高三化学一轮复习讲义第7章 第1节　化学反应速率

这是一份高三化学一轮复习讲义第7章 第1节　化学反应速率，共17页。

1．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式及单位
v＝eq \f(Δc,Δt)，单位为ml/(L·min)或ml/(L·s)。
3．规律
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。
[应用体验]
在2 L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
(1)该反应的反应物和生成物分别是 _____________________，
反应方程式为_________________________________________。
(2)0～10 s的平均反应速率v(H2)＝_________________________；
v(HI)＝____________________。
(3)根据上述反应速率数值，分析用不同物质表示同一化学反应在同一时间内，化学反应速率值是否必须相同？
_________________________________________。
(4)能否用I2(s)表达该反应的反应速率，为什么？
___________________________________________。
[提示] (1)H2和I2、HI H2(g)＋I2(s)2HI(g)
(2)0.039 5 ml·L－1·s－1 0.079 ml·L－1·s－1
(3)同一反应在同一时间内，用不同物质表示的化学反应速率值可能相同，也可能不同，但表示的意义都相同，并且化学反应速率之比等于化学计量数之比。
(4)不可以。因为对于有固体或纯液体参加的反应，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
[考点多维探究]
角度1 化学反应速率的基本计算与换算
1．将气体A、B置于容积为2 L的密闭容器中，发生如下反应：
4A(g)＋B(g)2C(g)
反应进行到4 s末，测得A为0.5 ml，B为0.4 ml，C为0.2 ml。
则下列反应速率不正确的是( )
A．v(A)＝0.05 ml/(L·s)
B．v(B)＝0.025 ml/(L·s)
C．v(C)＝0.025 ml/(L·s)
D．v(B)＝0.0125 ml/(L·s)
B [v(C)＝eq \f(0.2 ml,2 L·4 s)＝0.025 ml/(L·s)，根据化学计量数可知v(A)＝2v(C)＝0.05 ml/(L·s)，v(B)＝eq \f(1,2)v(C)＝0.0125 ml/(L·s)。]
2．已知反应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，则下列正确的关系是( )
A．4v(NH3)＝5v(O2)
B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．2v(NH3)＝3v(H2O)
D．4v(O2)＝5v(NO)
D [根据eq \f(vNH3,4)＝eq \f(vO2,5)＝eq \f(vNO,4)＝eq \f(vH2O,6)可判断。]
(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率，且无论用反应物表示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)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
角度2 反应速率大小的比较
3．对于反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)来说，下列反应速率中表示该反应进行得最快的是( )
【导学号：95812163】
A．v(A2)＝0.6 ml/(L·s)
B．v(B2)＝2.7 ml/(L·min)
C．v(AB3)＝12 ml/(L·min)
D．v(A2)＝6 ml/(L·min)
A [A项，可表示为v(A2)＝36 ml/(L·min)；B项，经转化可表示为v(A2)＝0.9 ml/(L·min)；C项，经转化可表示为v(A2)＝6 ml/(L·min)，故A项符合要求。]
4.已知反应4CO＋2NO2eq \(=====,\s\up15(催化剂))N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，请按由大到小的顺序进行排列____________。
①v(CO)＝1.5 ml·L－1·min－1
②v(NO2)＝0.7 ml·L－1·min－1
③v(N2)＝0.4 ml·L－1·min－1
④v(CO2)＝1.1 ml·L－1·min－1
⑤v(NO2)＝0.01 ml·L－1·s－1
[解析] ②经转化可表示为v(CO)＝2v(NO2)＝1.4 ml·L－1·min；③v(CO)＝4v(N2)＝1.6 ml·L－1 min－1；④v(CO)＝v(CO2)＝1.1 ml·L－1·min－1；⑤v(CO)＝2v(NO2)＝0.02 ml·L－1·s－1＝1.2 ml·L－1·min－1，故③>①>②>⑤>④。
[答案] ③①②⑤④
化学反应速率的2种比较方法
(1)同一物质比较法。换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
(2)比值比较法。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(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，比较eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)，若eq \f(vA,a)>eq \f(vB,b)，则A表示的化学反应速率比B表示的大。
【注】 单位必须统一
角度3 “三段式”法计算v、α、c等物理量
5．将2 ml X和2 ml Y充入2 L密闭容器中发生如下反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)，2 min后达到平衡时生成0.8 ml Z，测得Q的浓度为0.4 ml·L－1，下列叙述错误的是( )
A．a的值为2
B．平衡时X的浓度为0.2 ml·L－1
C．Y的转化率为60%
D．反应速率v(Y)＝0.3 ml·(L·min)－1
B [ X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)
始态/(ml·L－1) 1 1 0 0
反应的量/(ml·L－1) 0.2 0.6 0.4 0.4
终态/(ml·L－1) 0.8 0.4 0.4 0.4
由已知量(无下划线)可求出其他未知量(带下划线)，在做这种类型的题时，一定要注意，方程式中的量要统一，一般用物质的量浓度。
A项，2∶a＝0.4∶0.4，a＝2；B项，c(X)＝0.8 ml·L－1；C项，α(Y)＝eq \f(0.6,1)×100%＝60%；D项，v(Y)＝eq \f(0.6 ml/L,2 min)＝0.3 ml·(L·min)－1。]
6．(2016·北京西城调研)向体积为2 L的固定密闭容器中通入3 ml X气体，在一定温度下发生如下反应：2X(g)Y(g)＋3Z(g)。经5 min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的化学反应速率为________，X的转化率为________，Z的平衡浓度为________。
[解析] 2X(g)Y(g)＋3Z(g)
n(始) 3 ml 0 0
Δn x eq \f(x,2) eq \f(3,2)x
n(末) 3－x eq \f(x,2) eq \f(3,2)x
由题意：eq \f(3－x＋\f(x,2)＋\f(3,2)x,3 ml)＝1.2
故x＝0.6 ml，
所以v(Y)＝eq \f(\f(0.6,2) ml,2 L×5 min)＝0.03 ml/(L·min)，
α(X)＝eq \f(0.6,3)×100%＝20%,
c(Z)＝eq \f(\f(3,2)×0.6 ml,2 L)＝0.45 ml/L。
[答案] 0.03 ml/(L·min) 20% 0.45 ml/L
“三段式”法思维模式
(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 ＋ nB  pC
①t0 s/ml·L－1 a b 0
②转化/ml·L－1 x eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
③t1 s/ml·L－1 a－x b－eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
v(A)＝eq \f(x,Δt)，v(B)＝eq \f(nx,m·Δt)，v(C)＝eq \f(px,m·Δt)，
α(A)＝eq \f(x,a)×100%。
考点2| 化学反应速率的影响因素
[基础知识整合]
1．内因(主要因素)
反应物本身的性质，如Na、Mg、Al与水反应的速率由大到小的顺序为：Na>Mg>Al。
2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)
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。
②活化能：如图
a．图中：E1为正反应的活化能，E3为使用催化剂时的活化能，E2为逆反应的活化能，反应热ΔH为E1－E2。
b．使用催化剂可降低活化能，但焓变ΔH不变。
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
[应用体验]
(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁________铝(填“大于”“小于”或“等于”)。
[提示] 小于
(2) 对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？(填“增大”“减小”或“不变”)
①升高温度：________；②增大盐酸浓度：________；
③增大铁的质量：________；④增加盐酸体积：________；
⑤把铁片改成铁粉：________；⑥滴入几滴CuSO4溶液：________；⑦加入NaCl固体：________；⑧增大压强：________。
(3)对于(2)中反应，若将反应中的稀盐酸改为浓H2SO4，产生H2的速率是否加快？________(填“是”或“否”)。
[提示] (2)①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大 ⑦不变 ⑧不变 (3)否
[考点多维探究]
角度1 化学反应速率的影响因素分析
1．在恒温恒容的容器中进行反应N2(g)＋3H2(g)eq \(,\s\up15(高温、高压),\s\d15(催化剂))2NH3(g)，若氮气浓度由0.1 ml·L－1降到0.06 ml·L－1需2 s，那么由0.06 ml·L－1降到0.024 ml·L－1需要的反应时间为( )
A．等于1.8 s B．等于1.2 s
C．大于1.8 s D．小于1.8 s
C [浓度由0.1 ml·L－1降到0.06 ml·L－1的反应速率v＝0.02 ml·L－1·s－1，若以此速率进行反应，浓度由0.06 ml·L－1降到0.024 ml·L－1所需时间为eq \f(0.036,0.02) s＝1.8 s，但随反应进行，反应物浓度变小，反应速率减小，所需时间大于1.8 s。]
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 ( )
【导学号：95812164】
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Ne使容器体积变大
A．①④ B．②③
C．①③ D．②④
C [增大固体的量，不改变反应速率，恒T、V条件下充入“惰性气体”，组分浓度不变，反应速率不变。]
3．(2015·福建高考)在不同浓度(c)、温度(T)条件下，蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )
A.a＝6.00
B．同时改变反应温度和蔗糖的浓度，v可能不变
C．b＜318.2
D．不同温度时，蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
D [分析328.2 K的瞬时速率与浓度的关系成正比，则0.600/0.400＝9.00/a，a＝6.00，A项正确；从题给数据看，浓度越大、温度越高，反应速率越快，当增大浓度同时降低温度时，瞬时反应速率可能会不变，B项正确；浓度不变时，b K下反应速率低于318.2 K下的反应速率，故b＜318.2，C项正确；题给数据是瞬时速率而不是平均速率，故不能作为判断所用时间的依据，D项错误。]
正确理解压强对反应速率的影响
注意：(1)恒温恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒温恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
角度2 控制变量法探究反应速率的影响因素
4. 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是( )
A.第4组实验的反应速率最慢
B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 ml·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 ml·L－1
D．第3组实验的反应温度低于30 ℃
D [由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验，反应所用的时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用的时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法“定多变一”原则知盐酸的浓度应大于2.5 ml·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组中的块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 ml·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。]
5．(1)某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：
【导学号：95812165】
①本实验待测数据可以是________________________，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究________________对锌与稀硫酸反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是________________，写出有关反应的离子方程式
_______________________________________________________________。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
表中Vx＝________mL，理由是_________________________________。
[解析] (1)实验Ⅰ和实验Ⅱ中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜，Cu2＋的氧化性强于H＋，首先发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。①本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。②实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。
(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0 mL。
[答案] (1)①反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间) 硫酸浓度 ②探究硫酸铜的量对反应速率的影响 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(2)2.0 保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变
“控制变量法”的思维模板
专项突破10 化学反应速率的两类图像分析
命题点1 物质的量(或物质的量浓度)—时间图像
[对点训练1] 一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是 ( )
A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C
B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)
C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 ml·L－1·s－1
D．反应进行到6 s时，各物质的平均反应速率相等
C [A项，B、C为反应物，A、D为生成物；B项，v(A)≠v(D)；D项，A、B、C、D的化学计量数不同，其各自的平均速率不同。]
[对点训练2] 已知：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·ml－1。一定条件下，向体积为1 L的恒容密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml H2，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。下列叙述中正确的是 ( )
A．3 min时，用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率
B．从反应开始到平衡，H2的平均反应速率v(H2)＝0.225 ml·L－1·min－1
C．13 min时，向容器中充入2 ml氦气，该反应的化学反应速率增加
D．13 min时，向容器中充入2 ml氦气，CO2的转化率增加
B [A项，3 min时反应还没有平衡，错误；B项，v(H2)＝3v(CO2)＝eq \f(3×0.75 ml·L－1,10 min)＝0.225 ml·L－1·min－1，正确；C项，由于容器的体积没有变化，所以各成分的浓度没有变化，化学反应速率不变，错误；同理，平衡没有移动，D错误。]
命题点2 速率—时间图像
(1)放热反应的速率—时间图像
如Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。
①AB段，反应放热，温度升高，v增大
②BC段，反应物浓度减小，v减小
(2)外界条件改变的v(v正、v逆)—t图像
①增大反应物浓度 减小反应物浓度

②升高温度 降低温度

③增大压强(V减小) 减小压强(V增大)

④使用催化剂(或等体反应的加压)
【注】 对于等体反应，减压时v­t图为
[对点训练3] 把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 ml·L－1硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率v与反应时间t可用如图坐标曲线来表示。
下列推论错误的是( )
【导学号：95812166】
A．O～a段不产生氢气是因为表面的氧化物隔离了铝和硫酸溶液
B．b～c段产生氢气的速率增加较快的主要原因之一是温度升高
C．t>c时产生氢气的速率降低主要是因为溶液中c(H＋)降低
D．t＝c时反应处于平衡状态
D [铝与硫酸的反应不是可逆反应，不存在化学平衡。]
[对点训练4] (2017·临沂模拟)根据v­t图分析外界条件改变对可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0的影响。该反应的速率与时间的关系如图所示：
可见在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡，如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件，则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是 ( )
A．使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
B．升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
C．增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
D．升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
D [t2时正、逆反应速率均增大，且平衡逆向移动，排除A、C项；t4时正、逆反应速率均减小，平衡逆向移动，可以是减小压强；t6时正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，所以是增大反应物浓度，D项符合。]
从“断点”入手突破改变的条件
可逆反应达到平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，可能使v­t图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化作出判断。
如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·ml－1
其反应速率与时间关系如图所示：
则t2时刻改变的条件是升高温度而不是增大压强。原因是t2时刻出现“断点”，且v′(正)、v′(逆)均增大，故改变的条件应从“升高温度”或“增大压强”两方面分析，又因v′(逆)>v′(正)，平衡逆向移动，故改变的外界条件是升高温度。
[课堂小结·反馈达标1＋1] 全新理念 探究高考 明确考向
1．一组判断，展示高考易误点
(1)同一反应，用不同物质表示的反应速率数值越大，反应越快。( )
(2)对于C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应，增加C的量，反应速率增大。( )
(3)增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率。( )
(4)使用催化剂可以改变反应活化能和焓变。( )
(5)100 mL 2 ml/L的盐酸跟锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变。 ( )
(6)升高温度可使吸热反应的反应速率增大，使放热反应的反应速率也增大。 ( )
(7)加热使反应速率增大的原因之一是活化分子百分数增大。( )
(8)增大体系的压强一定加快反应速率。( )
(9)对于吸热的可逆反应，升高温度时，吸热方向的反应速率增加的倍数大，平衡向吸热方向移动。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)√ (8)× (9)√
2．一题串知，覆盖高考考什么
(2012·全国卷节选)COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·ml－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线未标出)：
(1)计算下列各时间段COCl2的平均反应速率
v(2～4)＝________ml/(L·min)，v(4～8)＝________ml/(L·min)。[考查化学反应速率的计算]
(2)比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低：T(2)___T(8)(填“＜”“＞”或“＝”)。[考查温度对反应速率的影响]
(3)比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小_____________________。
[考查反应速率的计算与判断]
(4)比较反应物COCl2在5～6 min和15～16 min时平均反应速率的大小：v(5～6)________v(15～16)(填“＜”“＞”或“＝”)，原因是_________________。
[考查浓度对反应速率的影响]
(5)第4 min、10 min时改变的条件是____________、____________。[考查影响反应速率的条件]
[答案] (1)0 0.00 375 (2)<
(3)v(5～6)>v(2～3)＝v(12～13)
(4)> 在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大
(5)升高温度 降低CO的浓度
考纲定位
考情播报
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应速率(v)。
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、生产和科研领域中的重要作用。
2016·全国丙卷T27(2)
2015·全国卷ⅠT27(1)、T28(4)
2014·全国卷ⅠT9/全国卷ⅡT26(1)(2)
2013·全国卷ⅠT28(3)
2012·全国卷T27(4)
组别
对应曲线
c(HCl)/ml·L－1
反应温度/℃
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
序号
纯锌
粉(g)
2.0 ml·L－1
硫酸溶液(mL)
温度
(℃)
硫酸铜
固体(g)
加入蒸
馏水(mL)
Ⅰ
2.0
50.0
25
0
0
Ⅱ
2.0
40.0
25
0
10.0
Ⅲ
2.0
50.0
25
0.2
0
Ⅳ
2.0
50.0
25
4.0
0