Question

3．在生活中，需要对化学反应的速率和化学反应的限度进行研究，以便控制化学反应．
I．某实验小组以H₂O₂分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响．按照如下方案完成实验．

	反应物	催化剂	温度
①	10mL10% H2O2溶液	无	25℃
②	10mL20% H2O2溶液	无	25℃
③	10mL20% H2O2溶液	无	40℃
④	10mL20% H2O2溶液	1～2滴0.1mol/LFeCl3溶液	40℃

通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图1所示，回答下列问题：
（1）代表实验①的图示是Ⅳ．
（2）对比实验③和④的目的是探究催化剂对反应速率的影响．
（3）通过上面对比实验，所得的实验结论是其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入催化剂，化学反应速率加快．

Ⅱ．一定温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中充入1molN₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），测得其中N₂物质的量随时间变化如图2所示．回答下列问题：
（4）从开始反应到t₂时刻，氨气的平均反应速率为$\frac{1}{2{t}_{2}}$mol/（L•min）．
（5）在t₃时刻，氢气的转化率为75%．

Answer 1

分析 I．（1）根据温度、浓度、催化剂对反应速率的影响进行判断；
（2）实验③和④反应物的浓度、温度相同，不同条件为是否使用催化剂，据此判断对比实验③和④的目的；
（3）根据表中反应物浓度、反应温度、是否使用催化剂对反应速率的影响得出结论；
Ⅱ．（4）t₂时刻氮气的物质的量为0.5mol，根据反应速率的表达式及反应方程式计算出从开始反应到t₂时刻氨气的平均反应速率；
（5）根据图象判断在t₂时刻氮气的物质的量，再根据反应方程式计算出消耗的氢气的物质的量，最后计算出氢气的转化率．

解答 解：I．（1）温度越高，反应速率越快，使用催化剂，反应速率加快，浓度越大，反应速率越快，实验①中双氧水浓度最小，没有使用催化剂，温度为25℃，则在实验①～④中反应速率最小，甲中斜率越大，反应速率越快，则代表实验①的为Ⅳ，
故答案为：Ⅳ；
（2）根据表中数据可知，实验③④中反应物浓度、反应温度相同，而实验④使用了催化剂，所以对比实验③和④的目的是探究催化剂对反应速率的影响，
故答案为：探究催化剂对反应速率的影响；
（3）根据实验①②可知，增加反应物浓度，反应速率加快；根据实验②③可知，升高反应温度，反应速率加快；根据实验③④可知，使用催化剂，反应速率加快，所以结论为：其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入催化剂，化学反应速率加快，
故答案为：其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入催化剂，化学反应速率加快；
Ⅱ．（4）根据图象可知，t₂时刻氮气的物质的量为0.5mol，氮气的浓度变化为：c（N₂）=$\frac{1mol-0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，从开始反应到t₂时刻，氮气的平均反应速率为：v（N₂）=$\frac{0.25mol/L}{{t}_{2}min}$=$\frac{1}{4{t}_{2}}$mol/（L•min），
根据反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）可知，氨气的平均反应速率为：v（NH₃）=2v（N₂）=2×$\frac{1}{4{t}_{2}}$mol/（L•min）=$\frac{1}{2{t}_{2}}$mol/（L•min），
故答案为：$\frac{1}{2{t}_{2}}$mol/（L•min）；
（5）在t₃时刻氮气的物质的量为0.25mol，反应消耗的氮气的物质的量为：1mol-0.25mol=0.75mol，根据反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）可知，反应消耗的氢气的物质的量为：0.75mol×3=2.25mol，
所以在t₃时刻氢气的转化率为：$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案为：75%．

点评 本题考查影响化学反应速率的因素、化学平衡的计算等知识，题目难度中等，注意掌握化学反应速率、化学平衡的影响因素，明确化学平衡状态的特征，能够根据反应速率表达式及反应速率与化学计量数的关系正确计算出反应速率．