2020版高考一轮复习化学新课改省份专用学案：第六章第1课时　点点突破——反应速率及影响因素

第1课时　点点突破——反应速率及影响因素

考点一　化学反应速率的概念及计算

1．化学反应速率

2．化学反应速率计算的万能方法——三段式法

对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1，反应进行至t1s时，A消耗了x mol·L－1，则化学反应速率可计算如下：

　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)

起始/(mol·L－1)          a      b      0       0

转化/(mol·L－1)          x                

t1/(mol·L－1)             a－x  b－        

则：v(A)＝ mol·L－1·s－1，v(B)＝ mol·L－1·s－1，

v(C)＝ mol·L－1·s－1，v(D)＝ mol·L－1·s－1。

3．化学反应速率与化学计量数的关系

对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

如一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6 mol·L－1·s－1，则v(B)＝0.2 mol·L－1·s－1，v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1。

4．化学反应速率的大小比较

(1)归一法

将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。

(2)比值法

将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若＞，则反应速率A＞B。

[对点训练]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(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)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(×)

(3)由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值(×)

(4)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(√)

(5)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(×)

(6)在2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应中，t1、t2时刻，SO3(g)浓度分别是c1、c2，则t1～t2时间内，SO3(g)生成的平均速率为v＝(√)

2．(2015·浙江10月选考)某温度时，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)反应2 s后，NO的浓度减少了0.06 mol·L－1，则以O2表示该时段的化学反应速率是(　　)

A．0.03 mol·L－1·s－1　 B．0.015 mol·L－1·s－1

C．0.12 mol·L－1·s－1  D．0.06 mol·L－1·s－1

解析：选B　v(NO)＝＝0.03 mol·L－1·s－1；v(O2)＝v(NO)＝×0.03 mol·L－1·s－1＝0.015 mol·L－1·s－1。

3．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

解析：选D　采用归一法求解，通过化学方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速率折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。

4．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是(　　)

A．v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1

B．v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1

C．v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1

D．v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1

解析：选C　设4 min时，生成6x mol H2O(g)

4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) n(总)

起始/mol　　　4　　　　3　　 　　0　　　　0　　  7

变化/mol  4x  3x  2x  6x

 4－4x　　3－3x　　　2x　　　 6x　 7＋x

据题意，则有：＝0.4，解得：x＝0.5

则4 min内H2O的变化浓度为Δc(H2O)＝＝1.5 mol·L－1，v(H2O)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1，v(O2)＝0.187 5 mol·L－1·min－1。

考点二　影响化学反应速率的因素

1．影响化学反应速率的因素

(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(只改变一个条件，其他条件不变)

[提醒]　①改变固体或纯液体的量对化学反应速率无影响。

②浓度、温度、压强发生变化或加入催化剂时，正、逆反应速率均增大或减小，如升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。

(3)反应体系条件改变对反应速率的影响

①恒温时：体积缩小压强增大浓度增大反应速率增大。

②恒温恒容时：

a．充入气体反应物总压强增大浓度增大反应速率增大。

b．充入“惰性气体”总压强增大，但各气体分压不变―→各物质的浓度不变―→反应速率不变。

③恒温恒压时：充入“惰性气体”体积增大各反应物浓度减小反应速率减小。

总之，压强改变而对反应速率产生的影响是因为压强改变会引起浓度变化，从而对反应速率产生影响。

2．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，E2为逆反应的活化能，使用催化剂时的活化能为_E3__，反应热为E1－E2。

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

[对点训练]

1．下列说法中正确的是(　　)

A．增大反应物浓度，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大

B．使用合适的催化剂，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大

C．对于任何反应，增大压强都可加快反应速率

D．升高温度，只能增大吸热反应的反应速率

解析：选B　增大反应物浓度和增大气体反应的压强(缩小体积)，不能增大活化分子百分数，只能增大活化分子数；升温和使用催化剂才能增大活化分子百分数；增大压强只能增大有气体参加的反应的反应速率。

2．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)

①增加C的量

②将容器的体积缩小一半

③保持体积不变，充入N2使体系压强增大

④保持压强不变，充入N2使容器体积变大

A．①④　　　　　　　　 B．②③

C．①③  D．②④ 

解析：选C　增大固体的量、恒容时充入惰性气体对反应速率无影响。

3．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不改变化学反应速率的是(　　)

A．缩小体积使压强增大  B．恒容，充入N2

C．恒容，充入He  D．恒压，充入He

解析：选C　A项，气体的物质的量不变，缩小体积，气体的浓度增大，反应速率增大；B项，容积不变，充入N2，使反应物N2的浓度增大，反应速率增大；C项，容积不变，充入He，虽然反应容器内压强增大，但反应物N2、O2、NO的浓度并没有变化，因此不影响反应速率；D项，压强不变，充入He，反应容器的体积必然增大，总压强虽然没变，但N2、O2、NO的浓度减小，反应速率减小。

考点三　“变量控制”实验探究题

该类题目主要探究影响化学反应速率的外界因素，由于外界影响因素较多，若搞清某个因素的影响，均需控制其他因素相同或不变，才能进行实验。因此，控制变量思想在这部分体现较为充分，在近几年高考题中也多有考查，且大多以探究型实验题的形式出现。这类题目以实验为研究手段，尽管涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查考生的基础知识、基本技能、分析能力和实验能力。

 [重难点拨]

1．考查形式

(1)以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对反应的影响。

(2)给出影响化学反应的几种因素，设计实验分析各因素对反应的影响。

2．解题策略

3．注意事项

(1)要选择合适的化学反应，所选择的反应不能太灵敏，也不能太迟钝。

(2)反应物的浓度要适当，不能太大，而探索浓度变量时，浓度间的差别也不能太大。

(3)要有规律地设计不同的反应体系的温度，也要注意物质的相应性质 ，不能选择会引起反应发生变化的体系温度。

(4)对变量要进行适当的组合，组合的一般原则是“变一定多”，即保持其他变量不变，改变其中一个变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对反应的影响。

[考法精析]

考法一　实验方案的评价

[典例1]　(2018·北京高考)(1)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＋________===________＋________＋2I－

(2)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)

　　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：____________

________________________________________________________________________。

[解析]　(1)根据歧化反应的特点，反应ⅰ生成S，则反应ⅱ需生成H2SO4，即I2将SO2氧化为H2SO4，反应的离子方程式为I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(2)①对比实验只能存在一个变量，因实验B比实验A多了H2SO4，则B中KI溶液的浓度应不变，故a＝0.4。②由表中实验现象可知，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。③加入少量I2时，反应明显加快，说明反应ⅱ比反应ⅰ快；D中由反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快。

[答案]　(1)SO2　SO　4H＋

(2)①0.4　②I－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

③反应ⅱ比ⅰ快；D中由反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快

考法二　实验方案的设计

[典例2]　H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。

某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2溶液、0.1 mol·L－1Fe2(SO4)3溶液、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。

(1)写出本实验H2O2分解反应方程式并标明电子转移的方向和数目：________________。

(2)设计实验方案：在不同H2O2浓度下，测定_____________________(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。

(3)设计实验装置，完成如图所示的装置示意图。

(4)参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。

[解析]　(1)双氧水中氧元素的化合价为－1，发生分解反应生成氧气，O2中氧元素的化合价为0，水中氧元素的化合价为－2，所以是自身的氧化还原反应，用单线桥法表示其电子转移的方向和数目：===2H2O＋O2↑。(2)该实验是探究双氧水的分解速率，所以应测定不同浓度双氧水分解时产生氧气的速率，即可以测定相同时间内生成氧气的体积。(3)根据题目给出的限选仪器可以选用导管、水槽、量筒组成气体收集装置。(4)探究时一定要注意变量的控制，即只改变一个变量，才能说明该变量对反应的影响。表格中给出了硫酸铁的量，且体积均相等。而探究的是不同浓度的双氧水分解的速率，所以必须要有不同浓度的双氧水，但题给试剂中只有30%的双氧水，因此还需要蒸馏水，要保证硫酸铁的浓度相同，必须保证两组实验中双氧水和蒸馏水的总体积相同，且两组实验中双氧水和蒸馏水的体积不同两个条件。同时还要记录两组实验中收集相同体积氧气所需时间或相同时间内收集氧气的体积大小。

[答案]　(1)===2H2O＋O2↑

(2)生成相同体积的氧气所需要的时间(或相同时间内，生成氧气的体积)

(3)

(4)

或

[综合训练]

1．某兴趣小组研究含一定浓度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越小氧化率越大

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

解析：选D　由②③可知，温度相同时pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大；Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如氧气的浓度等。

2．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，作对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。

(2)上述反应后草酸被氧化为______________(填化学式)。

(3)实验①和②的结果表明_________________________________________________；

实验①中O～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝____________ mol·L－1·min－1(用代数式表示)。

(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：Fe2＋起催化作用；

假设二：________________；

假设三：________________；

………

(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。

[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的试剂有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]

解析：(1)实验①、②中初始pH不同，为探究pH对反应速率的影响，则实验②、③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响，则实验②、③中试剂总用量应相同。(2)草酸中C为＋3价，则其被氧化为CO2。(3)实验①和②表明pH越小，则Cr2O转化为Cr3＋的反应速率越快；v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝ mol·L－1·min－1。(4)根据铁明矾的组成可知，起催化作用的还可能为Al3＋、SO。(5)进行对比实验，加入等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替①中的铁明矾，验证起催化作用的是否为Fe2＋。

答案：(1)20　20　(2)CO2　(3)溶液的pH对该反应的速率有影响　　(4)Al3＋起催化作用　SO起催化作用

(5)