高三二轮复习专题 化学反应速率含答案.docx
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高三二轮复习专题化学反应速率含答案
专题十二 化学反应速率
[查漏补缺·对接高考] 排查核心知识 挖掘命题规律
授课提示:
对应学生用书第43页
[储知识·要点回扣]
■思维深化——做一做
1.在2L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
回答下列问题:
(1)该反应的反应方程式为
________________________________________________________________________。
(2)0~10s的平均反应速率v(H2)=____________;v(HI)=____________。
答案:
(1)H2(g)+I2(g)2HI(g)
(2)0.0395mol·L-1·s-1 0.079mol·L-1·s-1
2.按要求填空。
(1)形状大小相同的铁块、铝块分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率:
铁________铝。
(2)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增大盐酸体积:
________;
⑤把铁片改成铁粉:
________;
⑥滴入几滴CuSO4溶液:
________;
⑦加入NaCl固体:
________。
(3)若把
(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”________(填“能”或“不能”)产生H2,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
(1)小于
(2)①增大 ②增大 ③不变
④不变 ⑤增大 ⑥增大 ⑦不变
(3)不能 稀硝酸和浓硫酸具有强氧化性,Fe与稀硝酸反应生成NO;常温下,Fe在浓硫酸中“钝化”
[探高考·真题鉴赏]
1.(2019·高考全国卷Ⅰ节选)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30~90min内的平均速率
(a)=________kPa·min-1。
解析:
根据反应速率的计算公式可以求算
(a)=
≈0.0047kPa·min-1。
答案:
0.0047
2.(2019·高考全国卷Ⅱ节选)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。
不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是________(填标号)。
A.T1>T2
B.a点的反应速率小于c点的反应速率
C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D.b点时二聚体的浓度为0.45mol·L-1
解析:
由ct图像的变化趋势可看出T2时,环戊二烯浓度的变化趋势大,因此T2大于T1,选项A错误;由a、c点环戊二烯的浓度可判断a点的反应速率大于c点的反应速率,选项B错误;相同温度下,随着时间的延长,反应物的浓度逐渐减小,反应速率逐渐减小,因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,选项C正确;由图像知,开始时环戊二烯的浓度为1.5mol·L-1,b点时的浓度为0.6mol·L-1,设环戊二烯转化的物质的量浓度为2xmol·L-1,则有:
2
二聚体
1.50
2xx
0.6x
则有1.5-2x=0.6,解得x=0.45,因此选项D正确。
答案:
CD
3.(2018·高考全国卷Ⅰ节选)
(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×pN2O5(kPa·min-1)。
t=62min时,测得体系中pO2=2.9kPa,则此时的pN2O5=________kPa,v=________kPa·min-1。
(2)对于反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5NO2+NO3快速平衡
第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2慢反应
第三步 NO+NO3―→2NO2快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是________(填字母序号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
解析:
(1)由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)可知,62min时,pO2=2.9kPa,则减小的N2O5为5.8kPa,此时pN2O5=35.8kPa-5.8kPa=30.0kPa,则v(N2O5)=2×10-3×30.0kPa·min-1=6.0×10-2kPa·min-1。
(2)第一步反应快速平衡,说明正、逆反应速率很大,极短时间内即可达到平衡,A正确。
第二步反应慢,说明有效碰撞次数少,C正确。
由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO,B错误。
反应快,说明反应的活化能较低,D错误。
答案:
(1)30.0 6.0×10-2
(2)AC
4.(2018·高考全国卷Ⅲ节选)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)在343K下,要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有________、________。
(2)比较a、b处反应速率大小:
va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
反应速率v=v正-v逆=k正·x2SiHCl3-k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的
=________(保留1位小数)。
解析:
温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,曲线a达到平衡的时间短,则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化,曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。
(1)在343K时,要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是及时移去产物,使平衡向右移动,要缩短反应达到平衡的时间,需加快化学反应速率,可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。
(2)温度越高,反应速率越快,a点温度为343K,b点温度为323K,故反应速率:
va>vb。
反应速率v=v正-v逆=k正·x2SiHCl3-k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4,则有v正=k正·x2SiHCl3,v逆=k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4,343K下反应达到平衡状态时v正=v逆,即k正·x2SiHCl3=k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4,此时SiHCl3的平衡转化率α=22%,经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11,则有k正×0.782=k逆×0.112,k正/k逆=0.112/0.782≈0.02。
a处SiHCl3的平衡转化率α=20%,此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,则有v正/v逆=(k正·x2SiHCl3)/(k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4)=k正/k逆·x2SiHCl3/(xSiH2Cl2·xSiCl4)=0.02×0.82/0.12≈1.3。
答案:
(1)改进催化剂 提高反应物压强(浓度)
(2)大于 1.3
[研考纲·聚焦素养]
最新考纲
1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
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,认识其一般规律。
核心素养
1.变化观念与平衡思想:
认识到化学反应是有快慢的,并能知道影响化学反应速率的因素。
2.证据推理与模型认知:
能运用有效碰撞理论和活化分子等知识解释外界条件对化学反应速率的影响。
3.科学探究与创新意识:
能发现和提出有探究价值的影响化学反应速率的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,设计探究方案,进行实验探究;在探究中学会合作,面对“异常”现象敢于提出自己的见解。
4.科学精神与社会责任:
应具有严谨求实的科学态度,具有探索未知、崇尚真理的意识;赞赏化学对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与速率有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
[题型突破·通法悟道] 摆题型示例 巧取应考宝典
授课提示:
对应学生用书第44页
题型一 化学反应速率及其影响因素
1.已知:
反应aA(g)+bB(g)cC(g),某温度下,在2L的密闭容器中投入一定量的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)经测定前4s内v(C)=0.05mol·L-1·s-1,则该反应的化学方程式为_______________。
(2)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行,经同一段时间后,测得三个容器中的反应速率分别为
甲:
v(A)=0.3mol·L-1·s-1;
乙:
v(B)=0.12mol·L-1·s-1;
丙:
v(C)=9.6mol·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)3A(g)+B(g)2C(g)
(2)
(3)乙>甲>丙
2.密闭容器中发生如下反应:
A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0。
根据下面速率—时间图像,回答下列问题。
(1)下列时刻所改变的外界条件:
t1____________;t3____________;t4____________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
答案:
(1)升高温度 加入催化剂 减小压强
(2)t3~t4段
3.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气(气体体积已折合成标准状况),实验记录如表(累计值):
时间/min
1
2
3
4
5
6
氢气体积/mL
50
120
224
392
472
502
(1)哪一时间段反应速率最大________(填0~1、1~2、2~3、3~4、4~5、5~6min,下同),原因是____________________________________________________________。
(2)哪一时间段的反应速率最小________,原因是_________________________________。
(3)第3~4min时间段以盐酸的浓度表示的该反应速率(设溶液体积不变)是________________________________________________________________________。
(4)如果反应太激烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液,你认为可行的是________(填字母序号)。
A.蒸馏水 B.NaNO3溶液
C.KCl溶液D.Na2CO3溶液
答案:
(1)3~4min 因该反应是放热反应,此时温度最高,温度对反应速率的影响占主导作用
(2)5~6min 此时H+浓度最小,浓度对反应速率的影响占主导作用
(3)v(HCl)=0.15mol·L-1·min-1
(4)AC
[题型建模] 计算化学反应速率的基本模式
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为amol·L-1,B的浓度为bmol·L-1, 反应进行至t1时,A消耗了xmol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1)x
t1/(mol·L-1)a-xb-
则:
v(A)=
mol·L-1·s-1,
v(B)=
mol·L-1·s-1,
v(C)=
mol·L-1·s-1,
v(D)=
mol·L-1·s-1。
题型二 控制变量探究反应速率的影响因素
1.已知:
4FeO
+10H2O===4Fe(OH)3↓+8OH-+3O2↑,测得c(FeO
)在不同条件下变化如图甲、乙、丙、丁所示:
下列说法正确的是( )
A.图甲表明,其他条件相同时,温度越低,FeO
转化速率越快
B.图乙表明,其他条件相同时,碱性越强,FeO
转化速率越快
C.图丙表明,其他条件相同时,钠盐都是FeO
优良的稳定剂
D.图丁表明,其他条件相同时,碱性条件下Fe3+能加快FeO
的转化
解析:
由图甲可知随温度的升高,FeO
的转化速率越快,故A错误;图乙显示,随溶液碱性增强,FeO
转化速率减小,故B错误;由图丙可知,并不是所有的钠盐对FeO
都具有稳定作用,如Na3PO4能迅速使FeO
转化,故C错误;由图丁可知,随着Fe3+浓度的增大,FeO
浓度迅速减小,故D正确。
答案:
D
2.实验测得某反应在不同pH下产物A的浓度随时间变化的关系如图所示(其他条件相同)。
则下列说法正确的是( )
A.若增大压强,该反应的反应速率一定增大
B.pH=6.8时,随着反应的进行反应速率逐渐增大
C.一定pH范围内,溶液中H+浓度越小,反应速率越快
D.可采取调节pH的方法使反应停止
解析:
若为没有气体参加的反应,增大压强对反应速率几乎没有影响,A错误;图像中表示反应速率的是曲线的斜率,B错误;pH越小,H+浓度越大,反应越快,C错误;pH=8.8时,反应速率接近于0,D正确。
答案:
D
3.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速率的影响”,进行了如下实验:
实验编号
室温下,试管中所加试剂及其用量/mL
室温下溶液颜
色褪至无色
所需时间/min
0.6mol·L-1
H2C2O4溶液
H2O
0.2mol·L-1KMnO4溶液
0.3mol·L-1稀硫酸
1
3.0
4.0
1.0
2.0
6.4
2
3.0
3.0
2.0
2.0
5.2
3
3.0
2.0
3.0
2.0
4.0
请回答:
(1)已知酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应有CO2生成,用化学方程式表示该实验的实验原理________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据上表中的实验数据,可以得到的结论是______________________。
(3)利用实验3中数据计算,用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)=________。
(4)该小组同学根据实验绘制了n(Mn2+)随时间变化趋势的示意图,如图1所示。
但有同学查阅已有的实验资料发现,该实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势应如图2所示。
该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设,并继续进行实验探究。
①该小组同学提出的假设是__________________________________________。
②请你帮助该小组同学完成实验方案,并填写表中空白。
实验编号
室温下,试管中所加试剂及其用量/mL
再向试管
中加入少
量固体
室温下溶液
颜色褪至无
色所需时间
/tmin
0.6mol·L-1H2C2O4溶液
H2O
0.2mol·L-1KMnO4溶液
3mol·L-1稀硫酸
4
3.0
2.0
3.0
2.0
③若该小组同学提出的假设成立,应观察到的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(2)分析题目所给信息,可知其他条件相同时,增大KMnO4浓度(或反应物浓度),反应速率增大。
(3)利用实验3中数据计算,v(KMnO4)=
=1.5×10-2mol·L-1·min-1。
(4)①分析题图2可知,生成物中的MnSO4为该反应的催化剂。
②需要加入MnSO4,探究其对反应速率的影响。
③若该小组同学提出的假设成立,与实验3相比,溶液褪色所需时间短。
答案:
(1)2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
(2)其他条件相同时,增大KMnO4浓度(或反应物浓度),反应速率增大
(3)1.5×10-2mol·L-1·min-1
(4)①生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用)
②MnSO4 ③与实验3比较,溶液褪色所需时间短或所用时间(t)小于4min(或其他合理答案)
[题型建模] 利用“控制变量法”的解题策略
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,应该先确定其他因素不变,只改变一种因素,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,否则无法做出正确判断。
借助题链例析与催化剂相关的六个考点
授课提示:
对应学生用书第46页
在基于真实情境考查学生综合运用知识的能力的考试理念引导下,与化工生产关系密切的催化剂备受青睐,成了热门考点。
从考查的知识看,主要从反应历程、活化能、速率、平衡移动等角度考查催化剂对反应的影响。
从试题形式上看,常常融合图像、表格等信息呈现形式,考查学生吸收和整合陌生信息的能力。
一、催化剂与反应历程
催化剂如何影响化学反应?
有一个熟悉的例子:
Cu催化乙醇的氧化反应。
2Cu+O2
2CuO
CH3CH2OH+CuO
CH3CHO+Cu+H2O
催化剂Cu先参与反应后又重新生成,它经历了Cu→CuO→Cu的变化历程。
[例1] 用NaClO3、H2O2和稀硫酸制备ClO2。
反应开始时加入少量盐酸,ClO2的生成速率大大提高(Cl-对反应有催化作用)。
该过程可能经两步反应完成,将其补充完整:
①________________________________________________________________________(用离子方程式表示);
②H2O2+Cl2===2Cl-+O2+2H+。
[解析] 第②步中Cl2生成Cl-,可知催化剂Cl-的变化历程是Cl-→Cl2→Cl-,即Cl-在第①步中变成Cl2。
由题给信息及氧化还原知识可知,氧化剂是ClO
,且ClO
反应后生成ClO2。
离子方程式:
2ClO
+2Cl-+4H+===2ClO2↑+Cl2↑+2H2O。
[答案] 2ClO
+2Cl-+4H+===2ClO2↑+Cl2↑+2H2O
二、催化剂与活化能、焓变
催化剂通过降低反应的活化能而加快反应速率。
而且催化剂的性能越好,反应的活化能越低。
[例2] 在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) Ⅰ
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) Ⅱ
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2,在相同压强下,经过相同时间测得实验数据如下表所示。
在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。
T(K)
催化剂
CO2转化率(%)
甲醇选择性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6
【备注】 甲醇选择性:
转化的CO2中生成甲醇的百分比。
[解析] 据表中的数据可以算出生成CH3OH的CO2占全部CO2的百分比。
543K,Cat.1作用下是12.3%×42.3%≈5.20%,Cat.2作用下是10.9%×72.7%=7.92%。
所以Cat.2的催化选择性要好于Cat.1,即在Cat.2的作用下反应的活化能低。
[答案]
[归纳小结] 作图时还要注意,催化剂不能改变反应物、生成物的总能量,所以曲线的起点、终点应相同。
也正是这个原因,所以催化剂不能改变反应的焓变。
三、催化剂与反应速率、平衡移动
催化剂能加快反应速率,缩短到达平衡所需时间。
催化剂的活性越好,所需时间越短。
但催化剂不能使化学平衡发生移动。
[例3] 密闭容器中发生反应:
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH<0。
研究表明:
在使用等质量同种催化剂时,增大催化剂比表面积可提高反应速率。
某同学设计了下表所示的三组实验。
请在图中画出三个实验中c(NO)随时间变化的趋势曲线,并标明实验编号。
实验
编号
T/℃
初始c(NO)
/(mol·L-1)
初始c(CO)
/(mol·L-1)
比表面积
/(m2·g-1)
Ⅰ
280
1.20×10-3
5.80×10-3
82
Ⅱ
280
1.20×10-3
5.80×10-3
124
Ⅲ
350
1.20×10-3
5.80×10-3
124
[解析] 先比较实验Ⅰ、Ⅱ:
实验Ⅱ的催化剂比表面积大,故实验Ⅱ的反应速率大;因催化剂不影响平衡移动,故达到平衡后,实验Ⅰ、Ⅱ的c(NO)相同。
再比较Ⅱ、Ⅲ:
实验Ⅲ的温度高,故实验Ⅲ的反应速率大;因温度升高,平衡左移,故平衡
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