1、章末总结体系构建模型构建一、控制变量思想在比较反应速率大小中的应用例1臭氧(O3) 在水中易分解，一定条件下，O3 的浓度减少一半所需的时间(t) 如下表所示。已知：O3 的起始浓度为0.0216molL-1 。pHt/minT/3.04.05.06.02030123116958301581084815503126157（1）pH 增大能加速O3 分解，表明对O3 分解起催化作用的是 。（2）在30、pH=4.0 条件下，O3 的分解速率为 molL-1min-1 。（3）据表中的递变规律，推测O3 在下列条件下分解速率依次增大的顺序为 （填字母）。a.40、pH=3.0b.10、pH=4.0
2、c.30、pH=7.0答案：（1）OH- （2）1.0010-4 （3）bac解析：（1）根据题表中数据可知，pH 增大，O3 的分解速率加快，则对O3 分解起催化作用的是OH- 。（2）v(O3)=120.0216molL-1108min=1.0010-4molL-1min-1 。（3）分析题表中数据知，a项中反应时间31minta158min ，同理tb231min ，tc15min ，故可判断O3 的分解速率的大小顺序是bac 。模型构建控制变量法分析化学反应速率的影响因素的流程：迁移应用1等质量的铁与过量盐酸在不同的实验条件下进行反应（实验数据见下表），c 为盐酸的浓度(molL-1)
3、 ，测定反应相同时间后产生氢气的体积V 。则V 值最大的是( )选项c/(molL-1)温度/铁的状态A2.025块状B2.530粉末C2.550块状D2.550粉末A.A B.B C.C D.D答案：D解析：C、D 温度最高，且D使用的是铁粉，故D反应最快，相同时间内产生H2 的量最多。迁移应用2某探究小组用计算HNO3 与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素，所用硝酸浓度分别为1.00molL-1、2.00molL-1 ，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298K、308K 。请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：实验编号T/K大理石规格硝酸
4、浓度/(molL-1)实验目的298粗颗粒2.00（）实验和实验探究HNO3 浓度对该反应速率的影响；（）实验和 探究温度对该反应速率的影响；（）实验和 探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响粗颗粒答案：298; 粗颗粒; 1.00; 308; 2.00; 298; 细颗粒; 2.00; （）实验; （）实验解析：本题考查影响反应速率的因素的实验设计。实验和探究硝酸浓度对反应速率的影响，故大理石规格和反应温度应相同，而硝酸浓度不同；同理，实验和实验应选择不同的温度、实验和实验应选择不同的大理石规格，而另外2个条件相同。二、化学反应速率常数及其应用例2对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl
5、2(g)+SiCl4(g)H=+48kJmol-1 ，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K 和343K 时SiHCl3 的转化率随时间变化的结果如图所示。（1）在343K 下，要提高SiHCl3 转化率，可采取的措施是 ；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有 、 。（2）比较a、b 处反应速率大小:va （填“大于”“小于”或“等于”）vb 。反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSiCl4 ，k正、k逆 分别为正、逆向反应速率常数，x 为物质的量分数，计算a 处的v正v逆 = （保留1位小数）。答案：（1）及时移去产物; 改进催化剂; 提高反应物压
6、强（浓度） （2）大于; 1.3解析：（1）温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a 达到平衡的时间短，则曲线a 代表343K 时SiHCl3 的转化率变化曲线，曲线b 代表323K 时SiHCl3 的转化率变化曲线。在343K 时，要提高SiHCl3 转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向正反应方向移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。（2）温度越高，反应速率越快，a 点温度为343K ，b 点温度为323K ，故反应速率:va 大于vb 。反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSi
7、Cl4 ，则有v正=k正xSiHCl32,v逆=k逆xSiH2Cl2xSiCl4 ，343K 下反应达到平衡状态时v正=v逆 ，即k正xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2xSiCl4 ，此时SiHCl3 的平衡转化率=22% ，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4 的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11 ，则有k正0.782=k逆0.112,k正k逆=0.1120.7820.02 。a 处SiHCl3 的平衡转化率=20% ，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4 的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有v正v逆=k正xSiHCl32k逆xSiH2Cl2
8、xSiCl4=k正k逆xSiHCl32xSiH2Cl2xSiCl4=0.020.820.121.3 。模型构建有关化学反应速率常数的问题的解题步骤：迁移应用3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=kcm(NO)cn(H2) （k、m、n 待测），其反应包含下列两步：2NO+H2N2+H2O2 （慢）H2O2+H22H2O （快）T 时测得有关实验数据如下：序号c(NO)/(molL-1)c(H2)/(molL-1)速率/(molL-1min-1)0.00600.00101.810-40.00600.002
9、03.610-40.00100.00603.010-50.00200.00601.210-4下列说法错误的是( )A.整个反应速率由第步反应决定B.正反应的活化能一定是C.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)H=-664kJmol-1答案：B解析：A项，由、两反应知，反应过程中反应慢的反应决定反应速率，整个反应速率由第步反应决定，正确；B项，反应慢，说明反应的活化能高，正反应的活化能一定是，错误；C项，比较实验、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、数据可知，H2
10、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) ，依据实验中数据计算k=5000 ，则速率表达式为v=5000c2(NO)c(H2) ，正确；D项，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)H=-664kJmol-1 ，正确。迁移应用4碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。Bodensteins研究了反应：2HI(g)H2(g)+I2(g) ，在716K 时，气体混合物中碘
11、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回答下列问题：（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 。答案：（1）K=0.1080.1080.7842 （2）k正/K ; 1.951
12、0-3解析：（1）2HI(g)H2(g)+I2(g) 是反应前后气体体积不变的反应。反应后x(HI)=0.784 ，则x(H2)=x(I2)=0.108 ，K=c(H2)c(I2)c2(HI)=x(H2)x(I2)x2(HI)=0.1080.1080.7842 。（2）达到平衡时，v正=v逆 ，即k正x2(HI)=k逆x(H2)x(I2) ，k逆=k正x2(HI)x(H2)x(I2)=k正/K ，在t=40min 时，x(HI)=0.85 ，v正=k正x2(HI)=0.0027min-10.8521.9510-3min-1 。高考体验1.（不定项）（2020山东，14，4分）1，3-丁二烯与H
13、Br 发生加成反应分两步:第一步H+ 进攻1，3-丁二烯生成碳正离子（）；第二步Br- 进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 和40 时，1，2-加成产物与1，4-加成产物的比例分别为70:30和15:85。下列说法正确的是( )A.1，4-加成产物比1，2-加成产物稳定B.与0 相比，40 时1，3-丁二烯的转化率增大C.从0 升至40 ，1，2-加成正反应速率增大，1，4-加成正反应速率减小D.从0 升至40 ，1，2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度答案：A ; D解析：根据题给反应进程中的能量关系，1，3-丁二烯与HBr
14、 的加成反应为放热反应，两种温度下，1，4-加成产物比1，2-加成产物的能量低，所以1，4-加成产物更稳定，A项正确；1，3-丁二烯与HBr 的加成反应为放热反应，升温，平衡向逆反应方向移动，1，3-丁二烯的转化率降低，且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，B项错误，D项正确；升温时，1，2-加成正反应速率和1，4-加成正反应速率都增大，C项错误。2.（2020浙江7月选考，20，2分）一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)H0 。在测定NO2 的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )A.温度0 、压强50kPaB.温度130 、压强300kPaC.温度25
15、、压强100kPaD.温度130 、压强50kPa答案：D解析：测定NO2 的相对分子质量时，由于存在可逆反应2NO2(g)N2O4(g) ，气体中必然存在N2O4 ，混合气体的平均相对分子质量偏大，欲让误差最小，应使可逆反应平衡逆向移动，减少N2O4 的含量。该反应是放热反应，升温有利于平衡逆向移动；该反应是气体分子数减少的反应，减压有利于平衡逆向移动，故适宜的条件应为高温、低压，D项符合题意。3.（2020课标，28，14分）硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2 的催化氧化：SO2(g)+12O2(g)钒催化剂SO3(g)H=-98kJmol-1 。回答下列问
16、题：（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示，V2O5(s) 与SO2(g) 反应生成VOSO4(s) 和V2O4(s) 的热化学方程式为 。 图（a ） 图（b ）（2）当SO2(g) 、O2(g) 和N2(g) 起始的物质的量分数分别为7.5% 、10.5% 和82% 时，在0.5MPa 、2.5MPa 和5.0MPa 压强下，SO2 平衡转化率 随温度的变化如图（b ）所示。反应在5.0MPa 、550 时的= ，判断的依据是 。影响 的因素有 。（3）将组成（物质的量分数）为2m%SO2(g)、m%O2(g) 和q%N2(g) 的气体通入反应器，在温度t 、压强p 条件下进行反应
17、。平衡时，若SO2 转化率为 ，则SO3 压强为 ，平衡常数Kp= （以分压表示，分压=总压物质的量分数）。（4）研究表明，SO2 催化氧化的反应速率方程为：v=k(-1)0.8(1-n)式中：k 为反应速率常数，随温度t 升高而增大； 为SO2 平衡转化率， 为某时刻SO2 转化率，n 为常数。在=0.90 时，将一系列温度下的k 、 值代入上述速率方程，得到vt 曲线，如图（c ）所示。 图（c）曲线上v 最大值所对应温度称为该 下反应的最适宜温度tm 。ttm 时，v 逐渐提高；ttm 后，v 逐渐下降。原因是 。答案：（1）2V2O5(s)+2SO2(g)=2VOSO4(s)+V2O4
18、(s)H=-351kJmol-1（2）0.975; 该反应气体分子数减少，增大压强， 提高。5.0MPa2.5MPa=p2 ，所以p1=5.0MPa ; 温度、压强和反应物的起始浓度（组成）（3）2m100-mp ; (1-)1.5(m100-mp)0.5（4）升高温度，k 增大使v 逐渐提高，但 降低使v 逐渐下降。ttm 时，k 增大对v 的提高大于 引起的降低；ttm 后，k 增大对v 的提高小于 引起的降低解析：（1）V2O5 和SO2 反应生成VOSO4 和V2O4 的化学方程式为2V2O5+2SO2=2VOSO4+V2O4 。由题图可得以下两个热化学方程式：V2O4(s)+2SO3
19、(g)=2VOSO4(s)H1=-399kJmol-1 ，V2O4(s)+SO3(g)=V2O5(s)+SO2(g)H2=-24kJmol-1 ，将-2可得：2V2O5(s)+2SO2(g)=2VOSO4(s)+V2O4(s)H=-351kJmol-1 。（2）该反应的正反应是气体分子数减少的反应，压强增大，平衡正向移动，SO2 的平衡转化率变大，故在相同温度下，压强越大，SO2 的平衡转化率越高，则p1=5.0MPa ，由题图可知在550、5.0MPa 时，=0.975 ；由该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应可知，影响 的因素有压强、温度和反应物的起始浓度等。（3）设充入气体的总物质的
20、量为100mol ，则SO2 为2mmol ，O2 为mmol ，N2 为(100-3m)mol ，SO2 的转化率为 ，列三段式为：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)n(起始)/mol2mm0n(转化)/mol2mm2mn(平衡)/mol2m-2mm-m2m故平衡时容器中的气体的总物质的量为(2m-2m+m-m+2m+100-3m)mol=(100-m)mol 。各物质的分压分别为p(SO2)=2m-2m100-mp ，p(O2)=m-m100-mp ，p(SO3)=2m100-mp ，故Kp=2m100-mp(2m-2m100-mp)(m-m100-mp)0.5=(1-)1.5(m1
21、00-mp)0.5 。（4）由反应的速率方程可知，当=0.90 时，(1-n) 是常数，温度大于tm 后，温度升高，k 增大，而v 逐渐下降，原因是SO2(g)+12O2(g)SO3(g) 是放热反应，升高温度时平衡逆向移动， 减小，(-1)0.8 减小，k 增大对v 的提高小于 引起的降低。4.（2020课标，28，14分）天然气的主要成分为CH4 ，一般还含有C2H6 等烃类，是重要的燃料和化工原料。（1）乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)H1 ，相关物质的燃烧热数据如下表所示：物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃烧热H/(kJmol-1)-1
22、560-1411-286H1=kJmol-1 。提高该反应平衡转化率的方法有 、 。容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p) 发生上述反应，乙烷的平衡转化率为 。反应的平衡常数Kp= （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数）。（2）高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4高温C2H6+H2 。反应在初期阶段的速率方程为：r=kcCH4 ，其中k 为反应速率常数。设反应开始时的反应速率为r1 ，甲烷的转化率为 时的反应速率为r2 ，则r2=r1 。对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是 。A .增加甲烷浓度，r 增大B .增加H2 浓度，r 增大C .乙烷的生成速率逐渐
23、增大D .降低反应温度，k 减小（3）CH4 和CO2 都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：阴极上的反应式为 。若生成的乙烯和乙烷的体积比为2:1，则消耗的CH4 和CO2 体积比为 。答案：（1）137 ; 升高温度; 减小压强（增大体积）; (1+)(2+)(1-)p （2）(1-) ; AD（3）CO2+2e-=CO+O2- ; 6:5解析：（1）根据题意可知：.C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)H1.C2H6(g)+72O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)H2=-1560kJmol-1.C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(
24、g)+2H2O(l)H3=-1411kJmol-1.H2(g)+12O2(g)=H2O(l)H4=-286kJmol-1根据盖斯定律，反应=- ，则H1=H2-H3-H4=137kJmol-1 。由及反应方程式知，该反应为气体分子数增大的吸热反应，温度升高，平衡正向移动；减小压强或增大体积，平衡正向移动。假设起始n(C2H6) 为1mol ，则C2H6 的转化量为1mol=mol 。根据题意，列三段式：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)mathrm起始量1mol01molmathrm转化量molmolmolmathrm平衡量(1-)molmol(1+)mol平衡时气体总物质的量n总=(2
25、+)mol ，故p(C2H6)=1-2+p ，p(C2H4)=2+p ，p(H2)=1+2+p ，则Kp=p(H2)p(C2H4)p(C2H6)=1+2+p2+p1-2+p=(1+)(2+)(1-)p 。（2）设反应开始时甲烷的浓度为1mol/L ，则：2CH4高温C2H6+H2mathrm开始1mol/L00mathrm转化mol/Lmathrm平衡(1-)mol/L则r2r1=k(1-)mol/Lk1mol/L=1- ，r2=(1-)r1 。对于初期阶段，增加反应物甲烷浓度，反应速率增大，而增加生成物浓度，对反应速率影响不大，A项正确，B项错误；随着反应的进行，反应物浓度越来越小，故乙烷的
26、生成速率越来越小，C项错误；根据速率方程，结合化学反应速率影响因素，降低反应温度，化学反应速率减小，k 减小，D项正确。（3）根据图示，A 极上CO2 转化为CO ，固体电解质可传导O2- ，故电极反应式为CO2+2e-=CO+O2- 。根据题图，B 为阳极，CH4 （C 元素化合价为-4）转化为C2H6 （C 元素化合价为-3）和C2H4 （C 元素化合价为-2），若生成1molC2H6 和2molC2H4 ，消耗6mol 甲烷，转移电子的物质的量为10mol ，则阴极上反应的CO2 的物质的量为5mol ，故消耗的CH4 和CO2 体积之比即物质的量之比为6:5。5.（2020山东，18，
27、12分）探究CH3OH 合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH 的产率。以CO2、H2 为原料合成CH3OH 涉及的主要反应如下：.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5kJmol-1.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4kJmol-1.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3回答下列问题：（1）H3=kJmol-1 。（2）一定条件下，向体积为VL 的恒容密闭容器中通入1molCO2 和3molH2 发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g) 为amol ，CO 为bmol ，此时H2O(g) 的浓度为 mol
28、L-1 （用含a、b、V 的代数式表示，下同），反应的平衡常数为 。（3）不同压强下，按照n(CO2):n(H2)=1:3 投料，实验测定CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。已知：CO2 的平衡转化率=n(CO2)初始-n(CO2)平衡n(CO2)初始100%CH3OH 的平衡产率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始100%其中纵坐标表示CO2 平衡转化率的是图 （填“甲”或“乙”）；压强p1、p2、p3 由大到小的顺序为 ；图乙中T1 温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是 。（4）为同时提高CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率，应选择的反应条件为
29、 （填标号）。A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压答案：（1）+40.9（2）a+bV ; b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)（3）乙; p1、p2、p3 ; T1 时以反应为主，反应前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响（4）A解析：（1）由盖斯定律知，反应=反应-反应，则H3=H1-H2=-49.5kJmol-1-(-90.4kJmol-1)=+40.9kJmol-1 。（2）结合题意，假设反应中，CO 反应了xmol ，则反应生成的CH3OH 为xmol ，反应生成的CH3OH 为(a-x)mol ，反应生成的CO 为(b+x)mol ，则 $begina
30、rrayccccccccmathrm反应:&mathrmCmathrmO_2(mathrmg)&+&3,mathrmH_2(mathrmg)&rightleftharpoons&mathrmCH_3mathrmOH(mathrmg)&+&mathrmH_2O(mathrmg)mathrm变化(mathrmmolL-1):&fraca-xmathrmV&frac3(a-x)mathrmV&fraca-xmathrmV&fraca-xmathrmVendarray$beginarrayccccccmathrm反应:&mathrmCO(mathrmg)&+&2,mathrmH_2(mathrmg)&
31、rightleftharpoons&mathrmCH_3mathrmOH(mathrmg)mathrm变化(mathrmmolL-1):&fracxmathrmV&frac2xmathrmV&fracxmathrmVendarray$beginarrayccccccccmathrm反应:;&mathrmCmathrmO_2(mathrmg)&+&mathrmH_2(mathrmg)&rightleftharpoons&mathrmCO(mathrmg)&+&mathrmH_2O(mathrmg)mathrm变化(mathrmmolL-1):&fracb+xmathrmV&fracb+xmath
32、rmV&fracb+xmathrmV&fracb+xmathrmVendarray$达到平衡时，CO2、H2、CO、H2O(g) 的浓度分别为1-a-bVmolL-1 、3-3a-bVmolL-1 、bVmolL-1 、a+bVmolL-1 ；反应的平衡常数K=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=bVa+bV1-a-bV3-3a-bV=b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b) 。（3）反应和反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH 的平衡产率降低，则题图甲表示CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系；反应放热，开始时升高温度，CO2 的平衡转化率降低，反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO2 的平衡转化率增大，升高一定温度后以反应为主，所以CO2 的平衡转化率先降低后升高，则题图乙表示CO2 的平衡转化率随温度的变化关系。结合反应、知，增大压强，CH3OH 的平衡产率增大，则p1p2p3 。题图乙中，T1 温度时以反应为主，反应是一个反应前后气体分子数不变的反应，改变压强，平衡不移动，故三条曲线几乎交于一点。（4）观察已知反应，提高CH3OH 的平衡产率应使反应、的平衡正向移动，即低温、高压有利；提高CO2 的平衡转化率应使反应、的平衡正向移动，综合考虑，应选择的反应条件为低温、高压。
