第二章 第一节 第4课时　化学反应速率重点题型突破

第4课时化学反应速率重点题型突破[核心素养发展目标]1.了解实际反应中多因素对反应速率影响的普遍性，通过实例分析进一步加深外因对化学反应速率的影响。2.了解催化剂的催化机理与特点，能准确分析反应机理图。一、多因素影响下的化学反应速率变化1．常见影响反应速率的因素：浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、副反应等。2．随反应的进行反应速率减小的情况可能有：(1)反应物浓度减小。(2)反应温度过高，催化剂失去活性。(3)沉淀覆盖在固体表面，阻碍反应的继续进行。3．随反应的进行反应速率增大的情况可能有：(1)反应放热，反应体系温度升高。(2)反应生成物对反应有催化作用。(3)温度升高，催化剂活性增强等。4．不能改变化学反应速率的几种情况(1)加入纯固体、纯液体反应物。(2)对应有气体参与的反应，恒容条件下，向反应容器中加入不反应的气体。1.如图所示为反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应速率v(N2)变化的图像，则横轴不可能是()A．反应时间 B．温度C．压强 D．N2的浓度2．(2024·济南高二检测)用纯净的CaCO3与100mL稀盐酸反应制取CO2，实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。下列分析正确的是()A．EF段，用HCl表示该反应的平均反应速率为0.3mol·L－1·min－1B．EF段表示的平均反应速率最大，主要原因是反应放热C．G点收集到的CO2的量最多D．OE、EF、FG三段中，该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为2∶6∶73．下列表格中的各种情况，可以用对应图像表示的是()选项反应甲乙A外形、大小相同的金属与水反应NaKB不同浓度的H2C2O4溶液各2mL分别与4mL0.01mol·L－1的KMnO4溶液反应0.1mol·L－1的H2C2O4溶液0.2mol·L－1的H2C2O4溶液C5mL0.1mol·L－1Na2S2O3溶液与5mL0.1mol·L－1H2SO4溶液反应热水冷水D5mL4%的过氧化氢溶液分解放出O2无MnO2粉末加MnO2粉末4.酸性条件下，KMnO4与H2C2O4可发生氧化还原反应，用0.1mol·L－1KMnO4溶液与过量的H2C2O4反应，测得Mn2＋的生成速率v与时间t的关系如图所示，下列说法正确的是()A．该反应中每生成1molCO2转移10mol电子B．方程式配平后，H2O的系数为6对该反应有催化作用D．t0时，Mn2＋的浓度最大5．用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果设计如下对比实验探究温度、浓度和pH对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间关系如图所示。实验编号温度/℃pH①251②451③257④251下列说法不正确的是()A．实验①在15min内M的降解速率为1.33×10－5mol·L－1·min－1B．若其他条件相同，实验①②说明升高温度，M降解速率增大C．若其他条件相同，实验①③证明pH越高，越不利于M的降解D．实验①④说明M的浓度越小，降解的速率越快解答此类问题关键点(1)控制唯一变量，定一议二。(2)根据起点、指定时间终点坐标计算反应速率。(3)明确曲线斜率代表反应速率。二、催化剂及催化机理图分析1．碰撞理论对催化作用的解释催化剂通过参加反应，改变反应历程，降低反应的活化能，使活化分子百分数增多，从而加快反应速率，图示如下。活化能越小，反应速率越____。活化能越大，反应速率越____。2．过渡态理论(1)化学反应并不是通过反应物分子的简单碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能的过渡态，处于过渡态的分子叫做活化络合物。活化络合物是一种高能量的不稳定的反应物原子组合体，它能较快的分解为新的能量较低、较稳定的生成物。(2)活化能(Ea)是处在过渡态的活化络合物分子平均能量与反应物分子平均能量的差值。(3)化学反应中反应速率最慢的一步基元反应决定了整个反应的速率，催化剂主要是参与化学反应，改变反应历程，降低原反应中活化能最大的一步反应。活化能降低越多，催化的速率越快。注意：尽管催化剂反应前后组成不变，但催化剂的形态(如固体催化剂颗粒大小)常有明显的变化。类型一催化机理图与能垒图分析1．(2024·哈尔滨第一中学检测)CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，其相对能量与反应历程如图所示。第一步：Fe*＋N2O=FeO*＋N2，第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO2。下列叙述错误的是()A．Fe*是反应的催化剂B．第一步反应比第二步反应快C．两步反应均为放热反应D．总反应为CO＋N2O=N2＋CO22．中国科学家研究在Pd/SVG催化剂上H2还原NO生成N2和NH3的路径，各基元反应及活化能Ea(kJ·mol－1)如图所示，下列说法错误的是()A．生成NH3的各基元反应中，N元素均被还原B．在Pd/SVG催化剂上，NO更容易被H2还原为N2C．决定NO生成NH3速率的基元反应为NH2NO→NHNOHD．生成NH3的总反应化学方程式为2NO＋5H2eq\o(=,\s\up7(Pd/SVG))2NH3＋2H2O3．(2022·北京，14)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积炭。下列说法不正确的是()A．反应①为CaO＋CO2=CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4eq\o(=,\s\up7(催化剂))CaO＋2CO＋2H2B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4eq\o(=,\s\up7(催化剂))C＋2H2C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2的速率D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生4．甲酸被认为是理想的氢能载体，我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。回答下列问题：(1)该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正＝________eV，该步骤的反应方程式为_______________________________________________________________________________。(2)该历程中甲酸分解制氢气的热化学方程式为______________________________________________________________________________________________________________________。反应机理能垒图既能反映化学反应中的物质变化，又能反映能量变化。解答此类问题时应注意：1能垒图中涉及物质的能量往往是指一个分子变化过程的能量变化，其单位一般为eV电子伏特。活化能Ea一般指每摩尔物质反应的能量变化，其单位多为kJ·mol－1。2催化反应历程一般为扩散→吸附→断键→成键→脱附。要关注断键和成键的部位及元素化合价的变化。3复杂反应的反应速率由基元反应中活化能能垒最大的慢反应决定。类型二催化剂的特点及催化效率分析5．(2024·杭州高级中学质检)反应物(S)转化为产物(P或P·Z)的能量与反应进程的关系如图所示。下列有关四种不同反应进程的说法不正确的是()A．进程Ⅰ是放热反应B．在进程Ⅳ中，反应速率取决于S·Z→P·ZC．从S→P整个过程看，单位时间单位体积内，反应物分子发生有效碰撞次数：Ⅱ＞ⅢD.X、Y、Z均起到催化效果，但催化效果不一样6．反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应：CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反应：CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)＋75＋172活化能/(kJ·mol－1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X________(填“优于”或“劣于”)Y，理由是_______________________________________________________________________________________________。7．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________________________。8．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，反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示，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的去除率迅速下降的原因可能是_________________________________________________________________________________________________。催化剂特点(1)催化剂具有高效性和选择性，某种催化剂对某一反应可能催化活性很强，但对其他反应不一定具有催化作用，可以选用合适的催化剂来调控反应。(2)催化剂的催化活性除了与自身成分有关外，还与粒径、合成方法等因素以及温度、压强等条件有关，催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内，温度过高，催化活性降低。三、拓展——化学反应的速率方程式与速率常数1．表示反应速率和反应物浓度之间定量关系的方程形式。对于一般反应：aA＋bB=cC＋dD速率方程：v＝kcx(A)·cy(B)通常设计对照实验，用改变物质数量的比例法的对照实验来确定x、y。2．k称为反应速率常数。k的大小与反应物的自身性质、温度、催化剂等有关，但不随反应物浓度的变化而改变。一般来说，对同一反应，温度升高，k值增大，反应速率加快。1．已知2N2O(g)=2N2(g)＋O2(g)的速率方程为v＝k·cn(N2O)(k为速率常数，只与温度、催化剂有关)。实验测得，N2O在催化剂X表面反应的变化数据如下：t/min010203040506070c(N2O)/(mol·L－1)0.1000.080c10.0400.020c2c30下列说法正确的是()A．n＝1，c1>c2＝c3B．t＝10min时，v(N2O)＝2.0×10－3mol·L－1·s－1C．相同条件下，增大N2O的浓度或催化剂X的表面积，都能加快反应速率D．保持其他条件不变，若N2O起始浓度为0.200mol·L－1，当浓度减至一半时共耗时50min2．(2024·海南华侨中学高二检测)已知正丁烷和异丁烷可以相互转化：CH3CH2CH2CH3(g，正丁烷)CH3CH(CH3)CH3(g，异丁烷)。在恒容密闭容器中充入正丁烷发生异构化反应，正丁烷浓度c随时间t的变化曲线如图所示(图中T为温度)。已知：速率方程式为v＝kc(k为速率常数，与温度、催化剂等有关，与浓度无关)，a、b点反应速率相等，即v(a)＝v(b)。回答下列问题：(1)bf段平均反应速率v＝___________________________________________mol·L－1·min－1。(2)T1__________(填“>”“<”或“＝”)T2，判断依据是_______________________________________________________