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文档介绍
高2021届高2018级高中化学第一轮复习配套学案第七章第22讲
第 22 讲 化学反应速率 考纲要求 1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。 2.了解反应活化能的概念 ,了解催化 剂的重要作用。 3.理解外界条件 (浓度、温度、压强、催化剂等 )对反应速率的影响 ,能用相关 理论解释其一般规律。 4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作 用。 1.含义 化学反应速率是用来衡量化学反应快慢的物理量。 2.常用表示方法及计算 3.化学反应速率与化学计量数的关系 同一反应在同一时间内 ,用不同物质来表示的反应速率可能不同 ,但反应速率的数值之比等于 这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。 如在反应 aA(g) ＋bB(g) cC(g)＋ dD(g) 中 ,存在 v(A) ∶ v(B) ∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。 4.化学反应中各物质浓度的计算模式 —— “ 三段式 ” (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式计算。 例如：反应 mA(g) ＋ nB(g) pC(g) 起始浓度 /mol ·L －1 a b c 转化浓度 /mol ·L －1 x nx m px m 某时刻浓度 /mol ·L － 1 a－ x b－nx m c＋px m (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)对于任何化学反应来说 ,都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反 应速率 (×) 【解析】 对于一些化学反应也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的 变化量来表示化学反应速率。 (3)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率 ,生成物浓度的变化量表示逆反应速率 (× ) (4)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(×) (5)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 (√ ) (6)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 (× ) 题组一 化学反应速率的计算与比较 1.(2019 ·郑州质检 )对于可逆反应 A(g) ＋3B(s) 2C(g) ＋2D(g), 在不同条件下的化学反应速率 如下 ,其中表示的反应速率最快的是 ( ) A.v(A) ＝0.5 mol ·L －1·min －1 B.v(B)＝1.2 mol ·L －1·s－1 C.v(D)＝0.4 mol ·L －1·min －1 D.v(C)＝0.1 mol ·L －1·s －1 答案 D 【解析】 本题可以采用归一法进行求解 ,通过方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速 率换算成同一物质表示的反应速率进行比较 ,B 物质是固体 ,不能表示反应速率； C 项中对应的 v(A) ＝0.2 mol ·L － 1·min － 1；D 项中对应的 v(A) ＝3 mol ·L －1·min －1。 2.(2019 ·西安模拟 )将 6 mol CO 2 和 8 mol H 2 充入一容积为 2 L 的密闭容器中 (温度保持不变 )发 生反应 CO2(g)＋3H 2(g) CH3OH(g) ＋H2O(g) ΔH＜0。测得 H2 的物质的量随时间变化如图 所示 (图中字母后的数字表示对应的坐标 )。该反应在 8～ 10 min 内 CO2 的平均反应速率是 ( ) A.0.5 mol ·L －1·min － 1 B.0.1 mol ·L －1·min －1 C.0 mol ·L －1·min －1 D.0.125 mol ·L －1·min －1 答案 C 【解析】 由图可知 ,在 8～10 min 内,H 2 的物质的量都是 2 mol,因此 v(H 2)＝ 2 mol－2 mol 2 L×2 min ＝ 0 mol ·L －1·min－1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比 ,v(CO2)＝ 1 3v(H2)＝0 mol ·L －1·min－1, 故 C 项正确。 3.硝基苯甲酸乙酯在 OH －存在下发生水解反应： O2NC 6H4COOC 2H 5＋OH － O2NC 6H 4COO － ＋ C2H 5OH, 两种反应物的初始浓度均为 0.050 mol ·L －1,15 ℃时测得 O2NC 6H 4COOC 2H5 的转化率 α随时间变化的数据如表所示 ,回答下列问 题： t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800 α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0 (1)列式计算该反应在 120～180 s 与 180～240 s 区间的平均反应速率 ________________、 __________________。 (2)比较两者大小可得出的结论是 ________________________________________________ 。 答案 (1) v＝0.050 mol ·L －1× 41.8%－33.0% 180－ 120 s ≈7.3×10－5 mol ·L －1·s－ 1 v＝ 0.050 mol ·L－1× 48.8%－41.8% 240－180 s ≈ 5.8×10－ 5 mol ·L －1·s－1 (2)随反应的进行 ,反应物浓度降低 ,反应速率减慢 【解析】 (1)注意 “列式计算 ”的要求是既要列出规范的计算式 ,又要计算出结果。 (2)是要求考生进行比较分析 ,120～180 s 时间段速率大是因为反应物浓度大 ,180～ 240 s 时间 段速率小是因为反应物浓度小 ,即随着反应进行 ,反应物浓度降低 ,反应速率减慢。 1.化学反应速率计算的一般方法 (1)定义式法：找出各物质的起始量、某时刻量 ,求出转化量 ,利用定义式 v＝Δc Δt＝ Δn V·Δt来计算。 (2)用已知物质的反应速率 ,计算其他物质表示的反应速率 —— 关系式法。 化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。 2.比较反应速率大小的常用方法 (1)换算成同一物质、同一单位表示 ,再比较数值的大小。 (2)比较化学反应速率与化学计量数的比值 ,即对于一般反应 aA ＋bB===cC＋ dD,比较 v A a 与 v B b ,若 v A a ＞v B b ,则 A 表示的反应速率比 B 的大。 题组二 用其他物理量改变表示的化学反应速率 4.合金贮氢材料具有优异的吸氢性能 ,在配合氢能的开发中起到重要作用。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。 答案 30 【解析】 吸氢速率 v＝ 240 mL 2 g×4 min ＝30 mL·g－1·min －1。 5.在新型 RuO2 催化剂作用下 ,使 HCl 转化为 Cl 2 的反应 2HCl(g) ＋ 1 2O2(g) H2O(g)＋Cl 2(g) 具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中 n(Cl 2)的数据如下： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl 2)/10 －3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2 计算 2.0～6.0 min 内以 HCl 的物质的量变化表示的反应速率 (以 mol·min－1 为单位 ,写出计算过 程)。 答案 解法一 2.0～6.0 min 时间内 ,Δn(Cl 2)＝5.4×10 －3 mol－1.8×10 －3 mol ＝3.6×10 －3 mol, v(Cl 2)＝ 3.6× 10－3 mol 4 min ＝9.0× 10－4 mol ·min －1 所以 v(HCl) ＝2v(Cl 2)＝ 2×9.0×10－4 mol ·min － 1＝1.8×10－3 mol ·min －1。 解法二 HCl 转化的物质的量为 n,则 2HCl(g) ＋ 1 2O2(g) H2O(g)＋Cl 2(g) 2 1 n (5.4－1.8)×10－3 mol 解得 n＝7.2×10－ 3 mol, 所以 v(HCl) ＝7.2× 10－3 mol 6.0－2.0 min ＝1.8×10－3 mol ·min － 1。 6.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 ,而气态物质分压＝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。 答案 p0 30 【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/mol 2 1 2 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 p0kPa p10 min ＝6 mol 5 mol ,即 p10 min＝5 6 p0 kPa,p 初始 (SO2)＝ 2 3 p0 kPa,p10 min(SO2)＝5 6 p0× 2 5＝1 3 p0 kPa,故 v(SO2)＝ (2 3 p0 kPa－1 3 p0 kPa) ÷10 min＝ 1 30 p0 kPa ·min －1。 1.内因 反应物本身的性质是主要因素。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.用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响 图像 图像分析 (1)其他反应条件一定 ,化学反应速率随反应物浓度增大而增 大 (2)其他反应条件一定 ,化学反应速率随温度的升高而增大 (3)有气体参加的反应 ,化学反应速率随着压强增大而增大 (4)有气体参加的反应 ,化学反应速率随着容器体积的增大而 减小 (5)分别在较低温度和较高温度下反应 ,化学反应速率随着压 强的增大及温度的升高而增大 4.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。 ②活化能：如图 图中： E1 为正反应的活化能 ,使用催化剂时的活化能为 E3,反应热为 E1－E2。(注： E2 为逆反应 的活化能 ) 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 [解疑释惑 ] 稀有气体对反应速率的影响 A(g) ＋B(g) C(g),恒温恒容 ,充入氦气 ,对反应速率有何影响？恒温恒压 ,充入氦气 ,对反应速 率又有何影响？ 理解应用 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 N 2： __________。 (3)恒容充入 He：__________,原因是 _______________________________________ ________________________________________________________________________ 。 (4)恒压充入 He：__________。 答案 (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 ,因而反应速率增大 (2) 增大 (3) 不变 单位体积内活化分子数不变 ,因而反应速率不变 (4)减小 (1)催化剂都不参加化学反应 (× ) (2)升高温度时 ,不论正反应是吸热还是放热 ,正、逆反应的速率都增大 (√) (3)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气 ,滴入少量硫酸铜能够提高反应速率 (√) (4)已知反应 A 2(g)＋2B 2(g) 2AB 2(g)的 ΔH>0,升高温度可缩短达到平衡的时间 (√) (5)碳酸钙与盐酸反应的过程中 ,再增加 CaCO3 固体 ,可以加快反应速率 (×) (6)增大反应体系的压强 ,反应速率一定增大 (×) (7)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 (×) (8)加热使反应速率增大的原因之一是活化分子百分数增大 (√) (9)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 (× ) 题组一 影响化学反应速率的因素 1.10 mL 浓度为 1 mol ·L －1 的盐酸与过量的锌粉反应 ,若加入适量的下列溶液 ,能减慢反应速率 但又不影响氢气生成量的是 ( ) ①K 2SO4 ②CH3COONa ③ CuSO4 ④Na2CO3 A.①② B.①③ C.③④ D.②④ 答案 A 【解析】 K 2SO4 溶液对盐酸起稀释作用 ,使反应速率降低 ,但不影响 H＋的总物质的量 ,故不影 响生成 H 2 的物质的量 ,①正确； CH 3COONa 溶液中的 CH 3COO －结合盐酸中的 H ＋生成弱酸 CH 3COOH, 降低了 H ＋ 浓度 ,随着反应的进行 ,CH 3COOH 又逐渐电离出 H ＋ ,不影响 H ＋ 的总物质 的量 ,故不影响生成 H2 的物质的量 ,②正确； CuSO4 会与 Zn 发生置换反应 ,铜附着在 Zn 表面 , 形成原电池 ,加快产生氢气的速率 ,③错误； Na2CO3 与 HCl 发生反应 2H ＋＋CO2－ 3 ===H 2O＋ CO2↑,减小了 H ＋的总物质的量 ,虽然能够降低反应速率 ,但同时也减少了氢气的总量 ,④错误。 2.某温度下 ,在容积一定的密闭容器中进行如下反应： 2X(g) ＋Y(g) Z(g) ＋W(s) ΔH>0。下 列叙述正确的是 ( ) A.向容器中充入氩气 ,反应速率不变 B.加入少量 W,逆反应速率增大 C.升高温度 ,正反应速率增大 ,逆反应速率减小 D.将容器的容积压缩 ,可增大单位体积内活化分子的百分数 ,有效碰撞次数增大 答案 A 【解析】 向恒容容器中充入氩气 ,各反应组分的浓度不变 ,反应速率不变 ,A 项正确； W 为固 态 ,加入少量 W,反应速率不变 ,B 项错误；升高温度 ,正、逆反应速率均增大 ,C 项错误；将容器 的容积压缩 ,可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数 ,但活化分子百分数不变 ,D 项错 误。 3.下列表格中的各种情况 ,可以用对应选项中的图像表示的是 ( ) 选项 反应 甲 乙 A 外形、大小相近的金属和水反应 Na K B 4 mL 0.01 mol ·L －1 KMnO 4 溶液分别和不同浓 度的 2 mL H 2C2O4(草酸 )溶液反应 0.1 mol ·L －1 的 H 2C2O4 溶液 0.2 mol ·L－ 1 的 H 2C2O4 溶液 C 5 mL 0.1 mol ·L －1 Na2S2O3 溶液和 5 mL 0.1 热水 冷水 mol ·L－ 1 H2SO4 溶液反应 D 5 mL 4% 的过氧化氢溶液分解放出 O2 无 MnO 2 粉末 加 MnO 2 粉末 答案 C 【解析】 由于 K 比 Na 活泼 ,故大小相同的金属 K 和 Na 与水反应 ,K 的反应速率更快 ,又由于 Na、K 与 H2O 反应均为放热反应 ,随着反应的进行 ,放出大量的热 ,反应速率逐渐加快 ,A 项不正 确；由于起始时乙中 H 2C2O4 浓度大 ,故其反应速率比甲中快 ,B 项不正确；由于甲反应是在热 水中进行的 ,温度高 ,故甲的反应速率大于乙 ,随着反应的进行 ,反应物浓度逐渐减小 ,故甲、 乙中 反应速率逐渐减小 ,C 项正确； MnO 2 在 H 2O2 的分解过程中起催化作用 ,故乙的反应速率大于 甲 ,D 项不正确。 题组二 催化剂、活化能与转化效率 4.(2020 ·天津一中调研 )已知分解 1 mol H 2O2 放出热量 98 kJ,在含少量 I－的溶液中 ,H 2O2 分解的 机理为 H2O2＋ I－―→ H2O＋IO － 慢 H2O2＋ IO －―→H2O＋O2＋I－ 快 下列有关该反应的说法正确的是 ( ) A.反应速率与 I －浓度有关 B.IO － 也是该反应的催化剂 C.反应活化能等于 98 kJ ·mol －1 D.v(H 2O2)＝v(H2O)＝ v(O2) 答案 A 【解析】 A 项 ,将题给两个反应合并可得总反应为 2H 2O2===2H 2O＋O2↑,该反应中 I － 作催化 剂,其浓度的大小将影响该反应的反应速率； B 项 ,该反应中 IO－是中间产物 ,不是该反应的催化 剂； C 项 ,反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量 ,分解 1 mol H 2O2 放出 98 kJ 热量 ,不能据此判断该反应的活化能； D 项 ,由反应速率与对应物质的化学计量数的关系可知 v(H 2O2)＝v(H 2O)＝ 2v(O2)。 5.(2019 ·山东临沂一模 )已知反应 2NO(g) ＋2H 2(g) N2(g)＋2H 2O(g) ΔH＝－ 752 kJ ·mol － 1 的反应机理如下： ①2NO(g) N 2O2(g) (快 ) ②N2O2(g)＋H 2(g) N2O(g)＋H2O(g) (慢 ) ③N2O(g) ＋H2(g) N2(g)＋H 2O(g) (快 ) 下列有关说法错误的是 ( ) A.①的逆反应速率大于②的正反应速率 B.②中 N2O2 与 H 2 的碰撞仅部分有效 C.N 2O2 和 N2O 是该反应的催化剂 D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 答案 C 【解析】 ① 为快反应 ,说明反应物的活化能和生成物的活化能都较小 ,反应更容易发生； ②为 慢反应 ,说明反应物的活化能和生成物的活化能都较大 ,② 中反应物的活化能大于 ①中生成物 的活化能 ,因此 ①的逆反应速率大于 ②的正反应速率 ,A 项正确； ②反应为慢反应 ,反应慢说明 反应的活化能大 ,物质微粒发生碰撞时 ,许多碰撞都不能发生化学反应 ,因此碰撞仅部分有效 ,B 项正确； 反应过程中 N 2O2 和 N2O 是中间产物 ,不是催化剂 ,C 项错误； 总反应为放热反应 ,则总 反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 ,D 项正确。 6.[2018 ·江苏 ,20(4)]将一定比例的 O2、NH 3 和 NOx 的混合气体 ,匀速通入装有催化剂 M 的反应 器中反应 (装置见图 1)。 反应相同时间 NO x的去除率随反应温度的变化曲线如图 2 所示 ,在 50～250 ℃范围内随着温度 的升高 ,NO x 的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是 _________________________ _______________________________________________________________________________ ； 当反应温度高于 380 ℃时 ,NO x 的去除率迅速下降的原因可能是 ________________________ 。 答案 迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大 ,与温度升高共同使 NO x 去除反应速率迅速 增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的 NOx 去除反应速率增大 催化剂活性下降； NH 3 与 O2 反应生成了 NO 【解析】 温度升高 ,反应速率增大 ,同时催化剂的活性增大也会提高反应速率。 一段时间后催 化剂活性增大幅度变小 ,主要是温度升高使反应速率增大。 当温度超过一定值时 ,催化剂的活性 下降 ,同时氨气与氧气反应生成 NO 而使反应速率减小。 绝大多数催化剂都有活性温度范围 , 温度太低时 , 催化剂的活性很小 , 反应速率很慢 , 随温度升 高, 反应速率逐渐增大 , 物质转化效率增大 , 温度过高又会破坏催化剂的活性。 1.下列叙述不正确的是 ( ) A.用稀硫酸和锌粒制取 H2 时 ,加几滴 CuSO4 溶液以加快反应速率 (2018 ·全国卷 Ⅲ,10A) B.向 2 支盛有 5 mL 不同浓度 NaHSO3 溶液的试管中同时加入 2 mL 5% H 2O2 溶液 ,观察实验现 象 ,不能达到探究浓度对反应速率的影响的目的 (2018·全国卷 Ⅱ,13D 改编 ) C.在酶催化淀粉水解反应中 ,温度越高淀粉水解速率越快 (2018 ·江苏 ,10D) D.下图是室温下 H 2O2 催化分解放出氧气的反应中 c(H 2O2)随反应时间变化的曲线 ,说明随着反 应的进行 H2O2 分解速率逐渐减小 (2018 ·江苏 ,13B) 答案 C 【解析】 可形成锌铜原电池 ,加快反应速率 ,A 正确；反应的离子方程式为 HSO － 3 ＋ H2O2===SO2－ 4 ＋H ＋＋ H2O,这说明反应过程中没有明显的实验现象 ,因此无法探究浓度对反应 速率的影响 ,B 正确；温度过高可能使酶 (一种蛋白质 )变性 ,失去生理活性 ,C 错误；根据图像 , 随着时间的推移 ,c(H 2O2)变化趋于平缓 ,随着反应的进行 H2O2分解速率逐渐减小 ,D 正确。 2.(2019 ·浙江 4 月选考 ,22)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的 c(H ＋ )或弱碱的 c(OH － ),油脂 在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比 ,下列说法不正确的是 ( ) A.高温高压液态水中 ,体系温度升高 ,油脂水解反应速率加快 B.高温高压液态水中 ,油脂与水的互溶能力增强 ,油脂水解反应速率加快 C.高温高压液态水中 ,c(H ＋)增大 ,可催化油脂水解反应 ,且产生的酸进一步催化水解 D.高温高压液态水中的油脂水解 ,相当于常温下在体系中加入了相同 c(H＋ )的酸或相同 c(OH － ) 的碱的水解 答案 D 【解析】 体系温度升高 ,油脂水解反应速率加快 ,A 正确；高温高压液态水中 ,油脂与水的互 溶能力增强 ,增大了油脂分子与水分子的接触 ,水解反应速率加快 ,B 正确；高温高压液态水 中 ,c(H＋ )增大 ,可催化油脂水解反应 ,且产生的酸进一步催化水解 ,C 正确； 高温高压下的液态水 , 尽管具有接近常温下弱酸的 c(H＋ )或弱碱的 c(OH － ),但仍然呈中性 ,c(H ＋ )＝c(OH － ),与常温下在油 脂水解时加入相同 c(H ＋)的酸或相同 c(OH －)的碱不相同 ,D 错误。 3.[2019 ·全国卷 Ⅱ ,27(3)]环戊二烯容易发生聚合生成二聚体 ,该反应为可逆反应。不同温度下 , 溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示 ,下列说法正确的是 ____(填标号 )。 A.T1>T2 B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol ·L －1 答案 CD 【解析】 由相同时间内 ,环戊二烯浓度减小量越大 ,反应速率越快可知 ,T1查看更多