新教材高中化第6章化反應(yīng)與能量第節(jié)能力課時(shí)4反應(yīng)條件的調(diào)控與速率平衡的有關(guān)計(jì)算案新人教版必修第二冊(cè)

PAGE7-反應(yīng)條件的調(diào)控與速率、平衡的有關(guān)計(jì)算探究任務(wù)1．“變量控制法”調(diào)控反應(yīng)速率。2．反應(yīng)速率、平衡的有關(guān)計(jì)算?！白兞靠刂品ā闭{(diào)控反應(yīng)速率1．“變量控制法”的簡(jiǎn)介科學(xué)研究中，對(duì)于多因素(多變量)的問(wèn)題，常常采用只改變其中的某一個(gè)因素，控制其他因素不變的研究方法，使多因素的問(wèn)題變成幾個(gè)單因素的問(wèn)題，分別加以研究，最后再將幾個(gè)單因素問(wèn)題的研究結(jié)果加以綜合。這種變量控制的方法是科學(xué)探究中常用的方法。例如，探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，控制濃度和其他影響因素相同；而比較不同濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，則控制溫度和其他影響因素相同；最后綜合得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的多種因素。2．常見(jiàn)考查形式(1)以表格的形式給出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓同學(xué)們找出每組數(shù)據(jù)的變化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。(2)給出影響化學(xué)反應(yīng)速率的幾種因素，讓同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并分析各因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。3．解題策略(1)確定變量：解答這類題目時(shí)首先要認(rèn)真審題，找出影響實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的因素。(2)定多變一：在探究時(shí)，應(yīng)先控制其他的因素不變，只改變一種因素，探究這種因素與所探究問(wèn)題的關(guān)系，然后按此方法依次分析其他因素與所探究問(wèn)題的關(guān)系。(3)數(shù)據(jù)有效：解答時(shí)注意選擇的數(shù)據(jù)(或設(shè)置的實(shí)驗(yàn))要有效，且變量統(tǒng)一，否則無(wú)法作出正確判斷?！镜淅?】為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列的實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入6個(gè)盛有過(guò)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時(shí)間。實(shí)驗(yàn)混合溶液ABCDEF4mol·L－1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100(1)請(qǐng)完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1＝______，V6＝______，V9＝________。(2)該同學(xué)最后得出的結(jié)論為當(dāng)加入少量CuSO4溶液時(shí)，生成氫氣的速率會(huì)大大提高，但當(dāng)加入的CuSO4溶液超過(guò)一定量時(shí)，生成氫氣的速率反而會(huì)下降。請(qǐng)分析氫氣生成速率下降的主要原因：___________________________。[解析](1)為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對(duì)氫氣生成速率的影響，則硫酸的濃度應(yīng)該是相同的，因此最終溶液的體積必需相等，A組中硫酸為30mL，那其他組硫酸也為30mL，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知總體積是50mL，則V1＝30，V6＝50－10－30＝10，V9＝50－30－2.5＝17.5。(2)當(dāng)加入一定量的CuSO4后，生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與H2SO4溶液的接觸面積，且H2SO4溶液的濃度變得較小，因此反應(yīng)速率會(huì)減小。[答案](1)301017.5(2)當(dāng)加入一定量的CuSO4后，生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與H2SO4溶液的接觸面積，且H2SO4溶液的濃度變得較小1．不同條件下，用O2氧化一定濃度的FeCl2溶液過(guò)程中所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖所示。下列分析或推測(cè)不合理的是()A．一定時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)e2＋的氧化率隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大B．由②和③可知，pH越大，F(xiàn)e2＋氧化速率越快C．由①和③可知，溫度越高，F(xiàn)e2＋氧化速率越快D．氧化過(guò)程的離子方程式為4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2OB[由圖像可知，一定時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)e2＋的氧化率隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大，故A正確；由②和③可知，當(dāng)溫度相同而pH不同時(shí)，pH越大，F(xiàn)e2＋的氧化速率越慢，故B錯(cuò)誤；由①和③可知，當(dāng)pH相同而溫度不同時(shí)，溫度越高，F(xiàn)e2＋的氧化速率越快，故C正確；在酸性條件下，F(xiàn)e2＋和氧氣、氫離子反應(yīng)生成Fe3＋和H2O，反應(yīng)的離子方程式為4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，故D正確。]2．下表是稀硫酸與某金屬反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)序號(hào)金屬質(zhì)量/g金屬狀態(tài)c(H2SO4)/(mol·L－1)V(H2SO4)/mL溶液溫度/℃金屬消失的時(shí)間/s反應(yīng)前反應(yīng)后10.10絲0.550203450020.10粉末0.55020355030.10絲0.750203625040.10絲0.850203520050.10粉末0.85020362560.10絲1.050203512570.10絲1.05035505080.10絲1.150203410090.10絲1.150304440分析上述數(shù)據(jù)，回答下列問(wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)4、5表明________________________對(duì)反應(yīng)速率有影響，______________，反應(yīng)速率越大，能表明同一規(guī)律的實(shí)驗(yàn)還有________。(2)僅表明反應(yīng)物濃度會(huì)對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)有____________________。(3)本實(shí)驗(yàn)中影響反應(yīng)速率的其他因素還有_________________________，其實(shí)驗(yàn)序號(hào)是______________。(4)實(shí)驗(yàn)中的所有反應(yīng)，反應(yīng)前后溶液的溫度變化值(約15℃)相近，推測(cè)其原因：_____________________。[解析](1)比較實(shí)驗(yàn)4和5：金屬質(zhì)量相等，硫酸濃度相同，反應(yīng)前溶液溫度相同，粉末狀金屬比絲狀金屬反應(yīng)快，這說(shuō)明固體反應(yīng)物的表面積對(duì)反應(yīng)速率有影響，固體與液體的接觸面積越大，反應(yīng)速率越快。類似實(shí)驗(yàn)還有1和2。(2)其他條件相同，濃度不同的實(shí)驗(yàn)有實(shí)驗(yàn)1、3、4、6、8和實(shí)驗(yàn)2、5。(3)要表明反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)速率有影響，應(yīng)控制其他條件相同，僅溫度不同，如實(shí)驗(yàn)6、7和實(shí)驗(yàn)8、9。(4)由表中數(shù)據(jù)可知，金屬質(zhì)量相等，即一定質(zhì)量的金屬與足量的稀硫酸反應(yīng)放出的熱量相同。[答案](1)固體反應(yīng)物的表面積表面積越大1、2(2)1、3、4、6、8和2、5(3)反應(yīng)溫度6、7和8、9(4)稀硫酸過(guò)量，等量的金屬完全反應(yīng)，放出的熱量相等化學(xué)反應(yīng)速率與平衡的有關(guān)計(jì)算“三段式”突破反應(yīng)速率與平衡的有關(guān)計(jì)算模型mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/molab00轉(zhuǎn)化/molmxnxpxqx平衡/mola－mxb－nxpxqx1．v(A)＝eq\f(mx,V·Δt)，v(B)＝eq\f(nx,V·Δt)2．平衡轉(zhuǎn)化率：α(A)＝eq\f(mx,a)×100%α(B)＝eq\f(nx,b)×100%3．氣體體積分?jǐn)?shù)(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))φ(A)＝eq\f(a－mx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%，φ(D)＝eq\f(qx,a＋b＋px＋qx－mx－nx)×100%?！镜淅?】在一定溫度下，發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，起始時(shí)，充入的N2和H2的物質(zhì)的量分別是3.0mol和6.0mol，10min達(dá)到平衡，平衡時(shí)生成NH3的物質(zhì)的量是2.4mol。已知容器的容積為5.0L，試求：(1)達(dá)到平衡時(shí)，v(H2)＝________________。(2)H2的轉(zhuǎn)化率是________。(3)平衡時(shí)混合氣體中N2的體積分?jǐn)?shù)是________(保留一位小數(shù))。[解析]N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始3.0mol6.0mol0mol轉(zhuǎn)化1.2mol3.6mol2.4mol平衡1.8mol2.4mol2.4mol(1)v(H2)＝eq\f(3.6mol,5.0L×10min)＝0.072mol/(L·min)(2)H2的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(3.6mol,6.0mol)×100%＝60%。(3)N2的體積分?jǐn)?shù)＝eq\f(1.8mol,1.8＋2.4＋2.4mol)×100%≈27.3%。[答案](1)0.072mol/(L·min)(2)60%(3)27.3%3．在10L密閉容器中，1molA和3molB在一定條件下反應(yīng)：A(g)＋xB(g)2C(g)，2min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得混合氣體共3.4mol，生成0.4molC，則下列計(jì)算結(jié)果正確的是()A．平衡時(shí)，物質(zhì)的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4B．x等于3C．A的轉(zhuǎn)化率為20%D．B的平均反應(yīng)速率為0.4mol·L－1·min－1C[A(g)＋xB(g)2C(g)起始物質(zhì)的量/mol130轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量/mol0.20.2x0.4平衡物質(zhì)的量/mol0.83－0.2x0.4則0.8mol＋(3－0.2x)mol＋0.4mol＝3.4mol，解得x＝4，B錯(cuò)；平衡時(shí)，物質(zhì)的量之比為0.8∶(3－0.8)∶0.4＝4∶11∶2，A錯(cuò)；A的轉(zhuǎn)化率為eq\f(0.2mol,1mol)×100%＝20%，C正確；v(B)＝eq\f(0.8mol,10L)÷2min＝0.04mol·L－1·min－1，D錯(cuò)。]4．已知反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)2Z(g)，某研究小組將4molX和2molY置于一恒容的密閉容器中，測(cè)定不同時(shí)段內(nèi)X的轉(zhuǎn)化率，得到的數(shù)據(jù)如表所示，下列說(shuō)法正確的是()t/min24.556X轉(zhuǎn)化率30%40%70%70%A．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合氣體的密度不斷增大B．反應(yīng)在5.5min時(shí)，v正(X)＝v逆(Z)C．6min時(shí)，容器中剩余1.4molYD．其他條件不變時(shí)，將X的物質(zhì)的量改為10mol，則可得4molZB[反應(yīng)過(guò)程中氣體的總質(zhì)量和總體積均不變，則隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合氣體的密度始終不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)化率不變時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則反應(yīng)在5.5min時(shí)，v正(X)＝v逆(Z)，B項(xiàng)正確；6min時(shí)消耗X的物質(zhì)的量為4mol×70%＝2.8mol，根據(jù)化學(xué)方程式可知消耗Y的物質(zhì)的量為1.4mol，容器中剩余0.6molY，C項(xiàng)錯(cuò)誤；其他條件不變時(shí)，將X的物質(zhì)的量改為10mol，Y只有2mol，若Y完全反應(yīng)，則生成4molZ，又該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，故不可能得到4molZ，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]1．把下列四種X溶液分別加入四個(gè)盛有10mL2mol·L－1鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50mL，此時(shí)，X和鹽酸緩慢地進(jìn)行反應(yīng)，其中反應(yīng)最快的是()A．10℃20mL3mol·L－1的X溶液B．20℃30mL2mol·L－1的X溶液C．20℃10mL4mol·L－1的X溶液D．10℃10mL2mol·L－1的X溶液B[計(jì)算出稀釋后的四種溶液中X的物質(zhì)的量，由于最后溶液的體積都為50mL，則X的物質(zhì)的量越大，X的濃度越大，而一般情況下，濃度越大、溫度越高，反應(yīng)速率越快。A溶液中X的物質(zhì)的量為0.02L×3mol·L－1＝0.06mol；B溶液中X的物質(zhì)的量為0.03L×2mol·L－1＝0.06mol；C溶液中X的物質(zhì)的量為0.01L×4mol·L－1＝0.04mol；D溶液中X的物質(zhì)的量為0.01L×2mol·L－1＝0.02mol。顯然四種情況下，X的濃度：A＝B＞C＞D，而溫度：B＝C＞A＝D，故B的反應(yīng)速率最快。]2．X、Y、Z三種氣體，取X和Y按1∶1的物質(zhì)的量之比混合，放入密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：X(g)＋2Y(g)2Z(g)，達(dá)到平衡后，測(cè)得混合氣體中反應(yīng)物的總物質(zhì)的量與生成物的總物質(zhì)的量之比為3∶2，則Y的轉(zhuǎn)化率最接近于()A．33%B．40%C．50%D．66%D[假設(shè)X和Y起始物質(zhì)的量均為1mol，達(dá)平衡時(shí)消耗Y物質(zhì)的量為nmol，則：X(g)＋2Y(g)2Z(g)起始量/mol:110變化量/mol:0.5nnn平衡量/mol:1－0.5n1－nn平衡后，測(cè)得混合氣體中反應(yīng)物的總物質(zhì)的量與生成物的總物質(zhì)的量之比為3∶2，則(1－0.5n＋1－n)∶n＝3∶2，解得n＝eq\f(2,3)，Y的轉(zhuǎn)化率＝eq\f(\f(2,3)mol,1mol)×100%≈67%。]3．等質(zhì)量的碳酸鈣與過(guò)量的鹽酸在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得在不同時(shí)間(t)內(nèi)產(chǎn)生的氣體體積(V)如圖所示，根據(jù)圖示分析實(shí)驗(yàn)條件，下列說(shuō)法一定不正確的是()組別對(duì)應(yīng)曲線c(HCl)/(mol·L－1)反應(yīng)溫度/℃碳酸鈣的狀態(tài)1a30粉末狀2b30粉末狀3c2.5塊狀4d2.530塊狀A(yù)．第4組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)最慢B．第1組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度可能大于2.5mol·L－1C．第2組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度可能等于2.5mol·L－1D．第3組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度低于30℃D[由題圖可知，第4組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)最慢，故A項(xiàng)正確；第1組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)比第4組的快，第1、4組實(shí)驗(yàn)相比，溫度相同，第1組固體反應(yīng)物的表面積更大，故第1組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度可能等于或大于2.5mol·L－1，甚至可以小于2.5mol·L－1，故B項(xiàng)正確；第2組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)比第4組的快，第2、4組實(shí)驗(yàn)相比，溫度相同，第2組固體反應(yīng)物的表面積更大，故第2組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度可能等于或大于2.5mol·L－1，甚至可以小于2.5mol·L－1，故C項(xiàng)正確；第3組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)比第4組的快，第3、4組實(shí)驗(yàn)相比，濃度、固體反應(yīng)物的表面積相同，溫度越高，反應(yīng)越快，則第3組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度高于30℃，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]4．在容積可變的密閉容器中，2molN2和8molH2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時(shí)氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)接近于()A．5%B．10%C．15%D．20%C[達(dá)到平衡時(shí)，H2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為8mol×25%＝2mol。在一定條件下，N2與H2發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始物質(zhì)的量/mol280轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量/moleq\f(2,3)2eq\f(4,3)