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第2章　化学反应的方向、限度与速率
第3节　化学反应的速率
第1课时　化学反应速率
1.了解化学反应速率的概念,会定量表示化学反应速率。2.掌握化学反应速率的简单计算方法,加深对速率概念的理解。3.学会化学反应速率的测定方法,会比较化学反应速率的快慢。
学习目标
一、化学反应是有历程的
知能通关
1.基元反应
(1)能够　　　　完成的反应叫基元反应。大多数化学反应都是由几个基元反应组成的。
一步
H·+O2――→·OH+O·
O·+H2――→·OH+H·
·OH+H2――→H2O+H·
所以说化学反应是有历程的。
2.反应历程
(1)含义:基元反应构成的　　　　　　称为反应历程(又称反应机理)。基元反应的　　　　称为总反应。由几个　　　　　　组成的总反应也称复杂反应。有一些化学反应是反应物一步直接转化为反应产物的,其总反应就是基元反应,这类反应又称为　　　　　　　。
(2)特点:反应不同,反应历程　　　　;同一反应在　　　　条件下的反应历程也可能不同。
反应序列
总和
基元反应
简单反应
不同
不同
下列说法正确的是　　　　。
①所有的化学反应,都是反应物先断键变成单个原子,然后原子再重新结合成新的物质
②所有的化学反应都是分几步完成的
③同一化学反应,不同条件下,可能有不同的反应历程
④H++OH-===H2O既是基元反应又是总反应
小题对点过
③④
平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式,它只能表示出最初的反应物和最终的反应产物以及它们之间的化学计量关系。
3.化学反应速率千差万别的原因
反应历程由反应物的结构和反应条件决定,而反应历程是由诸多基元反应组成的,其中速率最慢的基元反应决定总反应的速率。反应历程的差别造成了化学反应的速率千差万别。
1.(双选)下列是基元反应的是(　　)
解析　H2和O2反应生成H2O大约要经历12步反应才能完成,不属于基元反应,A项错误;B项中反应是H2和O2生成水的反应中的一个基元反应,B项正确;H+和OH-的反应是基元反应,C项正确;O3转化为O2的反应是总反应,要经过几步反应才能完成,不属于基元反应,D项错误。
BC
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A.该反应的反应速率主要取决于反应①
B.NOBr2是该反应的催化剂
C.反应①②是基元反应
D.在不同条件下进行该反应,反应机理不会改变
C
解析　慢反应决定反应速率,所以该反应的反应速率主要取决于反应②,故A项错误;NOBr2是反应过程中的中间产物,不是该反应的催化剂,故B项错误;同一反应,在不同条件下的反应机理可能不同,故D项错误。
3.Cl2+H2===2HCl的反应历程如下:
①Cl2――→2Cl· ②Cl·+H2――→HCl+H·
③H·+Cl2――→HCl+Cl· ④2Cl·――→Cl2
CH3COOC2H5+OH-――→CH3COO-+C2H5OH的反应历程如下:
⑤CH3COOC2H5+OH-――→CH3COO-+C2H5OH
根据上述材料完成下列题目:
(1)在上述反应中,属于基元反应的是(　　)
A.只有① B.只有①②③④ C.只有⑤ D.①②③④⑤
(2)在上述反应中,属于简单反应的是(　　)
A.① B.③ C.Cl2+H2===2HCl D.⑤
(3)在上述反应中,属于复杂反应的是(　　)
A.① B.③ C.Cl2+H2===2HCl D.⑤
D
D
C
解析　基元反应是指反应历程中的每一步反应,即由反应物微粒一步直接实现的反应;简单反应和复杂反应都是针对总反应来说的,只有一个基元反应的总反应叫简单反应,有多个基元反应的总反应叫复杂反应。
4.甲烷气相热分解反应的化学方程式为2CH4――→CH3—CH3+H2,该反应的机理如下:
①CH4――→·CH3+·H;
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
③CH4+H·――→·CH3+H2;
④·CH3+H·――→CH4。
补充反应②的方程式。
·CH3+CH4――→CH3—CH3+H·
解析　烷烃的热分解反应,是典型的自由基反应,自由基反应一般经历链引发、链传递、链终止的过程,故第二步反应属于链传递环节,产物中还有自由基生成,且反应产物有乙烷,故确定反应②的反应原理为·CH3+CH4――→CH3—CH3+H·。
二、化学反应速率
知能通关
1.化学反应速率
改变量
物质
小题对点过
小题对点过
③
0.3
2.化学反应速率的测定
(1)测定原理
物质的某些物理性质(如压强、体积、吸光度、电导率等)与其物质的量或浓度存在函数关系,因此人们常用物理方法,通过准确而快速地测定反应物或反应产物浓度的变化来确定化学反应速率。
(2)测定方法
①量气法:通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率,或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。
②比色法:用分光光度计测量物质对特定波长光波的吸光度,从而测定参与反应的某一物质的浓度,据此计算化学反应速率。
③电导法:根据离子导电能力的差异,可以通过电导率的变化测定反应物中离子浓度的变化,进而计算化学反应速率。
1.(2024·安徽芜湖襄安中学期中)在2 L的恒容密闭容器中,发生反应:2A(g)+B(g)
A
2.(2024·山东师大附中高二期中)一定温度下,向容积为V L的恒容密闭容器中加
C
解析　5 min时,测得C为x mol,则可以列出三段式:
3.用如图所示的实验装置分别进行镁条与X(25 mL 0.2 mol·L-1盐酸)、Y(50 mL
0.1 mol·L-1盐酸)反应的实验,每隔半分钟分别测定反应放出气体的体积(均已换算为标准状况下气体体积)。下列选项中正确表示实验X及Y的结果的是(　　)
A
解析　由于X的盐酸浓度比Y的盐酸浓度大,故与镁反应时X的反应速率大于Y,放出相同体积气体时,X比Y的用时更短,而X中含有的HCl的物质的量与Y中所含的HCl的物质的量相同且镁条均有剩余,故最终生成的H2的量(即体积)相等,上述图像中,A符合题意。
三、化学反应速率的计算与比较
知能通关
1.三段式法计算化学反应速率
求解化学反应速率计算题的一般步骤:
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程计算。
例如,对于反应:mA+nB===pC+qD。A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1。反应进行至t1 s时,A消耗了x mol·L-1,则反应速率可计算如下:
2.化学反应速率大小的比较方法
(1)定性比较
通过明显的实验现象(如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢等),来定性判断化学反应的快慢。
(2)定量比较(统一单位)
①归一法:根据化学反应速率之比等于化学计量数之比,将用不同物质表示的化学反应速率换算为用同一种物质表示的化学反应速率,最后依据数值大小进行比较。
②比值法:可通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的表示的化学反应速率大。
1.对于反应A(g)+3B(g)===2C(g),下列各数据表示不同条件下的反应速率,其中反应进行得最快的是(　　)
A
A.0.1 mol·L-1·min-1 B.0.2 mol·L-1·min-1
C.0.3 mol·L-1·min-1 D.0.6 mol·L-1·min-1
C
解析　设H2的物质的量的变化量为3x mol,根据题意,列出“三段式”:
不正确
0.001 mol·L-1·s-1
课堂 达标训练
1.下列有关化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A.对任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C.化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指反应1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量
解析　不是所有化学反应都有明显的现象,A错误;不是所有的物质都可以用来表示化学反应速率,一般不用固体和纯液体来表示反应速率,因为固体和纯液体的浓度是恒定不变的,B错误;0.8 mol·L-1·s-1指的是1 s内某物质浓度变化量为
0.8 mol·L-1,C错误。
D
2.化学反应是有历程的,下列有关叙述错误的是(　　)
A.所有的化学反应都由多个基元反应构成
B.化学反应不同,反应历程就不相同
C.反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程
D.由多个基元反应构成的化学反应中,其快慢取决于反应历程中的慢反应
解析　某些反应是由多个基元反应构成的而还有一些反应其本身就是1个基元反应,A错误;每个化学反应都有自己独特的反应历程,反应历程互不相同,B正确;反应物的结构和反应条件共同决定该反应的反应历程,C正确;慢反应由于反应时间较长,决定着由多个基元反应构成的化学反应的反应速率,D正确。
A
3.对于反应A(g)+3B(g)===2C(g)+2D(g),下列分别表示不同条件下的反应速率,则反应速率的大小关系正确的是(　　)
①v(A)=0.01 mol·L-1·s-1 ②v(B)=1.20 mol·L-1·s-1·min-1
③v(C)=2.40 mol·L-1·s-1·min-1 ④v(D)=0.02 mol·L-1·s-1
A.②>③>④>① B.③>①=④>②
C.③>④>①=② D.①>④>②>③
B
解析　以A的反应速率为标准,①对应的v(A)=0.01 mol·L-1·s-1=0.60 mol·L-1·min-1;②对应的v(A)=v(B)/3=1.20 mol·L-1·min-1÷3=0.40 mol·L-1·min-1;③对应的v(A)=v(C)/2=2.40 mol·L-1·min-1÷2=1.20 mol·L-1·min-1;④对应的v(A)=v(D)/2=
0.02 mol·L-1·s-1÷2=0.01 mol·L-1·s-1=0.60 mol·L-1·min-1,可知反应速率由大到小的顺序为③>①=④>②,故选B。
4.(2024·天津第九十五中学月考)在容积为2 L的恒容密闭容器中进行如下反应:
A.前5 min内用C表示的化学反应速率v(C)为0.1 mol·L-1·min-1
B.化学方程式中n=1
C.反应达到平衡时3v正(B)=2v逆(C)
D.此反应在两种不同情况下的速率分别表示为①v(B)=6 mol·L-1·min-1、
②v(D)=4.5 mol·L-1·min-1,其中反应速率较快的是②
A
解析　
5.某温度时,在容积为3 L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示,由图中数据分析:
(1)该反应的化学方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)反应开始至2 min末,X的反应速率为
　　　　　　　　　　　。
(3)该反应是由　　　　(填序号)开始的。
①正反应　②逆反应　③正、逆反应同时
0.067 mol·L-1·min-1
③
课后 巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有1个选项符合题意
1.下列说法正确的是(　　)
A.化学反应速率通常用反应物或反应产物的物质的量浓度变化来表示
B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于化学方程式中对应物质的系数之比
C.化学反应速率的单位由时间单位和物质的量的单位决定
D.反应过程中,反应物浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值
B
解析　化学反应速率通常用单位时间内反应物或反应产物的物质的量浓度的变化量来表示,A项错误;化学反应速率单位由时间单位和物质的量浓度的单位决定,C项错误;反应过程中反应物浓度逐渐变小,用反应物或反应产物浓度的变化量表示的化学反应速率均为正值,D项错误。
2.(2024·甘肃武威阶段练习)化学反应速率是通过实验测定的,下列化学反应速率的测定中,测定依据不可行的是(　　)
A
选项 化学反应 测定依据(单位时间内)
A CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) 压强变化
B Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ H2体积
C 4H++4I-+O2===2I2+2H2O c(H+)
D Ba(OH)2+Na2CO3===BaCO3↓+2NaOH 沉淀质量
解析　A.该反应是体积不变的反应,反应前后压强始终不变,不能用压强变化来测定化学反应速率,故A符合题意;B.单位时间内生成氢气的体积多少可以表明反应进行快慢,单位时间内H2体积变化多,速率快,故B不符合题意;C.该反应过程中氢离子浓度减小,可测定单位时间内c(H+)减少量,减少得越多,反应速率越快,故C不符合题意;D.单位时间内产生的碳酸钡沉淀的质量越高,速率越快,故D不符合题意。
3.(2024·北京阶段练习)已知4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g),若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示,则正确的关系是(　　)
D
B
5.某温度下,浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成Z,反应
2 min后,测得参加反应的X2为0.6 mol·L-1,用Y2表示的反应速率v(Y2)=
0.1 mol·L-1·min-1,生成的c(Z)=0.4 mol·L-1,则该反应的化学方程式为(　　)
A.X2+2Y2===2XY2 B.2X2+Y2===2X2Y
C.3X2+Y2===2X3Y D.X2+3Y2===2XY3
解析　|Δc(Y2)|=v(Y2)·Δt=0.1 mol·L-1·min-1×2 min=0.2 mol·L-1,X2、Y2、Z变化的物质的量浓度之比为0.6∶0.2∶0.4=3∶1∶2,则化学方程式为3X2+Y2===2Z,再根据质量守恒,可得3X2+Y2===2X3Y,C正确。
C
6.(2025·云南文山期中)γ-丁内酯用于生产环丙烷、吡咯烷酮等药品,也可作为工业溶剂使用。由γ-羟基丁酸生成γ-丁内酯的反应如下:HOCH2CH2CH2COOH(aq)
t/min 50 80 100 120 160 ∞
c/(mol·L-1) 0.05 0.07 0.08 0.09 0.10 0.13
A.该温度下,反应平衡常数为2.6
B.120 min时,γ-羟基丁酸转化率为50%
C.160 ~200 min的平均反应速率小于120 ~160 min 的平均反应速率
D.从反应后的混合溶液中分离γ-丁内酯可用分液的方法
答案　D
7.(2024·湖南株洲期中)在5 L密闭恒容容器中投入1 mol NH3和1 mol O2,发生反应4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g),2 min NO的物质的量增加了0.4 mol,下列说法错误的是(　　)
A.开始时刻与2 min时容器内压强之比为9∶10
B.用氧气表示2 min内平均反应速率:v(O2)=0.05 mol·L-1·min-1
C.2 min内NH3的转化率是40%
D.当容器内混合气体密度不再发生变化时不可判断反应已达化学平衡状态
A
8.(2024·陕西阶段练习)某小组为了测定化学反应速率,并研究外界条件对化学反应速率的影响,进行了如下实验:
Ⅰ.甲同学利用下图所示装置测定化学反应速率,借助秒表测量量气管内液面不再变化时所需的时间,同时读取量气管在反应前后的液面差,计算该反应的速率。
回答下列问题:
(1)蒸馏烧瓶中发生反应的离子方程式为
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
橡皮管a的作用除平衡压强使液体顺利滴下外,还有一个作用是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)试剂X为　　　　　　　　　　　;实验结束后,先恢复到室温,再
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(填实验操作),
最后视线与凹液面的最低处相平,读取数据。
避免液体滴入蒸馏烧瓶对气体体积测量引起的误差
饱和NaHCO3溶液
上下移动量气管,使左右两边液面相平
Ⅱ.乙同学设计如下实验探究高锰酸钾的浓度对反应速率的影响,并测定反应速率。
实验 ① ② ③
温度/℃ 25 25 25
0.05 mol·L-1 KMnO4溶液的体积/mL 1.0 1.5 2.0
0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液的体积/mL 2.0 2.0 2.0
6 mol·L-1 H2SO4的体积/mL 2.0 2.0 2.0
水的体积/mL 5.0 a 4.0
溶液褪色的时间/min 2.5 3.0 溶液颜色变浅,但不褪去
(3)a=　　　　。
(4)利用实验①中数据,计算用KMnO4表示的化学反应速率为　　　　 mol·L-1·
min-1,反应速率①　　　　②(填“>”“<”或“=”)。
4.5
0.002
<
B级　素养培优练
选择题有1个或2个选项符合题意
9.某实验团队对乙二醛(OHC—CHO)与O2的反应机理进行模拟探究,相对能量随反应历程的变化图像如图所示(路径1和路径1-1前半部分折线重叠)。下列说法不正确的是(　　)
BC
A.乙二醛与O2反应至少可能出现三种有
机产物
B.对比路径1和路径1-1,路径1-1更易实现
C.路径2中决速步骤发生在最后一步
D.利用HCOOH和CO2合成HOOCCOOH,
整个过程需要吸收能量
解析　由题图知,路径1得到OHC—COOH,路径2得到HCOOH,路径1-1得到HOOC—COOH,A说法正确;在相对能量为146.1 kJ·mol-1的点之后,体系放出能量形成路径1,而体系需要吸收额外的能量形成路径1-1,所以路径1-1更难实现,B说法错误;活化能越大,化学反应速率越小,同时决速步骤发生在慢反应阶段,所以路径2的决速步骤发生在第一步0→274.2 kJ·mol-1,C说法错误;从题图中数据可知, HCOOH和CO2的能量为-494.5 kJ·mol-1,HOOC—COOH的能量为-454.2 kJ·mol-1,所以由HCOOH和CO2合成HOOC—COOH,整个过程需要吸收能量,D说法正确。
温度 T1 ℃ T2 ℃
时间/min 0 5 10 15 20 25 30
n(CO)/mol 2.00 1.16 0.80 0.80 0.50 0.40 0.40
n(N2)/mol 0 0.42 0.60 0.60 0.75 0.80 0.80
下列说法正确的是(　　)
A.0~5 min内,用NO表示的平均反应速率为0.168 mol·L-1·min-1
B.T1>T2
C.以CO表示的正反应速率,25 min时大于15 min时
D.其他条件不变,改为1 L容器,30 min时测得的n(CO)一定小于0.40 mol
BD
11.向2 L密闭容器中通入a mol气体A和b mol气体B,在一定条件下发生反应:
(3)

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