2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第7章第1节化学反应速率


第七章 化学反应速率和化学平衡
第1节　化学反应速率
[考试说明]　1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。2.理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂)对反应速率的影响。3.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。4.了解化学反应速率的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
[命题规律]　化学反应速率是高考的重要考查点，高考对本节内容的考查方式为：一是根据图像、数据表格等信息，计算化学反应速率，判断影响化学反应速率的因素，预测或总结化学反应速率的变化规律；二是通过控制变量，探究影响化学反应速率的因素。考查形式主要以填空题型为主。
考点1　化学反应速率
知识梳理
1.化学反应速率的含义
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量。
2．化学反应速率的表示方法
(1)定性：根据反应物消耗或生成物产生的快慢(用气体、沉淀等可见现象)来粗略比较。
(2)定量：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
3．数学表达式及单位
v＝，单位：mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1，如密闭容器中，合成氨的反应N2＋3H22NH3，开始时c(N2)＝8 mol·L－1,2 min后c(N2)＝4 mol·L－1，则用N2表示该反应的反应速率为2_mol·L－1·min－1。
4．规律
(1)同一化学反应的反应速率可以用不同物质的浓度变化来表示，其数值可能不同，因此表示化学反应速率时要指明具体物质。
(2)用不同物质的浓度变化表示同一化学反应的反应速率时，反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。例如，对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

(1)由v＝计算的反应速率是一段时间内的平均速率而不是瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。
(2)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。
(3)固体或纯液体(不是溶液)参加反应，其浓度保持不变(可视为常数)，因此不用固体或纯液体的浓度变化表示反应速率。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。(×)
错因：反应速率大，反应现象不一定明显，如酸碱中和反应。
(2)由v＝ 计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值。(×)
错因：平均速率，无论用反应物还是生成物表示均为正值。
(3)同一反应，在相同时间间隔内，用不同物质表示的反应速率，其数值和意义都不一定相同。(×)
错因：同一反应，用不同物质表示的反应速率其数值可能不同，但意义相同。
(4)3 mol·L－1·s－1的反应速率一定比2 mol·L－1·s－1的反应速率大。(×)
错因：同一反应比较速率大小应该统一单位、同一物质。
(5)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。(×)
错因：化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1，是指1 s 内某物质的浓度变化值为0.8 mol·L－1。
2．在2 L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。回答下列问题：

(1)该反应的反应物和生成物分别是________，反应方程式为________________________________________。
(2)0～10 s的平均反应速率v(H2)＝________；v(HI)＝________。
(3)根据上述反应速率数值，分析用不同物质表示同一化学反应在同一时间内的化学反应速率值是否必须相同？
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案　(1)H2和I2、HI　H2(g)＋I2(s)2HI(g)
(2)0.0395 mol·L－1·s－1　0.079 mol·L－1·s－1
(3)同一反应在同一时间内，用不同物质表示的化学反应速率值可能相同，也可能不同，但表示的意义都相同，并且化学反应速率之比等于化学计量数之比
题组训练
题组一 化学反应速率的计算
1．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min后，B的浓度减少了0.6 mol·L－1。下列反应速率的表示正确的是(　　)
A．用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1
B．用B表示的反应速率是0.3 mol·L－1·min－1
C．2 min末时的反应速率，用B表示为0.3 mol·L－1·min－1
D．在这2 min内，用B表示的反应速率的值是减小的，用C表示的反应速率逐渐增大
答案　B
解析　反应物A为固体，不能用其浓度变化来表示化学反应速率，A错误；2 min后，B的浓度减少了0.6 mol·L－1，则有v(B)＝＝0.3 mol·L－1·min－1，B正确；由B项分析可知，2 min内B的平均反应速率为0.3 mol·L－1·min－1，而不是2 min末的瞬时速率，C错误；随着反应的进行，反应物和生成物的浓度变化逐渐减小，故2 min内用B和C表示的反应速率均逐渐减小，D错误。
2．将10 mol A和5 mol B放入10 L真空容器内，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初的0.2 s内，消耗A的平均反应速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在0.2 s时，容器中C的物质的量是(　　)
A．0.12 mol B．0.08 mol
C．0.04 mol D．0.8 mol
答案　B
解析　v(A)∶v(C)＝3∶2，则v(C)＝0.04 mol·L－1·s－1，n(C)＝0.2 s×0.04 mol·L－1·s－1×10 L＝0.08 mol。
题组二 化学反应速率大小的比较
3．对于反应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
答案　D
解析　本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质同一单位表示的反应速率进行比较，B项中的B物质是固体，不能表示反应速率；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。
4．反应aA(g)＋bB(g)cC(g)在体积为2 L的容器中进行反应。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质的量随时间变化的曲线如图所示：

请回答下列各题：
(1)反应的化学方程式为____________________________________________________________________。
(2)A的平均反应速率vⅠ(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为__________________。
(3)由计算可知，第 Ⅰ 阶段0～20 min时，C的平均速率vⅠ(C)＝________。
答案　(1)A＋3B2C　
(2)vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)
(3)0.05 mol·L－1·min－1
解析　(1)反应达到平衡时，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝1.0 mol∶3.0 mol∶2.0 mol＝1∶3∶2，即该反应的化学方程式为A＋3B2C。
(2)vⅠ(A)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，vⅡ(A)＝≈0.0127 mol·L－1·min－1，vⅢ(A)＝＝0.006 mol·L－1·min－1，故vⅠ(A)>vⅡ(A)>vⅢ(A)。
(3)vⅠ(C)＝2vⅠ(A)＝0.05 mol·L－1·min－1。

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)换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
(3)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，比较与，若>；则A表示的反应速率比B的大。
考点2　影响化学反应速率的因素
知识梳理
1.内因(主要因素)——不可控因素
反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。如卤素单质与H2反应的速率大小关系为F2>Cl2>Br2>I2，镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为Mg>Al>Zn>Fe。
2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)

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；
E2为逆反应的活化能；
E3为使用催化剂时正反应的活化能；
反应热ΔH＝E1－E2。
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


(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数，故改变用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时，其表面积将增大，其反应速率将加快。
(2)升高温度，不论正反应还是逆反应，不论放热反应还是吸热反应，反应速率一般都要加快，只不过增加的程度不同。不可以认为v(吸)加快而v(放)减慢。
(3)改变压强对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时，应分析引起压强改变的原因及这种改变对反应体系的浓度产生何种影响。
对于气体反应体系，有以下几种情况：
①恒温时：
增加压强(缩小体积)浓度增大反应速率加快。
②恒容时：
充入“惰气”总压增大(分压不变)―→各反应物浓度不变―→反应速率不变。
③恒压时：
充入“惰气”体积增大―→各反应物浓度减小―→反应速率减慢。(惰气指与反应体系中各物质不反应的气体。)
(4)加入催化剂：由于降低了反应的活化能，增加了活化分子百分数，故能成千上万倍地加快化学反应速率，且对可逆反应v(正)、v(逆)增大的倍数相等，但它不会使不能发生的化学反应变得自发，也不会改变化学反应的反应热和平衡状态。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)升温时，吸热反应速率增大，放热反应速率减小。(×)
错因：无论是吸热反应还是放热反应，升高温度，反应速率均加快。
(2)增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H2的速率。(×)
错因：铁遇冷的浓硫酸发生钝化。
(3)反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)在固定容积的容器中进行，充入N2后，体系压强增大，反应速率加快。(×)
错因：容积固定，充入N2，体系压强增大，但N2不参与反应，各反应物浓度不变，故反应速率不变。
(4)恒温条件下，在容积可变的密闭容器中进行如下反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，在保持容器内压强不变的前提下不断向容器中充入稀有气体，在些过程中反应速率不变。(×)
错因：充入稀有气体，要想压强不变则容器的体积就要增大，反应物的浓度减小，反应速率减小。
2．少量铁粉与100 mL 0.01 mol·L－1的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的(　　)
①加H2O　②加NaOH固体　③滴入几滴浓盐酸　
④加CH3COONa固体　⑤加NaCl固体　⑥滴入几滴硫酸铜溶液　⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)　⑧改用10 mL 0.1 mol·L－1盐酸
A．①⑥⑦ B．③⑤⑦⑧
C．③⑦⑧ D．③⑥⑦⑧
答案　C
解析　①加水，盐酸的浓度变小，故反应速率变慢；②加氢氧化钠，降低了盐酸的浓度，故反应速率变慢；③加浓盐酸，反应速率加快，且铁的量没有改变，故不影响氢气的产量；④加醋酸钠固体，与盐酸反应生成弱酸醋酸，故反应速率减慢；⑤加氯化钠固体，氢离子的浓度不变，故反应速率不变；⑥滴加硫酸铜溶液，铁把铜置换出来，形成原电池，故反应速率加快，但与盐酸反应的铁减少，故减少了产生氢气的量；⑦温度升高，反应速率加快，且不影响氢气的产量；⑧改用浓度大的盐酸，反应速率加快，且不影响氢气的产量。
题组训练
1.改变外界条件可以影响化学反应速率，针对H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其中能使活化分子百分数增加的是(　　)
①增大反应物浓度　②增大气体的压强　③升高体系的温度　④使用催化剂
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
答案　D
解析　增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增加，即活化分子的浓度增大，反应速率加快，但活化分子百分数不变，①错误；增大气体的压强，容器的体积缩小，相当于增大浓度，单位体积内活化分子数目增加，但活化分子百分数不变，②错误；升高体系的温度，部分普通分子变成活化分子，单位体积内活化分子的数目及百分数均增加，③正确；使用催化剂，降低了活化能，单位体积内活化分子的数目及百分数均增加，④正确。
2．某课外兴趣小组对H2O2的分解速率做了如下实验探究。
(1)下表是该小组研究影响过氧化氢(H2O2)分解速率的因素时采集的一组数据(用10 mL H2O2制取标准状况下150 mL O2所需的时间)：
浓度
时间(秒)
反应条件
30%
H2O2
15%
H2O2
10%
H2O2
5%
H2O2
(Ⅰ)无催化剂、不加热
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
(Ⅱ)无催化剂、加热
360
480
540
720
(Ⅲ)MnO2催化剂、加热
10
25
60
120
①该小组在设计方案时，考虑了浓度、a：____________、b：____________等因素对过氧化氢分解速率的影响。
②从上述影响H2O2分解速率的因素a和b中任选一个，说明该因素对该反应速率的影响：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)将质量相同但颗粒大小不同的MnO2分别加入到5 mL 5%的过氧化氢溶液中，并用带火星的木条测试。测定结果如下：
催化剂(MnO2)
操作情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
混合
不振荡
剧烈反应，带火星的木条复燃
3.5 min
块状
反应较慢，火星红亮但木条未复燃
30 min
①写出H2O2发生反应的化学方程式：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
②实验结果说明催化剂作用的大小与________有关。
答案　(1)①温度　催化剂　②温度升高，化学反应速率加快(或使用合适的催化剂，化学反应速率加快)
(2)①2H2O22H2O＋O2↑　②接触面积

利用“控制变量法”的解题策略

高考真题实战
1．(2017·江苏高考)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)


A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
答案　D
解析　图甲表明其他条件相同时，H2O2浓度越大，其分解速率越快，A错误；图乙表明其他条件相同时，溶液pH越大，分解速率越快，B错误；Mn2＋浓度相同时，1.0 mol·L－1NaOH溶液中H2O2分解速率小于0.1 mol·L－1NaOH溶液中H2O2分解速率，C错误；pH相同时，Mn2＋浓度越大，分解速率越快，所以图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率影响大，D正确。
2．(2016·北京高考)下列食品添加剂中，其使用目的与反应速率有关的是(　　)
A．抗氧化剂 B．调味剂
C．着色剂 D．增稠剂
答案　A
解析　相对于食物，抗氧化剂可以更快地被氧气氧化，从而降低了包装袋中氧气的浓度，减缓食品被氧化的速率。
3．(2015·上海高考)对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　)
A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
答案　B
解析　合成氨为放热反应，升高温度对吸热反应的影响更大，即对逆反应的反应速率影响更大，A错误；增大压强对气体体积大的影响更大，所以增大压强对正反应的反应速率影响更大，B正确；减小反应物浓度正反应速率瞬时减小，而逆反应速率瞬时不变，C错误；催化剂会同等程度的影响正、逆反应速率，D错误。
4．(2015·海南高考)(双选)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成的是(　　)
A．K2SO4 B．CH3COONa
C．CuSO4 D．Na2CO3
答案　AB
解析　加入K2SO4溶液起稀释作用，且不影响溶液中H＋的总物质的量，A项正确；加入CH3COONa溶液，不仅能起到稀释作用，还能生成弱电解质CH3COOH，使溶液中的c(H＋)减小，随着H＋的消耗，CH3COOH会继续电离出结合的H＋，使得产生H2的量不变，B项正确；Zn与CuSO4反应生成Cu，构成Cu­Zn­盐酸原电池，加快氢气的生成速率，C项错误；Na2CO3与稀盐酸反应生成CO2气体逸出，消耗溶液中的H＋，使最终产生的H2减少，D项错误。
5．(2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。

计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________kPa·min－1。
答案　0.0047
6．(2019·天津高考)不同温度下反应3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH2v逆 B．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃

答案　ac
解析　根据图知，A到D点，随温度升高，SiCl4转化率增大，说明平衡正向移动，且没达到平衡状态D为平衡点，所以B点时反应正向移动，即v正>v逆，a正确。A点温度比E点低，所以v正：vAA，由此可见，反应ⅱ比反应ⅰ速率快，反应ⅱ产生H＋使c(H＋)增大，从而反应ⅰ加快。