苏教版高考化学一轮复习专题7化学反应速率与化学平衡第20讲化学反应速率学案

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第20讲　化学反应速率
【课标要求】　1.了解化学反应速率的概念和定量的表示方法。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)对化学反应速率的影响，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产、生活和科学研究领域中的重要作用。

考点1　化学反应速率的概念及计算


1．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式及单位
v＝，单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－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方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。


　(1)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。(　　)
(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)有时也可以用单位时间内生成某物质质量的变化量来表示化学反应速率。(　　)
(5)在相同的时间间隔内反应速率快的反应生成的生成物的物质的量也多。(　　)
(6)根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

　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)＝____________。
(3)能否用I2(s)的物质的量变化量来表示该反应的速率？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)H2和I2、HI　H2(g)＋I2(s)⇌2HI(g)
(2)0.039 5 mol·L－1·s－1
(3)否

题组一　化学反应速率的大小比较
1．将6 mol CO2和8 mol H2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)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH，则用A表示的反应速率比用B表示的大。
题组二　化学反应速率的计算
2．在新型催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应2HCl(g)＋O2(g)⇌H2O(g)＋Cl2(g)具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2
4
6
8
n(Cl2)/10－3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2～6 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　2～6 min时间内，Δn(Cl2)＝5.4×10－3mol－1.8×10－3 mol＝3.6×10－3 mol，
v(Cl2)＝＝9.0×10－4 mol·min－1
所以v(HCl)＝2v(Cl2)＝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)＋O2(g)⇌H2O(g)＋Cl2(g)
2 1
N (5.4－1.8)×10－3mol
解得n＝7.2×10－3mol，
所以v(HCl)＝＝1.8×10－3mol·min－1。
3．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：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 min/mol 4－4x 3－3x 2x 6x 7＋x
据题意，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。
答案：C
[归纳总结]
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
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋


　命题新热点——速率方程
[考能突破练]
一、从化学反应历程把控反应的快慢
1．对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：

第一步　N2O5⇌NO3＋NO2　　　　　快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填字母)。
A．v(第一步的逆反应)＞v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
解析：第二步慢反应是整个反应速率的控制步骤，第一步是可逆反应，快速平衡正逆反应速率相等，第一步快反应的逆反应速率大于第二步的慢反应速率，A正确；中间产物的特点是在反应过程中出现，反应后消失，根据此特点会找到NO在第二步出现第三步消失，这与NO3在第一步出现第二步消失是同出一辙，中间产物有NO3和NO，B错误；根据第二步反应生成物中仍有NO2，推知NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；第三步反应是快反应，所以第三步反应的活化能较低，D错误。
答案：AC
[归纳提升]
反应历程也称反应机理，是指化学反应经历的途径。一步完成的反应为基元反应又称简单反应，绝大多数化学反应不是一步完成的，是由多个基元反应组成的复杂反应。化学反应速率的快慢与反应的内在机理有关，其反应速率主要取决于速率最慢的基元反应。
二、利用速率方程导出化学平衡常数

2．顺­1，2­二甲基环丙烷和反­1，2­二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)·c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。
已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K＝________。
解析：达平衡时v(正)＝v(逆)，即有k(正)·c(顺)＝k(逆)·c(反)，整理得＝＝K
所以K＝＝＝3。
答案：3

考点2　影响化学反应速率的因素

授课提示：对应学生用书第143页


1．影响化学反应速率的因素
(1)内因：反应物本身的性质。
(2)外因
①常见因素
影响因素
速率变化
浓度
增大反应物的浓度
增大
减小反应物的浓度
减小
压强(有气体
参加的反应)
增大压强
增大
减小压强
减小
温度

升高温度
增大
降低温度
减小
使用催化剂
一般可加快

反应速率②其他影响因素：固体反应物的表面积、超声波、溶剂、放射线、电弧、强磁场、高速研磨等。
2．理论解释——有效碰撞理论
(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E 3，反应热为E 1—E 2。(注：E 2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。
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系


　(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)可逆反应中减小产物的浓度可增大正反应的速率。(　　)
(4)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大。(　　)
(5)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。(　　)
(6)对可逆反应FeCl3＋3KSCN⇌Fe(SCN)3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×

1．一定温度下，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：________；
(2)恒容充入N2：________；
(3)恒容充入He：________；
(4)恒压充入He：________。
答案：(1)增大　(2)增大　(3)不变　(4)减小
2．根据有效碰撞理论，完成下表。
项目
条件改变
活化能
单位体积内
有效碰撞次数
化学反应速率
分子总数
活化分子数
活化分子百分数
增大浓度
不变
________
________
________
________
________
增大压强
不变
________
________
________
________
________
升高温度
不变
________
________
________
________
________
加催化剂
降低
________
________
________
________
________
答案：增加　增加　不变　增加　增大　增加　增加　不变　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大
[归纳提升]
气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响
(1)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。

题组一　影响化学反应速率的因素
1．(2021·江西高安联考)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2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(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
解析：H2O2的分解反应主要是由第一个反应决定的，I－浓度越大，反应速率越快，A项正确；根据总反应可确定该反应的催化剂为I－，而IO－为中间产物，B项错误；根据所给信息无法确定反应活化能，C项错误；反应速率关系为v(H2O2)＝2v(O2)，D项错误。
答案：A
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：增大固体的量、恒容时充入不参与反应的气体对化学反应速率无影响。
答案：C
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－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1
mol·L－1的H2C2O4
溶液
0.2 mol·L－1
的H2C2O4
溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2
粉末
加MnO2粉末


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H2C2O4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；MnO2在H2O2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。
答案：C
4．(2021·石家庄模拟)为了研究一定浓度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：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；C项，Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
答案：D
题组二　外界条件对可逆反应反应速率的影响
5．对于反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)　ΔH T 2
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
解析：由c­t图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，因此T2大于T1，选项A错误；由a、c点环戊二烯的浓度可判断a点的反应速率大于c点的反应速率，选项B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，选项C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5 mol·L－1，b点时的浓度为0.6 mol·L－1，设环戊二烯转化的物质的量浓度为2x mol·L－1，则有：
　 　　　　　　　　　2　⇌　二聚体
　　　　1.5 0
　　　　2x x
　　　　0.6 x
则有1.5－2x＝0.6，解得x＝0.45，因此选项D正确。
答案：CD
2．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

在343 K下，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析：在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有改进催化剂、提高反应物浓度等。
浓度相同时，温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323 K，故反应速率：va＞vb。
答案：及时移去产物　改进催化剂　提高反应物浓度　大于