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化学初中
第三节化学反应速率
一、化学反应速率
化学反应速率表示的意义?
通常如何来表示化学反应速率?
单位?
某反应在一定条件下进行,选用不同物质表示的反应速率有何关系?
[例题]
例1.在一定条件下N2+3H2
2NH3的反应中,起始C(N2)为2mol/L,C(H2)为5mol/L,反应到2分钟时,测得C(NH3)为0.4mol/L,分别用N2、H2、NH3表示反应速率。
[体验性检测]
1.①在某一化学反应中,反应物B的浓度在5s内从2.0mol/L变为0.5mol/L,在这5s内的化学反应速率为。
②在一个5L的容器内,盛有8.0mol某气态反应物,5min后测得这种气态反应物还剩余6.8mol,这种反应物的化学反应速率为。
2.在一密闭容器中,投入A、B、C,在一定条件下反应,各物质浓度变化如图所示。
①该反应在2秒内的平均速度表示不正确的是
A.VA=1mol/(L·s)B.VB=3mol/(L·s)C.VB=2mol/(L·s)D.VC=2mol/(L·s)
②该反应的化学方程式是
3.反应A+3B=2C+2D在四种不同情况下的反应速率分别为:
①V(A)=0.15mol/(L·s)②V(B)=0.6mol/(L.s)③V(C)=0.4mol/(L·s)④V(D)=0.45mol/(L.s)该反应进行的快慢顺序为:
___________.
二、浓度对化学反应速率的影响
[阅读58页交流研讨讨论下列内容]
1.对比表格数据,找出H2O2和HI的浓度改变与速率改变的关系?
试写出相应的数学表达式并与课本对照。
2.什么是速率常数?
它的大小表示什么意义?
通常能够与那些因素有关?
浓度或压强的改变是否影响速率常数?
3.一个化学反应的速率方程式是由什么确定的,能根据方程式系数来确定吗?
三.温度对于化学反应速率的影响
[阅读教材59-61页讨论下列问题]
1.对于溶液中的反应,温度每升高10℃,速率变为原来的_______________倍
2.某化学反应的速率,温度每升高10℃,增加为原来的3倍。
问当温度升高50℃时,该反应的速率增加了几倍?
3.阅读教材相关内容并分析下面表格解决下列问题:
化学反应
k(308K)/k(298K)
Ea(KJ•mol-1)
H2+I2(g)==2HI
8.99
163.5
NH4CNO==(NH2)2CO
3.58
97.1
N2O5==N2O4+1/2O2
3.88
103.3
1)温度升高,速率常数如何变化?
2)了解阿伦尼乌斯的经验公式及各部分的表示意义。
3)什么是活化分子及活化能?
活化能如何影响速率常数?
4)分析上表中的数据,升高相同温度时,不同反应的速率常数改变程度相同否?
速率常数的改变程度,与活化能有什么关系
四.催化剂对反应速率的影响
[阅读62页交流研讨讨论完成下列问题]
1.催化剂是通过影响什么从而影响化学反应速率的化学反应速率的?
2.与其他因素对比,催化剂对反应速率的影响程度如何?
为什么?
对实际工业生产有何指导意义?
3.如图,为某可逆反应为有无催化剂时反应过程中能量的变化情况。
完成下列问题:
1)试在图中分别标出反应的焓变、无催化剂时正反应和逆反应的活化能、用催化剂时正反应和逆反应的活化能。
2)分析有无催化剂正反应活化能变化值与有无催化剂逆反应活化能变化值大小关系?
3)由
分析催化剂对于可逆反应正逆反应的影响程度?
*阅读教材61-62页寻根探源---对活化能本质的认识一段,理解碰撞理论,解决下列问题:
1.什么是有效碰撞?
有效碰撞的几率与单位体积内的活化分子数目有关吗?
2.根据你对活化分子的的了解,单位体积内的活化分子数与浓度、压强、温度、催化剂等因素有关吗?
3.从有效碰撞的角度如何认识浓度、压强、温度、催化剂对反应速率的影响?
【体验性检测】
1.
是制备硫酸的重要反应。
下列叙述正确的是()
A.催化剂V2O5不改变该反应的逆反应速率
B.增大反应体系的压强、反应速度一定增大
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D.在t1、t2时刻,SO3(g)的浓度分别是c1、c2,则t1~t2内,SO3(g)生成的平均速率为υ=(c2-c1)/(t2-t1)
2.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
3.反应2SO2+O22SO2经一段时间后,SO3的浓度增加了0.4mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol·L-1·s-1,则这段时间为()
A.0.1sB.2.5sC.5sD.10s
4.下列说法正确的是()
A.增大压强,活化分子数增加,化学反应速率一定增大
B.升高温度,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大
C.活化分子间所发生的分子间的碰撞为有效碰撞
D.加入反应物,使活化分子百分数增加,化学反应速率增大
5.在一定温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图,下列表述中正确的是()
A.反应的化学方程式为:
2M
N
B.t2时,正逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时,正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
6.20℃时,将0.10mol/LNa2S2O3溶液10mL和0.10mol/LH2SO410mL混合,2min后溶液中明显出现浑浊。
已知温度每升高10℃,化学反应速率增大到原来的2倍,那么50℃时,同样的反应要明显地出现浑浊,所需的时间是()
A.40sB.15sC.48sD.20s
7.某温度下,反应H2(g)+I2(g)
2HI(g);△H<0,在带有活塞的密闭容器中达到平衡,下列说法中正确的是()
A.体积不变,升温正反应速率减小
B.温度、压强均不变,充入HI气体,开始时正反应速率增大
C.温度不变,压缩气体的体积,平衡不移动,颜色加深
D.体积、温度不变,充入氮气后,容器内压强增大,正逆反应速率都增大
8.已知反应A2(g)+2B2(g)2AB2(g)的△H<0,下列说法正确的是()
A.升高温度,正向反应速率增加,逆向反应速率减小
B.升高温度有利于反应速率增加,从而缩短达到平衡的时间
C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动
D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动
9.在密闭容器中充入X、Y两种物质各2mol,发生如下反应:
X(g)+Y(g)
2Z(g)当反应达到平衡后,以Y的浓度改变表示的反应速率v正、v逆与时间t的关系如图.如果容器的容积固定为2L,则Z的平衡浓度的表达式(式中S指对应区域的面积)为()
A.2SaobB.1-Saob
C.2-SabdD.Sbod
10.反应A(g)+B(g)
C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是____________________反应(填“吸热”“放热”);
(2)当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率______(填“增大”“减小”“不变”),原因是________________________;
(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?
_______________,原因是_________。
(4)在反应体系中加催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:
E1______,E2______(填增大、减小、不变)
11.下图表示反应X(g)
4Y(g)+Z(g),△H=-350KJ/mol,体系在2L固定容器中进行,在某温度时X的浓度随时间变化曲线:
填写下列表格:
⑴2min内X的平均速率为:
⑵2-4min内,Y的平均速率为:
⑶2min时X的平均转化率为:
⑷7min时体系压强与原压强之比为:
⑸0---6min内X的平均速率为:
⑹0—3min反应的放出的热量为:
12.某温度时,在2L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z,
它们的物质的量随时间的变化如表所示。
(1)
根据左表中数据,在右图中画出X、Y、Z的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线:
t/min
X/mol
Y/mol
Z/mol
0
1.00
1.00
0.00
1
0.90
0.80
0.20
3
0.75
0.50
0.50
5
0.65
0.30
0.70
9
0.55
0.10
0.90
10
0.55
0.10
0.90
14
0.55
0.10
0.90
(2)体系中发生反应的化学方程式是。
(3)列式计算该反应在0-3min时间内产物Z的平均反应速率:
(4)该反应达到平衡时反应物X的转化率
等于。
(5)如果该反应是放热反应。
改变实验条件(温度、压强、催化剂)得到Z随时间变化的曲线①、②、③(如右图所示)则曲线①、②、③所对应的实验条件改变分别是:
①,②,③。
*13.超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。
科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2,化学方程式如下:
2NO+2CO
2CO2+N2。
为了测定在某种催化剂作用下的反应速率,在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表:
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)mol·L-1
1.00×10-3
4.50×10-4
2.50×10-4
1.50×10-4
1.00×10-4
1.00×10-4
c(CO)mol·L-1
3.60×10-3
3.05×10-3
2.85×10-3
2.75×10-3
2.70×10-3
2.70×10-3
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响):
(1)在上述条件下反应能够自发进行,则反应的△H0(填写“>”、“<”、“=”)。
(2)前2s内的平均反应速率υ(N2)=。
(3)在该温度下,反应的平衡常数K=。
(4)假设在密闭容器中发生上述反应,达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是。
A.选用更有效的催化剂B.升高反应体系的温度C.降低反应体系的温度D.缩小容器的体积
(5)研究表明:
在使用等质量催化剂时,增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。
为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验
编号
T(℃)
NO初始浓度
mol·L-1
CO初始浓度
mol·L-1
催化剂的比表面积m2·g-1
Ⅰ
280
1.20×10-3
5.80×10-3
82
Ⅱ
124
Ⅲ
350
124
①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。
②请在给出的坐标图中,画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图,并标明各条曲线的实验编号。
*14.Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。
现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。
【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表),设计如下对比实验。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。
(2)请根据右上图实验①曲线,计算降解反应在50—150s内的反应速率:
mol·L-1·s-1
【解释与结论】
(3)实验①、②表明温度升高,降解反应速率增大。
但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因:
。
(4)实验③得出的结论是:
pH等于10时,。
【思考与交流】
(5)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来。
根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法:
。
第四节化学反应条件的优化——工业合成氨
一、自主获取信息
(一)合成氨的反应限度
[交流·研讨]
合成氨反应是一个可逆反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
已知298K时:
△H=一92.2kJ·mol-1
△S=一198.2J·K一1·mol一1
1.请你根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行。
2.请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
[结论1]_____________________________________有利于合成氨反应平衡正向移动,
(二)合成氨反应的速率
[交流研讨]
实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率公式为:
V=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)
结合影响反应速率的因素,思考什么条件能使速率加快?
[结论2]_____________________________________________________可使反应速率加快。
二、合成氨的适宜条件
[交流·研讨]
根据合成氨反应的特点,总结应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?
请将你的建议填入下表。
外界条件
有利于增大速率的条件控制
有利于提高平衡的转化率
浓度
催化剂
温度
压强
三、信息整合-----合成氨的适宜条件的选择
[讨论]
1.既然增大压强既可提高反应速率,又可提高氨的产量,那么在合成氨工业中压强是否越大越好?
2.既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度越低越好?
3.在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢?
[结论3]
合成氨适宜条件
四.升华提高:
[交流研讨]选择工业生产条件的一般方法:
[结论4]
1.研究反应主要特点a:
吸热或放热b:
反应前后气体体积大小
2.根据反应特点,均衡考虑加快反应速率和促使化学平衡向正反应方向移动两个因素选择条件
还需要考虑的其它因素:
压强:
动力、材料、设备温度:
催化剂活性等
浓度:
原料循环使用;增大廉价反应物浓度;及时分离出产物等
【体验性检测】
1.合成氨工业中,常加热至500℃,下列有关叙述正确的是()
A.为加快反应速率,缩短达到平衡所需要的时间B.加快v正,减小v逆
C.使平衡向合成氨的方向移动D.提高原料转化率
2.下列有关合成工业的叙述,可用勒夏特列原理来解释的是 ()
A.使氮气和氢气1:
2.8混合有利于合成氨B.高压有利于合成氨的反应
C.500℃左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时使用铁触媒做催化剂
3.有平衡体系CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),△H<0。
为了增加甲醇的日产量,应该采取的正确措施是()
A.高温、高压B.适宜的温度、高压、催化剂C.低温、高压D.高温、高压、催化剂
4.在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:
2SO2+O22SO3(正反应为放热反应)
(1)上述反应的特点?
(2)工业生产中常采用过量空气,有何作用?
(3)为何采用400 ℃~500℃高温?
(4)SO2氧化需采用高压吗?
为什么?
提示:
压强
1atm
10atm
100atm
SO2转化率
97.2%
99.2%
99.7%
第2章化学反应的方向、限度和速率测试
一、选择题(每题仅有一个正确选项,每题3分,共45分)
1.下列反应中,一定不能自发进行的是
A.2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)
ΔH=-78.03kJ·mol-1,ΔS=1110J·mol-1·K-1
B.CO(g)=C(s,石墨)+
O2(g)
ΔH=110.5kJ·mol-1,ΔS=-89.36J·mol-1·K-1
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3kJ·mol-1,ΔS=-280.1J·mol-1·K-1
D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=37.301kJ·mol-1,ΔS=184.05J·mol-1·K-1
2.14CO2与碳在高温条件下发生反应:
14CO2+C
2CO,达到化学平衡后,平衡混合物中含14C的微粒有
A.14CO2B.14CO2、14COC.14CO2、14CO、14CD.14CO
3.下列说法正确的是
A.一定温度下的可逆反应,只有达到平衡时才具有平衡常数
B.化学平衡移动时,平衡常数一定改变
C.平衡常数的数值越大,反应限度越大
D.可逆反应限度大,则所有反应物的转化率都大
4.在一密闭的容器中,反应aA(g)
bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则
A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减少了
C.物质B的质量分数减少了D.a>b
5.一定温度时,在容积为V的容器内进行合成氨反应,达平衡时,测得容器内压强为P,其他条件不变缩小反应容器的体积,使容器内压强为2P,下列说法正确的是
A.新平衡容器的体积为0.5VB.新平衡容器的体积大于0.5V
C.新平衡容器的体积小于0.5VD.无法确定新平衡容器的体积
6.下列事实中不能用勒夏特列原理来解释的是
A.高压有利于合成氨反应的进行
B.往CH3COOH水溶液中加少量NaOH固体有利于CH3COO的增多
C500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D.及时分离出氨气有利于合成氨反应的进行
7.在某温度下,反应ClF(g)+F2(g)
ClF3(g)(正反应为放热反应)在密闭容器中达到平衡。
下列说法正确的是
A.温度不变,缩小体积,ClF的转化率增大
B.温度不变,增大体积,ClF3的产率提高
C.升高温度,增大体积,有利于平衡向正反应方向移动
D.降低温度,体积不变,F2的转化率降低
8.高温下,某反应达平衡,平衡常数K=
,恒容时,温度升高,H2浓度减小。
下列说法正确的是
A.该反应的焓变为正值B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小D.该反应化学方程式为CO+H2O
CO2+H2
9.人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力,CO吸入肺中发生反应:
CO+HbO2
O2+HbCO,37℃时,该反应的平衡常数K=220。
.HbCO的浓度达到HbO2浓度的0.02倍,导致人智力受损。
据此,下列结论错误的是
A.CO与HbO2反应的平衡常数K=c(O2)·c(HbCO)/c(CO)·c(HbO2)
B.人体吸入的CO越多,与血红蛋白结合的O2越少
C.当吸入的CO与O2浓度之比大于或等于0.02时,人的智力才会受损
D.把CO中毒的病人放入高压氧仓中解毒,其原理是使上述平衡向左移动
10.在一密闭烧瓶中,在25℃时存在如下平衡:
2NO2(g)
N2O4(g)△H<0。
把烧瓶置于100℃的水中,则下列几项性质中不会改变的是
①颜色②平均分子量③质量④压强⑤密度
A.①和③B.②和④C.④和⑤D.③和⑤
11.在某一温度下,容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示,下列表述中正确的是
A.反应的化学方程式为2M
N
B.t2时正逆反应速率相等,达到平衡
C.t3时正反应速率大于逆反应速率
D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍
12.已知反应mA+nB=C的反应速率的表达式为:
υ=kca(A)cb(B)。
298K下,将A、B溶液按不同浓度混合,得到如下数据:
c(A)/mol·L-1
c(B)/mol·L-1
υ/mol·L-1·s-1
1.0
1.0
1.2×10-2
1.0
4.0
1.92×10-1
4.0
1.0
4.8×10-2
则a、b的值为:
A.a=2b=1B.a=1b=2C.a=4b=1D.a=1b=4
13.在恒温、恒压下,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)从两条途径分别建立平衡:
Ⅰ.N2、H2的起始浓度分别为1mol·L-1和3mol·L-1;
Ⅱ.NH3的起始浓度为4mol·L-1。
下列有关叙述不正确的是
A.途径Ⅰ与途径Ⅱ所得混合气体的百分组成相同
B.途径ⅠN2的转化率与途径ⅡNH3的转化率相等
C.途径Ⅰ所得NH3的浓度与途径Ⅱ所得NH3的浓度之比为1∶2
D.途径Ⅰ与途径Ⅱ所得平衡混合气体的物质的量之比为1∶2
14.一定温度下,向容积恒定的密闭容器中投入2molA和1molB,发生如下可逆反应:
2A(g)+B(g)
C(g)+D(s)。
达到平衡时,测得压强为原压强的5/6。
则A的转化率为
A.25%B.40%C.50%D.75%
15.某密闭容器中发生如下反应:
X(g)+3Y(g)
2Z(g);ΔH<0。
下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。
下列说法中正确的是
A.t2时加入了催化剂B.t3时降低了温度C.t5时增大了压强D.t4~t5时间内转化率最低
二、非选择题(共55分)
16.在一定温度下,恒压容器内进行的可逆反应:
A(g)+3B(g)
2C(g),下列叙述不是达到平衡的标志的是_________________________。
(1)C的生成速率与C的分解速率相等;
(2)单位时间生成amolA,同时生成3amolB;
(3)A、B、C的浓度不再变化;
(4)A、B、C的压强不再变化;
(5)混合气体的总压强不再变化;
(6)混合气体的物质的量不再变化;
(7)单位时间消耗amolA,同时生成3amolB;
(8)A、B、C的分子数目比为1:
3:
2。
17.氯气在295K、100Kpa时,在1L水中可溶解0.09mol,实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。
请回答下列问题:
(1)该反应的离子方程式为_________________
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