跟蹤檢測（四十）明確2大考查角度——變量控制與速率常數(shù)1．對水樣中溶質(zhì)M的分解速率影響因素進行研究。在相同溫度下，M的物質(zhì)的量濃度(mol·L－1)隨時間(min)變化的有關(guān)實驗數(shù)據(jù)見下表。時間水樣　　　　　　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下列說法不正確的是(　　)A．在0～20min內(nèi)，Ⅰ中M的分解速率為0.015mol·L－1·min－1B．水樣酸性越強，M的分解速率越快C．在0～25min內(nèi)，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：選D　由表中數(shù)據(jù)分析可知，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ中慢，D錯誤。2．反應(yīng)2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2，放出166kJ的熱量，該反應(yīng)的速率表達式為v＝k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待測)，其反應(yīng)包含下列兩步：①2NO＋H2===N2＋H2O2(慢)②H2O2＋H2===2H2O(快)T℃時測得有關(guān)實驗數(shù)據(jù)如下：序號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下列說法錯誤的是(　　)A．整個反應(yīng)速率由第①步反應(yīng)決定B．正反應(yīng)的活化能一定是①＜②C．該反應(yīng)速率表達式：v＝5000c2(NO)·c(H2)D．該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－664kJ·mol－1 解析：選B　A．由①、②兩反應(yīng)知，反應(yīng)過程中反應(yīng)慢的反應(yīng)決定反應(yīng)速率，整個反應(yīng)速率由第①步反應(yīng)決定，正確；B.反應(yīng)①慢，說明反應(yīng)①的活化能高，正反應(yīng)的活化能一定是①>②，錯誤；C.比較實驗Ⅰ、Ⅱ數(shù)據(jù)可知，NO濃度不變，氫氣濃度增大一倍，反應(yīng)速率增大一倍，比較實驗Ⅲ、Ⅳ數(shù)據(jù)可知，H2濃度不變，NO濃度增大一倍，反應(yīng)速率增大四倍，據(jù)此得到速率方程：v＝kc2(NO)·c(H2)，依據(jù)實驗Ⅰ中數(shù)據(jù)計算k＝5000，則速率表達式為v＝5000c2(NO)·c(H2)，正確；D.反應(yīng)2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2放出166kJ的熱量，生成28gN2放熱664kJ，熱化學(xué)方程式為2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－664kJ·mol－1，正確。3．某同學(xué)在用稀硫酸與鋅反應(yīng)制取氫氣的實驗中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。請回答下列問題：(1)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是_______________________________________________________________________________________________________。(2)實驗室中現(xiàn)有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4四種溶液，可與上述實驗中CuSO4溶液起相似作用的是________。(3)為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計了如下一系列實驗。將表中所給的混合溶液分別加入到6個盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需的時間。實驗混合溶液　　　　　　ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100請完成此實驗設(shè)計，其中：V1＝________，V6＝________，V9＝________。解析：(1)由于Zn與CuSO4溶液反應(yīng)生成的Cu及稀硫酸形成了Cu－Zn原電池，大大加快了生成氫氣的反應(yīng)速率。(2)只要是比鋅的金屬性差的金屬都可以與鋅組成原電池，都可以加快生成氫氣的反應(yīng)速率，故在所給的物質(zhì)中只有Ag2SO4溶液符合題意。(3)因為要研究硫酸銅的量對反應(yīng)速率的影響，故應(yīng)保持硫酸的濃度在各組實驗中相同，則硫酸溶液的體積均取30mL，根據(jù)F中增加的水與硫酸銅溶液的體積之和為20mL，可以求得各組實驗中加入水的體積分別為V7＝20mL，V8＝19.5mL，V9＝17.5mL，V10＝15mL，實驗E中加入的硫酸銅溶液的體積V6＝10mL。答案：(1)CuSO4溶液與Zn反應(yīng)生成的Cu與Zn形成Cu－Zn原電池，加快了氫氣生成的速率 (2)Ag2SO4溶液　(3)30　10　17.54．無色氣體N2O4是一種強氧化劑，為重要的火箭推進劑之一。N2O4與NO2轉(zhuǎn)換的熱化學(xué)方程式為N2O4(g)2NO2(g)　ΔH＝＋24.4kJ·mol－1。上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則Kp為________(用k正、k逆表示)。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298K、壓強100kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104s－1，當(dāng)N2O4分解10%時，v正＝________kPa·s－1。解析：由題意可知，正反應(yīng)速率v正＝k正·p(N2O4)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·p2(NO2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，平衡時，v正＝v逆，k正·p(N2O4)＝k逆·p2(NO2)，Kp＝。若將一定量N2O4投入真空容器中恒溫恒壓分解(溫度298K、壓強100kPa)，已知該條件下k正＝4.8×104s－1，當(dāng)N2O4分解10%時，v正＝4.8×104s－1×100kPa×＝3.9×106kPa·s－1。答案：　3.9×1065．(2015·全國卷Ⅰ)Bodensteins研究了下列反應(yīng)：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(HI)與反應(yīng)時間t的關(guān)系如下表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784(1)根據(jù)上述實驗結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為________。(2)上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正x2(HI)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為________(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min時，v正＝________min－1。解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知，無論是從正反應(yīng)方向開始，還是從逆反應(yīng)方向開始，最終x(HI)均為0.784，說明此時已達到了平衡狀態(tài)。設(shè)HI的初始濃度為1mol·L－1，則：　　　　　　　2HI(g)H2(g)＋I2(g)初始/(mol·L－1)　1　　　0　　0轉(zhuǎn)化/(mol·L－1)0.2160.1080.108平衡/(mol·L－1)0.7840.1080.108K＝＝。(2)建立平衡時，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝k正 。由于該反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，故k逆＝k正＝k正＝。在40min時，x(HI)＝0.85，則v正＝0.0027min－1×0.852≈1.95×10－3min－1。答案：(1)　(2)　1.95×10－36．現(xiàn)有甲、乙兩個化學(xué)小組利用兩套相同裝置，通過測定產(chǎn)生相同體積氣體所用時間長短來探究影響H2O2分解速率的因素(僅一個條件改變)。甲小組有如下實驗設(shè)計方案。實驗編號溫度催化劑濃度甲組實驗Ⅰ25℃三氧化二鐵10mL5%H2O2甲組實驗Ⅱ25℃二氧化錳10mL5%H2O2甲、乙兩小組得出如圖數(shù)據(jù)。(1)甲小組實驗得出的結(jié)論是______________________________________________。(2)由乙組研究的酸、堿對H2O2分解影響因素的數(shù)據(jù)分析，相同條件下H2O2在________(填“酸”或“堿”)性環(huán)境下放出氣體速率較快；由此，乙組提出可以用BaO2固體與硫酸溶液反應(yīng)制H2O2，其反應(yīng)的離子方程式為__________________________；支持這一方案的理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)已知過氧化氫還是一種極弱的二元酸：H2O2H＋＋HO(Ka1＝2.4×10－12)。當(dāng)稀H2O2溶液在堿性環(huán)境下分解時會發(fā)生反應(yīng)H2O2＋OH－HO＋H2O，該反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正·c(H2O2)·c(OH－)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆·c(H2O)·c(HO)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k正與k逆的比值為________(保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)甲組實驗Ⅱ與Ⅰ所用的H2O2濃度相同，催化劑不同，根據(jù)圖像判斷Ⅱ反應(yīng)速度要快于Ⅰ，甲小組得出結(jié)論：H2O2分解時，MnO2比Fe2O3催化效率更高。(2)比較乙組的圖像可知，相同條件下，H2O2在堿性環(huán)境下放出氣體速率較快；根據(jù)題意可知，反應(yīng)物為BaO2固體與硫酸溶液，生成物H2O2，另一種生成物為BaSO4，離子方程式為BaO2＋2H＋＋SO===BaSO4＋H2O2。該方案產(chǎn)物中有BaSO4，有利于平衡右移。結(jié)合H2O2在酸性環(huán)境下分解較慢這一事實可判斷該方案成立。(3)根據(jù)H2O2H＋＋HO，有Ka1＝＝2.4×10－12，反應(yīng)達平衡時，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)，則＝＝＝＝＝＝＝＝1.33×104。答案：(1)H2O2分解時，MnO2比Fe2O3催化效率更高(2)堿　BaO2＋2H＋＋SO===BaSO4＋H2O2　BaSO4的生成使平衡右移，有利于H2O2的生成，酸性環(huán)境有利于H2O2的存在(等其他合理原因)　(3)1.33×1047．已知將KI、鹽酸、試劑X和淀粉四種溶液混合，無反應(yīng)發(fā)生。若再加入雙氧水，將發(fā)生反應(yīng)H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2，且生成I2立即與試劑X反應(yīng)而被消耗。一段時間后，試劑X將被反應(yīng)生成的I2完全消耗。由于溶液中I－繼續(xù)被H2O2氧化，生成I2與淀粉作用，溶液立即變藍(lán)。因此，根據(jù)試劑X的量、滴入雙氧水至溶液變藍(lán)所需時間，即可推算反應(yīng)H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2的反應(yīng)速率。下表為某同學(xué)依據(jù)上述原理設(shè)計的實驗及實驗記錄(各實驗均在室溫條件下進行)：編號往燒杯中加入的試劑及其用量(mL)催化劑溶液開始變藍(lán)時間(min)0.1mol·L－1KI溶液H2O0.01mol·L－1X溶液0.1mol·L－1雙氧水0.1mol·L－1稀鹽酸120.010.010.020.020.0無1.4220.0m10.010.0n無2.8310.020.010.020.020.0無2.8420.0010.010.040.0無t520.010.010.020.020.05滴Fe2(SO4)30.6回答下列問題：(1)已知：實驗1、2的目的是探究H2O2濃度對H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2反應(yīng)速率的影響。實驗2中m＝________，n＝________。(2)一定溫度下，H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2，反應(yīng)速率可以表示為v＝k·ca(H2O2)·cb(I－)·c(H＋)(k為反應(yīng)速率常數(shù))，則：①實驗4燒杯中溶液開始變藍(lán)的時間t＝________min。②根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知，a、b的值依次為_______和_______。(3)若要探究溫度對H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2 反應(yīng)速率影響，在實驗中溫度不宜過高且采用水浴加熱，其原因是________________________________________________。解析：(1)已知：實驗1、2的目的是探究H2O2濃度對H2O2＋2H＋＋2I－===2H2O＋I2反應(yīng)速率的影響。根據(jù)控制變量法，實驗中鹽酸的濃度應(yīng)該相同，實驗2中n＝20.0，m＝20.0。(2)根據(jù)公式v＝k·ca(H2O2)·cb(I－)·c(H＋)，實驗2與實驗4的速率比為＝，實驗2與實驗4的H2O2、KI的濃度都相同，＝，＝，t＝1.4min。由實驗1與實驗2知，a＝1，由實驗1與實驗3知，b＝1。(3)H2O2易分解，溫度不宜過高且采用水浴加熱，便于控制反應(yīng)溫度，防止H2O2分解。答案：(1)20.0　20.0　(2)①1.4?、?　1(3)便于控制反應(yīng)溫度，防止H2O2分解8．超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層?？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式如下：2NO＋2CO2CO2＋N2為了測定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測得不同時間的NO和CO濃度如表：時間/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時間/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請回答下列問題(均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響)：(1)在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進行，則反應(yīng)的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。(2)前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(N2)＝________。(3)在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。(4)假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達到平衡時下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是________。A．選用更有效的催化劑　　　B．升高反應(yīng)體系的溫度C．降低反應(yīng)體系的溫度D．縮小容器的體積(5)研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計表中。 實驗編號T/℃NO初始濃度/(mol·L－1)CO初始濃度/(mol·L－1)催化劑的比表面積/(m2·g－1)Ⅰ2801.20×10－35.80×10－382Ⅱ124Ⅲ350124①請在上表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)。②請在給出的坐標(biāo)圖中，畫出上表中的三個實驗條件下混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，并標(biāo)明各條曲線的實驗編號。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如圖：