高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题7 考点一 化学反应速率及其影响因素（含解析）

这是一份高考化学二轮复习(新高考版) 第1部分 专题7 考点一 化学反应速率及其影响因素（含解析），共10页。试卷主要包含了化学反应速率的计算，速率常数等内容，欢迎下载使用。

(一)化学反应速率的计算及速率常数
1．化学反应速率的计算
(1)根据图表中数据和定义计算：v(X)＝eq \f(X的浓度变化量ml·L－1,时间的变化量s或min或h)，即v(X)＝eq \f(|Δc|,Δt)＝eq \f(|Δn|,V·Δt)，计算时一定要注意容器或溶液的体积，不能忽视容器或溶液的体积V，盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算，同时还要注意单位及规范书写，还要根据要求注意有效数字的处理。
(2)根据化学方程式计算：对于反应“mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)”，有v(A)∶v(B)∶ v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
2．速率常数
(1)假设基元反应(能够一步完成的反应)为aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，其速率可表示为v＝k·ca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。
(2)正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于基元反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，平衡常数K＝eq \f(ccC·cdD,caA·cbB)＝eq \f(k正·v逆,k逆·v正)，反应达到平衡时v正＝v逆，故K＝eq \f(k正,k逆)。
(二)正确理解化学反应速率的影响因素
1．内因——活化能
活化能是指为了能发生化学反应，普通分子(具有平均能量的分子)变成活化分子所需要吸收的最小能量，即活化分子比普通分子所多出的那部分能量。相同条件下，不同化学反应的速率不同，主要是内因——活化能大小不同所致，活化能小的化学反应速率快，活化能大的反应速率慢。
注意 反应热为正、逆反应活化能的差值。
2．外因
相同的化学反应，在不同条件下，化学反应速率不同，主要原因是外因——浓度、压强、温度、催化剂、光照、接触面积等因素。
(1)浓度(c)：增大(减小)反应物浓度→单位体积内活化分子数目增加(减少)，活化分子百分数不变→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。
(2)压强(p)：对于气相反应来说，增大(减小)压强→相当于减小(增大)容器容积→相当于增大(减小)反应物的浓度→化学反应速率加快(减慢)。
注意 “惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))总压增大―→参与反应的物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))体积增大eq \(――→,\s\up7(引起))参与反应的物质浓度减小(活化分子浓度减小)eq \(――→,\s\up7(引起))反应速率减小。
(3)温度(T)：升高(降低)温度→活化分子百分数增大(减小)→有效碰撞频率提高(降低)→化学反应速率加快(减慢)。
(4)催化剂
①添加催化剂→降低反应的活化能→活化分子百分数增大→有效碰撞频率提高→化学反应速率加快。
②添加催化剂→降低反应的活化能→降低反应所需的温度→减少能耗。
③添加催化剂能改变反应的路径，降低反应的活化能，所以化学反应速率加快。
④催化剂的选择性：对于在给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况，理想的催化剂还具有大幅度提高目标产物在最终产物中比例的作用。
⑤酶作催化剂的特点：高效性、专一性(高选择性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽)、温和性(反应条件温和，温度升高，酶发生变性失去催化活性)。
角度一 化学反应速率的影响及控制
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ(山东)，14]1,3­丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H＋进攻1,3­丁二烯生成碳正离子()；第二步Br－进攻碳正离子完成1,2­加成或1,4­加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 ℃和40 ℃时，1,2­加成产物与1,4­加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是( )
A．1,4­加成产物比1,2­加成产物稳定
B．与0 ℃相比，40 ℃时1,3­丁二烯的转化率增大
C．从0 ℃升至40 ℃，1,2­加成正反应速率增大，1,4­加成正反应速率减小
D．从0 ℃升至40 ℃，1,2­加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案 AD
解析 A项，由图可知1,4­加成产物的能量比1,2­加成产物的能量低，前者更稳定，正确；B项，由图可知，第一步为吸热反应，第二步为放热反应，升高温度第二步平衡逆向移动，1,3­丁二烯的转化率减小，错误；C项，升高温度，反应速率均增大，错误；D项，1,2­加成反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以从0 ℃升至40 ℃，1,2­加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，正确。
2．[2018·全国卷Ⅰ，28(3)]对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 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________(填标号)。
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
答案 AC
解析 第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。
3．[2020·全国卷Ⅱ，28(2)]高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4eq \(――→,\s\up7(高温))C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝k×cCH4，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝________ r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________。
A．增加甲烷浓度，r增大
B．增加H2浓度，r增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大
D．降低反应温度，k减小
答案 ①1－α ②AD
解析 ①甲烷的转化率为α时，c(CH4)2＝(1－α)c(CH4)1，则eq \f(r2,r1)＝＝1－α，即r2＝
(1－α)r1。②A对，由速率方程知，甲烷的浓度越大，反应越快；B错，H2的浓度大小不影响r；C错，反应过程中逐渐减小，故C2H6的生成速率逐渐减小；D对，降低反应温度，反应速率减小，故k减小。
角度二 化学反应速率的计算及速率常数的应用
4．(1)[2018·全国卷Ⅰ，28(2)改编]已知2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)，起始时N2O5(g)为
35.8 kPa，分解的反应速率v＝2×10－3×(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝______kPa，v＝________kPa·min－1。
答案 30.0 6.0×10－2
解析 2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始/kPa 35.8 0 0
62 min时/kPa 35.8－2.9×2 2.9
＝30.0
所以＝30.0 kPa
v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
(2)[2015·广东理综，31(3)改编]一定条件下测得反应2HCl(g)＋eq \f(1,2)O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下：
计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以ml·min－1为单位，写出计算过程)。
答案 v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×eq \f(ΔnCl2,Δt)＝2×eq \f(5.4－1.8×10－3 ml,6.0－2.0min)＝1.8×10－3 ml·min－1
(3)[2015·全国卷Ⅰ，28(4)②]Bdensteins研究了下列反应：
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，
v正＝________min－1。
答案 eq \f(k正,K) 1.95×10－3
解析 平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，则eq \f(k正,k逆)＝eq \f(xH2xI2,x2HI)＝K，k逆＝eq \f(k正,K)。
v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×0.852
≈1.95×10－3 min－1。
5．[2018·全国卷Ⅱ，27(2)]CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)
ΔH＝＋247 kJ·ml－1
反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是____________________
________________________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图甲所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k· p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图乙所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________。
答案 ①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对较小，消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
解析 ①积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。
由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
②由速率方程表达式v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5可知，v与p(CO2)成反比例关系，p(CO2)越大，反应速率越小，所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
1．Ⅰ.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在 2 L 的密闭容器中投入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示：
(1)经测定前4 s内v(C)＝0.05 ml·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(2)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为
甲：v(A)＝0.3 ml·L－1·s－1；
乙：v(B)＝0.12 ml·L－1·s－1；
丙：v(C)＝9.6 ml·L－1·min－1；
则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
Ⅱ.密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＜0。根据图甲速率—时间图像，回答下列问题。
(1)下列时刻所改变的外界条件：
t1____________；t3____________；t4____________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
Ⅲ.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图乙所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线未标出)：
(1)比较第2 min时反应温度T(2)与第8 min时反应温度T(8)的高低：T(2)________(填“＜”“＞”或“＝”)T(8)。
(2)若12 min时反应在温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________ml·L－1。
(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：__________________________________________。
(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)________(填“＜”“＞”或“＝”)v(15～16)，原因是___________________________。
Ⅳ.硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：
O2NC6H4COOC2H5＋OHO2NC6H4COO－＋C2H5OH
两种反应物的初始浓度均为0.050 ml·L－1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的关系如表所示。回答下列问题：
计算该反应在120～180 s与180～240 s区间的平均反应速率__________、__________；比较两者大小可得出的结论是___________________________________________________。
答案 Ⅰ.(1)3A(g)＋B(g)2C(g) (2)乙＞甲＞丙
Ⅱ.(1)升高温度 加入催化剂 减小压强 (2)t3～t4段
Ⅲ.(1)＜ (2)0.031 (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
Ⅳ.7.3×10－5 ml·L－1·s－1 5.8×10－5 ml·L－1·s－1 120～180 s时间段速率大是因为反应物浓度大，180～240 s时间段速率小是因为反应物浓度小，即随着反应进行，反应物浓度降低，反应速率减慢
解析 Ⅰ.(1)前4 s内，Δc(A)＝0.8 ml·L－1－0.5 ml·L－1＝0.3 ml·L－1，v(A)＝eq \f(0.3 ml·L－1,4 s)＝0.075 ml·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝(0.075 ml·L－1·s－1)∶(0.05 ml·L－1·s－1)＝3∶2，由图像知，在12 s时Δc(A)∶Δc(B)＝(0.6 ml·L－1)∶(0.2 ml·L－1)＝3∶1＝a∶b，则a、b、c三者之比为3∶1∶2，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)。
(2)丙容器中v(C)＝9.6 ml·L－1·min－1＝0.16 ml·L－1·s－1，则甲容器中v(B)＝eq \f(vA,3)＝eq \f(0.3 ml·L－1·s－1,3)＝0.1 ml·L－1·s－1，乙容器中v(B)＝0.12 ml·L－1·s－1，丙容器中v(B)＝eq \f(vC,2)＝eq \f(0.16 ml·L－1·s－1,2)＝0.08 ml·L－1·s－1，故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙＞甲＞丙。
Ⅱ.(1)t1时，v逆增大程度比v正增大程度大，说明改变的条件是升高温度。t3时，v正、v逆同等程度地增大，说明加入了催化剂。t4时，v正、v逆都减小且v正减小的程度大，平衡向逆反应方向移动，说明改变的条件是减小压强。
(2)由于在t3时刻加入的是催化剂，所以t3～t4段反应速率最快。
Ⅲ.(1)从三种物质的浓度变化趋势可知，从第4 min开始，平衡正向移动。由于该反应是吸热反应，所以改变的条件是升高温度。因此有：T(2)＜T(8)。
(2)由于第12 min与第8 min温度相同，故其平衡常数相等，则有：eq \f(0.11×0.085,0.04)＝eq \f(0.12×0.06,cCOCl2)，解得c(COCl2)≈0.031 ml·L－1。
(3)根据化学反应速率的定义，可知反应在2～3 min和12～13 min处于平衡状态，平均反应速率为0，故v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)。
(4)在5～6 min和15～16 min时反应温度相同，但15～16 min 时各组分的浓度都小，因此反应速率小。
Ⅳ.v(120～180 s)＝eq \f(0.050 ml·L－1×41.8%－33.0%,180－120s)≈7.3×10－5 ml·L－1·s－1
v(180～240 s)＝eq \f(0.050 ml·L－1×48.8%－41.8%,240－180s)≈5.8×10－5 ml·L－1·s－1。
2．现有甲、乙两个化学小组利用两套相同装置，通过测定产生相同体积气体所用时间长短来探究影响 H2O2 分解速率的因素(仅一个条件改变)。甲小组有如下实验设计方案。
甲、乙两小组得出如下图数据。
(1)甲小组实验得出的结论是_____________________________________________。
(2)由乙组研究的酸、碱对 H2O2 分解影响因素的数据分析，相同条件下 H2O2在________(填“酸”或“碱”)性环境下放出气体速率较快；由此，乙组提出可以用BaO2 固体与硫酸溶液反应制 H2O2，其反应的离子方程式为__________________________________________；
支持这一方案的理由是__________________________________________________。
答案 (1)H2O2分解时，MnO2比Fe2O3催化效率更高 (2)碱 BaO2＋2H＋＋SOeq \\al(2－,4)===BaSO4＋H2O2 BaSO4的生成使平衡右移，有利于H2O2的生成，酸性环境有利于H2O2的存在
解析 (1)由图像可知，斜率即可代表化学反应速率，由甲组实验两条曲线可知，甲组实验Ⅱ斜率大，因此分解速率相对较快，说明H2O2分解时，MnO2比Fe2O3催化效率更高。(2)由乙组研究的酸、碱对H2O2分解影响因素的数据分析可知碱性越强，放出气体的速率越快，由题意知BaO2固体与H2SO4溶液反应制H2O2的反应物为BaO2和H2SO4，产物为H2O2，根据原子守恒可知另一种产物为硫酸钡，离子方程式为：BaO2＋2H＋＋SOeq \\al(2－,4)===BaSO4＋H2O2；由图可知酸性条件下，H2O2分解的速率慢，可能BaSO4的生成有利于平衡右移即有利于H2O2的生成，或酸性环境有利于H2O2的存在。
3．我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如CH4―→Cads/[C(H)n]ads＋(2－eq \f(n,2))
H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads＋2H2O―→CO2＋(2＋eq \f(n,2))H2。反应过程和能量变化残图如下(过程①没有加催化剂，过程②加入催化剂)，过程①和②ΔH的关系为：①______②(填“＞”“＜”或“＝”)；控制整个过程②反应速率的是第______步(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，其原因为_______________________________________。
答案 ＝ Ⅱ 第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢
解析 过程①和②中，催化剂不影响反应物的转化率，对ΔH不产生影响，所以过程①和②的ΔH关系为①＝②；整个过程②分两步进行，第Ⅱ步的活化能大，所以需控制第Ⅱ步。t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 ml
0
1.8
3.7
5.4
7.2
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
积碳反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH/kJ·ml－1
75
172
活化能/
kJ·ml－1
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
α/%
0
33.0
41.8
48.8
58.0
69.0
70.4
71.0
71.0
实验编号
温度
催化剂
浓度
甲组实验Ⅰ
25 ℃
氧化铁
10 mL 5% H2O2
甲组实验Ⅱ
25 ℃
二氧化锰
10 mL 5% H2O2