2020-2021学年高三化学一轮复习易错题11 影响化学反应速率的因素
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2020-2021学年高三化学一轮复习易错题11 影响化学反应速率的因素

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资料简介
易错 11 影响化学反应速率的因素 【易错分析】 化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。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。其数学表达式为 v=Δc Δt或 v= Δn V·Δt。影响化学反应速率的 主要因素是反应物本身的性质,不同化学反应具有不同的反应速率,外界条件对化学反应速 率也产生影响,外界条件包括浓度、温度、压强、催化剂、反应物颗粒大小等。 【错题纠正】 例题 1、为比较 Fe3+和 Cu2+对 H2O2 分解反应的催化效果,甲乙两组同学分别设计了如图 1、 图 2 所示的实验。下列叙述中不正确的是(  ) A.图 1 实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小 B.若图 1 所示实验中反应速率为①>②,则一定说明 Fe3+对 H2O2 分解的催化效果比 Cu2+好 C.用图 2 装置比较反应速率,可测定在相同条件下反应产生的气体体积及反应时间 D.为检查图 2 装置的气密性,可关闭装置 A 的活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松 开活塞,观察活塞是否回到原位 【解析】若比较 Fe3+和 Cu2+对 H2O2 分解的催化作用,应选用 Fe2(SO4)3(aq)和 CuSO4(aq)。如 果选用 FeCl3(aq)和 CuSO4(aq),虽然加入 FeCl3(aq)的反应速率快,但可能是 Cl-的催化作用。 【答案】B 例题 2、“碘钟”实验中,3I-+S2O2-8 ===I-3 +2SO 2-4 的反应速率可以用 I -3 遇加入的淀粉溶液 显蓝色的时间 t 来度量,t 越小,反应速率越大。某探究性学习小组在 20 ℃进行实验,得 到的数据如下表: 实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ c(I-)/mol·L-1 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120 c(S2O2-8 )/mol·L-1 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040 t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1 回答下列问题: (1)该实验的目的是________________________________________________________。 (2)显色时间 t1 为________。(3)通过分析比较上述数据,得到的结论是____________________________________。 【解析】由数据表容易发现:②④组所用时间相同,③组所用时间为它们的一半,①组所用 时间为它们的 2 倍。进一步分析:②④两组中 c(I-)与 c(S2O2-8 )的乘积相等,③组中乘积为②④ 组的 2 倍,①组乘积为其一半。因此可得结论:当 c(I-)·c(S2O2-8 )相等时,显色时间相等, 反应速率相等,显色时间与反应速率成反比,即 t 与 c(I - )·c(S2O2-8 )成反比, t1 44.0= 0.160 × 0.020 0.120 × 0.040,得 t1=88.0 3 ≈29.3。 【答案】(1)研究反应物 I-与 S2O 2-8 的浓度对反应速率的影响 (2)88.0 3 (或 29.3) (3)化学反 应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比) 【知识清单】 1.浓度:浓度增大,单位体积内活化分子数增多(活化分子百分数不变),有效碰撞的几率增 加,化学反应速率增大。浓度改变,可使气体间或溶液中的化学反应速率发生改变。固体或 纯液体的浓度可视为常数,它们的物质的量的变化不会引起反应速率的变化,但固体颗粒的 大小会导致接触面积的变化,故影响化学反应速率。 2.压强:改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参 加的反应体系,有以下几种情况: (1)恒温时:增大压强 ――→ 引起 体积缩小 ――→ 引起 浓度增大 ――→ 引起 反应速率增大。 (2)恒容时:充入气体反应物 ――→ 引起 反应物浓度增大 ――→ 引起 总压强增大 ――→ 引起 反应速率增 大;充入“稀有气体” ――→ 引起 总压强增大,但各物质的浓度不变,反应速率不变。 (3)恒压时:充入“稀有气体” ――→ 引起 体积增大 ――→ 引起 各物质浓度减小 ――→ 引起 反应速率减小。 压强是否影响化学反应速率,取决于是否影响反应物的浓度。如恒容下充入稀有气体,气体 压强增大,但反应物浓度不变,故反应速率不变。恒压下充入稀有气体,气体压强不变,但 体积增大,反应物浓度减小,反应速率减小。 3.温度:所有化学反应的反应速率都与温度有关。温度升高,活化分子百分数提高,分子间 的碰撞频率提高,化学反应速率增大。温度升高,吸热反应和放热反应的速率都增大。实验 测得,温度每升高 10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的 2~4 倍。对于可逆反应来说, 升高体系的温度,反应物和生成物中的活化分子数都增加,所以正反应的速率和逆反应的速 率都增大。 4.催化剂:催化剂对反应过程的影响通常可用下图表示(加入催化剂,B 点降低)。催化剂能改变反应路径、降低活化能、增大活化分子百分数、加快反应速率,但不影响反应的 ΔH。 催化剂改变化学反应速率的原因仅仅是改变始态到终态的途径,不改变反应的结果,催化剂 只有在适宜的温度下活性最大,反应速率才达到最大。对于可逆反应,催化剂能够同等程度 地改变正、逆反应速率,对化学平衡状态无影响,生产过程中使用催化剂主要是为了提高生 产效率。对于一个化学反应,不同的催化剂,催化效果不同(如唾液对淀粉水解的催化作用 比硫酸强),实验时应选用合适的催化剂。催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现 在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程中都采用催化剂。例如,合成氨生产采用铁作催化 剂,硫酸生产采用钒作催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都 采用不同的催化剂。 影响化学反应速率的条件很多,除了浓度、压强、温度、催化剂以外,还有很多行之有效的 改变化学反应速率的方法,例如,通过光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速 研磨等等,总之,向反应体系输入能量,都有可能改变化学反应速率。注意在分析多个因素 (如浓度、温度、反应物颗粒大小、催化剂、压强等)对反应速率的影响规律时,逐一改变一 个因素而保证其他因素相同,通过实验分析得出该因素影响反应速率的结论,这种方法叫变 量控制法。 【变式练习】 1. 某小组探究实验条件对反应速率的影响,设计如下实验,并记录结果如下: 编号 温度 H2SO4 溶液 KI 溶液 1%淀粉溶液体 积 出现蓝色时间 ① 20℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 40 s ② 20℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.80 mol·L−1 5 mL 1mL 21 s ③ 50℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 5s ④ 80℃ 0.10 mol·L−110 mL 0.40 mol·L−1 5 mL 1mL 未见蓝色 下列说法正确的是 A.由实验①②可知,反应速率 v 与 c(I−)成正比 B.实验①−④中,应将 H2SO4 溶液与淀粉溶液先混合 C.在 I−被 O2 氧化过程中,H+只是降低活化能 D.由实验③④可知,温度越高,反应速率越慢2.纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。 (1)一定条件下,向 FeSO4 溶液中滴加碱性 NaBH4 溶液,溶液中 BH-4 (B 元素的化合价为+3) 与 Fe2+反应生成纳米铁粉、H2 和 B(OH)-4 ,其离子方程式为_____________________。 (2)纳米铁粉与水中 NO -3 反应的离子方程式为 4Fe+ NO-3 +10H+===4Fe2++NH+4 +3H2O。 研究发现,若 pH 偏低将会导致 NO -3 的去除率下降,其原因是___________________。 (3)相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中 NO -3 的速率有较大差异(见图),产生该差异的可 能原因是____________________。 Ⅰ含 50 mg·L-1 NO -3 的水样 Ⅱ含 50 mg·L-1 NO-3 +50 mg·L-1 Cu2+的水样 【易错通关】 1.高温高压液态水具有接近常温下弱酸的 c(H+)或弱碱的 c(OH−),油脂在其中能以较快的 反应速率水解。与常温常压水相比,下列说法不正确的是 A.高温高压液态水中,体系温度升高,油脂水解反应速率加快 B.高温高压液态水中,油脂与水的互溶能力增强,油脂水解反应速率加快 C.高温高压液态水中,c(H+)增大,可催化油脂水解反应,且产生的酸进一步催化水解 D.高温高压液态水中的油脂水解,相当于常温下在体系中加入了相同 c(H+)的酸或相同 c(OH−)的碱的水解 2.在相同的密闭容器中,用高纯度纳米级 Cu2O 分别进行催化分解水的实验:2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) ∆H>0,实验测得反应体系中水蒸气浓度(mol·L-1)的变化结果如下: 序号 时间/min 0 10 20 30 40 60 ① 温度 T1 / 1 号 Cu2O 0.0500 0.0492 0.0486 0.0482 0.0480 0.0480 ② 温度 T1 / 2 号 Cu2O 0.0500 0.0490 0.0483 0.0480 0.0480 0.0480 ③ 温度 T2 / 2 号 Cu2O 0.0500 0.0480 0.0470 0.0470 0.0470 0.0470 下列说法不正确的是( ) A.实验时的温度 T2 高于 T1 B.2 号 Cu2O 的催化效率比 1 号 Cu2O 的催化效率高C.实验①前 20 min 的平均反应速率 v(O2) = 7×10ˉ5 mol·Lˉ1·minˉ1 D.等质量纳米级 Cu2O 比微米级 Cu2O 催化效率高,这与 Cu2O 的粒径大小有关 3.下列生产或实验事实引出的结论不正确的是(  ) 选项 事实 结论 A. 其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应, 升高溶液的温度,析出沉淀所需时间缩短 当其他条件不变时,升高反 应温度,化学反应速率加快 B. 工业制硫酸过程中,在 SO3 的吸收阶段,喷洒 浓硫酸吸收 SO3 增大气液接触面积,使 SO3 的吸收速率增大 C. 在容积不变的密闭容器中发生反应: ,向其中通入 氩气 反应速率减慢 D. A、B 两支试管中分别加入等体积 5%的 H2O2 溶液,在 B 试管中加入 2~3 滴 FeCl3 溶液,B 试管中产生气泡快 当其他条件不变时,催化剂 可以改变化学反应速率 4.H2O2 分解速率受多种因素影响。实验测得 70℃时不同条件下 H2O2 浓度随时间的变化如 图所示。下列说法错误的是( ) A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2 浓度越大,其分解速率越快 B.图乙表明,其他条件相同时,溶液 pH 越大,H2O2 分解速率越快 C.图丙表明,少量 Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2 分解速率越快 D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对 H2O2 分解速率的影响大 5.探究酸性 KMnO4 与 H2C2O4 溶液反应速率的影响因素,有关实验数据如下表所示: 实 温度 催化剂 酸性 KMnO4 溶液 H2C2O4 溶液 KMnO4 溶液 ( ) ( ) ( )3 2 22NH g N g 3H g+褪色平均时 间(min) 验 编 号 (℃) 用量(g) 体积 (mL) 浓度 (mol·L-1) 体积 (mL) 浓度 (mol·L-1) 1 25 0.5 4 0.1 8 0.2 12.7 2 80 0.5 4 0.1 8 0.2 a 3 25 0.5 4 0.01 8 0.2 6.7 4 25 0 4 0.01 8 0.2 b 下列说法不正确的是 A.用 KMnO4 表示该反应速率,v(实验 3)约为 1.5×10-3 mol·L-1·min-1 B.表中数据 a<12.7,b>6.7 C.用 H2C2O4 表示该反应速率,v(实验 1)>v(实验 3) D.可通过比较收集相同体积的 CO2 所消耗的时间来判断反应速率快慢 6.不同条件下,用 O2 氧化一定浓度的 FeCl2 溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分 析或推测不合理的是 A.Fe2+的氧化率随时间延长而逐渐增大 B.由②和③可知,pH 越大,Fe2+氧化速率越快 C.由①和③可知,温度越高,Fe2+氧化速率越快 D.氧化过程的离子方程式为:4Fe2+ + O2 + 4H+ == 4Fe3+ + 2H2O 7.某小组利用 H2C2O4 溶液与用硫酸酸化的 KMnO4 溶液反应来探究“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。 该小组设计了如下的方案。H2C2O4 溶液 酸性 KMnO4 溶液 编号 浓度/mol·L-1 体积/mL 浓度/mol·L-1 体积/mL 蒸馏水 体积/ml 温度/℃ ① 0.50 6.0 0.010 4.0 0 25 ② 0.50 a 0.010 4.0 c 25 ③ 0.50 6.0 0.010 4.0 0 50 (1)该实验是通过___来判断反应的快慢。 (2)已知 H2C2O4 被 KMnO4(H+)氧化为 CO2 逸出,该反应的化学方程式为___,为了观 察到实验现象从而判断反应的快慢,H2C2O4 与 KMnO4 初始的物质的量需要满足的关系为: n(H2C2O4):n(KMnO4)≥___。 (3)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是__和__(填编号,下同),可探究 H2C2O4 浓度对化学反应速率影响的实验编号是__和__。 (4)实验①测得反应所用的时间为 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)=__。 (5)该小组发现室温下反应速率走势如图,其中 t1~t2 时间内速率变快的主要原因可能是: ___,若用实验证明你的猜想,除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液试剂外,还需要选择的试剂 最合理的是___(填序号) A.硫酸钾 B.硫酸锰 C.稀硫酸 D.氯化锰 8.某学生为了探究影响化学反应速率的外界因素,进行以下实验。 (1)向 100 mL 稀硫酸中加入过量的锌粉,标准状况下测得数据累计值如下: 时间/min 1 2 3 4 5 氢气体积/mL 50 120 232 290 310 ①在 0~1、1~2、 2~3、3-4、4~-5min 各时间段中: 反应速率最大的时间段是____ min,主要的原因可能是____________。反应速率最小的时间段是____ min,主要的原因可能是____________。 ②为了减缓反应速率但不减少产生氢气的量,可以在稀硫酸中加入_______(填序号)。 a Na2CO3 溶液 b NaOH 溶液 c 稀 HNO3 d 蒸馏水 (2)进行以下对比实验,并记录实验现象。 实验 I: 实验 II:另取两支试管分别加入 5 mL5%H2O2 溶液和 5mL10%H2O2 溶液,均未观察到有明 显的气泡产生。 ①双氧水分解的化学方程式是______________。 ②实验 I 的目的是_________________。 ③实验 II 未观察到预期现象,为了达到该实验的目的,可采取的改进措施是 __________ 。 9.用 H2O2、KI 和洗洁精可完成“大象牙膏”实验(短时间内产生大量泡沫),某同学依据文 献资料对该实验进行探究。 (1)资料 1:KI 在该反应中的作用:H2O2+I-=H2O+IO-;H2O2+IO-=H2O+O2↑+I-。 总反应的化学方程式是_________。 (2)资料 2:H2O2 分解反应过程中能量变化如图所示,其中①有 KI 加入,②无 KI 加入。 下列判断正确的是___________(填字母)。a. 加入 KI 后改变了反应的路径 b. 加入 KI 后改变了总反应的能量变化 c. H2O2+I-=H2O+IO-是放热反应 (3)实验中发现,H2O2 与 KI 溶液混合后,产生大量气泡,溶液颜色变黄。再加入 CCl4, 振荡、静置,气泡明显减少。 资料 3:I2 也可催化 H2O2 的分解反应。 ①加 CCl4 并振荡、静置后还可观察到___________,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. ________。以下对照实验说明 i 不是主 要原因:向 H2O2 溶液中加入 KI 溶液,待溶液变黄后,分成两等份于 A、B 两试管中。A 试 管加入 CCl4,B 试管不加 CCl4,分别振荡、静置。观察到的现象是_____________。 (4)资料 4:I-(aq)+I2(aq) I3-(aq) K=640。 为了探究体系中含碘微粒的存在形式,进行实验:向 20 mL 一定浓度的 H2O2 溶液中加入 10mL 0.10mol·L-1 KI 溶液,达平衡后,相关微粒浓度如下: 微粒 I- I2 I3- 浓度/(mol·L-1) 2.5×10-3 a 4.0×10-3 ①a=__________。 ②该平衡体系中除了含有 I-,I2,I3-外,一定还含有其他含碘微粒,理由是_______。 10.某酸性工业废水中含有 K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的 Cr2O 转化为 Cr3 +。某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一 步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:在 25 ℃下,控制光照强度、废水样品、 初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始 pH 和一定浓度草酸溶液用量,作对比实验, 完成了以下实验设计表。 实验编号 初始 pH 废水样品体积/mL 草酸溶液体积/mL 蒸馏水体积/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 20 20 测得实验①和②溶液中的 Cr2O 浓度随时间变化关系如图所示。  2 7 − 2 7 −(1)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。 (2)实验①和②的结果表明_____;实验①中 O~t1时间段反应速率 v (Cr3+)=____mol·L-1·min -1(用代数式表示)。 (3)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设。 请你完成假设二和假设三: 假设一:Fe2+起催化作用; 假设二:______; 假设三:______; (4)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。(除了上述实验提供的试剂外,可供选 择的试剂有 K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3 等。溶液中的 Cr2O 浓度 可用仪器测定) 实验方案(不要求写 具体操作过程) 预期实验结果和结论 _______ 反应进行相同时间后,若溶液中 c(Cr2O )_____实验①中的 c(Cr2O ),则假设一成立;若两溶液中的 c(Cr2O )_______,则假设 一不成立。 (5)草酸不仅能还原 Cr2O ,还能还原 MnO 。某同学为了测定某高锰酸钾产品的质量分数, 取 0.500 g 的高锰酸钾产品,配成 50.00 mL 溶液,取出 10.00 mL,用 0.100 mol·L-1 草酸标准 溶液滴定至终点,消耗草酸标准溶液 15.00 mL。则该样品中高锰酸钾的质量分数为____。 参考答案 【变式练习】 1.A【解析】A.实验①②中其它条件相同,c(I−):①

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