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例题精讲 · 第 00192 题 · 自编示意数据两题·只改一个量,看速率翻几倍

反应速率的定量题,核心不是代公式,而是「控制变量」:两组实验只改一个反应物的初始浓度,速率翻几倍,对该物质就是几级。本文用一组自编示意初速数据,完整示范由三组实验定出各物质级数与总级数、求速率常数 k 并带单位、回代三组数据验证,再用一级反应的半衰期与 ln c–t 直线做第二路检验。每题给规范作答、采分点与易错点,附级数判定表。浓度、速率与常数均为自编示意,不代表真实反应体系。

00192题号全 1000 篇 · 第 第32轮 / 第32册 轮
方向化学·电化学与工艺流程六向之一
题型自编仿真题逐题精讲 · 采分点拆解

题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。

例题精讲 · 化学电化学与工艺流程

一、考点定位与做题顺序

设速率方程 v = k·c(A)m·c(B)n。初速法的全部技巧就一句:找两组只差一个浓度的实验,用速率倍数反推级数。若 c(A) 变为原来的 r 倍而 c(B) 不变、速率变为 rm 倍,则 m = ln(速率倍数)/ln r。整数级数下直接看「翻倍→几倍」即可。

三个前提要写清:① 用的是初速(反应刚开始,产物与逆反应干扰可忽略);② 温度相同,k 才是同一个常数;③ 其余物质浓度保持不变,否则两组不能比较。定出级数后再代任一组求 k,并把三组都回代一遍。下面浓度、速率与常数均为自编示意,不代表真实反应体系。

二、逐题精讲

题1

题1 三组初速数据定级数并求 k(含回代)

自编示意反应:A + B → 产物,在恒温下测初速,数据如下(浓度单位 mol/L,速率单位 mol/(L·min)):

实验c₀(A)c₀(B)v₀
10.1000.1002.00×10⁻³
20.2000.1008.00×10⁻³
30.1000.2004.00×10⁻³

(1) 分别求对 A、对 B 的反应级数与总级数;(2) 求速率常数 k 并写出单位;(3) 把三组数据回代验证。

解析

(1) 控制变量,分两步:
比较实验 1 与 2:c(B) 都是 0.100 不变,c(A) 由 0.100 → 0.200(2 倍),v 由 2.00×10⁻³ → 8.00×10⁻³(4 倍 = 2²),故 m = 2(对 A 二级)。
比较实验 1 与 3:c(A) 都是 0.100 不变,c(B) 由 0.100 → 0.200(2 倍),v 由 2.00×10⁻³ → 4.00×10⁻³(2 倍 = 2¹),故 n = 1(对 B 一级)。
总级数 = m + n = 3。

通用写法也列一下:m = ln(v₂/v₁)/ln(c₂/c₁) = ln4/ln2 = 2;n = ln(v₃/v₁)/ln(c₃/c₁) = ln2/ln2 = 1。写这一行能证明不是靠猜。

(2) 速率方程 v = k·c(A)²·c(B)。代实验 1:
k = v/[c(A)²c(B)] = 2.00×10⁻³ / [ (0.100)²×0.100 ] = 2.00×10⁻³ / (1.00×10⁻³) = 2.00 L²/(mol²·min)。
单位推导:v 的量纲是 mol·L⁻¹·min⁻¹,浓度三次方是 mol³·L⁻³,故 k 的量纲为 (mol·L⁻¹·min⁻¹)/(mol³·L⁻³) = L²·mol⁻²·min⁻¹。三级反应的 k 单位必含 L²/(mol²·时间),这一问最常漏。

(3) 三组回代:
实验 2:2.00×(0.200)²×0.100 = 2.00×0.0400×0.100 = 8.00×10⁻³ ✓
实验 3:2.00×(0.100)²×0.200 = 2.00×0.0100×0.200 = 4.00×10⁻³ ✓
实验 1 本身即定义式 ✓。三组全对,级数与 k 成立。

答案 (1) 对 A 二级、对 B 一级、总三级;(2) v = k c(A)²c(B),k = 2.00 L²/(mol²·min);(3) 三组回代均与表中 v₀ 一致。

采分点 正确选取 1↔2、1↔3 两组对照各 1 分;m=2、n=1 各 1 分;总级数 1 分;写出速率方程 1 分;k 数值 1 分;k 单位 2 分;三组回代各 1 分。

易错点 拿实验 2 与 3 直接比(两个浓度都变了,无法单独定级数);把「速率翻 4 倍」写成「四级」;k 漏单位或写成 mol/(L·min);忘记温度相同的前提;只代一组求 k、不回代另两组。

题2

题2 一级反应的半衰期与 ln c–t 直线(第二路检验)

另设自编示意一级分解反应 A → 产物,c₀(A) = 0.800 mol/L,测得 10.0 min 时 c = 0.400 mol/L。

(1) 求半衰期 t½ 与速率常数 k;(2) 由 ln c = ln c₀ − kt 求 30.0 min 时的 c,并用「每过一个半衰期减半」验算;(3) 说明为什么一级反应的 ln c–t 图是直线、斜率是什么。

解析

(1) c₀ → 一半正好用 10.0 min,故 t½ = 10.0 min。
一级反应 t½ = ln2/k,故 k = ln2/t½ = 0.6931/10.0 = 0.0693 min⁻¹。

(2) 第一路(积分式):ln c = ln0.800 − 0.0693×30.0 = (−0.2231) − 2.079 = −2.302,故 c = e−2.302 = 0.100 mol/L。
第二路(半衰期计数):30.0 min = 3 个半衰期,c = 0.800×(1/2)³ = 0.800/8 = 0.100 mol/L ✓ 两路一致。
中间点核对:10.0 min → 0.400;20.0 min → 0.200;30.0 min → 0.100,逐级减半,ln c 分别为 −0.2231、−0.9163、−1.6094、−2.3026,每 10 min 减少 ln2 = 0.6931,等差 ✓。

(3) 一级反应 −dc/dt = kc,分离变量积分得 ln c = ln c₀ − kt,即 ln c 对 t 是斜率为 −k 的直线,纵截距 ln c₀。因此把实测浓度取自然对数后作图,若为直线且斜率恒定,就是一级反应的判据;斜率绝对值即 k。反之,零级反应应作 c–t 图、二级反应应作 1/c–t 图才成直线——写出这一对照能说明「为什么偏偏取 ln」。
与题1 的关系:题1 是「多物质、由初速定各分级数」,本篇是「单一物质一级、由浓度随时间变化定 k」,两路互为补充,不冲突。

答案 (1) t½ = 10.0 min,k = 0.0693 min⁻¹;(2) c(30.0 min) = 0.100 mol/L,半衰期计数 0.800/8 一致;(3) ln c = ln c₀ − kt,斜率 −k;零级作 c–t、二级作 1/c–t。

采分点 t½ 由「减半用时」读出 1 分;k = ln2/t½ 及数值 2 分;积分式求 c 2 分;半衰期计数验算 1 分;ln c–t 直线与斜率 2 分;零级/二级对照 1 分;单位 1 分。

易错点 把 t½ 写成 2×10.0 = 20.0 min;k 用 1/t½ = 0.100 min⁻¹(漏 ln2);把 30 min 当成 3 个半衰期却算成 0.800/3;ln 与 lg 混用导致斜率差 2.303 倍;只答「直线」不写斜率是 −k。

三、规律小结与对照表

项目表达式本题结果
速率方程v = k c(A)^m c(B)^nv = k c(A)² c(B)
定级数m = ln(v₂/v₁)/ln(cA₂/cA₁)ln4/ln2 = 2;ln2/ln2 = 1
总级数m + n3(三级)
速率常数k = v/[c(A)²c(B)]2.00 L²/(mol²·min)
一级积分式ln c = ln c₀ − kt斜率 −k
一级半衰期t½ = ln2/k,与 c₀ 无关10.0 min
半衰期计数c = c₀(1/2)^(t/t½)0.800/8 = 0.100 mol/L
直线判据一级 ln c–t;零级 c–t;二级 1/c–t斜率绝对值 = k

初速法的分数全在「只改一个量」这五个字上:选错对照组,后面算得再准也没用。定完级数一定要把三组都回代,再把 k 的单位按总级数推出来——三级是 L²/(mol²·时间),一级是 时间⁻¹,这一处几乎年年设点。本文浓度、速率、常数与反应体系均为自编示意数据,全部经公式回代验证,不代表真实反应与实测常数。

四、自测清单

  • 先找「只差一个浓度」的两组实验,其余量必须相同
  • 用倍数法或 m=ln(v₂/v₁)/ln(c₂/c₁) 定级数,别凭感觉
  • 总级数决定 k 的单位,写完数值先查量纲
  • 把三组数据全部回代,任一不符就回头查级数
  • 一级反应记住 t½=ln2/k 且与初始浓度无关
  • 浓度取对数用 ln;若用 lg,斜率要除以 2.303
编写说明与学科依据

本文为备考教研体例稿:题目系按课程标准与联招常见考点范围编写的仿真练习题,非真题原文;文中案例为示意内容,非真实记录;文末栏目为学科依据说明,非逐条引文。涉及报考、录取、证件、居留、资助等事项,一律以当年官方文件与学校正式通知为准。

学科依据:

  • 人教版高中教材(化学):电化学基础、化学平衡、化学热力学与反应速率相关章节
  • 《普通高等学校联合招收华侨港澳台学生考试大纲(化学科)》:相关考点考查范围(仅作命题范围参照,本文题目未与真题逐题比对)
  • 编写说明:题目、选段、选项、数据与解析均为按常见考点独立编写的原创仿真题,未取自任何题库、教辅或试卷;采分点为教研整理,非官方评分标准

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