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化学反应速率和化学平衡(知识点讲解)-高考化学易错点练习

易错点16 化学反应速率和化学平衡

瞄准高考

1. (2017天津)常压下羰基化法精炼镍的原理为:Ni(s) +4CO(g)4(g)。230℃时,该反应的平衡常数K=2×10﹣5.已知:Ni(CO)4的沸点为42.2℃,固体杂质不参与反应。

第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;

第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230℃制得高纯镍。

下列判断正确的是

A.增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数增大

B.第一阶段,在30℃和50℃两者之间选择反应温度,选50℃

C.第二阶段,Ni(CO) 4分解率较低

D.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)

【答案】B

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2.(2017江苏)温度为T1时,在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应:

2NO2(g) 2NO(g) +O2(g)(正反应吸热)。实验测得:v正=v (NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)

消耗=2v(O2) 消耗=k逆c 2(NO) ?c(O

2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是

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B.达平衡时,容器Ⅱ中 c(O2 )/c(NO2)比容器Ⅰ中的大C.达平衡时,容器Ⅲ中 NO 的体积分数小于50% D.当温度改变为 T2时,若 k正=k逆,则 T2>T1

【答案】C D

【解析】A.I中的反应: 2NO2(g) 2NO(g) +O2 (g) 开始(mol/L)0.6 0 0

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3.(2018课标Ⅱ)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:

(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。

已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol?1

C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol?1

C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol?1

该催化重整反应的ΔH==______ kJ·mol?1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是____(填标号)。A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压

某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______mol2·L?2。

(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。

相关数据如下表:

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①由上表判断,催化剂X____Y(填“优于”或“劣于”),理由是_________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v )的叙述正确的是________填标号)。

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A.K积、K消均增加 B.v积减小,v消增加

C.K积减小,K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大

②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则p a(CO2)、p b(CO2)、p c(CO2)从大到小的顺序为________________。

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【答案】247 A 劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD p c(CO2)、p b(CO2)、p a(CO2)

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4.(2018课标Ⅲ)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式__________。

(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:

2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 k J·mol?1

3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=?30 kJ·mol?1

则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJ·mol?1。

(3)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

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①343 K时反应的平衡转化率α=_________%。平衡常数K343 K=__________(保留2位小数)。

②在343 K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____________、___________。

③比较a、b处反应速率大小:υa________υb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率υ=υ正?υ逆=?,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=__________(保留1位小数)。

【答案】 2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl 114 ①22 0.02 ②及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度)③大于 1.3

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5.(2018北京)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:

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(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1

反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1

反应Ⅱ的热化学方程式:________________。

(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。

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p2_______p 1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是________________。

(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。i.SO2+4I-+4H +S↓+2I2+2H2O

ii.I2+2H2O+__________________+_______+2 I-

(4)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)

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①B是A的对比实验,则a=__________。

②比较A、B、C,可得出的结论是______________________。

③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合i、ii反应速率解释原因:________________。【答案】 3SO2(g)+2H2O (g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=?254kJ·mol?1 > 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大 SO2 SO42? 4H+ 0.4 I?是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率反应ii 比i快;D中由反应ii产生的H+使反应i加快

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锁定考点

一、化学反应速率

1. 化学反应速率

⑴化学反应速率是平均速率,而不是瞬时速率。

⑵无论浓度的变化是增加还是减少,一般都取正值,所以化学反应速率一般为正值。

⑶由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的,因此对于有纯液体或纯固体参加的反应一般不用纯液体或纯固体来表示化学反应速率。其化学反应速率与其表面积大小有关,而与其物质的量的多少无关。通常是通过增大该物质的表面积来加快反应速率。

⑷对于同一个反应来说,用不同的物质来表示该反应的速率时,其数值不同,但每种物质都可以用来表示该反应的快慢。因此,表示化学反应速率时,必须指明是用反应体系中的哪种物质做标准。

⑸对于在一个容器中的一般反应 aA + bB == cC + dD来说有: V A:V B:V C:V D=== △C A:△C B:△C C:△C D === △n A:△n B:△n C:△n D==== a :b :c :d

2. 化学反应速率大小的比较方法

⑴看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。

⑵比较反应速率大小时,不仅需看反应速率数值

的大小,且要结合化学方程式中物质的化学计量 数及单位,化归到同一物质,再进行比较。 ⑶ 对于一般反应a A +b B===c C +d D ,比较A V a 与B V b ,若A V a >B V b

,则A 表示的反应速率比B 的大。

3. 化学反应速率的计算方法 (1)概念法: (2)化学计量数法:

一般是先用概念法计算出一种物质的反应速率,再用化学计量数法算出其他物质的化学反应速率。

4. 影响化学反应的因素 ⑴ 浓度对化学反应速率的影响:

① 一个反应的速率主要取决于反应物的浓度,与产物的浓度关系不大 。 ② 物质为固体或纯液体时,浓度为常数,改变固 体或纯液体的量,不改变浓度,不影响化学反应速。 若参加反应的物质为固体、液体或溶液,由于 ⑵ 压强对化学反应速率的影响

① 压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为反应速率不变。 ② 改变压强的涵义,一般是指:

气体物质的量不变,改变容器的容积。比如像

a. N 2 + 3H 3,反应物为气体的反应,缩小体积,压强增大,反应物气体的浓度

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增大,反应速率加快。如果增大体积,压强减小,反应物气体的浓度减小,反应速率减小。

b. 气体的容器容积不变,充入不相关的气体。比如像 N 2 + 3H 2 3的反应,充

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入Ne ,

压强增大,但各反应物的浓度没有变化,反应速率不变。如果充入Ne ,压强不变,必然是容器的容积增大,而气体容积的增大,一定引起反应物浓度的减小,所以化学反应速率减小。 ③ 像化学反应:Zn+H 2SO 4=ZnSO 4+H 2↑生成物中有气体,反应物中没有气体,增大压强,速率不增大;减小压强,速率也不减小。 ⑶ 温度对化学反应速率的影响

不管是吸热反应还是放热反应,只要是升高温度一定加快反应速率,降低温度一定减慢反应速率。

⑷ 催化剂对化学反应速率的影

对可逆反应来说使用催化剂,可同时加快正逆反应速率 二、化学平衡

化学平衡状态的判断方法

1.直接判断法

(1) v正=v逆>0(即同一物质的消耗速率与生成速率相等)。

(2 )各物质的浓度保持不变。

2.间接判断法

(1) 各物质的百分含量保持不变。

(2) 各物质的物质的量不随时间的改变而改变。

(3) 各气体的体积不随时间的改变而改变。

例如:我们以密闭容器中的反应m A(g)+n B(g) p C(g)+q D(g)为例来说明:

mA(g) + nB(g)

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三、化学平衡图像

图像题解题方法

(1)分析反应速度图像:

①看起点:分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。

②看变化趋势:分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。升高温度时,△V吸热>△V

放热。

③看终点:分清消耗浓度和增生浓度。反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方

程式中各物质的计量数之比。

④对于时间——速度图像,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大

变”和“小变”。增大反应物浓度V正突变,V逆渐变。升高温度,V吸热大增,V放热小增。

(2)化学平衡图像问题的解答方法:

①三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看△V正、△V逆的相对大小;三看化学平

衡移动的方向。

②四要素分析法:看曲线的起点;看曲线的变化趋势;看曲线的转折点;看曲线的终点。

③先拐先平:对于可逆反应mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) ,在转化率——时间曲线中,

先出现拐点的曲线先达到平衡。它所代表的温度高、压强大。这时如果转化率也较高,则反

应中m+n>p+q。若转化率降低,则表示m+n

④定一议二:图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。

强调:不管是速率图像还是平衡图像,都要搞清纵、横坐标的含义,都要与化学原理相联系,

特别是与平衡移动原理相联系。

小题快练

1.I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I—(aq) I3—(aq)。某I2、KI混合溶液中,I3—

的物质的量浓度c(I3—)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法都正确的是

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①反应I2(aq) +I—(aq)I3—(aq)的H>0

②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2

③若反应进行到状态D时,一定有v正>v逆

④状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大

⑤保持温度不变,在该混合液中加水,c(I3—)/c(I2)将变大

A.只有①② B.只有②③ C.②③④ D.②③⑤

【答案】B

【解析】①根据图像分析,温度升高,I3—(aq)的浓度减小,说明升温,平衡逆向移动,则该反应为放热反应,故错误;②若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,温度升高,平衡逆向移动,则平衡常数减小,故正确;③若反应进行到状态D时,c(I3—)比平衡状态时的浓度小,则反应正向进行,则一定有v正>v逆,故正确;④状态A与状态B相比,状态A的c(I3—)大,说明状态A的c(I2)小,故错误;⑤保持温度不变,在该混合液中加水,平衡逆向移动,c(I3—)/c(I2)将变小,故错误。

2.一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)△H<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示,其中在t2时改变了某个条件。下列有关说法正确的是( )

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A.t2时改变的条件可能是:升温或缩小容器体积

B.t1时平衡常数K1小于t3时平衡常数K2

C.t1时平衡混合气的> t3时平衡混合气的

D.t1时平衡混合气中的SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数

【答案】D

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3.某工业流程中,进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06,发生化学反应2NO(g)+O2(g)=2NO2(g),在其他条件相同时,测得实验数据如下表:

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根据表中数据,下列说法正确的是

A.升高温度,反应速率加快

B.增大压强,反应速率变慢

C.在1.0×105Pa、90℃条件下,当转化率为98%时的反应已达到平衡

D.若进入反应塔的混合气体为amol,反应速率以v=△n/△t表示,则在8.0×105Pa、30℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370mol/s

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4.K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+。用K2Cr2O7溶液进行下列实验:结合实验,下列说法不正确的是

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A.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量,溶液变为橙色

B.②中C2H5OH被Cr2O72-氧化成CH3COOH

C.对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强

D.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄

【答案】A

【解析】若向④溶液中加入70%的硫酸到过量,溶液为酸性,平衡向逆方向移动,Cr2O72-可以氧化乙醇,溶液变绿色,故A错误;②中C2H5OH被Cr2O72-氧化成CH3COOH,故B正确;对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强,故C正确;滴加硫酸溶液时,平衡向左移动,Cr2O72-(橙色)浓度增大,橙色加深;滴加氢氧化钠溶液,平衡向右移动,CrO42-(黄色)浓度增大,溶液变黄,故D正确。

5.在容积为2 L的密闭容器中发生反应x A(g)+y B(g)z C(g)。图甲表示200 ℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化关系,图乙表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。则下列结论正确的是

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A.200℃时,反应从开始到平衡的平均速率v(A)=v(B)

B.200℃时,该反应的平衡常数为25

C.当外界条件由200℃降温到100℃,原平衡一定被破坏,且正逆反应速率均增大

D.由图乙可知,反应x A(g)+y B(g)z C(g)的ΔH<0,且a=2

【答案】B

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6.某温度时,在密闭容器中,X、Y、Z三种气体浓度的变化如图Ⅰ所示,若其他条件不变,当温度分别为T1和T2时,Y的体积分数与时间关系如图Ⅱ所示。则下列结论正确的是

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A.该反应的热化学方程式为X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH>0

B.若其他条件不变,升高温度,正、逆反应速率均增大,X的转化率增大

C.温度分别为T1和T2时的平衡常数大小关系为K2>K1

D.达到平衡后,若其他条件不变,减小体积,平衡向逆反应方向移动

【答案】C

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7.在一定温度下的恒压容器中,进行可逆反应A(g)+B(g)?C(g)+2D(g);下列能说明该反应达到平衡状态的是

①反应混合物的密度不再改变②混合气体的平均相对分子质量不再改变

③C和D的物质的量之比为1:2 ④体系压强不再改变

⑤C的质量分数不再改变⑥v(A):v(C)=1:1.

A.①②④⑤ B.①②⑤ C.②⑤⑥ D.①②③④⑤⑥

【答案】B

【解析】①一定温度下的恒压容器中,反应混合物的密度不再改变,说明气体的物质的量不变,故能确定该反应达到平衡状态;②因为A(g)+B(g)?C(g)+2D(g)反应前后计量数不等,所以混合气体的平均相对分子质量不再改变,说明气体的物质的量不变,正逆反应速率相等,达平衡状态;③C和D的物质的量之比为1:2,平衡时可能是,也可能不,与始起投料方式有关,故不选;④体系压强不再改变,因为在一定温度下的恒压容器中,压强一直不变,故不选;⑤C的质量分数不再改变,说明气体的物质的量不变,正逆反应速率相等,达平衡状态,故选;⑥v(A):v(C)=1:1,未体现正逆的关系,故不选,所以能说明该反应达到平衡状态的是①②⑤;A. ①②④⑤不符合题意,B. ①②⑤符合题意;C. ②⑤⑥不符合题意;D. ①②③④⑤⑥不符合题意。

8.丁烯(C4H8)是制备线性低密度聚乙烯(LLDPE)的原料之一,可由丁烷(C4H10)催化脱氢制备,C4H10(g) C4H8(g)+H2(g)△H=+123kJ/mol。该工艺过程中生成的副产物有(C)、C2H6、

C2H4、C4H6等。进料比[]和温度对丁烯产率的影响如图1、图2所示。已知原料气中氢气的作用时活化固体催化剂。

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下列分析正确的是

A.氢气的作用是活化固体催化剂,改变氢气量不会影响丁烯的产率

B.丁烷催化脱氢是吸热反应,丁烯的产率随温度升高而不断增大

C.随温度升高丁烯裂解生成的副产物增多,会影响丁烯的产率

D.一定温度下,控制进料比[]越小,越有利于提高丁烯的产率

【答案】C

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于1左右时,丁烯的产率最高,并不是进料比[]越小,越有利于提高丁烯的产率,故D分析错误。

9.生产硫酸的主要反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H<0。图中L(L1、L2)、X可分别代表压强或温度。下列说法正确的是

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A. X代表压强

B.推断L1>L2

C. A、B两点对应的平衡常数相同

D.一定温度下,当混合气中n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:1:2,则反应一定达到平衡

【答案】B

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10.将5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液和5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液混合,达到平衡后呈红色。再将混合液分为5份,分别进行如下实验:

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下列说法不正确的是

A.对比实验①和②,为了证明增加反应物浓度,平衡发生正向移动

B.对比实验①和③,为了证明增加反应物浓度,平衡发生逆向移动

C.对比实验①和④,为了证明增加反应物浓度,平衡发生正向移动

D.对比实验①和⑤,为了证明减少反应物浓度,平衡发生逆向移动

【答案】B

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11.反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)在一密闭容器中进行。下列说法或结论正确的是

A.当v(CO)(正)=v(H2)(正),时,反应达到平衡状态

B.其他条件不变,适当增加C(s)的质量会使平衡正向移动

C.保持容器体积不变,充入少量He使体系压强增大,反应速率一定增大

D.其他条件不变,仅将容器的体积缩小一半,再次达到平衡时,H2 0(g)的平衡浓度可能是原来的2.1倍

【答案】D

【解析】A. 当v(CO)(正)=v(H2)(正)时,不能说明正逆反应速率的关系,不能确定反应达到平衡状态,故错误;B. 其他条件不变,适当增加C(s)的质量不会改变浓度,不能影响速率不能改变平衡,故错误;C. 保持容器体积不变,充入少量He使体系压强增大,但反应体系中各物质的浓度不变,反应速率不变,故错误;D. 其他条件不变,仅将容器的体积缩小一半,各物质的浓度变为原来的2倍,平衡逆向移动后再次达到平衡时,H2 0(g)的平衡浓度比2倍大,可能是原来的2.1倍,故正确。

12.下列说法中正确的说法有几个

①活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应

②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应

③增大反应物浓度,可增大单位体积内活化分子数,从而使有效碰撞次数增多

④有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的体积),可增大活化分子的百数,从而使反应速率增大

⑤化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程

⑥催化剂能增大活化分子百分数,从而增大化学反应速率

A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个

【答案】D