高考化学大一轮学考复习考点突破第七章化学反应速率和化学平衡第23讲化学反应速率检测新人教版.docx
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高考化学大一轮学考复习考点突破第七章化学反应速率和化学平衡第23讲化学反应速率检测新人教版
第七章化学反应速率和化学平衡第23讲化学反应速率
考纲要求
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法,能正确计算化学反应的转化率(α)。
2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用。
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律。
4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
考点一 化学反应速率
1.表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2.数学表达式及单位
v=
,单位为mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。
3.化学反应速率与化学计量数的关系
同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。
如在反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)中,存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d
4.化学反应中各物质浓度的计算模式——“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。
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如:
反应 mA + nBpC
起始浓度(mol·L-1)abc
转化浓度(mol·L-1)x
某时刻浓度(mol·L-1)a-xb-
c+
深度思考
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加(×)
(2)化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1(×)
(3)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(×)
(4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同(√)
(5)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(√)
题组一 多角度计算化学反应速率
1.一定条件下,在体积为10L的固定容器中发生反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如下图。
下列说法正确的是( )
A.t1min时正、逆反应速率相等
B.X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C.0~8min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75mol·L-1·min-1
D.10~12min,N2的平均反应速率v(N2)=0.25mol·L-1·min-1
答案 B
解析 t1时刻没有达到平衡状态,正、逆反应速率不相等,A项错误;根据图像,X的物质的量增加,属于生成物,因此X为NH3的曲线,B项正确;0~8min时,v(NH3)=
=0.0075mol·L-1·min-1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比v(H2)=
=0.01125mol·L-1·min-1,C项错误;10~12min,v(NH3)=
=0.005mol·L-1·min-1,v(N2)=
=0.0025mol·L-1·min-1,D项错误。
2.用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。
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)/10-3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0~6.0min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 设2.0~6.0min内,HCl转化的物质的量为n,则
2HCl(g)+
O2(g)H2O(g)+Cl2(g)
2mol1mol
n(5.4-1.8)×10-3mol
n=7.2×10-3mol
所以v(HCl)=
=1.8×10-3mol·min-1
解析 用时间段2.0~6.0min内的HCl物质的量的变化量除以这段时间,即可得2.0~6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率,计算过程见答案。
题组二 化学反应速率的大小比较
3.已知反应4CO+2NO2N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )
A.v(CO)=1.5mol·L-1·min-1
B.v(NO2)=0.7mol·L-1·min-1
C.v(N2)=0.4mol·L-1·min-1
D.v(CO2)=1.1mol·L-1·min-1
答案 C
解析 转化为用相同的物质表示的反应速率进行比较,B项v(CO)=1.4mol·L-1·min-1;C项v(CO)=1.6mol·L-1·min-1;D项v(CO)=1.1mol·L-1·min-1,C项反应速率最快。
4.对于可逆反应A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.5mol·L-1·min-1
B.v(B)=1.2mol·L-1·s-1
C.v(D)=0.4mol·L-1·min-1
D.v(C)=0.1mol·L-1·s-1
答案 D
解析 本题可以采用归一法进行求解,通过方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较,B项中的B物质是固体,不能表示反应速率;C项中对应的v(A)=0.2mol·L-1·min-1;D项中对应的v(A)=3mol·L-1·min-1。
化学反应速率大小的比较方法
由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,所以比较反应的快慢不能只看数值的大小,而要进行一定的转化。
(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。
(2)换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值,即对于一般反应aA+bB===cC+dD,比较
与
,若
>
,则A表示的反应速率比B的大。
考点二 影响化学反应速率的因素
1.内因(主要因素)
反应物本身的性质。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
3.理论解释——有效碰撞理论
(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。
②活化能:
如图
图中:
E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。
(注:
E2为逆反应的活化能)
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
深度思考
1.改变反应Fe(s)+2HCl(aq)===FeCl2(aq)+H2(g)的下列条件时,判断生成H2的速率变化正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)升高溶液的温度,生成H2的速率增大(√)
(2)增大盐酸的浓度,生成H2的速率增大(√)
(3)增大铁的质量,生成H2速率增大(×)
(4)增加盐酸的体积,生成H2速率减小(×)
(5)加入几滴硫酸铜溶液,生成H2速率增大(√)
(6)加入CH3COONa固体,生成H2速率减小(√)
(7)加入NaCl固体,生成H2速率减小(×)
(8)将稀盐酸换成浓硫酸或浓硝酸,生成H2速率增大(×)
2.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH也会发生变化(×)
(2)温度、催化剂能改变活化分子的百分数(√)
(3)催化剂参与化学反应,但反应前后的性质和质量均保持不变(×)
3.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(1)缩小体积使压强增大:
;
(2)恒容充入N2:
;
(3)恒容充入He:
;
(4)恒压充入He:
。
答案
(1)增大
(2)增大 (3)不变 (4)减小
气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时
对反应速率的影响
(1)恒容:
充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒压:
充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
1.对反应A+BAB来说,常温下按以下情况进行反应:
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10mL④0.5mol·L-1的A、B溶液各50mL
四者反应速率的大小关系是( )
A.②>①>④>③B.④>③>②>①
C.①>②>④>③D.①>②>③>④
答案 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。
2.(2017·烟台质检)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( )
①增加C的量 ②将容器的体积缩小一半 ③保持体积不变,充入N2使体系压强增大 ④保持压强不变,充入N2使容器体积变大
A.①④B.②③C.①③D.②④
答案 C
解析 增大固体的量,恒容时充入惰性气体对化学反应速率无影响。
3.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示,根据图示分析实验条件,下列说法中一定不正确的是( )
组别
对应曲线
c(HCl)/mol·L-1
反应温度/℃
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
A.第4组实验的反应速率最慢
B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L-1
C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L-1
D.第3组实验的反应温度低于30℃
答案 D
解析 由图像可知,1、2、3、4组实验产生的氢气一样多,只是反应速率有快慢之分。
第4组实验,反应所用时间最长,故反应速率最慢,A正确;第1组实验,反应所用时间最短,故反应速率最快,根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5mol·L-1,B正确;第2组实验,铁是粉末状,与3、4组块状铁相区别,根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5mol·L-1,C正确;由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30℃,D错误。
1.当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,都可能使速率-时间图像的曲线出现不连续的情况,根据出现“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。
如:
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
2.常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻
所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应
专题训练
1.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0已达平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响,下列条件与图像不相符的是(O~t1:
v正=v逆;t1时改变条件,t2时重新建立平衡)( )
答案 C
解析 分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。
增加O2的浓度,v正增大,v逆瞬间不变,A正确;增大压强,v正、v逆都增大,v正增大的倍数大于v逆,B正确;升高温度,v正、v逆都瞬间增大,C错误;加入催化剂,v正、v逆同时同倍数增大,D正确。
2.对于反应:
X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0的反应,某一时刻改变外界条件,其速率随时间的变化图像如图所示。
则下列说法符合该图像的是( )
A.t1时刻,增大了X的浓度
B.t1时刻,升高了体系温度
C.t1时刻,降低了体系温度
D.t1时刻,使用了催化剂
答案 D
解析 由图像可知,外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。
增大X的浓度,升高(或降低)体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率,A、B、C错误;使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率,D正确。
3.向某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体。
一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[t0~t1阶段的c(B)变化未画出]。
乙图为t2时刻后改变条件时平衡体系中正、逆反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种反应条件且互不相同,t3~t4阶段为使用催化剂。
下列说法中正确的是( )
A.若t1=15s,则用A的浓度变化表示的t0~t1阶段的平均反应速率为0.004mol·L-1·s-1
B.t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强
C.该容器的容积为2L,B的起始的物质的量为0.02mol
D.t5~t6阶段,容器内A的物质的量减少了0.06mol,而此过程中容器与外界的热交换总量为akJ,该反应的热化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g) ΔH=-50akJ·mol-1
答案 B
解析 C的浓度变化为0.11mol·L-1-0.05mol·L-1=0.06mol·L-1,t3~t4与t4~t5,条件改变时,平衡不发生移动,只可能是两种情况,一是加入了催化剂,二是该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,改变了体系的压强。
t3~t4阶段为使用催化剂,则t4~t5阶段改变的条件一定为减小压强。
A项,前15s中A的浓度变化为0.15mol·L-1-0.06mol·L-1=0.09mol·L-1,速率为0.006mol·L-1·s-1,A项错;C项,A与C的计量数之比为3∶2,且该反应为反应前后气体分子数相等的反应,故B只能为生成物,且B与C的化学计量数之比为1∶2,则B的浓度改变为0.03mol·L-1,其起始浓度为0.02mol·L-1,物质的量为0.04mol,C项错;t5~t6改变的条件为升高温度,这时反应正向进行,所以正反应为吸热反应,D项错。
4.在一密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,达到平衡后,只改变某一个条件时,反应速率与反应时间的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)处于平衡状态的时间段是(填选项)。
A.t0~t1 B.t1~t2 C.t2~t3
D.t3~t4E.t4~t5F.t5~t6
(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。
A.增大压强 B.减小压强 C.升高温度
D.降低温度 E.加催化剂 F.充入氮气
t1时刻;t3时刻;t4时刻。
(3)依据
(2)中的结论,下列时间段中,氨的百分含量最高的是。
A.t0~t1B.t2~t3
C.t3~t4D.t5~t6
(4)如果在t6时刻,从反应体系中分离出部分氨,t7时刻反应达到平衡状态,请在图中画出反应速率的变化曲线。
答案
(1)ACDF
(2)C E B (3)A
(4)
解析
(1)根据图示可知,t0~t1、t2~t3、t3~t4、t5~t6时间段内,v正、v逆相等,反应处于平衡状态。
(2)t1时,v正、v逆同时增大,且v逆增大得更快,平衡向逆反应方向移动,所以t1时改变的条件是升温。
t3时,v正、v逆同时增大且增大量相同,平衡不移动,所以t3时改变的条件是加催化剂。
t4时,v正、v逆同时减小,但平衡向逆反应方向移动,所以t4时改变的条件是减小压强。
(3)根据图示知,t1~t2、t4~t5时间段内平衡均向逆反应方向移动,NH3的含量均比t0~t1时间段的低,所以t0~t1时间段内NH3的百分含量最高。
(4)t6时刻分离出部分NH3,v逆立刻减小,而v正逐渐减小,在t7时刻二者相等,反应重新达到平衡,据此可画出反应速率的变化曲线。
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变,再进行实验。
因此,常用控制变量思想解决该类问题。
1.常见考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学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,让学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
解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,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
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
专题训练
1.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。
实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。
该小组设计了如下方案。
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
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4溶液转化为MnSO4,每消耗1molH2C2O4转移mol电子。
为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥。
(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是。
(3)实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=mol·L-1·min-1。
(4)已知50℃时c(MnO
)~反应时间t的变化曲线如图。
若保持其他条件不变,请在坐标图中,画出25℃时c(MnO
)~t的变化曲线示意图。
答案
(1)2 2.5
(2)②和③ ①和② (3)0.010(或1.0×10-2)
(4)
解析
(1)H2C2O4中碳的化合价是+3价,CO2中碳的化合价为+4价,故每消耗1molH2C2O4转移2mol电子,配平反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,为保证KMnO4完全反应,c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥2.5。
(2)探究温度对反应速率的影响,则浓度必然相同,则为编号②和③;同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。
(3)v(KMnO4)=(0.010mol·L-1×
)÷(
)=0.010mol·L-1·min-1。
(4)温度降低,化学反应速率减小,故KMnO4褪色时间延长,故作图时要同时体现25℃MnO
浓度降低比50℃时MnO
的浓度降低缓慢和达到平衡时间比50℃时“拖后”。
2.某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题:
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有
。
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是
。
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO44种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是。
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有(答两种)。
(5)为了进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该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粒的反应瓶中,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
4mol·L-1H2SO4/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=,V9=。
②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液,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:
。
答案
(1)Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成铜锌原电池,加快了H2产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)升高反应温度,适当增加硫酸的浓度,增大锌粒的表面积等(答两种即可)
(5)①30 10 17.5 ②当加入一定量的CuSO4溶液后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,减少了Zn与硫酸溶液的接触面积
解析
(1)分析实验中涉及的物质:
Zn、CuSO4、H2SO4,其中能发生的化学反应有2个:
Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。
(2)由于Zn与CuSO4反应生成的Cu附着在Zn片表面,构成铜锌原电池,从而加快了H2产生的速率。
(3)4种溶液中能与Zn发生置换反应的只有Ag2SO4,Zn+Ag2SO4===ZnSO4+2Ag。
(4)根据影响化学反应速率的外界因素,则加快反应速率的方法还有:
增大反应物浓度、升高温度、使用催化剂、增大锌粒的表面积等。
注意:
H2SO4浓度不能过大,浓硫酸与Zn反应不生成H2。
(5)若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响,则实验中除CuSO4的量不同之外,其他物质的量均相同,则V1=V2=V3=V4=V5=30mL,最终溶液总体积相同。
由实验F可知,溶液的总体积均为50mL,则V6=10mL,V9=17.5mL。
随着CuSO4的量增大,附着在Zn粒表面的Cu会越来越多,被覆盖的Zn不能与H2SO4接触,则H2的生成速率会减慢。
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)(×)
(2016·天津理综,3A)
(2)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同(×)
(2015·天津理综,3C)
(3)探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时,若先将两种溶液混合并计时,再用水浴加热至设定温度,则测得的反应速率偏高(×)
(2016·浙江理综,8B)
(4)探究催化剂对H2O2分解速率的影响:
在相同条件下,向一支试管中加入2mL5%H2O2和1mLH2O,向另一支试管中加入2mL5%H2O
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