鲁科版高考化学一轮总复习第6章第2节化学反应速率化学反应条件的优化课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮总复习第6章第2节化学反应速率化学反应条件的优化课时学案，共21页。
第2节　化学反应速率　化学反应条件的优化
考试评价解读
1．知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。
2．通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。
3．知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
核心素养达成
变化观念
与
平衡思想
能认识化学反应速率是变化的，知道化学反应速率与外界条件有关，并遵循一定规律；能多角度、动态地分析化学反应速率，运用化学反应原理解决实际问题。
证据推理
与
模型认知
建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识化学反应速率的本质特征及其相互关系，建立模型；能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。
科学探究
与
创新意识
能发现和提出有关化学反应速率的有探究价值的问题；通过控制变量来探究影响化学反应速率的外界条件。



　　　　　化学反应速率的有关计算
[以练带忆]
1．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
D　解析：本题可以采用归一法进行求解，通过化学方程式各物质的系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，不能用浓度表示反应速率；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，表示的反应速率最快。
2．反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，在5 L的密闭容器中进行，半分钟后NO的物质的量增加了0.3 mol，则该反应的平均速率为(　　)
A．v(O2)＝0.01 mol·L－1·s－1
B．v(NO)＝0.08 mol·L－1·s－1
C．v(H2O)＝0.03 mol·L－1·s－1
D．v(NH3)＝0.002 mol·L－1·s－1
D　解析：先求出NO的反应速率：
v(NO)＝＝0.002 mol·L－1·s－1，然后运用“化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的系数之比”求出其他物质的反应速率：
v(O2)＝v(NO)＝0.002 5 mol·L－1·s－1，
v(H2O)＝v(NO)＝0.003 mol·L－1·s－1，
v(NH3)＝v(NO)＝0.002 mol·L－1·s－1。
3．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＜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
C　解析：由图可知，在8～10 min内，H2的物质的量都是2 mol，因此v(H2)＝＝0 mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的系数之比，v(CO2)＝v(H2)＝0 mol·L－1·min－1，故C项正确。
[练后梳理]
1．化学反应速率表示方法
通常用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。
2．数学表达式及单位
v＝＝，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。
3．化学反应速率与系数的关系
同一反应在同一时间内，用不同物质表示的反应速率的数值可能不同，用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。
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。

同一化学反应中反应快慢的比较方法
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。
(2)比较化学反应速率与各物质的系数的比值，即对于一般反应aA＋bB===cC＋dD，比较与，若＞，则A表示的反应速率比B的大。

　　　　　影响化学反应速率的因素
[以练带忆]
1．设C(s)＋CO2(g)2CO(g)(正反应为吸热反应)，反应速率为v1；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，反应速率为v2，对于上述反应，当温度升高时，v1和v2的变化情况为(　　)
A．同时增大 B．同时减小
C．v1增大，v2减小 D．v1减小，v2增大
A　解析：当温度升高时，无论正反应是吸热还是放热，化学反应速率都将增大，只是增大的程度不同。
2．下列各组反应(表中物质均为反应物)，反应刚开始时，放出H2速率最大的是(　　)
选项
金属(粉末状)/mol
酸的浓度及体积
反应温度/ ℃
A
Mg,0.1
6 mol·L－1硝酸10 mL
60
B
Mg,0.1
3 mol·L－1盐酸10 mL
60
C
Fe,0.1
3 mol·L－1盐酸100 mL
60
D
Mg,0.1
3 mol·L－1硫酸5 mL
60
D　解析：反应的温度相同，A中硝酸与Mg反应不生成H2，3 mol·L－1 硫酸中c(H＋)最大，Mg比Fe活泼，因此D中反应速率最快。
3．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一体积可变的容器中进行。下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是(　　)
①增加C的用量；
②将容器体积缩小一半；
③保持容器体积不变，充入氮气使容器内压强增大；
④保持压强不变，充入氮气使容器的体积变大。
A．②④ B．①③ C．③④ D．①④
B　解析：①增加固体物质的用量，反应速率几乎不变；②缩小容器体积相当于增大压强，反应速率加快；③保持容器体积不变，充入氮气，尽管容器内压强增大了，但反应各组分浓度并没有改变，反应速率不变；④保持容器压强不变，充入氮气使容器的体积变大，反应各组分浓度变小，反应速率变小。
[练后梳理]
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．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，反应焓变ΔH＝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


　　　　　工业合成氨
[以练带忆]
1．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　)
①适当提高氨的合成速率　②提高氢气的转化率
③提高氨的产率　④催化剂在700 K时活性最大
A．只有① B．①② C．②③④ D．①④
D　解析：从合成氨反应的特点可知，升高温度有利于加快反应速率，但对平衡不利，综合各方面因素，选择700 K左右温度，一是有较快的反应速率，二是此温度下催化剂活性最大。
2．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：

下列关于合成氨工业的说法不正确的是(　　)
A．混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想
B．合成氨反应须在低温下进行
C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动
B　解析：低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，故B不正确。
3．有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH，则反应速率v(A)>v(B)。
考点2　“控制变量法”探究反应速率的影响因素
[抓本质·悟考法]
(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：
序号
纯锌粉/g
2.0 mol·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
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：
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx＝________，理由是____________________________。

【解题关键点】　(1)化学反应速率的测定，可以测量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。
(2)要分析实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的，可根据两实验中变量的不同得出结论。
【易错失分点】　对于表中Vx，有些同学不知道加入水的作用而无法判断。加入水，是保证每组实验中其他物质的浓度相等(只有K2S2O8溶液的浓度不同)，即溶液的总体积相等，都是20.0 mL。
[自主解答]
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
解析：(1)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，故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。所以实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是探究硫酸铜的量对反应速率的影响。(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，故应使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。
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　溶液总体积相等，反应物K2S2O8浓度改变，而其他物质浓度不变
[多角度·突破练]
⊳角度1　单变量对化学反应速率的影响
1．(2020·海南模拟)关于一定条件下的化学平衡：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔHv(实验1)
C．用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为6.6×10－3 mol·L－1·min－1
D．可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
B　解析：温度高，速率快，a6.7，A正确；实验3，用的KMnO4浓度低，用KMnO4表示该反应速率慢，v(实验3)