第21讲　化学反应速率-2025年高考化学全国一轮

大单元五化学反应速率化学平衡第21讲化学反应速率备考导航复习目标1.了解化学反应速率的概念并能进行简单的计算。2．能通过实验探究反应条件改变对反应速率的影响。3．能用反应速率理论解释外界条件改变对反应速率的影响。4．掌握催化能量图、活化能(能垒)、催化循环图等图像分析方法。5．了解反应机理、催化机理、基元反应、质量作用定律的基本含义复习策略1.这部分知识难度较大，常常出现反应机理或反应循环图。2．主观题常常与化学平衡内容结合起来命题。近几年高考常出现催化能垒图，合理地解释基元反应活化状态的快反应和慢反应熟记网络课前思考问题1甲醇是可再生的清洁能源，可利用CO2与H2合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。该反应历程如图1所示。上述合成甲醇的反应的有机副产物有________；由于该反应速率较慢，需要加入催化剂使反应速率加快，主要降低下列变化中________(填字母)的能量变化。A.*CO＋*OH→*CO＋*H2O B.*CO→*OCHC.*OCH2→*OCH3 D.*OCH3→*CH3OH图1图2课前思考【答案】CH2OA【解析】由图可知生成的副产物主要有CO和CH2O，其中有机副产物是CH2O；生成甲醇的过程中，能垒最高(为1.64eV)的变化为*CO＋*OH→*CO＋*H2O，该反应速率最慢，决定了整个反应速率的快慢，所以要想提高整个反应速率，应该降低该反应的能垒。问题2在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中。反应相同时间，NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示。在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；当反应温度高于380℃时，NOx【答案】迅速上升段催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要原因是温度升高，NOx去除反应速率增大，而催化剂活性下降NH3与O2反应生成了NO1.(2021·广东卷)反应X=2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(D)A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)C.t2时，Y的消耗速率大于生成速率D.t3后，c(Z)＝2c0—c【解析】①X→Y；②Y→2Z，随着反应的进行，c(X)减小，c(Y)先增大后减小，c(Z)增大，所以a为c(X)随t的变化曲线，A正确；从图可看出，t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)，B正确；从图可知c(Y)减小，t2时，Y的消耗速率大于生成速率，C正确；由图可知，t3时刻X完全转化为Y，假设不发生反应②，则c(Y)＝c0，t3后随反应②进行，Y浓度变化量为c0－c(Y)，则c(Z)＝2c0－22.(2023·福州模拟)下列有关催化剂的说法错误的是(D)A.不能改变反应的焓变B.改变基元反应的活化能C.可能提高主反应选择性D.不能提高反应物转化率【解析】转化率可分为一般转化率和平衡转化率，催化剂不改变平衡转化率，但是在未达到平衡前，可以提高单位时间内反应物的转化率，D错误。3.(2023·安徽淮北一模)芬顿试剂是以H2O2和Fe2＋组成的酸性水溶液体系，具有极强的氧化能力，其机理如图所示。下列说法错误的是(C)A.Fe2＋起到催化作用B.基元反应1的离子方程式为H2O2＋Fe2＋＋H＋=Fe3＋＋·OH＋H2OC.基元反应1的活化能比基元反应2的高D.图示过程中，pH会发生变化【解析】Fe2＋参与基元反应1，在基元反应2生成，起到催化作用，A正确；基元反应1为快反应，而基元反应2为慢反应，则基元反应1的活化能比基元反应2的低，C错误；基元反应1的离子方程式为H2O2＋Fe2＋＋H＋=Fe3＋＋·OH＋H2O，基元反应2的离子方程式为Fe3＋＋H2O2=Fe2＋＋HO2·＋H＋，基元反应1为快反应，而基元反应2为慢反应，则图示过程中，pH会发生变化，B、D正确。4.(2023·惠州模拟)通过大量的研究Pt12Ni、Sn12Ni、Cu12Ni三种双金属合金团簇可用于催化甲烷干法重整(DRM)反应，在催化剂表面涉及多个基元反应，其中一步为甲烷逐步脱氢，三种催化剂催化甲烷脱氢过程的能量变化如图所示：(1)甲烷脱氢过程中决速步为__________________________(用化学方程式表示)。(2)甲烷脱氢过程中催化剂活性最好的是________________。【答案】(1)CHeq\o\al(*,3)＋H*=CHeq\o\al(*,2)＋2H*(2)Pt12Ni考点1化学反应速率的概念及表示方法知识梳理化学反应速率1.概念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(均取正值)。定义式：v＝eq\f(Δc,Δt)单位：mol/(L·s)或mol/(L·min)等。2.关系对于一个化学反应：mA＋nB=pC＋qD，可用任一种物质的物质的量浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率，它们之间的关系为eq\f(vA,m)＝eq\f(vB,n)＝eq\f(vC,p)＝eq\f(vD,q)(列比例关系)。[注意](1)在反应速率的计算中，要明确反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加，而不是物质的量的变化。利用容器的容积，将物质的量转化为物质的量浓度的变化；还要注意单位要一致，要看清楚时间单位是秒还是分钟。(2)化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。这里所说的化学反应速率指的是平均反应速率，而不是瞬时反应速率。一定温度下，锌粒在1mol/L的稀盐酸中反应的反应速率与反应时间的关系如图所示，图中A点的斜率就是在t1时刻的瞬时反应速率。(3)同一反应在不同反应阶段的反应速率一般是不同的。主要原因是反应物浓度不断变化，且反应所引起的热量变化对反应速率也有较大影响。转化率α＝eq\f(反应物起始浓度－反应物反应后浓度,反应物起始浓度)×100%解疑释惑37有关反应过程中化学反应速率的计算1.反应速率计算的“三段式”模板以反应4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)为例说明。现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2,4min后，测得生成的H2O(g)占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是(C)A.v(N2)＝0.125mol/(L·min) B.v(H2O)＝0.375mol/(L·min)C.v(O2)＝0.225mol/(L·min) D.v(NH3)＝0.250mol/(L·min)【解析】设4min时，生成6xmolH2O(g)，列式：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)n(总)起始/mol43007变化/mol4x3x2x6x4min后/mol4－4x3－3x2x6x7＋x据题意，则有eq\f(6x,7＋x)×100%＝40%，解得x＝0.5，则4min内H2O(g)的变化浓度为Δc(H2O)＝eq\f(3mol,2L)＝1.5mol/L，v(H2O)＝eq\f(1.5mol/L,4min)＝0.375mol/(L·min)，由各物质的速率之比等于其化学计量数之比，可得出各物质的反应速率分别为v(N2)＝0.125mol/(L·min)、v(NH3)＝0.250mol/(L·min)、v(O2)＝0.1875mol/(L·min)，故选C。2.从图像中获取计算的数据纵坐标可以是物质的量，也可以是物质的量浓度，横坐标是时间。例如：某温度时，在恒容(VL)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算：(1)求某物质的平均速率、转化率，如O～t3s内：v(X)＝eq\f(n1－n3,V·t3)mol/(L·s)，Y的转化率＝eq\f(n2－n3,n2)×100%。(2)确定化学方程式中的化学计量数之比，如：X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2。[及时巩固]下列说法正确的是(D)A.化学反应速率既有正值，又有负值B.测定某化学反应从开始到2s末的反应速率，指的是2s末的瞬时速率C.对于同一化学反应，选用不同的物质表示化学反应速率时，其数值一定不同D.不能用固体和纯液体表示化学反应速率【解析】反应速率的数值均为正值，A错误；该说法指的是2秒内的平均速率，B错误；对于同一化学反应，各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比，所以如果不同物质的化学计量数相等，则选用不同的物质表示化学反应速率时，其数值可以相同，C错误；固体或纯液体的浓度视为常数，故不能用固体或纯液体的浓度变化量来表示化学反应速率，D正确。(1)温度为T时，向2.0L的恒容密闭容器中充入1.0molPCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：t/s050150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20反应在前50s的平均速率为v(PCl3)＝________mol/(L·s)。(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，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如图所示。在0～15h内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为________。【答案】(1)0.0016(2)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ已知：3Cl2＋2NH3=N2＋6HCl。若反应速率分别用v(Cl2)、v(NH3)、v(N2)、v(HCl)表示，则下列关系式正确的是(B)A.eq\f(3,2)v(Cl2)＝v(NH3)B.eq\f(1,3)v(Cl2)＝v(N2)C.eq\f(1,2)v(Cl2)＝v(HCl)D.eq\f(1,3)v(NH3)＝v(HCl)【解析】反应速率之比等于其化学计量数之比，则eq\f(2,3)v(Cl2)＝v(NH3)，A错误；2v(Cl2)＝v(HCl)，C错误；3v(NH3)＝v(HCl)，D错误。(2022·浙江卷1月)在恒温恒容条件下，发生反应A(s)＋2B(g)3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(C)A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率C.在不同时刻都存在关系：2v(B)＝3v(X)D.维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示【解析】从a、c两点坐标可求得浓度变化值和时间差值，化学反应的平均速率就是物质的浓度变化值与所用时间的商，A正确；b点处切线的斜率就是瞬时速率，B正确；化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比，即：3v(B)＝2v(X)，C错误；在其他条件不变时，向反应体系中加入催化剂，化学反应速率增大，但平衡不移动，达到平衡状态所需的时间缩短，D正确。(2023·广东期末联考)已知基元反应mA＋nBeq\o(→,\s\up7(k))P的速率方程可表示为：v＝kcm(A)·cn(B)(k为速率常数，下同)。碰撞理论研究发现，大多数化学反应并不是经过简单的碰撞就能完成，反应过程往往需经过多个反应步骤才能实现。用O2氧化N2生成NO的反应O2＋N2=2NO实际上经过两步基元反应完成。①O2eq\o(,\s\up7(k1),\s\do5(k2))2O·(快)②2O·＋N2eq\o(→,\s\up7(k3))2NO(慢)已知快反应近似平衡态。若在温度为T℃下，c(O2)＝amol/L，c(N2)＝bmol/L。(1)写出T℃下O2＋N2=2NO反应的速率方程：v＝________(用含k1、k2、k3、a、b的代数式表示)(2)决定总反应速率的步骤是反应________(填“①”或“②”)【答案】(1)eq\f(k1·k3·a·b,k2)(2)②【解析】(1)反应②为慢反应，总反应速率由反应②决定，则v＝k3c2(O)·c(N2)，反应①为快速平衡反应，则有：k1c(O2)＝k2c2(O)，即c2(O)＝eq\f(k1,k2)·c(O2)，代入总反应v＝k3×eq\f(k1,k2)c(O2)·c(N2)＝eq\f(k1·k3·a·b,k2)。300℃时，2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得速率和浓度的关系如下表：序号c(ClNO)/(mol/L)v/[×10－8mol/(L·s)]①0.300.36②0.601.44③0.903.24n＝________；k＝________。【答案】24.0×1.0－8【解析】由表中数据：①0.36×10－8＝k×0.30n，②1.44×10－8＝k×0.60n，eq\f(①,②)得出：n＝2，代入公式，得出k＝4.0×10－8。我国科学家研究了Fe＋循环催化N2O＋CO=N2＋CO2的反应机理。反应过程中的物种及能量变化如图所示，其中A～F表示反应过程中过渡态物质。下列说法正确的是(D)A.基态Fe＋的电子排布式为[Ar]3d54s2B.适当升高温度，有利于提高CO和N2O的平衡转化率C.该条件下，N2O转化为N2的反应速率主要由A→B步骤决定D.该催化过程中，铁元素的化合价发生了变化【解析】基态Fe＋的电子排布式为[Ar]3d64s1，A错误；反应放热，升温平衡左移，不利于提高CO和N2O的平衡转化率，B错误；活化能越大，反应速率越慢，则该条件下，反应速率主要由C→FeO＋＋N2＋CO步骤决定，C错误；Fe＋中铁元素为＋1价，FeO＋中铁元素为＋3价，则催化过程中，铁元素化合价发生变化，D正确。深度指津基元反应与质量作用定律1．基元反应与反应历程：大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，往往是经过多个反应步骤才能实现。2.基元反应：反应物分子一步直接转化为产物的反应。反应历程中的每一步反应都是基元反应。3.反应历程(又称反应机理)如：H2(g)＋I2(g)=2HI(g)，它的反应历程可能是如下两步基元反应：①I2I＋I(快)②H2＋2I=2HI(慢)其中慢反应为整个反应的决速步骤。4．质量作用定律：基元反应的速率与各反应物浓度的幂乘积成正比。如：aA＋bB＋…→产物速率方程：v＝k·ca(A)·cb(B)…(式中k为反应速率常数，只与温度有关，与浓度无关)5.举例如2NO＋O2=2NO2反应历程：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2NO\o(,\s\up7(k1),\s\do5(k－1))N2O2快速平衡→k快＝\f(k1,k－1),N2O2＋O2\o(→,\s\up7(k2))2NO2慢反应))k快＝eq\f(k1,k－1)＝eq\f(cN2O2,c2NO)→c(N2O2)＝eq\f(k1,k－1)c2(NO)由慢反应可得：v＝k2·c(N2O2)·c(O2)＝eq\f(k1k2,k－1)·c2(NO)·c(O2)总反应速率v＝kc2(NO)·c(O2)所以k＝eq\f(k1k2,k－1)考点2影响化学反应速率的因素知识梳理内因化学反应速率的大小由反应物的组成、结构和性质等因素所决定的。如金属与等浓度的稀硫酸反应的速率：Na＞Mg＞Al。外因1.浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，化学反应速率减小。[注意]由于固体和纯液体的浓度可视为常数，故增加(或减少)固体或纯液体的量，反应速率不变。增大固体反应物的表面积，反应速率加快。2.压强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eq\o(→,\s\up7(引起))体积缩小eq\o(→,\s\up7(引起))浓度增大eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率增大。(2)恒温恒容时：①充入气体反应物eq\o(→,\s\up7(引起))浓度增大eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率增大。②充入稀有气体(或非反应气体)eq\o(→,\s\up7(引起))总压强增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。(3)恒温恒压时：充入稀有气体(或非反应气体)eq\o(→,\s\up7(引起))体积增大eq\o(→,\s\up7(引起))浓度减小eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率减小。3.温度不论是放热反应还是吸热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大；降低温度，正、逆反应速率均减小。4.催化剂(1)催化剂能降低反应的活化能，增大反应速率。催化剂与反应物接触面积越大，化学反应速率越快。(2)催化剂的活性①催化剂的活性除与自身成分有关外，还受到粒子直径、合成方法等因素以及反应温度、压强等条件的影响。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，即催化剂中毒。②催化剂催化时需要适宜的温度，温度过低，活性低；温度升高，活性增强，但温度过高，催化剂可能失去活性。反应速率理论：“活化理论”和“碰撞理论”1.有效碰撞能够发生化学反应的碰撞为有效碰撞。化学反应发生的先决条件是反应物分子间必须发生碰撞。有效碰撞必须具备两个条件：一是发生碰撞的分子具有一定的能量，二是碰撞时要有合适的取向。2.活化分子有足够的能量，能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。3.活化能活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差为反应的活化能。如图所示E1是正反应的活化能，E2是逆反应的活化能，使用催化剂后的活化能为E3，反应热为E1－E2。图14.能垒在催化剂催化的反应历程中，各步基元反应中的活化能就是该基元反应的“能垒”。在反应历程中，各基元反应反应速率有快有慢，反应的速率是由能垒最大的慢反应决定的。5.用化学反应速率理论来解释外界条件对化学反应速率的影响条件改变项目单位体积内有效碰撞次数化学反应速率分子总数活化分子数活化分子百分数增大反应物浓度增加增加不变增加增大增大压强增加增加不变增加增大升高温度不变增加增大增加增大使用催化剂不变增加增大增加增大解疑释惑38控制变量法探究外界条件对反应速率的影响探究变量举例备注温度温度不同①确定变量：先弄清楚影响反应速率的因素有哪些(浓度、温度、压强、催化剂、固体物质的表面积等)②控制变量：“定多变一”，仅要探究的因素(如催化剂)不同，其余的因素(浓度、温度、压强、固体物质的表面积等)要完全相同③探究不同催化剂对反应速率的影响时，加入催化剂的体积相同可保证加入催化剂后过氧化氢的浓度相同；对比实验中加入等体积的水也是为了保证过氧化氢的浓度相同④若探究温度对反应速率的影响，则必须在水溶中将溶液加热(或降温)到所需要的温度浓度浓度不同催化剂催化剂不同[及时巩固](2023·宿松中学)对于反应COCl2(g)=CO(g)＋Cl2(g)。改变下列条件能加快反应速率的是(B)①升温②恒容下通入惰性气体③增加CO浓度④加催化剂A.①②③ B.①③④C.①②④ D.②③④【解析】升高温度，增加单位体积内的活化分子数，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快，①符合题意；恒容下通入惰性气体，各物质的浓度不变，单位体积内活化分子的数目不变，化学反应速率不变，②不符合题意；增加CO浓度，单位体积内活化分子的数目增多，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快，③符合题意；加催化剂可增大活化分子百分数，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快，④符合题意。B选。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。下列说法正确的是(D)A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快B.图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，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【解析】曲线的斜率越大，反应速率越快。图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越大，其分解速率越快，A错误；图乙表明，H2O2起始浓度相同时，氢氧化钠的浓度越大，H2O2分解速率越快，B错误；图丙表明，H2O2起始浓度相同时，少量Mn2＋存在时，在0.1mol/L氢氧化钠溶液中H2O2分解速率最快，C错误；图丙和图丁表明，H2O2起始浓度相同时，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大，D正确。(2022·广州二模)物质X能发生如下反应：①X→mY；②X→nZ(m、n均为正整数)。恒容体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(D)A.m＝n＝1B.t1时，c(X)＝c(Y)C.反应的活化能：①<②D.t2时，X的消耗速率等于Z的生成速率【解析】由图可知，最终X的浓度变为0，全部反应，反应生成Y、Z的浓度之和等于X的起始浓度，则反应均为气体分子数不变的反应，故m＝n＝1，A正确；由图可知，t1时，X、Y的浓度曲线相交，c(X)＝c(Y)，B正确；两个反应同时发生，反应结束时Y含量更高，反应速率更快，说明反应①活化能较低，故活化能：①＜②，C正确；t2时，因为X要同时发生反应①和②，故X的消耗速率大于Z的生成速率，D错误。(2021·河南濮阳期末)如图表示某化学反应在使用催化剂(b曲线)和未使用催化剂(a曲线)时，反应进程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是(B)A.a与b相比，b的活化能更高B.反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量C.a与b相比，a中的活化分子的百分比更高D.a与b相比，a对应的反应速率更快【解析】a的活化能更高，A错误；该反应为放热反应，反应物断键吸收的总能量小于生成物成键释放的总能量，B正确；a与b相比，b活化能小，b中的活化分子的百分比更高，C错误；a与b相比，b活化能更小，b对应的反应速率更快，D错误。一种计算机模拟在催化剂表面上水煤气反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的历程如下图所示。吸附在催化剂表面上的物种用“·”表示。下列说法正确的是(D)A.水煤气反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的ΔH<0、ΔS＝0B.决定总反应速率快慢的步骤是转化⑦C.1molCO与1molH2O充分反应后转移电子的物质的量是2molD.催化剂表面吸附1molCO会释放出0.21eV的能量【解析】反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH<0，该反应低温下自发，ΔS<0，A错误；根据图像可知转化⑤活化能最大，为1.86eV－(－0.16eV)＝2.02eV，决定总反应速率快慢的步骤是转化⑤，B错误；反应可逆，1molCO与1molH2O充分反应后转移电子的物质的量小于2mol，C错误；根据⑧可知催化剂表面释放1mol水蒸气要吸收(0.83－0.72)eV＝0.11ev的能量，则根据①可知催化剂表面吸附1molCO释放出的能量为0.32eV－0.11eV＝0.21eV，D正确。(1)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－；其他条件不变，HCOeq\o\al(－,3)转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40～80℃范围内，HCOeq\o\al(－,3)催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)其他条件相同，以一定流速分别向含催化剂A和B的反应管中通入一定比例O2、NH3、NO和N2的模拟烟气，测得NO的去除率与温度的关系如图2所示。使用催化剂B，当温度高于360℃【答案】(1)温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强(2)温度高于360℃(2021·湖南卷)铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示。下列说法错误的是(D)A.该过程的总反应为HCOOHeq\o(=,\s\up7(催化剂))CO2↑＋H2↑B.H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低C.该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化D.该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定【解析】由图可得该过程的总反应为HCOOHeq\o(=,\s\up7(催化剂))CO2↑＋H2↑，A正确；H＋浓度过大，则HCOO－浓度减小，[L—Fe—H]＋＋HCOO－→反应慢，H＋浓度过小，反应慢，H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低，B正确；，碳元素化合价升高，铁元素化合价降低，C正确；活化能越高，反应越慢，从反应机理图中可知，Ⅳ→Ⅰ的活化能最大，该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定，D错误。1.一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(C)A.反应在0～10s内，用Z表示的反应速率为0.158mol/(L·s)B.反应在0～10s内，X的物质的量浓度减少了0.79mol/LC.反应进行到10s时，Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)Z(g)【解析】在0～10s内，Z增加1.58mol，用Z表示的反应速率为v＝eq\f(Δn,V·Δt)＝eq\f(1.58mol,2L×10s)＝0.079mol/(L·s)，A错误；在0～10s内，X减少0.79mol，X的物质的量浓度减少了0.395mol/L，B错误；反应进行到10s时，Y减少0.79mol，Y的转化率为eq\f(0.79mol,1mol)×100%＝79.0%，C正确；根据Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝0.79mol∶0.79mol∶1.58mol＝1∶1∶2，得该反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，D错误。2．(2022·广东卷)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则(D)A.无催化剂时，反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时，0～2min内，v(X)＝1.0mol/(L·min)【解析】无催化剂时，生成物浓度也随时间在增加，说明反应也进行，A错误；催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，反应更快，B错误；使用催化剂Ⅱ时，在0～2min内Y的浓度变化了2.0mol/L，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0mol/L，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X浓度随时间t的变化，C错误；使用催化剂Ⅰ时，在0～2min内，Y的浓度变化了4.0mol/L，则v(Y)＝eq\f(cY,t)＝eq\f(4.0mol/L,2min)＝2.0mol/(L·min)，v(X)＝eq\f(1,2)v(Y)＝eq\f(1,2)×2.0mol/(L·min)＝1.0mol/(L·min)，D正确。3.(2023·安徽淮南模拟)化学反应有多种理论，图1为有效碰撞理论，图2为使用催化剂和不使用催化剂时能量变化的过渡态理论。下列说法错误的是(D)A.图1中Z表示有效碰撞B.通过图1可知：有效碰撞时反应物分子要有合适的取向C.图2中虚线代表有催化剂时的反应过程D.通过图2可知：催化剂能改变反应的焓变【解析】图2中催化剂能改变反应历程，降低活化能，但不能改变反应的焓变，D错误。4.(2023·湖北名校联考)“萨巴蒂尔反应”原理为CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)ΔH，部分反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物质用“*”标注，Ts表示过渡态。下列说法正确的是(B)A.ΔH＝－2.05eV/molB.该部分反应历程的决速步骤为*CO2＋*H=*HOCOC.物质从吸附在催化剂表面到过渡态均放出能量D.过程中存在极性键与非极性键的断裂与形成【解析】图示过程为部分反应历程的能量变化，不是总反应的，A错误；反应历程中Ts1的活化能最大，反应速率最慢，所以决速步骤为*CO2＋*H=*HOCO，B正确；物质从吸附在催化剂表面到过渡态均需要吸收能量，C错误；反应历程中存在极性键的断裂和形成与非极性键的断裂，没有非极性键的形成，D错误。大单元五化学反应速率化学平衡第21讲化学反应速率1.(2021·浙江卷)取50mL过氧化氢溶液，在少量I－存在下分解：2H2O2=2H2O＋O2↑。在一定温度下，测得O2的放出量，转换成H2O2溶液浓度(c)如下表：t/min020406080c/(mol/L)0.800.400.200.100.050下列说法不正确的是(C)A.反应20min时，测得O2体积为224mL(标准状况)B.20～40min，消耗H2O2的平均速率为0.010mol/(L·min)C.第30min时的瞬时速率小于第50min时的瞬时速率D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I－也可以催化H2O2分解【解析】反应20min时消耗H2O2物质的量为(0.80－0.40)mol/L×50×10－3L＝0.02mol，生成的O2为0.01mol，体积为224mL(标准状况)，A正确；20～40min消耗H2O2平均速率＝eq\f(0.40－0.20mol/L,20min)＝0.01mol/(L·min)，B正确；随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率逐渐减小，C错误；H2O2分解酶、Fe2O3可以作H2O2分解的催化剂，D正确。2.以反应5H2C2O4＋2MnOeq\o\al(－,4)＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时(忽略体积变化)，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法不正确的是(B)编号H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液温度/℃浓度/(mol/L)体积/mL浓度/(mol/L)体积/mL①0.102.00.0104.025②0.202.00.0104.025③0.202.00.0104.050A.实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量B.若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s，则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)＝2.5×10－4mol/(L·s)C.实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响D.实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用【解析】根据离子方程式可得5H2C2O4～2MnOeq\o\al(－,4)，由实验数据分析可知，在这三个实验中，所加H2C2O4溶液均过量，A正确；反应前混合溶液中KMnO4浓度为eq\f(0.01mol/L×0.004L,0.002L＋0.004L)＝eq\f(1,150)mol/L，KMnO4完全反应，则这段时间的平均反应速率为v(KMnO4)＝eq\f(\f(1,150)mol/L,40s)≈1.7×10－4mol/(L·s)，B错误；分析表中数据可知，实验①和实验②只有浓度不同，实验②和③只有温度不同，C正确；在其他条件都相同时，开始反应速率很小，过一会儿反应速率突然增大，说明反应生成了具有催化作用的物质，起催化作用的可能是Mn2＋，D正确。3.下列说法正确的是(B)①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应②普通分子有时也能发生有效碰撞③升高温度会加快反应速率，原因是增加了活化分子的有效碰撞次数④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多⑤使用催化剂能提高反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞A.①②⑤ B.③④⑥C.③④⑤⑥ D.②③④【解析】活化分子间的碰撞不一定为有效碰撞，则不一定发生化学反应，①错误；普通分子间的碰撞，达不到反应所需的能量，则不能发生化学反应，②错误；使用催化剂能提高反应速率，原因是降低了活化能，使有效碰撞频率增大，⑤错误。B正确。4.大多数酶是一种特殊的蛋白质。酶是生物制造出来的催化剂，能在许多有机反应中发挥作用。以下表示温度与反应速率的关系曲线中，有酶参加的是(D)【解析】一般酶在适宜的温度下(30～50℃时)催化活性最高，在高温、强酸、强碱等环境中容易失去活性，所以随着温度的升高，酶的催化效率先增大，后减小，D正确。5.(2023·湛江期末)CH2=CH2与HCl的加成反应由第一步：HCl＋CH2=CH2→Heq\o\al(＋,3)C=CH2＋Cl－和第二步：Heq\o\al(＋,3)C=CH2＋Cl－→CH3—CH2Cl组成，能量与反应历程如图所示。下列说法正确的是(B)A.两步反应均释放能量B.决速步骤是第一步C.第二步Heq\o\al(＋,3)C=CH2与Cl－的碰撞100%有效D.过渡态1比过渡态2更稳定【解析】由图示可知，第一步反应中反应物的能量低于生成物的能量，该过程吸热，A错误；由图示看出，第一步反应的活化能Ea1更大，则第一步反应是决定速率的步骤，B正确；活化分子间的合理取向的碰撞才称为有效碰撞，碰撞不可能100%有效，C错误；过渡态1的能量比过渡态2高，更不稳定，D错误。6.(2022·东莞期末)BASF高压法采用CH3OH和CO制备醋酸的循环过程如图所示。下列说法错误的是(C)A.HI在流程中起催化作用B.循环过程需不断补充CO和甲醇C.循环总过程不涉及氧化还原反应D.总反应化学方程式：CH3OH＋CO→CH3COOH【解析】结合图中信息可知，HI参与了反应转化为一碘甲烷，一碘甲烷又可以转化为HI，故HI为该反应的催化剂，A正确；该循环的总反应化学方程式为CO＋CH3OH→CH3COOH，故此循环中CH3OH、CO是反应物，需要不断补充，B、D正确；由总反应化学方程式可知，碳元素化合价发生变化，故涉及氧化还原反应，C错误。7.(2022·深圳一调)气相离子催化剂(Fe＋、Co＋、Mn＋等)具有优良的催化效果。其中，在Fe＋催化下乙烷氧化反应的机理如图所示(图中┄为副反应)。下列说法正确的是(D)A.FeO＋、N2均为反应中间体B.X既含极性共价键也含非极性共价键C.该机理涉及的反应均为氧化还原反应D.每生成1molCH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2mol【解析】FeO＋先生成后消耗，是反应中间体，N2由N2O转化得到，是产物，A错误；由原子守恒可知X是H2O，H2O原子间形成极性共价键，B错误；该机理中C2H6＋FeO＋=[(C2H5)Fe(OH)]＋，该反应无元素化合价变化，不是氧化还原反应，C错误；该反应总反应化学方程式为C2H6＋2N2O=CH3CHO＋2N2＋H2O，由于发生副反应[(C2H5)Fe(OH)]＋→Fe＋，Fe元素化合价降低，有电子转移，则每生成1molCH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2mol，D正确。8.(2023·广东联考二模)我国科学家合成了一种新型Au15/MoC材料，实现了低温催化水煤气变换。反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，TS指过渡态。下列有关说法不正确的是(B)A.温度一定时，加压无法提高平衡转化率B.分子从催化剂表面脱附的过程都是吸热的C.反应历程中活化能最大的一步为CO*＋2H2O*→CO*＋H2O*＋OH*＋H*D.该过程有极性键的断裂和生成【解析】该反应为CO(g)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(催化剂))CO2(g)＋H2(g)，反应前后气体分子数不变，温度一定时加压化学平衡不移动，平衡转化率不变，A正确；并不是所有分子从催化剂表面脱附的过程都是吸热的，如COeq\o\al(*,2)＋H2O*＋2H*→CO2＋H2O*＋2H*的过程就是放热的，B错误；由图可知，过滤态TS1的相对能量最大，此时活化能最大，C正确；该过程中存在H2O中的O—H极性键断裂，同时也有CO2中C=O极性键的生成，D正确。9.(2023·江西吉安七校联考)化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO－，其反应历程如图所示，其中TS表示过渡态，Ⅰ表示中间体(A、B均可溶于水且反应在溶液中进行)。下列说法错误的是(B)A.该转化反应中，每生成1molHCOO－(aq)时，体系焓值减少2.38kJB.中间体Ⅰ1“存活”时间比Ⅰ2短C.总反应速率由过程②决定D.三种过渡态中稳定性最差的是TS2【解析】由图可知，生成物能量低于反应物能量，反应放热，故该转化反应中，每生成1molHCOO－(aq)时，体系焓值减少2.38kJ，A正确；活化能越大反应越慢，中间体Ⅰ1生成Ⅰ2的活化能较大，而Ⅰ2生成产物的活化能较小，故Ⅰ1生成Ⅰ2的速率小于Ⅰ2生成产物的速率，则中间体Ⅰ1“存活”时间比Ⅰ2长，B错误；图中峰值越大则活化能越大，决定总反应速率的是慢反应，活化能越大反应越慢，故总反应速率由过程②决定，C正确；TS2的能量最高最不稳定，故三种过渡态中稳定性最差的是TS2，D正确。10.(2023·安徽淮南二模)氮掺杂碳材料可以有效催化氢气燃料电池中O2的还原反应，其催化机理如图。下列说法错误的是(B)途径一：A→B→C→F；途径二：A→B→C→D→E。A.途径一中总反应的原子利用率为100%B.氮掺杂的碳材料可降低反应的焓变C.途径二中存在极性共价键的断裂与形成D.该催化过程中温度太高催化剂易发生损耗【解析】途径一中总反应为O2＋2e－＋2H＋=H2O2，原子利用率为100%，A正确；氮掺杂的碳材料降低了反应的活化能，但不能改变焓变，B错误；途径二中，存在O—C极性共价键的断裂、H—O极性共价键的形成，C正确；催化剂含有C、N元素，且反应过程中有过氧键产生，温度太高可能导致过氧键断裂，C、N元素和O2反应生成氧化物，故温度太高催化剂易发生损耗，D正确。11.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(C)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NO3C.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】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错误；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C正确；反应快，说明反应的活化能较低，D错误。12.一定条件下，反应H2(g)＋Br2(g)=2HBr(g)的速率方程为v＝k·cα(H2)·cβ(Br2)·cγ(HBr)，某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如表。根据表中测定结果，下列结论错误的是(B)c(H2)/(mol/L)c(Br2)/(mol/L)c(HBr)/(mol/L)反应速率0.10.12v0.10.428v0.20.4216v0.40.142v0.20.1c4vA.表中c的值为1B.α、β、γ的值分别为1、2、－1C.反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大D.在反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr(g)浓度，会使反应速率降低【解析】v＝k·cα(H2)·cβ(Br2)·cγ(HBr)，对比第一组和第二组数据知，eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.4,0.1)))β＝8，β＝eq\f(3,2)；对比