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2024年高考化学一轮复习 第43讲 化学反应速率与反应历程 学案（含答案）
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这是一份2024年高考化学一轮复习 第43讲 化学反应速率与反应历程 学案（含答案），共10页。
考点一 基元反应 过渡态理论
1．基元反应
反应物分子经过__________就转化为产物分子的反应，称为基元反应。
2．对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律。
3．许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I2I＋I(快)
②H2＋2I===2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
4．过渡态理论
如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。
(1)该反应的反应物为____，中间体为____，生成物为____。
(2)由A、B生成C的反应为____(填“吸”或“放”，下同)热反应，由C生成D的反应为____热反应，总反应为____热反应。
(3)第一步为____(填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为____反应，决定总反应快慢的是第____步反应。
一、反应机理——快反应与慢反应
1．甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)：
①Cl2光照eq \(――→,\s\up7(光照))2Cl·(慢反应)
②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反应)
③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反应)
④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反应)
已知在一个分步反应中，较慢的一步反应控制总反应的速率。下列说法不正确的是( )
A．上述过程的总反应方程式为CH4＋Cl2eq \(―→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl
B．光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快
C．反应②～④都是由微粒通过碰撞而发生的反应
D．反应①是释放能量的反应
2．如图是CH4与Zr形成过渡金属化合物的过程。下列说法正确的是( )
A．加入合适的催化剂待反应完成时可增大过渡金属化合物的产率
B．Zr＋CH4―→CH3—Zr…H的活化能为99.20 kJ·ml－1
C．整个反应的快慢由状态1前→CH3—Zr…H的反应快慢决定
D．Zr＋CH4―→CH—Zr…H3 ΔH＝－39.54 kJ·ml－1
二、速率常数与速率方程
3．工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
由上述数据可得该温度下，c2＝______，该反应的逆反应速率常数k＝______ L3·ml－3·min－1。
4．300 ℃时，2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得正反应速率和浓度的关系如下表：
n＝________；k＝________________。
考点二 多因素影响下的速率图像分析
1．常考影响化学反应速率的因素：浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。
2．随着时间的推移，反应物浓度减小，反应速率减小。
3．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，物质转化率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。
4．速率图像分析的一般方法
(1)看清关键点：起点、终点和变化点。
(2)看清变化趋势。
(3)综合分析反应原理，如有的反应放热造成温度升高，反应速率加快；有的反应生成的金属与原金属形成原电池，反应速率加快；有的反应物浓度减小，反应速率减慢；有的反应生成物中有催化剂，反应速率加快；有的反应温度过高，造成催化剂失去活性，反应速率减慢等。
一、温度与浓度的双重影响
1.把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 ml·L－1盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成氢气的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。
回答下列问题：
(1)O→a段不生成氢气的原因是___________________________________________________。
(2)b→c段生成氢气的速率增加较快的主要原因可能是________________________________。
(3)t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是____________________________________。
二、温度与选择性的双重影响
2．丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g) ΔH＝123 kJ·ml－1。
如图为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是______________________________；
590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________。
3．汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
Ⅰ.NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ.CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ.NO*===N*＋O*
Ⅳ.CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ.N*＋N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ.NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是__________________
_______________________________________________________________________________。
(2)图2中T2 ℃时反应Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
1．(2022·北京，14)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是( )
A．反应①为CaO＋CO2===CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))CaO＋2CO＋2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))C＋2H2
C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
2．[2021·江苏，18(3)节选]甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)＝1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO的转化率随温度变化的曲线如图所示。
当催化氧化温度超过150 ℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
将一定比例的O2、NH3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NOx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，NOx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，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________________。
第43讲 化学反应速率与反应历程
考点一
归纳整合
1．一次碰撞
4．(1)A、B C D (2)吸 放 放 (3)慢 快 一
专项突破
1．D 2.B
3．0.2 1.0×104
解析 根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：
(c1 ml·L－1)3＝eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)，c2 ml·L－1＝eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)，所以有k×eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)×eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)＝16.0 ml·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·ml－3·
min－1，代入c2的等式可得c2＝0.2。
4．2 4.0×10－8 L·ml－1·s－1
解析 根据表格①②中的数据，代入正反应速率表达式然后做比值：eq \f(3.60×10－9,1.44×10－8)＝eq \f(k×0.30n,k×0.60n)，解得n＝2，将n和①或②或③中数据代入正反应速率表达式得k＝4×10－8 L·ml－1·s－1。
考点二
专项突破
1．(1)铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到盐和水，无氢气放出
(2)反应放热，溶液温度升高，反应速率加快(或反应产生的铝离子是该反应的催化剂)
(3)随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度逐渐降低
2．升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动 丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
3．(1)温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快 (2)> Ⅳ
解析 (1)由图1可知，温度升高，反应物的消耗量增大，说明催化剂的活性增强，反应速率加快。
(2)由图2可知，T2 ℃时，N2的浓度小于N2O的浓度，说明反应Ⅴ的反应速率小于反应Ⅵ的反应速率，则反应Ⅴ的活化能大于反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时，生成物二氧化碳的浓度最大，说明发生的主要反应为反应Ⅳ。
真题演练 明确考向
1．C [由题中图1所示信息可知，反应①为CaO＋CO2===CaCO3，反应②为CaCO3＋CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))CaO＋2CO＋2H2，A正确；由题中图2信息可知，t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2的速率不变，且反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳，故可能发生副反应：CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))C＋2H2，B正确；由反应②的化学方程式可知，H2和CO的反应速率相等，而t2时，H2的反应速率未变，仍然为2 mml·min－1，而CO的反应速率为1～2 mml·min－1，故能够说明副反应生成H2的速率小于反应②生成H2速率，C错误；由图2可知，t3之后，CO的速率为0，CH4的速率逐渐增大至1 mml·min－1，说明反应②不再发生，而后副反应逐渐停止，D正确。]
2．高温下，Cu(＋2价)或Cu(＋1价)被H2还原为金属Cu
3．迅速上升段是催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使 NOx 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；NH3 与O2反应生成了NO
CO浓度/(ml·L－1)
H2浓度/(ml·L－1)
逆反应速率/(ml·L－1·min－1)
0.1
c1
8.0
c2
c1
16.0
c2
0.15
6.75
序号
c(ClNO)/(ml·L－1)
v正/(ml·L－1·s－1)
①
0.30
3.60×10－9
②
0.60
1.44×10－8
③
0.90
3.24×10－8
考点一 基元反应 过渡态理论
1．基元反应
反应物分子经过__________就转化为产物分子的反应，称为基元反应。
2．对于基元反应aA＋bB===gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律。
3．许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。例如H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I2I＋I(快)
②H2＋2I===2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
4．过渡态理论
如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。
(1)该反应的反应物为____，中间体为____，生成物为____。
(2)由A、B生成C的反应为____(填“吸”或“放”，下同)热反应，由C生成D的反应为____热反应，总反应为____热反应。
(3)第一步为____(填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为____反应，决定总反应快慢的是第____步反应。
一、反应机理——快反应与慢反应
1．甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)：
①Cl2光照eq \(――→,\s\up7(光照))2Cl·(慢反应)
②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反应)
③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反应)
④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反应)
已知在一个分步反应中，较慢的一步反应控制总反应的速率。下列说法不正确的是( )
A．上述过程的总反应方程式为CH4＋Cl2eq \(―→,\s\up7(光))CH3Cl＋HCl
B．光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快
C．反应②～④都是由微粒通过碰撞而发生的反应
D．反应①是释放能量的反应
2．如图是CH4与Zr形成过渡金属化合物的过程。下列说法正确的是( )
A．加入合适的催化剂待反应完成时可增大过渡金属化合物的产率
B．Zr＋CH4―→CH3—Zr…H的活化能为99.20 kJ·ml－1
C．整个反应的快慢由状态1前→CH3—Zr…H的反应快慢决定
D．Zr＋CH4―→CH—Zr…H3 ΔH＝－39.54 kJ·ml－1
二、速率常数与速率方程
3．工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
由上述数据可得该温度下，c2＝______，该反应的逆反应速率常数k＝______ L3·ml－3·min－1。
4．300 ℃时，2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为v正＝k·cn(ClNO)，测得正反应速率和浓度的关系如下表：
n＝________；k＝________________。
考点二 多因素影响下的速率图像分析
1．常考影响化学反应速率的因素：浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。
2．随着时间的推移，反应物浓度减小，反应速率减小。
3．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，物质转化率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。
4．速率图像分析的一般方法
(1)看清关键点：起点、终点和变化点。
(2)看清变化趋势。
(3)综合分析反应原理，如有的反应放热造成温度升高，反应速率加快；有的反应生成的金属与原金属形成原电池，反应速率加快；有的反应物浓度减小，反应速率减慢；有的反应生成物中有催化剂，反应速率加快；有的反应温度过高，造成催化剂失去活性，反应速率减慢等。
一、温度与浓度的双重影响
1.把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 ml·L－1盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成氢气的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。
回答下列问题：
(1)O→a段不生成氢气的原因是___________________________________________________。
(2)b→c段生成氢气的速率增加较快的主要原因可能是________________________________。
(3)t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是____________________________________。
二、温度与选择性的双重影响
2．丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g) ΔH＝123 kJ·ml－1。
如图为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是______________________________；
590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________。
3．汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
Ⅰ.NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ.CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ.NO*===N*＋O*
Ⅳ.CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ.N*＋N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ.NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是__________________
_______________________________________________________________________________。
(2)图2中T2 ℃时反应Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
1．(2022·北京，14)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是( )
A．反应①为CaO＋CO2===CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))CaO＋2CO＋2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))C＋2H2
C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
2．[2021·江苏，18(3)节选]甲烷是重要的资源，通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)＝1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器，CO的转化率随温度变化的曲线如图所示。
当催化氧化温度超过150 ℃时，催化剂的催化活性下降，其可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
将一定比例的O2、NH3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NOx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，NOx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，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________________________。
第43讲 化学反应速率与反应历程
考点一
归纳整合
1．一次碰撞
4．(1)A、B C D (2)吸 放 放 (3)慢 快 一
专项突破
1．D 2.B
3．0.2 1.0×104
解析 根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：
(c1 ml·L－1)3＝eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)，c2 ml·L－1＝eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)，所以有k×eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)×eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)＝16.0 ml·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·ml－3·
min－1，代入c2的等式可得c2＝0.2。
4．2 4.0×10－8 L·ml－1·s－1
解析 根据表格①②中的数据，代入正反应速率表达式然后做比值：eq \f(3.60×10－9,1.44×10－8)＝eq \f(k×0.30n,k×0.60n)，解得n＝2，将n和①或②或③中数据代入正反应速率表达式得k＝4×10－8 L·ml－1·s－1。
考点二
专项突破
1．(1)铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到盐和水，无氢气放出
(2)反应放热，溶液温度升高，反应速率加快(或反应产生的铝离子是该反应的催化剂)
(3)随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度逐渐降低
2．升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动 丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
3．(1)温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快 (2)> Ⅳ
解析 (1)由图1可知，温度升高，反应物的消耗量增大，说明催化剂的活性增强，反应速率加快。
(2)由图2可知，T2 ℃时，N2的浓度小于N2O的浓度，说明反应Ⅴ的反应速率小于反应Ⅵ的反应速率，则反应Ⅴ的活化能大于反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时，生成物二氧化碳的浓度最大，说明发生的主要反应为反应Ⅳ。
真题演练 明确考向
1．C [由题中图1所示信息可知，反应①为CaO＋CO2===CaCO3，反应②为CaCO3＋CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))CaO＋2CO＋2H2，A正确；由题中图2信息可知，t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2的速率不变，且反应过程中始终未检测到CO2，在催化剂上有积碳，故可能发生副反应：CH4eq \(=====,\s\up7(催化剂))C＋2H2，B正确；由反应②的化学方程式可知，H2和CO的反应速率相等，而t2时，H2的反应速率未变，仍然为2 mml·min－1，而CO的反应速率为1～2 mml·min－1，故能够说明副反应生成H2的速率小于反应②生成H2速率，C错误；由图2可知，t3之后，CO的速率为0，CH4的速率逐渐增大至1 mml·min－1，说明反应②不再发生，而后副反应逐渐停止，D正确。]
2．高温下，Cu(＋2价)或Cu(＋1价)被H2还原为金属Cu
3．迅速上升段是催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使 NOx 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；NH3 与O2反应生成了NO
CO浓度/(ml·L－1)
H2浓度/(ml·L－1)
逆反应速率/(ml·L－1·min－1)
0.1
c1
8.0
c2
c1
16.0
c2
0.15
6.75
序号
c(ClNO)/(ml·L－1)
v正/(ml·L－1·s－1)
①
0.30
3.60×10－9
②
0.60
1.44×10－8
③
0.90
3.24×10－8
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