2024版新教材高考化学全程一轮总复习第七章化学反应速率与化学平衡第22讲化学反应速率及影响因素学生用书

第22讲　化学反应速率及影响因素复 习 目 标1．了解化学反应速率的概念和定量表示方法；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、生产和科学研究领域中的重要作用。考点一　化学反应速率必备知识整理1.化学反应速率2．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方程式中相应物质的________________之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝________________________。微点拨　(1)由公式v＝计算得到的反应速率是指某一时间段内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时反应速率。(2)同一化学反应在相同条件下用不同物质表示的化学反应速率，其数值可能不同，但表示的意义可能相同。(3)不能用固体或纯液体物质(不是溶液)表示化学反应速率，因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。[正误判断]　(1)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率(　　)(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)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显(　　)(4)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(　　)(5)对于任何化学反应来说，都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速率(　　)对点题组训练题组一　化学反应速率的计算1．(1)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)＝________ mol·L－1·s－1，v(C)＝________________ mol·L－1·s－1。(2)反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1，②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1，③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1，④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1。则有关反应速率大小顺序为________________。2．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)　ΔHⅠC．生成P的速率：Ⅲ>ⅡD．进程Ⅳ中，Z没有催化作用2.[2022·广东卷]在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X―→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则(　　)A．无催化剂时，反应不能进行B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝min－13．[2021·湖南卷]铁的配合物离子(用[L—Fe—H]＋表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如图所示：下列说法错误的是(　　)A．该过程的总反应为 HCOOHeq \o(====,\s\up7(催化剂))CO2↑＋H2↑B．H＋浓度过大或者过小，均导致反应速率降低C．该催化循环中Fe元素的化合价发生了变化D．该过程的总反应速率由Ⅱ→Ⅲ步骤决定4．[2020·山东卷](双选)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5．[2020·全国卷Ⅱ，(节选)]高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为：r＝，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减小第22讲　化学反应速率及影响因素考点一必备知识整理1．快慢　减少　增加2．化学计量数　m∶n∶p∶q正误判断答案：(1)×　单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加均表示正反应速率(2)×　0.8 mol·L－1·s－1是指一段时间内的平均反应速率，不是即时速率(3)×　有些化学反应并无明显现象(4)×　化学反应速率数值的大小和化学计量数有关，化学计量数越大，数值越大，速率之比等于化学计量数之比，但都表示该反应的反应速率(5)×　对于一些化学反应，也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变化量来表示化学反应速率对点题组训练1．解析：(2)可用比值法进行反应速率大小比较，＝0.45 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.225 mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③。答案：(1)0.2　0.4(2)①>④>②＝③2．解析：由题图可知，H2的物质的量在对应的c、d点都是2 mol，因此该反应在8～10 min内，v(H2)＝＝0 mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可得v(CO2)＝×v(H2)＝0 mol·L－1·min－1。答案：C3．解析：v＝＝30 mL·g－1·min－1。答案：304．解析：列出“三段式”　　　　2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)初始/mol 4 2 0转化/mol 2 1 210min/mol 2 1 2气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10 min时体系总压p10 min满足＝，即p10 min＝p0 kPa，p初始(SO2)＝p0 kPa，p10 min(SO2)＝p0×＝p0 kPa，故v(SO2)＝(p0 kPa－p0 kPa)÷10 min＝p0 kPa·min－1。答案：p05．解析：根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：＝，c2＝，所以有k××＝16.0 mol·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·mol－3·min－1，带入c2的等式可得c2＝0.2 mol·L－1。答案：0.2　1.0×1046．解析：根据表格①②中的数据，带入速率公式然后做比值：＝，解得n＝2，将n代入①中得k＝4×10－8 L·mol－1·s－1。答案：2　4.0×10－8 L·mol－1·s－1考点二必备知识整理1．Na＞Mg＞Al2．加快　减慢　加快　减慢　加快　减慢　相同3．(1)反应的活化能　E3　E1－E2　(2)分子总数　百分数　分子总数　百分数4．不变　不变　减小　减小正误判断答案：(1)×　决定化学反应速率的主要因素是反应物的性质(2)×　无气体参与的化学反应，增大压强，化学反应速率不变(3)×　加入CuSO4形成原电池，使化学反应速率加快，而加入CH3COONa，会生成CH3COOH，c(H＋)减小，反应速率减慢(4)×　升温时，吸热反应、放热反应速率均增大(5)×　加入氯化钠溶液，相当于对溶液稀释，c(H＋)减小，反应速率应减小(6)×　催化剂反应前后的化学性质不变，物理性质可能发生改变(7)×　增大反应物的浓度，能增大活化分子的总数，其百分数保持不变对点题组训练1．解析：由速率方程v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，将H2、Br2、HBr和速率都代入到速率方程可以得到，①v＝k×0.1α×0.1β×2γ、②8v＝k×0.1α×0.4β×2γ、③16v＝k×0.2α×0.4β×2γ、④2v＝k×0.4α×0.1β×4γ，由①②得到β＝，②③得到α＝1，①④得到γ＝－1，对于4v＝k(0.2)α(0.1)βcγ(HBr)与①，将α＝1，β＝，γ＝－1代入，解得c＝1，由此分析，表中c的值为1，故A不符合题意；α、β、γ的值分别为1、、－1，故B符合题意；由于v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，α、β、γ的值分别为1、、－1，则反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大，故C不符合题意；由于γ＝－1，增大HBr(g)浓度，cγ(HBr)减小，在反应体系中保持其他物质浓度不变，会使反应速率降低，故D不符合题意。答案：B2．解析：(1)验证温度、催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律时，根据控制单一变量原则，三组实验中NH3、NO2的初始浓度应相同，结合Ⅰ、Ⅲ中温度不同，Ⅰ、Ⅱ中催化剂的比表面积不同，则Ⅰ、Ⅱ中应温度相同。(2)Ⅱ中催化剂的比表面积比Ⅰ中的小，达到平衡的时间比Ⅰ的长；Ⅱ、Ⅲ中催化剂的比表面积相同，Ⅲ的反应温度较低，则达到平衡时用时最长；又由题意知，该反应为放热反应，降低温度会使平衡正向移动，故平衡时Ⅲ中的c(NO2)要比Ⅰ、Ⅱ中的c(NO2)小。答案：(1)Ⅱ.350　8.0×10－3　6.0×10－3　Ⅲ.8.0×10－3　6.0×10－3　Ⅱ与Ⅲ(2)3．解析：①为快反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较小，反应更容易发生；②为慢反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较大，②中正反应的活化能大于①中逆反应的活化能，因此①的逆反应速率大于②的正反应速率，A项正确；②反应为慢反应，反应慢说明反应的活化能大，物质微粒发生碰撞时，许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B项正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C项错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D项正确。答案：C4．解析：化学反应取决于化学反应速率慢的一步反应，由图可知，反应1的活化能大于反应2的活化能，则反应1的反应速率小于反应2，链转移反应的反应速率由第1步反应决定，故A正确；由图可知，反应1的活化能Ea＝16.7 kJ·mol－1，故B正确；由图可知，链转移反应的反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，反应热ΔH＝－105.4 kJ·mol－1，故C正确；由图可知，过渡态1的能量高于过渡态2，则过渡态结构2的稳定性强于过渡态结构1，故D错误。答案：D新情境新高考提示：(1)由于反应物的总能量高于生成物的总能量，故工业合成氨的反应是放热反应。(2)使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分数，单位时间内有效碰撞次数增加，反应速率加快。(3)不论是放热反应还是吸热反应，升高温度，正、逆反应速率一定增大。(4)a.历程①是氮气分子吸附在催化剂表面的过程，N2分子中的氮氮三键没有断裂。b．历程①、②、③是吸附断键的过程，需要提高化学反应速率，故在高温区进行；历程④、⑤是氮原子的传递和合成氨的过程，需要提高合成氨的产率，使合成氨(放热反应)平衡正移，故在低温区进行。本讲真题研练1．解析：答案：AD2．解析：由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；由图可知，催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，反应更快，故B错误；由图可知，使用催化剂Ⅱ时，在0～2 min 内Y的浓度变化了2.0 mol·L－1，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 mol·L－1，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X浓度随时间t的变化，故C错误；使用催化剂Ⅰ时，在0～2 min 内，Y的浓度变化了4.0 mol·L－1，则v(Y)＝＝＝2.0 mol·L－1·min－1，v(X)＝v(Y)＝×2.0 mol·L－1·min－1＝1.0 mol·L－1·min－1，故D正确。答案：D3．解析：分析题给反应机理图，可知该过程的反应物为HCOOH，生成物为CO2和H2，则该过程的总反应为HCOOHCO2↑＋H2↑，A说法正确；H＋浓度过大，抑制HCOOH的电离，HCOO－浓度减小，会降低Ⅰ→Ⅱ步骤的反应速率，H＋浓度过小，会降低Ⅲ→Ⅳ步骤反应速率，故H＋浓度过大或者过小，均会导致反应速率降低，B说法正确；由Ⅱ→Ⅲ过程中，脱去CO2，碳元素化合价升高，则Fe元素化合价降低，C正确；由相对能量的变化情况图可以得出，该反应过程中的Ⅳ→Ⅰ步骤的活化能Ea＝，为该反应进程中的最大活化能，故该过程的决速步骤为Ⅳ→Ⅰ步骤，D说法错误。答案：D4．解析：结合图像可知，1，4­加成产物的能量比1，2­加成产物的能量低，即1，4­加成产物比1，2­加成产物稳定，A项正确；结合题图和题中信息只能判断不同温度下1，3­丁二烯发生1，2­加成反应和1，4­加成反应的倾向，不能判断1，3­丁二烯的转化率，B项错误；温度升高，1，2­加成反应和1，4­加成反应的正反应速率均加快，C项错误；由0℃升温至40℃时，1，3­丁二烯发生的反应由以1，2­加成为主变为以1，4­加成为主，即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，D项正确。答案：AD5．解析：①反应初始时可认为＝1 mol·L－1，则根据初期阶段的速率方程可知k＝r1，当CH4的转化率为α时＝(1－α) mol·L－1，则此时r2＝(1－α)r1。②由r＝可知，CH4的浓度越大，反应速率r越大，A项正确；增加H2浓度，CH4的浓度减小或不变，则r减小或不变，B项错误；随着反应的进行，CH4的浓度逐渐减小，则反应速率逐渐减小，C项错误；降低温度，该反应进行非常缓慢甚至停止，即k也随着减小，D项正确。答案：①(1－α)　②AD反应时间/minSO2(g)/molO2(g)/molSO3(g)/mol042051.5102151CO浓度/(mol·L－1)H2浓度/(mol·L－1)逆反应速率/(mol·L－1·min－1)0.1c18.0c2c116.0c20.156.75序号c(ClNO)/(mol·L－1)v/(mol·L－1·s－1)①0.303.60×10－9②0.601.44×10－8③0.903.24×10－8在恒温恒容条件下通入“惰气”，总压增大，反应物浓度________，反应速率________恒温恒压条件下通入“惰气”，总体积增大，反应物浓度________，反应速率________c(H2)/(mol·L－1)c(Br2)/(mol·L－1)c(HBr)/(mol·L－1)反应速率0.10.12v0.10.428v0.20.4216v0.40.142v0.20.1c4v实验编号温度/℃c(NH3)初始/(mol·L－1)c(NO2)初始/(mol·L－1)催化剂的比表面积/(m2·g－1)Ⅰ3508.0×10－36.0×10－3120Ⅱ80Ⅲ15080