跟踪检测（四十）明确2大考查角度——变量控制与速率常数1．对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。时间水样 0510152025Ⅰ(pH＝2)0.400.280.190.130.100.09Ⅱ(pH＝4)0.400.310.240.200.180.16Ⅲ(pH＝4)0.200.150.120.090.070.05Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋)0.200.090.050.030.010下列说法不正确的是( )A．在0～20min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015mol·L－1·min－1B．水样酸性越强，M的分解速率越快C．在0～25min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ中大D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ中快解析：选D 由表中数据分析可知，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ中慢，D错误。2．反应2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2，放出166kJ的热量，该反应的速率表达式为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－1)c(H2)/(mol·L－1)速率/(mol·L－1·min－1)Ⅰ0.00600.00101.8×10－4Ⅱ0.00600.00203.6×10－4Ⅲ0.00100.00603.0×10－5Ⅳ0.00200.00601.2×10－4下列说法错误的是( )A．整个反应速率由第①步反应决定B．正反应的活化能一定是①＜②C．该反应速率表达式：v＝5000c2(NO)·c(H2)D．该反应的热化学方程式为2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664kJ·mol－1
解析：选B A．由①、②两反应知，反应过程中反应慢的反应决定反应速率，整个反应速率由第①步反应决定，正确；B.反应①慢，说明反应①的活化能高，正反应的活化能一定是①>②，错误；C.比较实验Ⅰ、Ⅱ数据可知，NO浓度不变，氢气浓度增大一倍，反应速率增大一倍，比较实验Ⅲ、Ⅳ数据可知，H2浓度不变，NO浓度增大一倍，反应速率增大四倍，据此得到速率方程：v＝kc2(NO)·c(H2)，依据实验Ⅰ中数据计算k＝5000，则速率表达式为v＝5000c2(NO)·c(H2)，正确；D.反应2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2放出166kJ的热量，生成28gN2放热664kJ，热化学方程式为2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664kJ·mol－1，正确。3．某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：(1)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是_______________________________________________________________________________________________________。(2)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4四种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________。(3)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需的时间。实验混合溶液 ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100请完成此实验设计，其中：V1＝________，V6＝________，V9＝________。解析：(1)由于Zn与CuSO4溶液反应生成的Cu及稀硫酸形成了Cu－Zn原电池，大大加快了生成氢气的反应速率。(2)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池，都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag2SO4溶液符合题意。(3)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL，可以求得各组实验中加入水的体积分别为V7＝20mL，V8＝19.5mL，V9＝17.5mL，V10＝15mL，实验E中加入的硫酸铜溶液的体积V6＝10mL。答案：(1)CuSO4溶液与Zn反应生成的Cu与Zn形成Cu－Zn原电池，加快了氢气生成的速率
(2)Ag2SO4溶液 (3)30 10 17.54．无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋24.4kJ·mol－1。上述反应中，正反应速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为________(用k正、k逆表示)。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298K、压强100kPa)，已知该条件下k正＝4.8×104s－1，当N2O4分解10%时，v正＝________kPa·s－1。解析：由题意可知，正反应速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反应速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，平衡时，v正＝v逆，k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，Kp＝。若将一定量N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298K、压强100kPa)，已知该条件下k正＝4.8×104s－1，当N2O4分解10%时，v正＝4.8×104s－1×100kPa×＝3.9×106kPa·s－1。答案： 3.9×1065．(2015·全国卷Ⅰ)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。解析：(1)由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1mol·L－1，则： 2HI(g)H2(g)＋I2(g)初始/(mol·L－1) 1 0 0转化/(mol·L－1)0.2160.1080.108平衡/(mol·L－1)0.7840.1080.108K＝＝。(2)建立平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝k正
。由于该反应前后气体分子数不变，故k逆＝k正＝k正＝。在40min时，x(HI)＝0.85，则v正＝0.0027min－1×0.852≈1.95×10－3min－1。答案：(1) (2) 1.95×10－36．现有甲、乙两个化学小组利用两套相同装置，通过测定产生相同体积气体所用时间长短来探究影响H2O2分解速率的因素(仅一个条件改变)。甲小组有如下实验设计方案。实验编号温度催化剂浓度甲组实验Ⅰ25℃三氧化二铁10mL5%H2O2甲组实验Ⅱ25℃二氧化锰10mL5%H2O2甲、乙两小组得出如图数据。(1)甲小组实验得出的结论是______________________________________________。(2)由乙组研究的酸、碱对H2O2分解影响因素的数据分析，相同条件下H2O2在________(填“酸”或“碱”)性环境下放出气体速率较快；由此，乙组提出可以用BaO2固体与硫酸溶液反应制H2O2，其反应的离子方程式为__________________________；支持这一方案的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知过氧化氢还是一种极弱的二元酸：H2O2H＋＋HO(Ka1＝2.4×10－12)。当稀H2O2溶液在碱性环境下分解时会发生反应H2O2＋OH－HO＋H2O，该反应中，正反应速率为v正＝k正·c(H2O2)·c(OH－)，逆反应速率为v逆＝k逆·c(H2O)·c(HO)，其中k正、k逆为速率常数，则k正与k逆的比值为________(保留3位有效数字)。解析：(1)甲组实验Ⅱ与Ⅰ所用的H2O2浓度相同，催化剂不同，根据图像判断Ⅱ反应速度要快于Ⅰ，甲小组得出结论：H2O2分解时，MnO2比Fe2O3催化效率更高。(2)比较乙组的图像可知，相同条件下，H2O2在碱性环境下放出气体速率较快；根据题意可知，反应物为BaO2固体与硫酸溶液，生成物H2O2，另一种生成物为BaSO4，离子方程式为BaO2＋2H＋＋SO===BaSO4＋H2O2。该方案产物中有BaSO4，有利于平衡右移。结合H2O2在酸性环境下分解较慢这一事实可判断该方案成立。(3)根据H2O2H＋＋HO，有Ka1＝＝2.4×10－12，反应达平衡时，v正＝v逆，v正＝k正·c(H2O2)·c(OH－)，v逆＝
k逆·c(H2O)·c(HO)，k正·c(H2O2)·c(OH－)＝k逆·c(H2O)·c(HO)，则＝＝＝＝＝＝＝＝1.33×104。答案：(1)H2O2分解时，MnO2比Fe2O3催化效率更高(2)碱 BaO2＋2H＋＋SO===BaSO4＋H2O2 BaSO4的生成使平衡右移，有利于H2O2的生成，酸性环境有利于H2O2的存在(等其他合理原因) (3)1.33×1047．已知将KI、盐酸、试剂X和淀粉四种溶液混合，无反应发生。若再加入双氧水，将发生反应H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2，且生成I2立即与试剂X反应而被消耗。一段时间后，试剂X将被反应生成的I2完全消耗。由于溶液中I－继续被H2O2氧化，生成I2与淀粉作用，溶液立即变蓝。因此，根据试剂X的量、滴入双氧水至溶液变蓝所需时间，即可推算反应H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2的反应速率。下表为某同学依据上述原理设计的实验及实验记录(各实验均在室温条件下进行)：编号往烧杯中加入的试剂及其用量(mL)催化剂溶液开始变蓝时间(min)0.1mol·L－1KI溶液H2O0.01mol·L－1X溶液0.1mol·L－1双氧水0.1mol·L－1稀盐酸120.010.010.020.020.0无1.4220.0m10.010.0n无2.8310.020.010.020.020.0无2.8420.0010.010.040.0无t520.010.010.020.020.05滴Fe2(SO4)30.6回答下列问题：(1)已知：实验1、2的目的是探究H2O2浓度对H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2反应速率的影响。实验2中m＝________，n＝________。(2)一定温度下，H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2，反应速率可以表示为v＝k·ca(H2O2)·cb(I－)·c(H＋)(k为反应速率常数)，则：①实验4烧杯中溶液开始变蓝的时间t＝________min。②根据上表数据可知，a、b的值依次为_______和_______。(3)若要探究温度对H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2
反应速率影响，在实验中温度不宜过高且采用水浴加热，其原因是________________________________________________。解析：(1)已知：实验1、2的目的是探究H2O2浓度对H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2反应速率的影响。根据控制变量法，实验中盐酸的浓度应该相同，实验2中n＝20.0，m＝20.0。(2)根据公式v＝k·ca(H2O2)·cb(I－)·c(H＋)，实验2与实验4的速率比为＝，实验2与实验4的H2O2、KI的浓度都相同，＝，＝，t＝1.4min。由实验1与实验2知，a＝1，由实验1与实验3知，b＝1。(3)H2O2易分解，温度不宜过高且采用水浴加热，便于控制反应温度，防止H2O2分解。答案：(1)20.0 20.0 (2)①1.4 ②1 1(3)便于控制反应温度，防止H2O2分解8．超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO2＋N2为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表：时间/s012c(NO)/(mol·L－1)1.00×10－34.50×10－42.50×10－4c(CO)/(mol·L－1)3.60×10－33.05×10－32.85×10－3时间/s345c(NO)/(mol·L－1)1.50×10－41.00×10－41.00×10－4c(CO)/(mol·L－1)2.75×10－32.70×10－32.70×10－3请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：(1)在上述条件下反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。(2)前2s内的平均反应速率v(N2)＝________。(3)在该温度下，反应的平衡常数K＝________。(4)假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________。A．选用更有效的催化剂 B．升高反应体系的温度C．降低反应体系的温度D．缩小容器的体积(5)研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号T/℃NO初始浓度/(mol·L－1)CO初始浓度/(mol·L－1)催化剂的比表面积/(m2·g－1)Ⅰ2801.20×10－35.80×10－382Ⅱ124Ⅲ350124①请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号。答案：(1)<(2)1.88×10－4mol·L－1·s－1(3)5000 (4)CD(5)①Ⅱ.280 1.20×10－3 5.80×10－3Ⅲ.1.20×10－3 5.80×10－3②如图：
