2024鲁科版新教材高中化学选择性必修1
专题强化练3 化学反应速率常数及其应用
1.(2022河南中原名校联考)高温下,甲烷生成乙烷的反应为2CH4 C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为v=k·c(CH4),其中k为反应速率常数。下列说法错误的是( )
A.反应初期,增加甲烷浓度,v增大
B.增加H2浓度,v增大
C.该温度下,乙烷的生成速率逐渐减小
D.升高反应温度,k增大
2.(2022安徽合肥六中教学评价)反应2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)中,每生成7 g N2放出166 kJ的热量,该反应的速率方程表达式为v=k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待测),其反应包含下列两步:
①2NO+H2 N2+H2O2(慢)
②H2O2+H2 2H2O(快)
T ℃时测得有关实验数据如下:
序号 c(NO)/ (mol/L) c(H2)/ (mol/L) 反应速率/ [mol/(L·min)]
Ⅰ 0.006 0 0.001 0 1.8×10-4
Ⅱ 0.006 0 0.002 0 3.6×10-4
Ⅲ 0.001 0 0.006 0 3.0×10-5
Ⅳ 0.002 0 0.006 0 1.2×10-4
下列说法正确的是( )
A.正反应的活化能一定是①<②
B.整个反应速率由第②步反应决定
C.该反应的速率方程表达式:v=500c2(NO)·c(H2)
D.该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664 kJ/mol
3.(双选)(2021山东青岛期中)298 K,发生反应H2O2+2HI I2+2H2O,反应速率与浓度关系式为v=k·cm(HI)·cn(H2O2),k为速率常数,实验测定数据如下:
实验编号 1 2 3 4 5
c(HI)/ (mol·L-1) 0.100 0.200 0.300 0.100 0.100
c(H2O2)/ (mol·L-1) 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300
溶液出现棕 黄色的时间t/s 13 6.5 t1 6.5 t2
v/(mol· L-1·s-1) 0.007 6 0.015 3 v1 0.015 1 v2
下列说法错误的是( )
A.m=1,n=1
B.反应速率常数k只与温度有关
C.v1=v2,由表中数据可得出结论:该反应只要增大反应物浓度,化学反应速率加快
D.化学反应速率与反应物浓度的关系与化学方程式的化学计量数有定量关系
4.(2021广东深圳外国语学校期中)恒容条件下,1 mol SiHCl3发生如下反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。已知:v正=v消耗(SiHCl3)
=k正·x2(SiHCl3),v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),k正、
k逆分别为正、逆反应速率常数(假设仅与温度有关),x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法不正确的是( )
A.a、b处反应速率:va>vb
B.当反应进行到a处时,=
C.反应达到平衡状态时v消耗(SiHCl3)=2v消耗(SiCl4)
D.T1 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3,平衡正向移动,x(SiH2Cl2)增大
5.(2022山东潍坊期中监测)汽车排气管装有三元催化剂装置,在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。回答下列问题:
(1)消除CO、NO污染物的反应机理如下[Pt(s)表示催化剂,带“*”表示吸附状态]:
Ⅰ.NO+Pt(s) NO*
Ⅱ.CO+Pt(s) CO*
Ⅲ.NO* N*+O*
Ⅳ.CO*+O* CO2+Pt(s)
Ⅴ.N*+N* N2+Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图一和图二所示。
图一
图二
①图一中温度从Ta升至Tb的过程中,反应物浓度急剧减小的主要原因是 。
②由图二可知,T2时反应Ⅴ的活化能 (填“<”“>”或“=”)反应Ⅳ的活化能。
(2)为模拟汽车的“催化转化器”,将2 mol NO(g)和2 mol CO(g)充入1 L密闭容器中,加入催化剂后发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),测得CO的平衡转化率α随温度T变化曲线如图三所示。
图三
①图像中A点正反应速率 (填“>”“=”或“<”)逆反应速率;T1 ℃,下列说法能表明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.混合气体的密度不变
b.体系的压强不变
c.混合气体中N2的体积分数不变
d.2v正(CO)=v逆(N2)
②T1 ℃,该反应的平衡常数K= (mol·L-1)-1。
③T2 ℃时,实验测得:v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·
c2(CO2),k正、k逆分别是正、逆反应速率常数。则T2 ℃时k正∶
k逆=1∶ 。
答案全解全析
1.B 2.D 3.BD 4.D
1.B 由初期阶段的速率方程可知,增加甲烷浓度,v增大,而增加生成物浓度,对反应速率影响不大,故A正确,B错误;该温度下,随着反应的进行,甲烷的浓度逐渐减小,乙烷的生成速率逐渐减小,故C正确;升高反应温度,反应速率增大,则k增大,故D正确。
2.D 反应的活化能越大,反应速率越慢,由于反应①是慢反应,反应②是快反应,说明正反应的活化能一定是①>②,A项错误;整个反应速率由慢反应决定,第①步反应是慢反应,第②步反应是快反应,因此整个反应速率由第①步反应决定,B项错误;将实验Ⅰ、Ⅱ的数据代入速率方程表达式,联立可得n=1,将实验Ⅲ、Ⅳ的数据代入速率方程表达式,联立可得m=2,再将实验Ⅰ的数据代入v=k·c2(NO)·c(H2),可得k=5 000,所以该反应的速率方程表达式为v=5 000c2(NO)·c(H2),C项错误;7 g N2的物质的量是=0.25 mol,每生成7 g N2,放出166 kJ的热量,则反应产生1 mol N2,反应放出的热量为=664 kJ,所以该反应的热化学方程式为2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH=-664 kJ/mol,D项正确。
3.BD 将实验1、2、4的数据代入v=k·cm(HI)·cn(H2O2)中,可0.0076
=k×0.100m×0.100n、0.015 3=k×0.200m×0.100n、0.015 1=k×0.100m
×0.200n,解得m≈1,n≈1,故A正确;反应速率常数k与温度和使用催化剂等都有关,故B错误;将实验1的数据代入v=k·c(HI)·c(H2O2)可得k=0.76,将实验3和实验5的数据代入v=0.76c(HI)·c(H2O2),可得v1=v2,根据表中的数据分析可知,该反应只要增大反应物浓度,化学反应速率加快,故C正确;一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系是实验测定的结果,不能随意根据反应的化学方程式直接写出,即与化学方程式的化学计量数无定量关系,故D错误。
D 由图可知,T2>T1,则a、b处反应速率:va>vb,A项正确;反应进行到a处时,x(SiHCl3)=0.8,此时v正=k正·x2(SiHCl3)=0.82k正,则转化的SiHCl3的物质的量为0.2 mol,生成SiH2Cl2、SiCl4的物质的量均为
0.1 mol,则x(SiH2Cl2)和x(SiCl4)均为0.1,v逆=2v消耗(SiH2Cl2)=k逆·
x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)=0.01k逆,则=,平衡时k正·x2(SiHCl3)=k逆·x(SiH2Cl2)·x(SiCl4),x(SiHCl3)=0.75,则x(SiH2Cl2)=x(SiCl4)=
0.125,==,则当反应进行到a处时,==×=,B项正确;反应达到平衡状态时,v消耗(SiHCl3)=v生成(SiHCl3)=
2v消耗(SiCl4),C项正确;T1 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3,压强增大,平衡正向移动,该可逆反应为气体分子数不变的反应,再次达平衡时,x(SiH2Cl2)不变,D项错误。
5.答案 (1)①升高温度,催化剂活性增强,反应速率加快,导致反应物浓度急剧减小 ②>
(2)①> bc ②0.5 ③81
解析 (1)①温度从Ta升至Tb的过程中,反应没有达到平衡状态,升高温度,催化剂活性增强,反应速率加快,导致反应物浓度急剧减小;②由图二可知,T2时c(CO2)>c(N2),则反应速率:Ⅳ>Ⅴ,反应的活化能越高,反应速率越慢,所以反应的活化能:Ⅴ>Ⅳ。
(2)①由图三可知,T1 ℃时A点处一氧化碳的转化率小于B点,说明反应未达到平衡状态,正反应速率大于逆反应速率;容器容积不变,混合气体的总质量不变,故混合气体的密度一直不变,a错;该反应为反应前后气体体积减小的反应,故体系的压强不变,说明反应达到了平衡状态,b对;混合气体中N2的体积分数不变,说明反应达到了平衡状态,c对;2v正(CO)=v逆(N2),正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,d错。②根据题给信息列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始(mol·L-1) 2 2 0 0
转化(mol·L-1) 1 1 0.5 1
平衡(mol·L-1) 1 1 0.5 1
K== (mol·L-1)-1=0.5 (mol·L-1)-1。③T2 ℃时,反应达到平衡时,v正=v逆,即k正·c2(NO)·c2(CO)=k逆·c(N2)·c2(CO2),即==K,列出三段式:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)
起始(mol·L-1) 2 2 0 0
转化(mol·L-1) 0.5 0.5 0.25 0.5
平衡(mol·L-1) 1.5 1.5 0.25 0.5
K== (mol·L-1)-1= (mol·L-1)-1,故k正∶k逆=
1∶81。
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