第18讲 化学反应速率（讲）- 2024年高考化学大一轮复习【讲义+练习+专题】

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考纲和考试说明是备考的指南针，认真研究考纲和考试说明，可增强日常复习的针对性和方向性，避免盲目备考，按方抓药，弄清楚高考检测什么，检测的价值取向，高考的命题依据。
2.精练高考真题，明确方向
经过对近几年高考题的横、纵向分析，可以得出以下三点：一是主干知识考查“集中化”，二是基础知识新视角，推陈出新，三是能力考查“综合化”。
3.摸清问题所在，对症下药
要提高后期的备考质量，还要真正了解学生存在的问题，只有如此，复习备考才能更加科学有效。所以，必须加大信息反馈，深入总结学情，明确备考方向，对症开方下药，才能使学生的知识结构更加符合高考立体网络化要求，才能实现基础→能力→分数的转化。
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复习训练的步骤包括强化基础，突破难点，规范作答，总结方法，通过这样的总结，学生印象深刻，应用更加灵活。
第18讲 化学反应速率
【化学学科素养】
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。
【必备知识解读】
一、化学反应速率的概念及计算
1．化学反应速率
2．化学反应速率计算的万能方法——三段式法
对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为a ml·L－1，B的浓度为b ml·L－1，反应进行至t1s时，A消耗了x ml·L－1，则化学反应速率可计算如下：
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
起始/(ml·L－1) a b 0 0
转化/(ml·L－1) x eq \f(nx,m) eq \f(px,m) eq \f(qx,m)
t1/(ml·L－1) a－x b－eq \f(nx,m) eq \f(px,m) eq \f(qx,m)
则：v(A)＝eq \f(x,t1) ml·L－1·s－1，v(B)＝eq \f(nx,mt1) ml·L－1·s－1，
v(C)＝eq \f(px,mt1) ml·L－1·s－1，v(D)＝eq \f(qx,mt1) ml·L－1·s－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化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
如一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g) 2C(g)。已知v(A)＝0.6 ml·L－1·s－1，则v(B)＝0.2 ml·L－1·s－1，v(C)＝0.4 ml·L－1·s－1。
二、基元反应和有效碰撞理论
1.基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都被称为基元反应；先后进行的基元反应反映了反应历程，反应历程又称为反应机理。
2.有效碰撞
①基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。
②反应物分子的每一次碰撞并不是都能发生反应，能够发生化学反应的碰撞叫作有效碰撞。发生有效碰撞的两个条件是反应物分子能量足够和取向合适。
3.活化分子 活化能
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eq \a\vs4\al(E3)，反应热为E1－E2。
4.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
三、影响化学反应速率的因素
1．影响化学反应速率的因素
(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(只改变一个条件，其他条件不变)
【特别提醒】
①改变固体或纯液体的量对化学反应速率无影响。
②浓度、温度、压强发生变化或加入催化剂时，正、逆反应速率均增大或减小，如升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。
2.反应体系条件改变对反应速率的影响
①恒温时：体积缩小eq \(――→,\s\up7(引起))压强增大eq \(――→,\s\up7(引起))浓度增大eq \(――→,\s\up7(引起))反应速率增大。
②恒温恒容时：
a．充入气体反应物eq \(――→,\s\up7(引起))总压强增大eq \(――→,\s\up7(引起))浓度增大eq \(――→,\s\up7(引起))反应速率增大。
b．充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))总压强增大，但各气体分压不变―→各物质的浓度不变―→反应速率不变。
③恒温恒压时：充入“惰性气体”eq \(――→,\s\up7(引起))体积增大eq \(――→,\s\up7(引起))各反应物浓度减小eq \(――→,\s\up7(引起))反应速率减小。
总之，压强改变而对反应速率产生的影响是因为压强改变会引起浓度变化，从而对反应速率产生影响。
【关键能力拓展】
一、化学反应速率大小的比较方法
由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。
(2)单位统一后，换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
(3)也可以直接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＋bB===cC＋dD，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表示的反应速率比B的大。
二、速率－时间(v­t)图像
由图像变化分析外界条件对其影响，已知反应为mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) ΔH＝Q kJ·ml－1。
1．“渐变”类v­t图像
2．“断点”类v­t图像
3．“平台”类v­t图像
三、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。
【核心题型例解】
高频考点一 化学反应速率
【例1】(2022·北京卷) 捕获和转化可减少排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以为载气，以恒定组成的混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是
A. 反应①为；反应②为
B. ，比多，且生成速率不变，可能有副反应
C. 时刻，副反应生成的速率大于反应②生成速率
D. 之后，生成的速率为0，是因为反应②不再发生
【答案】C
【解析】由题干图1所示信息可知，反应①为，结合氧化还原反应配平可得反应②为，A正确；由题干图2信息可知，，比多，且生成速率不变，且反应过程中始终未检测到，在催化剂上有积碳，故可能有副反应，反应②和副反应中CH4和H2的系数比均为1：2，B正确；由题干反应②方程式可知，H2和CO的反应速率相等，而时刻信息可知，H2的反应速率未变，仍然为2mml/min，而CO变为1~2mml/min之间，故能够说明副反应生成的速率小于反应②生成速率，C错误；由题干图2信息可知，之后，CO的速率为0，CH4的速率逐渐增大，最终恢复到1，说明生成的速率为0，是因为反应②不再发生，而后副反应逐渐停止反应，D正确；故答案为C。
【变式探究】（2022·浙江卷）在恒温恒容条件下，发生反应A(s)+2B(g)3X(g)，c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.不同时刻都存在关系：2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
【答案】C
【解析】图像中可以得到单位时间内的浓度变化，反应速率是单位时间内物质的浓度变化计算得到，从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率，选项A正确；b点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间，为反应物B的瞬时速率，选项B正确；化学反应速率之比等于化学方程式计量数之比分析，3v(B)=2v(X)，选项C不正确；维持温度、容积不变，向反应体系中加入催化剂，平衡不移动，反应速率增大，达到新的平衡状态，平衡状态与原来的平衡状态相同，选项D错误；故选C。
【变式探究】 在铝与稀硫酸的反应中，已知10s末硫酸的浓度减少了0.6ml/L，不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10s内生成硫酸铝的平均反应速率是
A．0.02ml/(L·s) B．0.2ml/(L·s) C．0.03ml/(L·s) D．0.3ml/(L·s)
【答案】A【解析】由铝与稀硫酸反应的化学方程式可知，，故A正确；答案选A。
高频考点二 影响化学反应速率的因素
【例2】（2023·辽宁卷第12题）一定条件下，酸性溶液与发生反应，(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是（ ）

A. (Ⅲ)不能氧化
B. 随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小
C. 该条件下，(Ⅱ)和(Ⅶ)不能大量共存
D. 总反应为：
【答案】C
【解析】开始一段时间（大约13min前）随着时间的推移Mn(VII)浓度减小直至为0，Mn(III)浓度增大直至达到最大值，结合图像，此时间段主要生成Mn(III)，同时先生成少量Mn(IV)后Mn(IV)被消耗；后来（大约13min后）随着时间的推移Mn(III)浓度减少，Mn(II)的浓度增大；据此作答。由图像可知，随着时间的推移Mn(III)的浓度先增大后减小，说明开始反应生成Mn(III)，后Mn(III)被消耗生成Mn(II)，Mn(III)能氧化H2C2O4，A项错误；随着反应物浓度的减小，到大约13min时开始生成Mn(II)，Mn(II)对反应起催化作用，13min后反应速率会增大，B项错误；由图像可知，Mn(VII)的浓度为0后才开始生成Mn(II)，该条件下Mn(II)和Mn(VII)不能大量共存，C项正确；H2C2O4为弱酸，在离子方程式中应以化学式保留，总反应为2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，D项错误；故选C。
【变式探究】（2022·广东卷）在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应的影响，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，内，
【答案】D
【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0~2min 内Y的浓度变化了2.0ml/L，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0ml/L，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0~2min 内，Y的浓度变化了4.0ml/L，则 v(Y)=eq \f(Δc,Δt)===2.0， v(X) =(Y) =2.0=1.0，故D正确；答案选D。
【变式探究】一定温度下，向一恒容密闭容器中充入2mlSO2和1mlO2，发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列有关该反应的说法正确的是
其他条件不变，升高温度，v(正)增大，v(逆)减小
其他条件不变，移走一定量的SO3，v(正)、v(逆)都下降
C．温度不变，向该容器中充入气体Ar，反应速率增大
D．温度不变，将容器体积增大，反应速率也增大
【答案】B【解析】A．升温，正逆反应速率均增大，故A错误。B．移走生成物，降低生成物浓度，
瞬间逆反应速率降低，正反应速率不变，反应继续正向进行，正反应速率也随之降低，故B正确。C．恒容下充入无关气体，反应气体浓度不变，速率不变，故C错误。D．容器体积扩大，反应体系各组分浓度减小，反应速率下降，故D错误。故选B。
高频考点三 速率常数及其应用
【例3】(2022·河北卷)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①；②。反应①的速率，反应②的速率，式中为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的曲线。下列说法错误的是
A. 随的减小，反应①、②的速率均降低
B. 体系中
C. 欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间
D. 温度低于时，总反应速率由反应②决定
【答案】AB
【解析】由图中的信息可知，浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的代表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y) 先增大后减小，c(Z)增大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A说法错误；根据体系中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此，v (X)= v (Y) +v(Z)，但是，在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v (X) + v (Y) = v(Z)，B说法错误；升高温度可以可以加快反应①的速率，但是反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的，且反应②的的速率随着Y的浓度的增大而增大，因此，欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间，C说法正确；由图乙信息可知，温度低于T时，k1＞k2，反应②为慢反应，因此，总反应速率由反应②决定，D说法正确；综上所述，本题选AB。
【方法技巧】
1．速率常数含义
速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 ml·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
2．速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应：aA＋bB===gG＋hH
则v＝kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。
如：①SO2Cl2SO2＋Cl2 v＝k1c(SO2Cl2)
②2NO22NO＋O2 v＝k2c2(NO2)
③2H2＋2NON2＋2H2O v＝k3c2(H2)·c2(NO)
3．速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。
【变式探究】某温度下，在金表面发生反应：，其速率方程式为(k为速率常数)。反应过程中，与S(催化剂)及时间关系如图所示。已知(半衰期)为反应物消耗一半所用的时间，下列叙述错误的是
A．，Ⅰ条件下
B．其他条件相同，S(催化剂)越大，k越大
C．其他条件相同，增大，反应速率不变
D．该温度下，当S(催化剂)，时，为
【答案】A
【解析】A．根据如所示，Ⅰ和Ⅲ条件相同，起始浓度不同，但反应速率相同，说明反应速率与起始浓度无关，所以，，A错误；B．对比Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，Ⅱ中S(催化剂)越大最大，反应速率越大，k越大，Ⅰ和Ⅲ的S(催化剂)相同，反应速率相同，k相同，所以在其他条件相同，S(催化剂)越大，k越大，B正确；C．由以上分析，与反应速率无关，C正确；D．由图可知，在条件Ⅰ，S(催化剂)，消耗一半即小号所用的时间为，所以半衰期为，D正确； 故选A。
高频考点四 反应历程(或机理)图像分析
【例4】18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为 能量变化如图所示。已知为快速平衡，下列说法正确的是( )
A．反应Ⅱ、Ⅲ为决速步
B．反应结束后，溶液中存在18OH－
C．反应结束后，溶液中存在CHeq \\al(18,3)OH
D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
【答案】B
【解析】一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应Ⅰ和反应Ⅳ的活化能较高，因此反应的决速步为反应Ⅰ、Ⅳ，故A错误；反应Ⅰ为加成反应，而为快速平衡，反应Ⅱ的成键和断键方式为或，后者能生成18OH－，因此反应结束后，溶液中存在18OH－，故B正确；反应Ⅲ的成键和断键方式为或，因此反应结束后溶液中不会存在CHeq \\al(18,3)OH，故C错误；该总反应对应反应物的总能量高于生成物的总能量，总反应为放热反应，因此和CH3O－的总能量与和OH－的总能量之差等于图示总反应的焓变，故D错误。
【变式探究】氮氧化物是大气污染物之一，如图为科研人员探究消除氮氧化物的反应机理，下列说法不正确的是
A．过程I中NO既作氧化剂又作还原剂
B．过程Ⅱ中每生成1mlO2时，转移电子的数目约为4×6.02×1023
C．过程中涉及的反应均为氧化还原反应
D．整个过程中Ni2+作催化剂
【答案】B
【分析】由图可知，过程I发生的反应为2Ni2++2NO=2Ni3++2O—+N2，过程Ⅱ发生的反应为2Ni3++2O—=2Ni2++O2↑，总反应为2NOO2+N2。
【解析】A．由分析可知，过程I发生的反应为2Ni2++2NO=2Ni3++2O—+N2，反应中氮元素的化合价降低被还原，氧元素的化合价升高被氧化，则一氧化氮既作反应的氧化剂又作反应的还原剂，故A正确；
B．由分析可知，过程Ⅱ发生的反应为2Ni3++2O—=2Ni2++O2↑，则过程Ⅱ中每生成1mlO2时，转移电子的数目约为2×6.02×1023，故B错误；C．由分析可知，过程I和过程Ⅱ涉及的反应均有元素发生化合价变化，均为氧化还原反应，故C正确；D．由分析可知，消除氮氧化物的总反应为2NOO2+N2，整个过程中镍离子作反应的催化剂，故D正确；故选B。
高频考点五 有关反应速率的实验
【例5】某课外兴趣小组实验探究影响化学反应速率的因素。硫代硫酸钠()俗称大苏打、海波，广泛应用于照相定影等领域。乙同学利用控制变量法探究影响硫代硫酸钠与稀硫酸反应速率的因素时，设计了如下系列实验：
(1)从类别的角度分析，硫代硫酸钠()属于___________(填标号)。
A．盐B．碱C．酸D．氧化物
(2)写出硫代硫酸钠与硫酸反应的化学方程式 。
(3)该实验1和2可探究 对反应速率的影响，因此是 。实验1和3可探究硫酸浓度对反应速率的影响，因此 。
(4)实验中利用了出现黄色沉淀的快慢来比较反应速率的快慢，请你分析为何不采用测量单位时间内产生气体体积的大小进行比较 。
【答案】(1)A
(2)Na2S2O3+H2SO4=S↓+SO2↑+Na2SO4+H2O
(3)温度 10.0mL 6.0mL
(4)SO2易溶于水，测量体积数据不准确
【解析】（1）是由钠离子和硫代硫酸根离子组成的化合物，属于盐，故答案选A；
（2）硫代硫酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、硫沉淀、二氧化硫和水，反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4=S↓+SO2↑+Na2SO4+H2O，故答案为：Na2S2O3+H2SO4=S↓+SO2↑+Na2SO4+H2O；
（3）实验1温度20℃，实验2温度40℃，实验1和实验2探究反应温度对化学反应速率的影响，因此其余实验条件相同，V1是10.0；实验1和3可探究硫酸浓度对反应速率的影响，其余实验条件相同，液体体积相同，因此V5＝10.0－4.0＝6.0，故答案为：温度；10.0 mL；6.0 mL；
（4）二氧化硫易溶于水，1体积谁能溶解40体积的二氧化硫，所以导致测量不精确，且该实验装置较复杂，不易控制，所以不采用排水法测量单位时间内产生气体体积的大小进行比较，故答案为：SO2易溶于水，测量体积时误差较大；
【变式探究】某实验小组为探究酸性条件下碘化钾与过氧化氧反应的化学反应速率，进行以下实验探究。
(1)实验一：向硫酸酸化的过氧化氢溶液中加入碘化钾、淀粉和硫代硫酸钠()的混合溶液，一段时间后溶液变蓝。该小组查阅资料知体系中存在下列两个主要反应：
反应ⅰ：；
反应ⅱ：。
为了证实上述反应过程，进行下列实验(所用试剂浓度均为)
实验二：向酸化的溶液中加入淀粉KI溶液，溶液几秒后变为蓝色。再向已经变蓝的溶液中加入溶液，溶液立即褪色。
根据此现象可知反应ⅰ的速率 反应ⅱ的速率(填“大于”、“小于”或“等于”)，解释实验一中溶液混合一段时间后才变蓝的原因是 。
(2)为了探究对反应速率的影响，设计两组对比实验，按下表中的试剂用量将其迅速混合观察现象。(各实验均在室温条件下进行)
①V1= ，V2= 。
②对比实验I和实验II， (填“>”、“