。 【变式 1-2】用 Na₂FeO₄ 溶液氧化废水中的还原性污染物 M，为研究降解效果，设计对比实验探究温度、浓度和 pH 对降解速率与效果的影响，实验条件及 M 的浓度—时间关系如图。下列说法不正确的是（　　） 实验编号 温度/℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 1 图3　不同条件下 M 的浓度随时间变化 A．实验①在 15 min 内 M 的降解速率为 1.33×10⁻⁵ mol·L⁻¹·min⁻¹ B．其他条件相同，实验①②说明升高温度，M 降解速率增大 C．其他条件相同，实验①③证明 pH 越高，越不利于 M 的降解 D．实验①④说明 M 的浓度越小，降解的速率越快 【答案】D 【解析】实验①15 min 内 M 浓度约由 0.30×10⁻³ 降至 0.10×10⁻³，v(M)≈0.20×10⁻³÷15＝1.33×10⁻⁵，A 正确；①②仅温度不同，②温度高、浓度变化大，降解快，B 正确；①③温度相同，③pH 大、变化小，说明 pH 高不利于降解，C 正确；①④温度、pH 相同，仅 M 浓度不同，浓度越小单位时间浓度变化量越小、降解越慢，故“浓度越小降解越快”错误，D 不正确。 题型二　催化机理图与能垒图分析 【方法规律】 碰撞理论：催化剂通过参与反应、改变反应历程、降低反应的活化能，使活化分子百分数增大而加快速率；活化能越小反应越快。 过渡态理论：反应在反应物到生成物之间经过高能量的过渡态（活化络合物），活化能等于过渡态与反应物平均能量之差。 总反应速率由能垒（活化能）最大、速率最慢的基元反应决定；催化剂主要降低活化能最大的一步，降得越多催化越快。 识图要点：能垒图能量常以 eV（单分子）或 kJ·mol⁻¹（每摩尔）表示；催化历程一般为扩散→吸附→断键→成键→脱附，要关注断键、成键部位及化合价变化。 【例题 2】CO 与 N₂O 在铁催化剂表面进行两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。第一步：Fe*＋N₂O=FeO*＋N₂；第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO₂。下列叙述错误的是（　　） A．Fe* 是反应的催化剂 B．第一步反应比第二步反应快 C．两步反应均为放热反应 D．总反应为 CO＋N₂O=N₂＋CO₂ 图4　CO 与 N₂O 在铁催化剂表面反应的能量历程 【答案】B 【解析】第一步 Fe* 被消耗、第二步又生成，反应前后不变，Fe* 是催化剂，A 正确；由图第一步活化能（能垒）高于第二步，活化能越大反应越慢，故第一步比第二步慢，B 错误；两步生成物总能量均低于对应反应物，均放热，C 正确；两式相加消去 Fe*、FeO*，得总反应 CO＋N₂O=N₂＋CO₂，D 正确。 【变式 2-1】甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用 DFT 计算研究单分子 HCOOH 在催化剂表面分解产生 H₂ 的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用 * 标注。回答下列问题： 图5　HCOOH 在催化剂表面分解的反应历程 (1) 该历程中决速步的能垒（活化能）E正＝________ eV，该步骤的反应方程式为________； (2) 该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为________。 【答案】(1) 0.98　HCOOH*=HCOO*＋H* (2) HCOOH(g)=CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH＝−0.15N_A eV·mol⁻¹ 【解析】(1) 比较三步能垒：HCOOH*→HCOO*＋H* 为 0.77−(−0.21)＝0.98 eV，HCOO*＋H*→CO₂*＋2H* 为 0.89−0.11＝0.78 eV，CO₂*＋2H*→CO₂(g)＋H₂ 为 0.46−(−0.08)＝0.54 eV，最大为 0.98 eV，决速步为 HCOOH*=HCOO*＋H*；(2) 终态 CO₂(g)＋H₂(g) 相对能量 −0.15 eV（低于 HCOOH(g) 的 0），放热，每摩尔 ΔH＝−0.15N_A eV·mol⁻¹。 【变式 2-2】HCOOH 在 Pd 催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量关系如图所示。下列说法错误的是（　　） A．在历程 Ⅰ～Ⅴ 中，涉及 O—H、C—H、C—O 键的断裂 B．在历程 Ⅰ～Ⅴ 中，生成 Ⅴ 的反应决定了 HCOOH 脱氢反应的速率 C．若用 DCOOH 或 HCOOD 代替 HCOOH，得到的产物都有 HD 和 CO₂ D．在 Pd 催化剂表面 HCOOH 脱氢反应的 ΔH＜0 图6　HCOOH 在 Pd 表面脱氢的机理与能量历程 【答案】A 【解析】由机理图，脱氢过程 O—H、C—H 键先后断裂，但 C—O 键始终保留（最终生成 CO₂），A 错误；Ⅳ→Ⅴ 能垒 62.9−(−17.4)＝80.3 kcal·mol⁻¹，为各步最大、最慢，决定总速率，B 正确；HCOOH 中两个 H 被解离形成 H₂，用 DCOOH 或 HCOOD 时一个 H、一个 D 结合成 HD，同时生成 CO₂，C 正确；终态 Ⅴ 能量 −14.1 低于始态 0.0，放热，ΔH＜0，D 正确。 题型三　催化剂的特点与催化效率分析 【方法规律】 催化剂具有高效性和选择性：某催化剂对某一反应可能活性很强，对其他反应不一定有催化作用，可选用合适催化剂调控反应。 催化活性除与自身成分有关外，还与粒径、合成方法以及温度、压强等有关；催化剂须在活性温度范围内工作，温度过高活性降低（甚至积碳失活）。 比较催化效率：相同条件下反应越快（达到平衡时间越短、相同时间内转化率或产率越高），催化效果越好。 【例题 3】催化剂 Ⅰ 和 Ⅱ 均能催化反应 R(g)→P(g)，反应历程如图，M 为中间产物。其他条件相同时，下列说法错误的是（　　） A．使用催化剂 Ⅰ 或 Ⅱ，均有 4 个基元反应 B．使用催化剂 Ⅰ 时，第三个基元反应是决速反应 C．使用催化剂 Ⅱ 时，反应体系更快达到平衡 D．使用催化剂 Ⅰ 时，反应过程中 M 所能达到的最高浓度更大 图7　两种催化剂作用下 R→P 的反应历程 【答案】C 【解析】两条曲线均有 4 个峰，即均经历 4 个基元反应，A 正确；催化剂 Ⅰ（实线）第三个峰最高、活化能最大，为决速反应，B 正确；催化剂 Ⅱ（虚线）第一个峰最高、为决速步，其活化能比 Ⅰ 的决速步更高、反应更慢，不能更快达到平衡，C 错误；用 Ⅰ 时前两步活化能低、生成 M 快，后两步活化能高、消耗 M 慢，故 M 能达到的最高浓度更大，D 正确。 【变式 3-1】反应物 (S) 转化为产物 (P 或 P·Z) 的能量与反应进程关系如图。下列有关四种不同反应进程的说法不正确的是（　　） A．进程 Ⅰ 是放热反应 B．在进程 Ⅳ 中，反应速率取决于 S·Z→P·Z C．从 S→P 整个过程看，单位时间单位体积内反应物发生有效碰撞的次数：Ⅱ＞Ⅲ D．X、Y、Z 均起到催化效果，但催化效果不一样 图8　S 转化为 P（或 P·Z）的四种反应进程 【答案】D 【解析】进程 Ⅰ 中 S 能量高于 P，为放热反应，A 正确；进程 Ⅳ 中 S·Z→P·Z 活化能高于 S＋Z→S·Z，为决速步，速率取决于该步，B 正确；进程 Ⅲ 用 Y 比进程 Ⅱ 用 X 降低的活化能少、反应慢，有效碰撞次数 Ⅱ＞Ⅲ，C 正确；进程 Ⅳ 中 P·Z 没有转化为 P＋Z（Z 未脱附、未再生），Z 未起催化作用，D 错误。 【变式 3-2】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。阅读表格并完成后面的问题。 项目 催化剂 积碳反应 CH₄→C＋2H₂ 消碳反应 CO₂＋C→2CO ΔH/(kJ·mol⁻¹) — ＋75 ＋172 活化能/(kJ·mol⁻¹) X 33 91 活化能/(kJ·mol⁻¹) Y 43 72 催化剂 X________（填“优于”或“劣于”）Y，理由是________。 【答案】劣于　催化剂 X 较 Y：积碳反应活化能低（33＜43）、积碳速率大，消碳反应活化能高（91＞72）、消碳速率小，更利于积碳、不利于消碳，积碳量大、活性降低快，故 X 劣于 Y 【解析】积碳反应活化能越低越易积碳，消碳反应活化能越低越易消碳；X 积碳活化能低、消碳活化能高，综合表现为易积碳、难消碳，催化剂活性降低更快，故劣于 Y。 题型四　速率方程与速率常数（拓展） 【方法规律】 速率方程 v＝k·cˣ(A)·cʸ(B)…，级数 x、y 通过对照（控制变量）实验，由速率随浓度的变化倍数确定，不一定等于化学计量数。 k 称为速率常数，与反应物自身性质、温度、催化剂有关，与反应物浓度无关；升高温度，k 增大。 半衰期：一级反应的半衰期 t½＝ln2/k，与起始浓度无关。 【例题 4】已知 2N₂O(g)=2N₂(g)＋O₂(g)的速率方程为 v＝k·cⁿ(N₂O)（k 只与温度、催化剂有关）。实验测得 N₂O 在催化剂 X 表面反应的变化数据如下表，阅读表格并判断。 t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 c(N₂O)/(mol·L⁻¹) 0.100 0.080 c₁ 0.040 0.020 c₂ c₃ 0 A．n＝0，且 c₁＞c₂＝c₃ B．t＝10 min 时，v(N₂O)＝2.0×10⁻³ mol·L⁻¹·min⁻¹ C．相同条件下，增大 N₂O 的浓度或催化剂 X 的表面积，都能加快反应速率 D．其他条件不变，N₂O 起始浓度为 0.200 mol·L⁻¹ 时，浓度减至一半共耗时 50 min 【答案】C 【解析】由表每 10 min N₂O 均匀减小 0.020，速率恒定、与浓度无关，故 n＝0，c₁＝0.060、c₂＝c₃＝0，c₁＞c₂＝c₃，A 正确；v(N₂O)＝0.020÷10＝2.0×10⁻³，B 正确；n＝0 时速率与 N₂O 浓度无关，增大浓度不能加快，C 错误；速率恒为 2.0×10⁻³，由 0.200 减半（减小 0.100）耗时 0.100÷2.0×10⁻³＝50 min，D 正确。 【变式 4-1】正丁烷与异丁烷可相互转化，在恒容密闭容器中充入正丁烷发生异构化：CH₃CH₂CH₂CH₃(g，正丁烷)⇌CH₃CH(CH₃)CH₃(g，异丁烷)，正丁烷浓度 c 随时间 t 的变化如图。已知速率方程 v＝k·c（k 与温度、催化剂有关，与浓度无关），a、b 点速率相等 v(a)＝v(b)。回答下列问题： 图9　正丁烷异构化的浓度—时间曲线 (1) bf 段平均反应速率 v＝________ mol·L⁻¹·min⁻¹； (2) T₁________（填“＞”“＜”或“＝”）T₂，判断依据是________； (3) 活化分子总数 n(a)________ n(d)，判断依据是________； (4) k₁/k₂＝________； (5) 速率常数 k(e)________ k(f)。 【答案】(1) 1.0×10⁻⁴ (2) ＜　c(a)＜c(b)，由 v(a)＝v(b) 及 v＝kc 知 k(a)＞k(b)，k 越大温度越高，故 T₁＜T₂ (3) ＞　温度相同、活化分子百分数相等，浓度越大活化分子总数越大，a 点浓度大于 d (4) 1/2 (5) ＝ 【解析】(1) bf 段 Δc＝(20−10)×10⁻³＝1.0×10⁻² mol·L⁻¹、Δt＝100 min，v＝1.0×10⁻⁴；(2) 由 k₂·c(a)＝k₁·c(b)，即 k₂×10＝k₁×20，k₂＝2k₁，k 越大温度越高，T₂＞T₁；(3) 同温度活化分子百分数相同，活化分子总数与浓度成正比；(4) 由 k₂＝2k₁ 得 k₁/k₂＝1/2；(5) e、f 温度与催化剂相同，k 与浓度无关，故相等。 【变式 4-2】反应 2NO(g)＋2H₂(g)=N₂(g)＋2H₂O(g)中，每生成 7 g N₂ 放出 166 kJ 热量，速率方程为 v＝k·cᵐ(NO)·cⁿ(H₂)，反应包含：① 2NO＋H₂=N₂＋H₂O₂（慢）；② H₂O₂＋H₂=2H₂O（快）。T ℃ 时实验数据如下表，阅读表格并判断。 序号 c(NO)/(mol·L⁻¹) c(H₂)/(mol·L⁻¹) 速率/(mol·L⁻¹·min⁻¹) Ⅰ 0.0060 0.0010 1.8×10⁻⁴ Ⅱ 0.0060 0.0020 3.6×10⁻⁴ Ⅲ 0.0010 0.0060 3.0×10⁻⁵ Ⅳ 0.0020 0.0060 1.2×10⁻⁴ A．H₂O₂ 是该反应的中间产物 B．该反应的快慢主要取决于第①步反应 C．该反应速率方程为 v＝5000·c²(NO)·c²(H₂) D．热化学方程式为 2NO(g)＋2H₂(g)=N₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝−664 kJ·mol⁻¹ 【答案】C 【解析】H₂O₂ 在①生成、②消耗，为中间产物，A 正确；①慢，总速率由其决定，B 正确；Ⅰ→Ⅱ c(H₂) 加倍、速率加倍，n＝1；Ⅲ→Ⅳ c(NO) 加倍、速率变 4 倍，m＝2，代入Ⅰ得 k＝5000，速率方程为 v＝5000·c²(NO)·c(H₂)，并非 c²(H₂)，C 错误；每生成 7 g（0.25 mol）N₂ 放热 166 kJ，生成 1 mol N₂ 放热 664 kJ，D 正确。 四、课堂练习　限时10分钟，检验当堂学习效果 【练习 1】下列有关化学反应速率的说法正确的是（　　） A．C(s) 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、相同浓度的盐酸反应，反应速率相等 C．SO₂ 催化氧化是放热反应，所以升高温度化学反应速率减小 D．汽车尾气中的 NO 和 CO 可缓慢反应生成 N₂ 和 CO₂，使用催化剂可增大该反应速率 【答案】D 【解析】C 是固体，增加用量浓度不变、速率不变，A 错误；锌粉表面积大、速率大，B 错误；吸热、放热反应升温速率均增大，C 错误；催化剂可增大反应速率，D 正确。 【练习 2】把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生 H₂ 的速率如图。下列因素中影响反应速率的是（　　）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 图10　镁条与盐酸反应产生 H₂ 的速率变化 【答案】C 【解析】Mg＋2H⁺=Mg²⁺＋H₂↑，速率与 c(H⁺)、镁条表面积、温度有关；反应实质是 Mg 与 H⁺ 的反应，与 Cl⁻ 无关，④不影响，①②③正确。 【练习 3】CaCO₃ 与稀盐酸反应生成 CO₂ 的量与反应时间关系如图。下列结论不正确的是（　　） A．反应在 2～4 min 内化学反应速率最大 B．反应开始 4 min 内温度对反应速率的影响比浓度大 C．4 min 后反应速率减小的主要原因是 c(H⁺) 减小 D．反应在 2～4 min 内 CO₂ 的生成速率 v(CO₂)＝0.1 mol·L⁻¹·min⁻¹ 图11　生成 CO₂ 的物质的量随时间变化 【答案】D 【解析】由图三段生成 CO₂ 约 0.1、0.2、＜0.1 mol，2～4 min 增量最大、速率最大，A 正确；0～4 min 速率随时间增大（放热升温），温度影响超过浓度，B 正确；4 min 后 c(H⁺) 减小、速率减小，C 正确；2～4 min 生成 CO₂ 0.2 mol，但未给溶液体积，无法算以 mol·L⁻¹·min⁻¹ 表示的速率，D 错误。 【练习 4】一定条件下，溶液的酸碱性对 TiO₂ 光催化染料 R 降解反应的影响如图。下列说法正确的是（　　） A．在 50 min 时，pH＝2 和 pH＝7 时 R 的降解率相等 B．溶液酸性越强，R 的降解速率越小 C．R 的起始浓度不同，无法判断酸碱性对 R 降解速率的影响 D．20～25 min 内，pH＝10 时 R 的降解速率为 0.04 mol·L⁻¹·min⁻¹ 图12　不同 pH 下 R 的浓度随时间变化 【答案】A 【解析】50 min 时 pH＝2、pH＝7 曲线均降至 0，降解率均为 100%，A 正确；pH 越小酸性越强、曲线越陡，速率越大，B 错误；三曲线起始浓度相同，可比较酸碱性影响，C 错误；20～25 min pH＝10 时浓度变化很小，速率约 4×10⁻⁶，D 错误。 【练习 5】紫外光照射下，利用 WO₃/ZnO 光催化剂降解酸性橙Ⅱ染料废水的曲线如图，c₀、c 分别为 0、t 时刻染料的浓度。下列说法错误的是（　　） A．不加催化剂时，紫外光照射降解染料的反应速率最慢 B．单一 ZnO 可作降解该染料废水的催化剂 C．相同条件下，2% WO₃/ZnO 对降解过程的催化效果最好 D．从图中可以看出，光催化降解该染料是一个可逆反应 图13　不同催化剂下染料的 c/c₀ 随时间变化 【答案】D 【解析】无催化剂曲线几乎水平、速率最慢，A 正确；单一 ZnO 曲线下降、能加快反应，可作催化剂，B 正确；2% WO₃/ZnO 下降最快、效果最好，C 正确；图中仅给出 5 h 内变化，不能据此判断反应能否进行到底、是否可逆，D 错误。 【练习 6】研究表明 Cl₂(g)＋CO(g)⇌COCl₂(g)有四步历程，总速率方程 v＝k·c(Cl₂)·c(CO)：第一步 Cl₂⇌2Cl·（快）；第二步 Cl·＋CO⇌COCl·（快）；第三步 COCl·＋Cl₂→COCl₂＋Cl·（慢）；第四步 2Cl·→Cl₂（快）。下列说法正确的是（　　） A．第一步反应一定为放热反应 B．总反应速率主要由第一、二步反应决定 C．分别同倍数增大 c(Cl₂)、c(CO)，对总速率影响程度：前者＞后者 D．升高温度，k 增大 【答案】D 【解析】第一步 Cl₂ 断裂 Cl—Cl 键，吸热，A 错误；总速率由最慢的第三步决定，B 错误；速率方程中 c(Cl₂)、c(CO) 级数均为 1，同倍数增大影响相同，C 错误；升温反应加快、k 增大，D 正确。 五、课后作业　A组·基础巩固　B组·能力提升 A组　基础巩固 【作业 1】向 5 mL 1 mol·L⁻¹ H₂O₂ 溶液中加入少量 FeCl₃ 粉末，发生：① 2Fe³⁺＋H₂O₂=O₂↑＋2Fe²⁺＋2H⁺；② 2Fe²⁺＋H₂O₂＋2H⁺=2H₂O＋2Fe³⁺。下列说法正确的是（　　） A．再加入少量 NaCl 粉末，Cl⁻ 浓度增大，反应速率加快 B．Fe²⁺ 是 H₂O₂ 分解反应的催化剂 C．升高温度能加快 H₂O₂ 的分解速率 D．改用 10 mL 1 mol·L⁻¹ H₂O₂ 溶液，分解速率增至原来的 2 倍 【答案】C 【解析】反应速率与 Cl⁻ 浓度无关，A 错误；Fe²⁺ ①生成、②消耗，是中间产物，Fe³⁺ 才是催化剂，B 错误；升温加快反应，C 正确；体积增大但 c(H₂O₂) 不变，速率不变，D 错误。 【作业 2】利用光能和光催化剂，可将 CO₂ 和 H₂O(g) 转化为 CH₄ 和 O₂，紫外光照射时不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）下 CH₄ 产量随光照时间变化如图。判断下列问题。 图14　不同催化剂下 CH₄ 产量随光照时间变化 在 0～15 h 内，CH₄ 的平均生成速率从大到小的顺序为________。 【答案】Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ 【解析】平均速率由相同时间（0～15 h）内 CH₄ 产量判断，产量越大速率越大；15 h 时 Ⅱ 产量最大、Ⅲ 次之、Ⅰ 最小，故 Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ。 【作业 3】“接触法制硫酸”的主要反应为 2SO₂＋O₂⇌2SO₃，在催化剂表面的反应历程如图。下列说法正确的是（　　） A．反应①的活化能比反应②小 B．过程中既有 V—O 和 V＝O 的断裂，又有 V—O 和 V＝O 的形成 C．该反应的催化剂是 V₂O₄ D．由该历程可知催化剂参与了化学反应 图15　SO₂ 在 V₂O₅ 表面催化氧化的反应历程 【答案】D 【解析】①慢、②快，慢反应活化能大，①活化能比②大，A 错误；①断裂 V—O、②形成 V—O，并无 V＝O 的断裂与形成，B 错误；V₂O₄ 是①生成物、②反应物，为中间产物，催化剂是 V₂O₅，C 错误；V₂O₅ 在①被消耗、②再生，参与了化学反应，D 正确。 【作业 4】已知 2NO(g)＋Br₂(g)⇌2NOBr(g)　ΔH＝−a kJ·mol⁻¹（a＞0），将 2 mol NO 和 2 mol Br₂ 通入 2 L 恒容容器，10 s 时生成 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 内反应放出的热量为 a kJ 【答案】C 【解析】生成 0.5 mol NOBr，消耗 Br₂ 0.25 mol，Δc(Br₂)＝0.125，v(Br₂)＝0.0125，A 错误；公式算出的是平均速率、非第 10 s 瞬时速率，B 错误；消耗 NO 0.5 mol、剩 1.5 mol，c(NO)＝0.75，C 正确；生成 0.5 mol NOBr（进度为计量 1/4），放热 a/4，D 错误。 【作业 5】将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 容器中混合，发生 2A(g)＋B(g)⇌2C(g)，90 s 后测得 c(A)＝1 mol·L⁻¹。用 A 表示的反应速率正确的是（　　） A．2 mol·L⁻¹·min⁻¹ B．0.67 mol·L⁻¹·min⁻¹ C．1 mol·L⁻¹·min⁻¹ D．0.5 mol·L⁻¹·min⁻¹ 【答案】B 【解析】起始 c(A)＝4÷2＝2 mol·L⁻¹，90 s（1.5 min）后为 1，Δc(A)＝1，v(A)＝1÷1.5≈0.67 mol·L⁻¹·min⁻¹，B 正确。 【作业 6】反应 A(g)＋3B(g)⇌2C(g)＋2D(g)在四种情况下的速率为：① v(A)＝0.45；② v(B)＝0.6；③ v(C)＝0.4；④ v(D)＝0.45（单位均为 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】速率除以对应计量数：① 0.45、② 0.2、③ 0.2、④ 0.225，故顺序 ①＞④＞②＝③，D 正确。 B组　能力提升 【作业 7】用 H₂O₂、KI 和洗洁精可完成“大象牙膏”实验（短时间产生大量泡沫），某同学依据文献对该实验进行探究。 (1) 已知 KI 作用下的两步反应为 H₂O₂＋I⁻=H₂O＋IO⁻、H₂O₂＋IO⁻=H₂O＋O₂↑＋I⁻，总反应的化学方程式为________； (2) H₂O₂ 与 KI 混合后产生大量气泡、溶液变黄，加入 CCl₄ 振荡、静置后气泡明显减少（已知 I₂ 也能催化 H₂O₂ 分解）： ① 加 CCl₄ 振荡、静置后观察到________，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. ________；为说明 ⅰ 不是主要原因，将变黄后的溶液等分于 A、B 试管，A 加 CCl₄、B 不加，振荡、静置，观察到________。 【答案】(1) 2H₂O₂=2H₂O＋O₂↑ (2) ① 液体分层、下层（CCl₄ 层）呈紫红色 ② ⅱ. 水溶液中 I₂ 的浓度减小（I₂ 被 CCl₄ 萃取）　A 试管气泡明显变少，B 试管气泡速率无明显减小 【解析】(1) 两式相加消去 I⁻、IO⁻，得 2H₂O₂=2H₂O＋O₂↑；(2) ① I₂ 溶于 CCl₄、CCl₄ 密度大于水，下层呈紫红色；② CCl₄ 萃取 I₂ 使其在水溶液中浓度降低、催化减弱；对照中 A 的 I₂ 被萃取、气泡明显减少，B 不变，说明 I₂ 浓度降低才是主因。 【作业 8】2022 年 3 月，全球首套 1000 吨/年二氧化碳加氢制汽油中试装置在山东开车成功，生产出符合国Ⅵ标准的清洁汽油，CO₂ 转化过程如图 1。 图16　CO₂ 加氢制汽油的转化过程 图17　CO₂、CO 的物质的量随时间变化 (1) 写出反应①的化学方程式：________； (2) 一定温度下向 2 L 容器中加入 H₂、CO₂ 发生反应①（产物均气态）： ① t₁ min 时 v正________ v逆； ② 4 min 内 CO₂ 的平均反应速率为________； ③ 能加快反应速率的措施有________（任写两条）。 【答案】(1) CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) (2) ① ＞　② 0.05 mol·L⁻¹·min⁻¹　③ 升高温度、增大压强（或增大浓度、加催化剂，任写两条） 【解析】(1) 由图16，反应①为 CO₂ 与 H₂ 生成 CO、H₂O；(2) ① t₁ 时 CO 增多、CO₂ 减少，反应正向进行，v正＞v逆；② 4 min 内 CO₂ 由 0.6 减至 0.2 mol，Δc＝0.4÷2＝0.2 mol·L⁻¹，v＝0.2÷4＝0.05；③ 升温、加压、增大浓度、加催化剂均可加快。 【作业 9】向 5 L 恒容容器中充入 5 mol A 与 8 mol B，发生 2A(g)＋3B(g)⇌xC(g)＋yD(g)（x、y 为正整数）。2 min 达到平衡，平均速率 v(C)＝0.3 mol·L⁻¹·min⁻¹，D 平衡浓度 0.3 mol·L⁻¹，且 v(B)∶v(C)＝3∶2。下列说法一定不正确的是（　　） A．x∶y＝2∶1 B．v(A)∶v(C)＝1∶1 C．A 的平衡浓度为 0.4 mol·L⁻¹ D．A 与 B 的平衡浓度之比为 2∶3 【答案】D 【解析】2 min Δc(C)＝0.6、Δc(D)＝0.3，x∶y＝2∶1，A 正确；由 v(B)∶v(C)＝3∶2 得 v(A)∶v(C)＝1∶1，x＝2、y＝1，B 正确；Δc(A)＝0.6，起始 c(A)＝1，平衡 0.4，C 正确；Δc(B)＝0.9，起始 c(B)＝1.6、平衡 0.7，c(A)∶c(B)＝0.4∶0.7≠2∶3，D 错误。 【作业 10】异丙醇 (C₃H₈O) 可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制丙烯 (C₃H₆) 受到关注，反应：Ⅰ. C₃H₈O(g)⇌C₃H₆(g)＋H₂O(g)　ΔH₁＝＋52 kJ·mol⁻¹；Ⅱ. 2C₃H₆(g)⇌C₆H₁₂(g)　ΔH₂＝−97 kJ·mol⁻¹。1350 ℃ 下刚性容器中水蒸气浓度与时间关系如下表，阅读表格并作答。 反应时间/μs 0 4 8 12 t 20 H₂O 浓度/ppm 0 2440 3200 3600 4000 4100 (1) 4～8 μs 内 v(C₃H₈O)＝________ ppm·μs⁻¹； (2) t________16（填“＞”“＜”或“＝”）。 【答案】(1) 190 (2) ＞ 【解析】(1) 4～8 μs Δc(H₂O)＝760 ppm，v(H₂O)＝190，由反应Ⅰ v(C₃H₈O)＝190；(2) 相邻 4 μs 内 H₂O 增量递减（800、760、400），8～12 与 12～t 增量均为 400，后者速率更小、用时大于 4 μs，故 t＞16。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章　化学反应速率与化学平衡 第一节　化学反应速率　第4课时　化学反应速率重点题型突破 学生版（课后核对·独立作答） 一、三维目标 1．知识与技能 ● 了解实际反应中浓度、温度、压强、催化剂活性等多因素对反应速率影响的普遍性，能综合分析速率随时间变化的原因； ● 理解催化剂的催化机理与特点，能准确识读、分析反应机理图（能垒图），判断催化剂、中间产物与决速步； ● 能根据实验数据确定速率方程的反应级数，理解速率常数的含义及其影响因素，并进行相关计算。 2．过程与方法 ● 通过对速率—时间图像、反应历程能垒图的分类剖析，掌握“控制变量、数形结合”的解题方法，建构速率图像与机理图的分析模型； ● 通过典例归类与变式迁移，提高信息提取、综合分析以及规范书写化学用语的能力。 3．情感态度与价值观 ● 通过催化剂在合成氨、制氢、接触法制硫酸、汽车尾气治理等真实情境中的应用，体会化学对生产实践与环境保护的指导价值； ● 在多因素、多图像的探究中养成严谨求实、勇于探究的科学精神，感受化学变化的规律性。 二、教学重点与难点 项目 具体内容 教学重点 多因素影响下速率—时间（体积）图像的分析；催化机理图（能垒图）的解读与决速步判断；速率方程级数的确定与速率常数。 教学难点 图像中“突变/渐变”及主导因素的判断；能垒图中能垒（活化能）的计算及催化剂、决速步的判断；多因素与速率方程的综合应用。 三、题型突破　方法规律·典例剖析·变式迁移 题型一　多因素影响下的速率—时间（体积）图像 【方法规律】 常见影响反应速率的因素：反应物浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、副反应等。 速率随反应进行而减小的可能原因：① 反应物浓度减小；② 温度过高使催化剂失去活性；③ 沉淀覆盖在固体反应物表面。 速率随反应进行而增大的可能原因：① 反应放热、体系温度升高；② 生成物对反应有催化作用；③ 温度升高使催化剂活性增强。 不能改变反应速率的情况：① 加入纯固体、纯液体反应物；② 恒容条件下向容器中加入不反应的气体。 解题要领：控制唯一变量（定一议二）；曲线斜率表示反应速率；根据起点、指定时刻终点的坐标计算速率。 【例题 1】用纯净的 CaCO₃ 与 100 mL 稀盐酸反应制取 CO₂，实验过程记录如图所示（CO₂ 的体积已折算为标准状况下的体积）。下列分析正确的是（　　） A．EF 段，用 HCl 表示该反应的平均反应速率为 0.3 mol·L⁻¹·min⁻¹ B．EF 段表示的平均反应速率最大，主要原因是反应放热 C．F 点收集到的 CO₂ 的量最多 D．OE、EF、FG 三段中，该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为 2∶6∶7 图1　CaCO₃ 与盐酸反应生成 CO₂ 的体积随时间变化 【变式 1-1】下列表格中的各种情况，可以用对应图像（如图）表示的是（　　） 选项 反应 甲 乙 A 外形、大小相同的金属与水反应 Na K B 2 mL 不同浓度 H₂C₂O₄ 分别与 4 mL 0.01 mol·L⁻¹ KMnO₄ 反应 0.1 mol·L⁻¹ H₂C₂O₄ 0.2 mol·L⁻¹ H₂C₂O₄ C 5 mL 0.1 mol·L⁻¹ Na₂S₂O₃ 与 5 mL 0.1 mol·L⁻¹ H₂SO₄ 反应 热水 冷水 D 5 mL 4% 过氧化氢溶液分解放出 O₂ 无 MnO₂ 粉末 加 MnO₂ 粉末 图2　四组反应的速率—时间图像 【变式 1-2】用 Na₂FeO₄ 溶液氧化废水中的还原性污染物 M，为研究降解效果，设计对比实验探究温度、浓度和 pH 对降解速率与效果的影响，实验条件及 M 的浓度—时间关系如图。下列说法不正确的是（　　） 实验编号 温度/℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 1 图3　不同条件下 M 的浓度随时间变化 A．实验①在 15 min 内 M 的降解速率为 1.33×10⁻⁵ mol·L⁻¹·min⁻¹ B．其他条件相同，实验①②说明升高温度，M 降解速率增大 C．其他条件相同，实验①③证明 pH 越高，越不利于 M 的降解 D．实验①④说明 M 的浓度越小，降解的速率越快 题型二　催化机理图与能垒图分析 【方法规律】 碰撞理论：催化剂通过参与反应、改变反应历程、降低反应的活化能，使活化分子百分数增大而加快速率；活化能越小反应越快。 过渡态理论：反应在反应物到生成物之间经过高能量的过渡态（活化络合物），活化能等于过渡态与反应物平均能量之差。 总反应速率由能垒（活化能）最大、速率最慢的基元反应决定；催化剂主要降低活化能最大的一步，降得越多催化越快。 识图要点：能垒图能量常以 eV（单分子）或 kJ·mol⁻¹（每摩尔）表示；催化历程一般为扩散→吸附→断键→成键→脱附，要关注断键、成键部位及化合价变化。 【例题 2】CO 与 N₂O 在铁催化剂表面进行两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。第一步：Fe*＋N₂O=FeO*＋N₂；第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO₂。下列叙述错误的是（　　） A．Fe* 是反应的催化剂 B．第一步反应比第二步反应快 C．两步反应均为放热反应 D．总反应为 CO＋N₂O=N₂＋CO₂ 图4　CO 与 N₂O 在铁催化剂表面反应的能量历程 【变式 2-1】甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用 DFT 计算研究单分子 HCOOH 在催化剂表面分解产生 H₂ 的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面的物种用 * 标注。回答下列问题： 图5　HCOOH 在催化剂表面分解的反应历程 (1) 该历程中决速步的能垒（活化能）E正＝________ eV，该步骤的反应方程式为________； (2) 该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为________。 【变式 2-2】HCOOH 在 Pd 催化剂表面脱氢的反应机理、反应历程与能量关系如图所示。下列说法错误的是（　　） A．在历程 Ⅰ～Ⅴ 中，涉及 O—H、C—H、C—O 键的断裂 B．在历程 Ⅰ～Ⅴ 中，生成 Ⅴ 的反应决定了 HCOOH 脱氢反应的速率 C．若用 DCOOH 或 HCOOD 代替 HCOOH，得到的产物都有 HD 和 CO₂ D．在 Pd 催化剂表面 HCOOH 脱氢反应的 ΔH＜0 图6　HCOOH 在 Pd 表面脱氢的机理与能量历程 题型三　催化剂的特点与催化效率分析 【方法规律】 催化剂具有高效性和选择性：某催化剂对某一反应可能活性很强，对其他反应不一定有催化作用，可选用合适催化剂调控反应。 催化活性除与自身成分有关外，还与粒径、合成方法以及温度、压强等有关；催化剂须在活性温度范围内工作，温度过高活性降低（甚至积碳失活）。 比较催化效率：相同条件下反应越快（达到平衡时间越短、相同时间内转化率或产率越高），催化效果越好。 【例题 3】催化剂 Ⅰ 和 Ⅱ 均能催化反应 R(g)→P(g)，反应历程如图，M 为中间产物。其他条件相同时，下列说法错误的是（　　） A．使用催化剂 Ⅰ 或 Ⅱ，均有 4 个基元反应 B．使用催化剂 Ⅰ 时，第三个基元反应是决速反应 C．使用催化剂 Ⅱ 时，反应体系更快达到平衡 D．使用催化剂 Ⅰ 时，反应过程中 M 所能达到的最高浓度更大 图7　两种催化剂作用下 R→P 的反应历程 【变式 3-1】反应物 (S) 转化为产物 (P 或 P·Z) 的能量与反应进程关系如图。下列有关四种不同反应进程的说法不正确的是（　　） A．进程 Ⅰ 是放热反应 B．在进程 Ⅳ 中，反应速率取决于 S·Z→P·Z C．从 S→P 整个过程看，单位时间单位体积内反应物发生有效碰撞的次数：Ⅱ＞Ⅲ D．X、Y、Z 均起到催化效果，但催化效果不一样 图8　S 转化为 P（或 P·Z）的四种反应进程 【变式 3-2】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。阅读表格并完成后面的问题。 项目 催化剂 积碳反应 CH₄→C＋2H₂ 消碳反应 CO₂＋C→2CO ΔH/(kJ·mol⁻¹) — ＋75 ＋172 活化能/(kJ·mol⁻¹) X 33 91 活化能/(kJ·mol⁻¹) Y 43 72 催化剂 X________（填“优于”或“劣于”）Y，理由是________。 题型四　速率方程与速率常数（拓展） 【方法规律】 速率方程 v＝k·cˣ(A)·cʸ(B)…，级数 x、y 通过对照（控制变量）实验，由速率随浓度的变化倍数确定，不一定等于化学计量数。 k 称为速率常数，与反应物自身性质、温度、催化剂有关，与反应物浓度无关；升高温度，k 增大。 半衰期：一级反应的半衰期 t½＝ln2/k，与起始浓度无关。 【例题 4】已知 2N₂O(g)=2N₂(g)＋O₂(g)的速率方程为 v＝k·cⁿ(N₂O)（k 只与温度、催化剂有关）。实验测得 N₂O 在催化剂 X 表面反应的变化数据如下表，阅读表格并判断。 t/min 0 10 20 30 40 50 60 70 c(N₂O)/(mol·L⁻¹) 0.100 0.080 c₁ 0.040 0.020 c₂ c₃ 0 A．n＝0，且 c₁＞c₂＝c₃ B．t＝10 min 时，v(N₂O)＝2.0×10⁻³ mol·L⁻¹·min⁻¹ C．相同条件下，增大 N₂O 的浓度或催化剂 X 的表面积，都能加快反应速率 D．其他条件不变，N₂O 起始浓度为 0.200 mol·L⁻¹ 时，浓度减至一半共耗时 50 min 【变式 4-1】正丁烷与异丁烷可相互转化，在恒容密闭容器中充入正丁烷发生异构化：CH₃CH₂CH₂CH₃(g，正丁烷)⇌CH₃CH(CH₃)CH₃(g，异丁烷)，正丁烷浓度 c 随时间 t 的变化如图。已知速率方程 v＝k·c（k 与温度、催化剂有关，与浓度无关），a、b 点速率相等 v(a)＝v(b)。回答下列问题： 图9　正丁烷异构化的浓度—时间曲线 (1) bf 段平均反应速率 v＝________ mol·L⁻¹·min⁻¹； (2) T₁________（填“＞”“＜”或“＝”）T₂，判断依据是________； (3) 活化分子总数 n(a)________ n(d)，判断依据是________； (4) k₁/k₂＝________； (5) 速率常数 k(e)________ k(f)。 【变式 4-2】反应 2NO(g)＋2H₂(g)=N₂(g)＋2H₂O(g)中，每生成 7 g N₂ 放出 166 kJ 热量，速率方程为 v＝k·cᵐ(NO)·cⁿ(H₂)，反应包含：① 2NO＋H₂=N₂＋H₂O₂（慢）；② H₂O₂＋H₂=2H₂O（快）。T ℃ 时实验数据如下表，阅读表格并判断。 序号 c(NO)/(mol·L⁻¹) c(H₂)/(mol·L⁻¹) 速率/(mol·L⁻¹·min⁻¹) Ⅰ 0.0060 0.0010 1.8×10⁻⁴ Ⅱ 0.0060 0.0020 3.6×10⁻⁴ Ⅲ 0.0010 0.0060 3.0×10⁻⁵ Ⅳ 0.0020 0.0060 1.2×10⁻⁴ A．H₂O₂ 是该反应的中间产物 B．该反应的快慢主要取决于第①步反应 C．该反应速率方程为 v＝5000·c²(NO)·c²(H₂) D．热化学方程式为 2NO(g)＋2H₂(g)=N₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH＝−664 kJ·mol⁻¹ 四、课堂练习　限时10分钟，检验当堂学习效果 【练习 1】下列有关化学反应速率的说法正确的是（　　） A．C(s) 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、相同浓度的盐酸反应，反应速率相等 C．SO₂ 催化氧化是放热反应，所以升高温度化学反应速率减小 D．汽车尾气中的 NO 和 CO 可缓慢反应生成 N₂ 和 CO₂，使用催化剂可增大该反应速率 【练习 2】把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生 H₂ 的速率如图。下列因素中影响反应速率的是（　　）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 图10　镁条与盐酸反应产生 H₂ 的速率变化 【练习 3】CaCO₃ 与稀盐酸反应生成 CO₂ 的量与反应时间关系如图。下列结论不正确的是（　　） A．反应在 2～4 min 内化学反应速率最大 B．反应开始 4 min 内温度对反应速率的影响比浓度大 C．4 min 后反应速率减小的主要原因是 c(H⁺) 减小 D．反应在 2～4 min 内 CO₂ 的生成速率 v(CO₂)＝0.1 mol·L⁻¹·min⁻¹ 图11　生成 CO₂ 的物质的量随时间变化 【练习 4】一定条件下，溶液的酸碱性对 TiO₂ 光催化染料 R 降解反应的影响如图。下列说法正确的是（　　） A．在 50 min 时，pH＝2 和 pH＝7 时 R 的降解率相等 B．溶液酸性越强，R 的降解速率越小 C．R 的起始浓度不同，无法判断酸碱性对 R 降解速率的影响 D．20～25 min 内，pH＝10 时 R 的降解速率为 0.04 mol·L⁻¹·min⁻¹ 图12　不同 pH 下 R 的浓度随时间变化 【练习 5】紫外光照射下，利用 WO₃/ZnO 光催化剂降解酸性橙Ⅱ染料废水的曲线如图，c₀、c 分别为 0、t 时刻染料的浓度。下列说法错误的是（　　） A．不加催化剂时，紫外光照射降解染料的反应速率最慢 B．单一 ZnO 可作降解该染料废水的催化剂 C．相同条件下，2% WO₃/ZnO 对降解过程的催化效果最好 D．从图中可以看出，光催化降解该染料是一个可逆反应 图13　不同催化剂下染料的 c/c₀ 随时间变化 【练习 6】研究表明 Cl₂(g)＋CO(g)⇌COCl₂(g)有四步历程，总速率方程 v＝k·c(Cl₂)·c(CO)：第一步 Cl₂⇌2Cl·（快）；第二步 Cl·＋CO⇌COCl·（快）；第三步 COCl·＋Cl₂→COCl₂＋Cl·（慢）；第四步 2Cl·→Cl₂（快）。下列说法正确的是（　　） A．第一步反应一定为放热反应 B．总反应速率主要由第一、二步反应决定 C．分别同倍数增大 c(Cl₂)、c(CO)，对总速率影响程度：前者＞后者 D．升高温度，k 增大 五、课后作业　A组·基础巩固　B组·能力提升 A组　基础巩固 【作业 1】向 5 mL 1 mol·L⁻¹ H₂O₂ 溶液中加入少量 FeCl₃ 粉末，发生：① 2Fe³⁺＋H₂O₂=O₂↑＋2Fe²⁺＋2H⁺；② 2Fe²⁺＋H₂O₂＋2H⁺=2H₂O＋2Fe³⁺。下列说法正确的是（　　） A．再加入少量 NaCl 粉末，Cl⁻ 浓度增大，反应速率加快 B．Fe²⁺ 是 H₂O₂ 分解反应的催化剂 C．升高温度能加快 H₂O₂ 的分解速率 D．改用 10 mL 1 mol·L⁻¹ H₂O₂ 溶液，分解速率增至原来的 2 倍 【作业 2】利用光能和光催化剂，可将 CO₂ 和 H₂O(g) 转化为 CH₄ 和 O₂，紫外光照射时不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）下 CH₄ 产量随光照时间变化如图。判断下列问题。 图14　不同催化剂下 CH₄ 产量随光照时间变化 在 0～15 h 内，CH₄ 的平均生成速率从大到小的顺序为________。 【作业 3】“接触法制硫酸”的主要反应为 2SO₂＋O₂⇌2SO₃，在催化剂表面的反应历程如图。下列说法正确的是（　　） A．反应①的活化能比反应②小 B．过程中既有 V—O 和 V＝O 的断裂，又有 V—O 和 V＝O 的形成 C．该反应的催化剂是 V₂O₄ D．由该历程可知催化剂参与了化学反应 图15　SO₂ 在 V₂O₅ 表面催化氧化的反应历程 【作业 4】已知 2NO(g)＋Br₂(g)⇌2NOBr(g)　ΔH＝−a kJ·mol⁻¹（a＞0），将 2 mol NO 和 2 mol Br₂ 通入 2 L 恒容容器，10 s 时生成 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 内反应放出的热量为 a kJ 【作业 5】将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 容器中混合，发生 2A(g)＋B(g)⇌2C(g)，90 s 后测得 c(A)＝1 mol·L⁻¹。用 A 表示的反应速率正确的是（　　） A．2 mol·L⁻¹·min⁻¹ B．0.67 mol·L⁻¹·min⁻¹ C．1 mol·L⁻¹·min⁻¹ D．0.5 mol·L⁻¹·min⁻¹ 【作业 6】反应 A(g)＋3B(g)⇌2C(g)＋2D(g)在四种情况下的速率为：① v(A)＝0.45；② v(B)＝0.6；③ v(C)＝0.4；④ v(D)＝0.45（单位均为 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 B组　能力提升 【作业 7】用 H₂O₂、KI 和洗洁精可完成“大象牙膏”实验（短时间产生大量泡沫），某同学依据文献对该实验进行探究。 (1) 已知 KI 作用下的两步反应为 H₂O₂＋I⁻=H₂O＋IO⁻、H₂O₂＋IO⁻=H₂O＋O₂↑＋I⁻，总反应的化学方程式为________； (2) H₂O₂ 与 KI 混合后产生大量气泡、溶液变黄，加入 CCl₄ 振荡、静置后气泡明显减少（已知 I₂ 也能催化 H₂O₂ 分解）： ① 加 CCl₄ 振荡、静置后观察到________，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. ________；为说明 ⅰ 不是主要原因，将变黄后的溶液等分于 A、B 试管，A 加 CCl₄、B 不加，振荡、静置，观察到________。 【作业 8】2022 年 3 月，全球首套 1000 吨/年二氧化碳加氢制汽油中试装置在山东开车成功，生产出符合国Ⅵ标准的清洁汽油，CO₂ 转化过程如图 1。 图16　CO₂ 加氢制汽油的转化过程 图17　CO₂、CO 的物质的量随时间变化 (1) 写出反应①的化学方程式：________； (2) 一定温度下向 2 L 容器中加入 H₂、CO₂ 发生反应①（产物均气态）： ① t₁ min 时 v正________ v逆； ② 4 min 内 CO₂ 的平均反应速率为________； ③ 能加快反应速率的措施有________（任写两条）。 【作业 9】向 5 L 恒容容器中充入 5 mol A 与 8 mol B，发生 2A(g)＋3B(g)⇌xC(g)＋yD(g)（x、y 为正整数）。2 min 达到平衡，平均速率 v(C)＝0.3 mol·L⁻¹·min⁻¹，D 平衡浓度 0.3 mol·L⁻¹，且 v(B)∶v(C)＝3∶2。下列说法一定不正确的是（　　） A．x∶y＝2∶1 B．v(A)∶v(C)＝1∶1 C．A 的平衡浓度为 0.4 mol·L⁻¹ D．A 与 B 的平衡浓度之比为 2∶3 【作业 10】异丙醇 (C₃H₈O) 可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制丙烯 (C₃H₆) 受到关注，反应：Ⅰ. C₃H₈O(g)⇌C₃H₆(g)＋H₂O(g)　ΔH₁＝＋52 kJ·mol⁻¹；Ⅱ. 2C₃H₆(g)⇌C₆H₁₂(g)　ΔH₂＝−97 kJ·mol⁻¹。1350 ℃ 下刚性容器中水蒸气浓度与时间关系如下表，阅读表格并作答。 反应时间/μs 0 4 8 12 t 20 H₂O 浓度/ppm 0 2440 3200 3600 4000 4100 (1) 4～8 μs 内 v(C₃H₈O)＝________ ppm·μs⁻¹； (2) t________16（填“＞”“＜”或“＝”）。 1 学科网（北京）股份有限公司 $