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1. 化学反应速率的计算公式
例1 反应4NH3+5O2=4NO+6H2O在5 L 密闭容器中进行,半分钟后,NO的物质的量增加了0.3 mol,则此反应的平均速率[v(X)](表示反应物的消耗速率或生成物的生成速率)为( )
解析 反应的平均速率是指单位时间内某物质浓度的变化量。已知容器体积为5 L,时间半分钟即30 s,NO的物质的量(变化量)为0.3 mol,则c(NO)=[0.3 mol5 L]=0.06 mol•L-1。所以v(NO)=[0.06 mol⋅L-130 s]=0.002 mol•L-1•s-1。即可求出:
答案 CD
点拨 在运用公式计算时,首先要清楚化学反应速率指的是平均速率,即单位时间内反应物浓度的增加量或生成物浓度的减少量;其次是注意化学反应速率的单位。
2. 根据化学计量数之比,确定化学反应方程式
例2 在密闭容器中进行可逆反应,A与B反应生成C,其反应速率分别用[v](A)、[v](B)、[v](C)(mol•L-1•s-1)表示,且[v](A)、[v](B)、[v](C)之间有如下所示的关系:[v](B)=[3v](A);[3v](C)=[2v](B)。则此反应可表示为( )
A. 2A+3B=2C B. A+3B=2C
C. 3A+B=2C D. A+B=C
解析 考查的是利用反应速率判断化学反应方程式,各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比。即[v](A)∶[v](B)∶[v](C)=[v(B)3]∶[v](B)∶[2v(B)3]=1∶3∶2。
答案 B
3. 温度对化学反应速率的影响
例3 某一化学反应的反应速率在每升高10℃时就增大到原来的3倍,若此反应的温度从20℃升高到50度时,则其反应速率是原来的( )
A. 倍 B. 9倍 C. 18倍 D. 27倍
解析 温度每升高10度时就增大到原来的3倍,则[v]末=[v]初×[3T末-T初10]=[350-2010]=33=27。
点拨 这类计算题教材上虽然没有现成的计算公式,但教材上涉及到化学反应速率与温度的定量关系。同学们在这类题上需引起注意。
4. 化学反应速率的测定实验和计算
例4 某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100 mL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,实验记录如下(表中气体体积为累计值,且已转化为标准状况):
(1)哪一时间段(指0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min)的反应速率最大 ,原因是 ;
(2)哪一段时段的反应速率最小 ,原因是 ;
(3)求2~3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率(设溶液体积不变,要写出计算过程);
(4)如果反应太剧烈,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,你认为可能( )
A. 蒸馏水 B. NaCl溶液
C. NaNO3溶液 D. CuSO4 E. Na2CO3
解析 (1)根据气体的体积与时间的关系可知,在2~3 min内,气体体积变化最大,因此反应最快,原因是此时溶液中酸的浓度比较大,溶液温度比较高,温度和浓度两个量结合得最好;(2)最后一组数据变化最小,反应最慢,主要是由于此时酸的浓度太小,虽然温度比较高,但此时影响反应速率的主要因素是浓度而不再是温度;(3)在2~3 min内,生成H2的物质的量[n]=[232 mL-120 mL22400 mL⋅mol-1]=0.005mol;由2H+~H2,则[△c](H+)=[0.005mol×20.1 mL]=0.1mol•L-1,反应时间为1 min,因此[v][HCl(aq)]=0.1 mol•L-1•min-1;(4)要实现上述目标,加入的物质只能影响[c](H+)但不能改变H+的物质的量。
答案 (1)2~3 min,温度对反应速率影响占主导作用 (2)4~5 min,浓度对反应速率影响占主导作用 (3)0.1 mol•L-1•min-1 (4)AB
点拨 通过实验来测定化学反应的速率,首先能读懂图表、进行简单的数据处理,并分析得出探究结果。这里要搞清楚在不同的时间段里所产生的氢气的量不同是由何种原因引起的。
5. 活化理论
例5 对于一定条件下进行的化学反应:2SO2+O2⇌2SO3,改变下列条件,可以提高反应物中活化分子百分数的是( )
①增大压强 ②升高温度
③加入催化剂 ④减小反应物浓度
A.①② B.②③
C.①②③ D.①④
解析 活化分子具有比普通分子更高的能量,若想提高活化分子的百分数,可采用的方法:一是升高温度,提高所有反应物分子的能量,这样能使一部分原来能量较低的分子变成活化分子,从而提高了活化分子百分数;二是加入催化剂,降低反应所需要的能量,即降低反应的活化能,会使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高反应物中活化分子的百分数。
答案 B
点拨 解这类题,首先要掌握几个重要概念,即活化能、活化分子和有效碰撞等;其次要知道在何种情况下,能提高活化分子的百分数,这样问题就比较容易解决。
6. 化学反应速率图象
例5 在2 L容积固定的密闭容器中,充入X、Y气体各2 mol,发生可逆反应:X(g)+2Y(g)⇌2Z(g),并达平衡,以Y的浓度改变表示的反应速度[v正、v逆]与时间t的关系如图所示,则Y的平衡浓度表达式正确的是(式中[S]是对应区域的面积)( )
解析 本题需要对物理中的[S=vt](路程为速率和时间之积)与数学坐标面积的算法及[ΔcY=vt]进行联想、类比、迁移、活用。根据[v-t]曲线计算反应物的平衡浓度,初看题目似乎无从下手,若静心思考,并从定义出发,Y减少的浓度[ΔcY=vt],随着反应进行,逆反应同时生成部分Y,因此Y的平衡浓度为初始浓度与消耗浓度之差。瞬时速率与时间的乘积即为微小矩形的面积,累积计算则Y减少的浓度表示为[SaObd],Y增加的浓度表示为[SObd],则Y的平衡浓度表示为:[1-(SaObd-SObd)=1-SaOb]。
答案 B
点拨 对于本题,首先是要搞清图象的实际意义,这是解题的关键;然后根据题目中的所给图象的特殊形式,利用不同学科的有关知识,联想、类比、迁移,进行合理建构,从而解决问题。
7. 与给出的化学反应速率常数相关的信息题
例7 Fe3+和I-在水溶液中的反应如下:2I-+2Fe3+=2Fe2++I2(水溶液)。正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为[v=k][I-]m[Fe3+]n([k]为常数)
通过所给数据计算得知:在[v=k][I-]m[Fe3+]n中,[m、n]的值为 。
A. [m=1,n=1] B. [m=1,n=2]
C. [m=2,n=1] D. [m=2,n=2]
碘离子浓度对反应速率的影响 铁离子浓度对反应速率的影响。(填“小于”“大于”“等于”)
例1 反应4NH3+5O2=4NO+6H2O在5 L 密闭容器中进行,半分钟后,NO的物质的量增加了0.3 mol,则此反应的平均速率[v(X)](表示反应物的消耗速率或生成物的生成速率)为( )
解析 反应的平均速率是指单位时间内某物质浓度的变化量。已知容器体积为5 L,时间半分钟即30 s,NO的物质的量(变化量)为0.3 mol,则c(NO)=[0.3 mol5 L]=0.06 mol•L-1。所以v(NO)=[0.06 mol⋅L-130 s]=0.002 mol•L-1•s-1。即可求出:
答案 CD
点拨 在运用公式计算时,首先要清楚化学反应速率指的是平均速率,即单位时间内反应物浓度的增加量或生成物浓度的减少量;其次是注意化学反应速率的单位。
2. 根据化学计量数之比,确定化学反应方程式
例2 在密闭容器中进行可逆反应,A与B反应生成C,其反应速率分别用[v](A)、[v](B)、[v](C)(mol•L-1•s-1)表示,且[v](A)、[v](B)、[v](C)之间有如下所示的关系:[v](B)=[3v](A);[3v](C)=[2v](B)。则此反应可表示为( )
A. 2A+3B=2C B. A+3B=2C
C. 3A+B=2C D. A+B=C
解析 考查的是利用反应速率判断化学反应方程式,各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比。即[v](A)∶[v](B)∶[v](C)=[v(B)3]∶[v](B)∶[2v(B)3]=1∶3∶2。
答案 B
3. 温度对化学反应速率的影响
例3 某一化学反应的反应速率在每升高10℃时就增大到原来的3倍,若此反应的温度从20℃升高到50度时,则其反应速率是原来的( )
A. 倍 B. 9倍 C. 18倍 D. 27倍
解析 温度每升高10度时就增大到原来的3倍,则[v]末=[v]初×[3T末-T初10]=[350-2010]=33=27。
点拨 这类计算题教材上虽然没有现成的计算公式,但教材上涉及到化学反应速率与温度的定量关系。同学们在这类题上需引起注意。
4. 化学反应速率的测定实验和计算
例4 某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100 mL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,实验记录如下(表中气体体积为累计值,且已转化为标准状况):
(1)哪一时间段(指0~1、1~2、2~3、3~4、4~5 min)的反应速率最大 ,原因是 ;
(2)哪一段时段的反应速率最小 ,原因是 ;
(3)求2~3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率(设溶液体积不变,要写出计算过程);
(4)如果反应太剧烈,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,你认为可能( )
A. 蒸馏水 B. NaCl溶液
C. NaNO3溶液 D. CuSO4 E. Na2CO3
解析 (1)根据气体的体积与时间的关系可知,在2~3 min内,气体体积变化最大,因此反应最快,原因是此时溶液中酸的浓度比较大,溶液温度比较高,温度和浓度两个量结合得最好;(2)最后一组数据变化最小,反应最慢,主要是由于此时酸的浓度太小,虽然温度比较高,但此时影响反应速率的主要因素是浓度而不再是温度;(3)在2~3 min内,生成H2的物质的量[n]=[232 mL-120 mL22400 mL⋅mol-1]=0.005mol;由2H+~H2,则[△c](H+)=[0.005mol×20.1 mL]=0.1mol•L-1,反应时间为1 min,因此[v][HCl(aq)]=0.1 mol•L-1•min-1;(4)要实现上述目标,加入的物质只能影响[c](H+)但不能改变H+的物质的量。
答案 (1)2~3 min,温度对反应速率影响占主导作用 (2)4~5 min,浓度对反应速率影响占主导作用 (3)0.1 mol•L-1•min-1 (4)AB
点拨 通过实验来测定化学反应的速率,首先能读懂图表、进行简单的数据处理,并分析得出探究结果。这里要搞清楚在不同的时间段里所产生的氢气的量不同是由何种原因引起的。
5. 活化理论
例5 对于一定条件下进行的化学反应:2SO2+O2⇌2SO3,改变下列条件,可以提高反应物中活化分子百分数的是( )
①增大压强 ②升高温度
③加入催化剂 ④减小反应物浓度
A.①② B.②③
C.①②③ D.①④
解析 活化分子具有比普通分子更高的能量,若想提高活化分子的百分数,可采用的方法:一是升高温度,提高所有反应物分子的能量,这样能使一部分原来能量较低的分子变成活化分子,从而提高了活化分子百分数;二是加入催化剂,降低反应所需要的能量,即降低反应的活化能,会使更多的反应物分子成为活化分子,大大提高反应物中活化分子的百分数。
答案 B
点拨 解这类题,首先要掌握几个重要概念,即活化能、活化分子和有效碰撞等;其次要知道在何种情况下,能提高活化分子的百分数,这样问题就比较容易解决。
6. 化学反应速率图象
例5 在2 L容积固定的密闭容器中,充入X、Y气体各2 mol,发生可逆反应:X(g)+2Y(g)⇌2Z(g),并达平衡,以Y的浓度改变表示的反应速度[v正、v逆]与时间t的关系如图所示,则Y的平衡浓度表达式正确的是(式中[S]是对应区域的面积)( )
解析 本题需要对物理中的[S=vt](路程为速率和时间之积)与数学坐标面积的算法及[ΔcY=vt]进行联想、类比、迁移、活用。根据[v-t]曲线计算反应物的平衡浓度,初看题目似乎无从下手,若静心思考,并从定义出发,Y减少的浓度[ΔcY=vt],随着反应进行,逆反应同时生成部分Y,因此Y的平衡浓度为初始浓度与消耗浓度之差。瞬时速率与时间的乘积即为微小矩形的面积,累积计算则Y减少的浓度表示为[SaObd],Y增加的浓度表示为[SObd],则Y的平衡浓度表示为:[1-(SaObd-SObd)=1-SaOb]。
答案 B
点拨 对于本题,首先是要搞清图象的实际意义,这是解题的关键;然后根据题目中的所给图象的特殊形式,利用不同学科的有关知识,联想、类比、迁移,进行合理建构,从而解决问题。
7. 与给出的化学反应速率常数相关的信息题
例7 Fe3+和I-在水溶液中的反应如下:2I-+2Fe3+=2Fe2++I2(水溶液)。正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为[v=k][I-]m[Fe3+]n([k]为常数)
通过所给数据计算得知:在[v=k][I-]m[Fe3+]n中,[m、n]的值为 。
A. [m=1,n=1] B. [m=1,n=2]
C. [m=2,n=1] D. [m=2,n=2]
碘离子浓度对反应速率的影响 铁离子浓度对反应速率的影响。(填“小于”“大于”“等于”)