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第42讲　化学反应速率及影响因素
[复习目标]　1.了解化学反应速率的概念及表示方法，能提取信息计算化学反应速率。2.掌握影响化学反应速率的因素，并能用有关理论解释。
考点一　化学反应速率及表示方法
1．化学反应速率
(1)
(2)各物质的化学反应速率之比＝__________之比。
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，vA∶vB∶vC∶vD＝____________。
(3)注意事项
①化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。
②同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。
③固体或纯液体的浓度视为常数，不能用固体或纯液体的浓度变化计算化学反应速率。
2．应用“三段式”计算化学反应速率
列起始量、转化量、某时刻量，再根据定义式或比例关系计算。
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)，起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1，C的浓度为c mol·L－1，反应进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则化学反应速率的计算如下：
　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)
起始浓度/ mol·L－1 　　a　　　b　　　c
转化浓度/ mol·L－1 　　x　　　_____　______
t1 s时浓度/ mol·L－1 　a－x　　____　______
则v(A)＝________________，v(B)＝________________，v(C)＝________________。
1．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显(　　)
2．由v＝计算平均反应速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值(　　)
3．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1(　　)
4．同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快(　　)
一、化学反应速率的概念及基本计算
1．一定温度下反应：4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少0.6 mol·L－1，对此反应速率的表示正确的是(　　)
A．用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1
B．分别用B、C、D表示反应速率，其比值是1∶2∶3
C．在2 min末的反应速率，用B表示为0.3 mol·L－1·min－1
D．在这2 min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
2．(2023·广西月考)一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过程如图。下列说法不正确的是(　　)
A．t1 min时，正、逆反应速率相等
B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.011 25 mol·L－1·min－1
D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.002 5 mol·L－1·min－1
3．已知反应：4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下。
①v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1
②v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1
③v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1
④v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1
⑤v(NO2)＝0.01 mol·L－1·s－1
请比较上述5种情况反应的快慢：___________________________________(由大到小的顺序)。
化学反应速率大小的比较方法
(1)归一法
按照化学计量数关系换算为同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
(2)比值法
比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，即比较与，若>，则用A表示的化学反应速率比用B表示的大。
二、用其他物理量的变化表示的化学反应速率的计算
4．温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝________mL·g－1·min－1。
5．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为SO3(g)是关键的一步，550 ℃时，在1 L的恒温容器中，反应过程中的部分数据见下表：
反应时间/min SO2(g) /mol O2(g) /mol SO3(g) /mol
0 4 2 0
5 1.5
10 2
15 1
若在起始时总压为p0 kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10 min内SO2(g)的反应速率v(SO2)＝________ kPa·min－1。
考点二　影响化学反应速率的因素
1．内因
反应物__________是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg____Al。
2．外因
3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子(必须具有足够的能量)。
②活化能：如图
图中：E1表示_____________，使用催化剂时的活化能为______，反应热为____________(注：E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量)。
③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
条件→活化分子→有效碰撞→反应速率变化
条件改变 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数
增大反应物浓度
增大压强
升高温度
加催化剂
1．催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后物理和化学性质保持不变(　　)
2．升温时吸热反应速率增大，放热反应速率减小(　　)
3．一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率
(　　)
4．增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大(　　)
5．100 mL 2 mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变(　　)
一、影响化学反应速率的因素
1．下列措施可以增大化学反应速率的是________(填序号)。
①Al在氧气中燃烧生成Al2O3，将Al片改成Al粉
②Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用98%浓硫酸
③H2SO4与BaCl2溶液反应时，增大压强
④2SO2＋O22SO3　ΔH<0，升高温度
⑤Na与水反应时，增大水的用量
⑥2H2O2===2H2O＋O2↑反应中，加入少量MnO2
⑦H2与Cl2混合后光照
2．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)缩小体积使压强增大：__________，原因是_____________________________________。
(2)恒容充入N2：__________。
(3)恒容充入He：__________，原因是_____________________________________________。
(4)恒压充入He：__________。
惰性气体对反应速率的影响
在恒温恒容条件下 通入惰性气体，总压增大，反应物浓度不变，反应速率不变
恒温恒压条件下 通入惰性气体，总体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小
二、用控制变量法探究影响化学反应速率的因素
3．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，判断下列说法正确的是(　　)
A．pH越小，氧化率越小
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
4．已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。某化学小组欲探究H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行了如下实验(忽略溶液体积变化)：
编号 0.01 mol·L－1酸性KMnO4溶液体积/mL 0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液体积/mL 水的体积/mL 反应温度/℃ 反应时间/min
Ⅰ 2 2 0 20 2.1
Ⅱ V1 2 1 20 5.5
Ⅲ V2 2 0 50 0.5
下列说法不正确的是(　　)
A．V1＝1，V2＝2
B．设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响
C．实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束
D．实验Ⅲ中用酸性KMnO4溶液的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)＝0.01 mol·L－1·min－1
5．可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工业上制取H2SO4的重要反应。
(1)在恒压条件下，该反应分组实验的有关条件如下表：
反应条件 温度 容器容积 起始n(SO2) 起始n(O2) 其他条件
Ⅰ组 500 ℃ 1 L 1 mol 2 mol 无
Ⅱ组 500 ℃ 1 L 1 mol 2 mol
已知Ⅰ、Ⅱ两组实验过程中，SO3气体的体积分数φ(SO3)随时间t的变化曲线如图所示。
①Ⅱ组与Ⅰ相比不同的条件是________________________________________________。
②将Ⅰ组实验中温度变为800 ℃，则φ(SO3)达到a%所需时间________t1(填“小于”“大于”或“等于”)。
(2)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列的是________(填字母)。
甲：在500 ℃时，10 mol SO2和10 mol O2反应
乙：在500 ℃时，用V2O5作催化剂，10 mol SO2和10 mol O2反应
丙：在450 ℃时，8 mol SO2和5 mol O2反应
丁：在500 ℃时，8 mol SO2和5 mol O2反应
A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁
C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲
关于“控制变量法”题目的解题策略
1．(2022·浙江6月选考，20)恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，如下表所示，下列说法不正确的是(　　)
编号 时间/min c NH3)/(10－3 mol·L－1) 表面积/cm2 0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.实验①，0～20 min，v(N2)＝1.00×10－5 mol·L－1·min－1
B．实验②，60 min时处于平衡状态，x≠0.40
C．相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D．相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
2．(2021·辽宁，12)某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是(　　)
A．其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大
B．其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大
C．条件①，反应速率为0.012 mol·L－1·min－1
D．条件②，降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L－1时，半衰期为62.5 min
3．(2022·广东，15)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则(　　)
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
第42讲　化学反应速率及影响因素
考点一
归纳整合
1．(1)单位时间内反应物浓度的减少　生成物浓度的增加　mol·L－1·s－1或mol/(L·s)　(2)化学计量数　m∶n∶p∶q
2.　　b－　c＋　 mol·L－1·s－1
mol·L－1·s－1　 mol·L－1·s－1
易错辨析
1．×　2.×　3.×　4.×
专项突破
1．D
2．A　[t1 min时，反应没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像可知，在0～8 min内，X增加了0.6 mol，Y减少了0.9 mol，X、Y变化的物质的量之比为2∶3，则X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系，Y曲线表示H2的物质的量随时间的变化关系，B项正确；0～8 min，v(H2)＝＝0.011 25 mol·L－1·min－1，C项正确；10～12 min，v(NH3)＝＝0.005 mol·L－1·min－1，v(N2)＝＝0.002 5 mol·L－1·min－1，D项正确。]
3．③>①>②>⑤>④
4．30
5.
解析　列出三段式
　　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
初始/mol　　　　4　　　　2　　　0
转化/mol　　　　2　　　　1　　　2
10 min时/mol　　2　　　　1　　　2
恒温恒容下，气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10 min时体系总压p10 min满足＝，即p10 min＝p0 kPa，p初始(SO2)＝p0 kPa，p10 min(SO2)＝p0 kPa×＝p0 kPa，故v(SO2)＝＝ kPa·min－1。
考点二
归纳整合
1．本身的性质　＞
2．增大　减小　不变　增大　减小　气体　增大　减小　增大　相同　比表面积
3．(1)②反应的活化能　E3　E1－E2　(2)增加　增加　不变　增加　增大　增加　增加　不变　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大
易错辨析
1．×　2.×　3.×　4.×　5.×
专项突破
1．①④⑥⑦
2．(1)增大　单位体积内，活化分子数目增加，有效碰撞的次数增多　(2)增大　(3)不变　单位体积内活化分子数不变　(4)减小
3．D
4．C　[实验Ⅰ和实验Ⅱ反应温度相同，实验Ⅱ中加入了1 mL水，根据控制变量法的原则，溶液总体积应保持不变，因而V1＝1，类比分析可得V2＝2，A正确；实验Ⅰ、Ⅲ的温度不同，其他条件相同，因而设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响，B正确；酸性KMnO4溶液呈紫红色，由表中数据可知，草酸溶液过量，KMnO4可反应完全，因而可以用颜色变化来判断反应终点，即实验计时是从溶液混合开始，溶液紫红色刚好褪去时结束，C错误；根据实验Ⅲ中有关数据可知，Δc(KMnO4)＝＝0.005 mol·L－1，v(KMnO4)＝＝＝0.01 mol·L－1·min－1，D正确。]
5．(1)①使用催化剂(其他合理答案也可)　②小于　(2)C
真题演练　明确考向
1．C　[实验①中，0～20 min，v(N2)＝v(NH3)＝×(2.40×10－3 mol·L－1－2.00×10－3 mol·
L－1)÷20 min＝1.00×10－5 mol·L－1·min－1，A正确；催化剂表面积大小只影响反应速率，不影响平衡，实验③中氨气的初始浓度与实验①一样，则实验①达平衡时氨气浓度为4.00×
10－4 mol·L－1，而恒温恒容条件下，实验②相对于实验①为减小压强，平衡正向移动，因此实验②60 min时处于平衡状态，x<0.40，即x≠0.40，B正确；实验①、实验②中0～20 min、20～40 min氨气浓度变化量相同，速率相同，实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍，则相同条件下，增加氨气浓度，反应速率并没有增大，C错误；对比实验①和实验③，氨气浓度相同，实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍，实验③先达到平衡状态，实验③的反应速率大，D正确。]
2．B　[由图中曲线①②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所需要的时间越短，故反应速率越大，A项正确；由图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯的浓度①是③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关，B项错误；条件①，反应速率为v＝＝＝0.012 mol·L－1·min－1，C项正确。]
3．D　[由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物的浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；由图可知，催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好，反应速率大，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，故B错误；由图可知，使用催化剂Ⅱ时，在0～2 min 内Y的浓度变化了2.0 mol·
L－1，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 mol·L－1，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随时间t的变化，故C错误；使用催化剂Ⅰ时，在0～2 min内，Y的浓度变化了4.0 mol·L－1，则v(Y)＝＝2.0 mol·L－1·min－1，v(X)＝v(Y)＝×2.0 mol·L－1·min－1＝1.0 mol·L－1·min－1，故D正确。]

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