第45讲 化学反应速率与反应历程-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件（新教材）

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1.了解基元反应、过渡态理论，了解速率方程和速率常数。2.掌握多因素对化学反应速率影响的分析方法。
考点一 基元反应　过渡态理论
考点二 多因素影响下的速率图像分析
考点一 基元反应　过渡态理论
绝大多数的化学反应，并不是简单一步就完成的，
而是经过多个反应步骤。
1.基元反应和反应历程
①2HI → H2＋2I·
② 2 I· → I2
带有单电子的原子或原子团
大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现， 都称为基元反应。
先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。
注意：①对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。②微粒H·、O·、I·和·OH 等存在未成对电子，它们称为自由基(H·和O·、I·也称为自由原子)。自由基反应活性很强，寿命极短。
对于基元反应aA＋bB=gG＋hH
速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)
k: 速率常数(只与温度有关)
→即，基元反应的化学反应速率v与反应物浓度c以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律。
注意：有的速率方程表达式有区别，具体往往题目会给出。
如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。
(1)该反应的反应物为 ，中间体为 ，生成物为 。(2)由A、B生成C的反应为 (填“吸”或“放”，下同)热反应，由C生成D的反应为 热反应，总反应为 热反应。(3)第一步为 (填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为 反应，决定总反应快慢的是第 步反应。
已知在一个分步反应中，较慢的一步反应控制总反应的速率。下列说法不正确的是
1.甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)：
①Cl2 2Cl·(慢反应)②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反应)③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反应)④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反应)
A.上述过程的总反应方程式为CH4＋Cl2 CH3Cl＋HClB.光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快C.反应②～④都是由微粒通过碰撞而发生的反应D.反应①是释放能量的反应
一、反应机理——快反应与慢反应
A.加入合适的催化剂待反应完成时可增大过渡金属化合物的产率B.Zr＋CH4―→CH3—Zr…H的活化能为99.20 kJ·ml－1
C.整个反应的快慢由状态1前 →CH3—Zr…H 的反应快慢决定D.Zr＋CH4―→CH—Zr…H3　 ΔH＝-39.54 kJ·ml－1
2.如图是CH4与Zr形成过渡金属化合物的过程。下列说法正确的是
3.工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为:v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
由上述数据可得该温度下，c2＝____，该反应的逆反应速率常数k＝ L3·ml－3·min－1。
二.速率常数与速率方程
解析:将①②两组实验数据分别代入v逆＝k·c(CO)·c3(H2)表达式中,可得出c2的值
将③中实验数据代入v逆＝k·c(CO)·c3(H2)表达式中,可得出k的值
4.300 ℃时，2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)的正反应速率表达式为： v正＝k·cn(ClNO)，测得正反应速率和浓度的关系如下表：
n＝_____；k＝_____________________。
4.0×10－8 L·ml－1·s－1
→根据表格①②中的数据，代入正反应速率表达式然后做比值
→将n和①(或②或③)中数据代入正反应速率表达式得k的值
考点二 多因素影响下的速率图像分析
1.常考影响化学反应速率的因素：
3.绝大多数催化剂都有活性温度范围.温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢;随温度升高，反应速率逐渐增大，物质转化率增大,
2.随着时间的推移，反应物浓度减小，反应速率减小。
多因素影响下的速率图像分析
浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。
但温度过高又会破坏催化剂的活性。
4.速率图像分析的一般方法
(3)综合分析反应原理.
(1)看清关键点：起点、终点和变化点。
有的反应放热造成温度升高，反应速率加快；有的反应生成的金属与原金属形成原电池，反应速率加快；有的反应物浓度减小，反应速率减慢；有的反应生成物中有催化剂，反应速率加快；有的反应温度过高，造成催化剂失去活性，反应速率减慢等。
一、温度与浓度的双重影响
1.把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 ml/L盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成H2的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。回答下列问题：
(1)O→a段不生成氢气的原因是_____________________________________。
铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到盐和水，无氢气放出
(2)b→c段生成氢气的速率增加较快的主要原因可能是______________________________________________。
反应放热，溶液温度升高，反应速率加快(或反应产生的铝离子是该反应的催化剂)
(3)t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是___________________________________。
随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度逐渐降低
2.汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：Ⅰ.NO＋Pt(s)=NO* Ⅱ.CO＋Pt(s)=CO* Ⅲ.NO*=N*＋O*Ⅳ.CO*＋O*=CO2＋Pt(s) Ⅴ.N*＋ N*=N2＋Pt(s) Ⅵ.NO*＋N*=N2O＋Pt(s)
二、温度与选择性的双重影响
经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是______________________________。
温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快
由图1→温度升高，反应物的消耗量增大，说明催化剂的活性增强，反应速率加快。
(2)图2中,T2 ℃时反应Ⅴ的活化能___(填“<”“>”或“＝”)反应Ⅵ的活化能； T3 ℃时发生的主要反应为____(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
T2℃时，N2的浓度小于N2O的浓度
→T3 ℃时，生成物CO2的浓度最大
1.(2021·山东，14)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：
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CH318OHD.反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变
2.(2022·北京，14)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2为载气，以恒定组成的N2、CH4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CO2，在催化剂上有积碳。
①CaO＋CO2=CaCO3
C.t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率D.t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
v(H2)和v(CO)相等
t2时,v(H2)未变
,为1～2mml/min
3.[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，
在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是 ；
当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是________。
迅速上升段是催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使 NOx 去除反应速率迅速增大；
上升缓慢段主要是温度升高引起的 NOx 去除反应速率增大　
催化剂活性下降；NH3 与 O2 反应生成了 NO
在金催化剂表面上水煤气变换
的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用
(填“<0、 =0或 >0”)

②决定反应速率步骤(慢反应)的化学方程式为： 。
④该反应的活化能E活=
③该历程中最大能垒(活化能)E正=
总反应的活化能等于反应物的能量与具有最高能量过渡态的能量之差的绝对值。