1 第一讲 化学反应速率.docx
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1第一讲化学反应速率
第一讲 化学反应速率
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。
化学反应速率
[知识梳理]
1.化学反应速率
同一化学反应中,反应速率之比=各物质的化学计量数之比=物质的量变化量之比=物质的量浓度变化量之比。
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),在同一段时间内,用不同物质来表示该反应速率,当单位相同时,反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。
即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
如在一个2L的容器中发生反应:
3A(g)+B(g)===2C(g),加入2molA,1s后剩余1.4mol,则v(A)=0.3__mol/(L·s),v(B)=0.1__mol/(L·s),v(C)=0.2__mol/(L·s)。
[自我检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加。
( )
(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。
( )
(3)化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1。
( )
(4)由v=
计算平均速率,用反应物表示时为正值,用生成物表示时为负值。
( )
(5)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。
( )
(6)根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2.(2016·高考北京卷)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
解析:
选A。
相对于食品,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.(教材改编题)某温度下,浓度都是1mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成气体Z,经tmin后,测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4mol·L-1,c(Y2)=0.6mol·L-1,c(Z)=0.4mol·L-1,则该反应的化学方程式可表示为( )
A.2X2+3Y22X2Y3B.3X2+2Y22X3Y2
C.X2+2Y22XY2D.2X2+Y22X2Y
解析:
选B。
反应浓度变化量之比等于化学计量数之比,Δc(X2)=(1-0.4)mol·L-1=0.6mol·L-1,Δc(Y2)=(1-0.6)mol·L-1=0.4mol·L-1,所以Δc(X2)∶Δc(Y2)∶Δc(Z)=3∶2∶2,即反应为3X2+2Y22Z,根据原子守恒,则Z为X3Y2,B项正确。
(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)对于固体或纯液体反应物,其浓度视为常数,故一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100mL稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如表所示(累计值,氢气体积已折算成标准状况下体积):
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)
50
120
232
290
310
(1)哪一时间段(指0~1min、1~2min、2~3min、3~4min、4~5min,下同)的反应速率最大?
____________,原因是_____________________________________________。
(2)哪一时间段的反应速率最小?
________,原因是_________________________
________________________________________________________________________。
(3)2~3min内以盐酸的浓度变化来表示的反应速率为____________________。
(4)如果反应太剧烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,在盐酸中分别加入等体积的下列溶液,你认为可行的是________(填编号)。
A.蒸馏水
B.NaCl溶液
C.Na2CO3溶液
D.CuSO4溶液
[解析]
(1)在0~1min、1~2min、2~3min、3~4min、4~5min时间段中,产生气体的体积分别为50mL、70mL、112mL、58mL、20mL,由此可知反应速率最大的时间段为2~3min。
(2)反应速率最小的时间段是4~5min,此时温度虽然较高,但H+浓度小。
(3)在2~3min内,n(H2)=
=0.005mol,根据2HCl~H2计算,消耗盐酸的物质的量为0.01mol,则v(HCl)=
=0.1mol·L-1·min-1。
(4)分别加入蒸馏水和NaCl溶液时,H+浓度减小,反应速率减小且不减少产生氢气的量,故A、B两项正确;加入Na2CO3溶液,生成CO2气体,影响生成氢气的量,故C项错误;加入CuSO4溶液,Zn置换出Cu,形成原电池,反应速率增大,故D项错误。
[答案]
(1)2~3min 反应为放热反应,温度升高,反应速率增大
(2)4~5min 4~5minH+浓度小
(3)0.1mol·L-1·min-1
(4)AB
上述例题中可以用金属锌的消耗量表示化学反应速率吗?
说明理由。
答案:
不能。
不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率,因为固体或纯液体物质的浓度在化学反应中视为定值。
1.化学反应速率的计算思路
某一物质(不能是固体或纯液体)的物质的量变化Δnx
该物质的浓度变化Δcx
vx
vy、vz等。
2.对于较为复杂的关于反应速率的题目,采用以下步骤和模板计算
(1)写出有关反应的化学方程式;
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如:
mA + nB pC
起始浓度(mol·L-1)abc
转化浓度(mol·L-1)x
某时刻浓度(mol·L-1)a-xb-
c+
题组一 化学反应速率概念的理解和应用
1.用纯净的CaCO3与100mL稀盐酸反应制取CO2,实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。
下列分析正确的是( )
A.OE段的平均反应速率最快
B.EF段,用盐酸表示该反应的平均反应速率为0.4mol/(L·min)
C.OE、EF、FG三段中,该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为2∶6∶7
D.F点收集到的CO2的量最多
解析:
选B。
OE段、EF段、FG段中生成的CO2分别为0.01mol、0.02mol、0.005mol,则消耗HCl的量分别为0.02mol、0.04mol、0.01mol,用HCl表示的反应速率分别为0.2mol/(L·min)、0.4mol/(L·min)、0.1mol/(L·min),所以EF段的平均反应速率最快,G点收集到的CO2的量最多。
2.(2018·烟台高三模拟)一定温度下反应:
4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2min,B的浓度减少0.6mol·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )
A.用A表示的反应速率是0.4mol·L-1·min-1
B.分别用B、C、D表示反应的速率其比值是1∶2∶3
C.在2min末的反应速率,用B表示为0.3mol·L-1·min-1
D.在这2min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
解析:
选D。
A是固体,不能用其浓度的变化来表示反应速率;vB=0.3mol·L-1·min-1表示2min内的平均反应速率,在2min末的速率为瞬时速率,不等于0.3mol·L-1·min-1;在反应过程中B的浓度逐渐减小,故A、B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小。
题组二 化学反应速率的大小比较与计算
3.(2018·长沙模拟)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)=0.45mol/(L·min)
②v(B)=0.6mol/(L·s)
③v(C)=0.4mol/(L·s)
④v(D)=0.45mol/(L·s)
下列有关反应速率的比较中正确的是( )
A.④>③=②>① B.④<③=②<①
C.①>②>③>④D.④>③>②>①
解析:
选A。
若四种反应速率都用A表示[单位mol/(L·s)],数值分别为①v(A)=0.0075mol/(L·s),②v(A)=0.2mol/(L·s),③v(A)=0.2mol/(L·s),
④v(A)=0.225mol/(L·s),所以反应速率④>③=②>①,故A正确。
4.将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合,并在一定条件下发生反应:
2A(g)+B(g)2C(g),若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L-1,现有下列几种说法:
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·L-1·s-1 ②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L-1·s-1 ③2s时物质A的转化率为70% ④2s时物质B的浓度为0.7mol·L-1。
其中正确的是( )
A.①③B.①④
C.②③D.③④
解析:
选B。
A、B的起始浓度分别为2mol·L-1、1mol·L-1,由2s后C的浓度可得A、B的变化浓度分别为0.6mol·L-1、0.3mol·L-1,所以用A、B表示的反应的平均速率分别为0.3mol·L-1·s-1、0.15mol·L-1·s-1,2s时A、B的浓度分别为1.4mol·L-1、0.7mol·L-1。
2s时物质A的转化率为30%。
定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法
按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)比值法
比较化学反应速率与化学计量数的比值。
如aA(g)+bB(g)cC(g),即比较
与
,若
>
,则用A表示的反应速率比用B表示的大。
影响反应速率的因素
[知识梳理]
1.影响化学反应速率的因素
(1)内因(主要因素)
反应物本身的性质。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
2.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为反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为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
增大压强或增大反应物浓度或使用催化剂均可提高单位体积内活化分子数,使有效碰撞几率提高,使反应速率加快。
[自我检测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·高考浙江卷)探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时,若先将两种溶液混合并计时,再用水浴加热至设定温度,则测得的反应速率偏高。
( )
(2)(2015·高考天津卷)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。
( )
(3)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。
( )
(4)因为反应物浓度越大,反应速率越快,所以常温下,相同的铝片中分别加入足量的浓、稀硝酸,浓硝酸中铝片先溶解完。
( )
(5)可逆反应中减小产物的浓度可增大正反应的速率。
( )
(6)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大。
( )
(7)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。
( )
(8)锌与硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越快。
( )
(9)对可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增加氯化钾浓度,逆反应速率加快。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)× (9)×
2.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)缩小体积使压强增大:
________;
(2)恒容充入N2:
________;
(3)恒容充入He:
________;
(4)恒压充入He:
________。
答案:
(1)增大
(2)增大 (3)不变 (4)减小
气体反应体系中充入“惰性气体”对反应速率的影响
(1)恒温恒容:
充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(单位体积内活化分子数不变)―→反应速率不变。
(2)恒温恒压:
充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(单位体积内活化分子数减小)―→反应速率减小。
(2017·高考江苏卷)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
[解析] 由图甲可知,起始时H2O2的浓度越小,曲线下降越平缓,说明反应速率越慢,A项错误;OH-的浓度越大,pH越大,即0.1mol·L-1NaOH对应的pH最大,曲线下降最快,即H2O2分解最快,B项错误;由图丙可知,相同时间内,0.1mol·L-1NaOH条件下H2O2分解最快,0mol·L-1NaOH条件下H2O2分解最慢,而1.0mol·L-1NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间,C项错误;由图丁可知,Mn2+越多,H2O2的分解速率越快,说明Mn2+对H2O2分解速率影响较大,D项正确。
[答案] D
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
选项
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
c/mol·L-1
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
解析:
选D。
本题意在考查考生分析外界条件对化学反应速率的影响。
结合选项知混合液的体积都为20mL,但选项D中反应温度最高且反应物Na2S2O3的浓度最大,其反应速率最大,故最先看到浑浊(有硫单质生成)。
题组一 外界条件对化学反应速率的影响
1.(2015·高考上海卷)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
解析:
选B。
对于合成氨反应,N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,属于放热反应,升高温度平衡会向吸热方向移动,对逆反应的反应速率影响更大,A错误;增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,对正反应的反应速率影响更大,B正确;减小反应物浓度,使正反应的反应速率瞬间减小,由于生成物的浓度没有变化,所以逆反应的反应速率瞬间不变,故减小反应物浓度,对正反应的反应速率影响更大,C错误;加入催化剂,能同等程度地加快正、逆反应速率,D错误。
2.下列有关反应速率的说法正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制氢气时,改用98%的硫酸可以加快反应速率
B.100mL2mol·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变
C.SO2的催化氧化反应是一个放热反应,所以升高温度,反应速率变慢
D.汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强反应速率变慢
解析:
选D。
A项,铁遇浓硫酸钝化,错误;B项,加入NaCl溶液,溶液体积增大,c(H+)减小,反应速率减小,错误;C项,升高温度,正、逆反应速率都增大,错误;D项,减小压强,反应速率减小,正确。
外界条件对反应速率的影响结果
(1)温度
①正反应是放热反应:
升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的幅度更大。
②正反应是吸热反应:
升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(正)增大的幅度更大。
(2)压强
①正反应是气体物质的量减小的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)均增大,但v(正)增大的幅度更大。
②正反应是气体物质的量增大的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的幅度更大。
③反应前后气体物质的量不变的反应:
增大压强,v(正)、v(逆)同等程度增大。
(3)催化剂
使用催化剂,v(正)、v(逆)同等程度增大。
题组二 化学反应速率的图像与影响因素
3.(2018·唐山高三模拟)合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图:
下列说法正确的是( )
A.t1时升高了温度
B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强
D.t4时降低了温度
解析:
选B。
升温,正、逆反应速率同时增大,但由于该反应是放热反应,平衡向左移动,达到新的平衡之前,正反应速率应增大,A不对;加压,正、逆反应速率同时增大,C不对;降温,正、逆反应速率瞬间即降低,曲线不连续,D不对。
4.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0已达到平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响,下列条件与图像不相符的是(O~t1:
v正=v逆;t1时改变条件,t2时重新建立平衡)( )
解析:
选C。
分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。
增加O2的浓度,v正增大,v逆瞬间不变,A正确;增大压强,v正、v逆都瞬间增大,v正增大的倍数大于v逆,B正确;升高温度,v正、v逆都瞬间增大,速率是不连续的,C错误;加入催化剂,v正、v逆同时同倍数增大,D正确。
(1)当可逆反应达到一种平衡后,若某一时刻外界条件发生改变,则可能使速率时间图像的曲线出现不连续的情况,即出现“断点”。
根据“断点”前后的速率大小,即可对外界条件的变化情况作出判断。
如图,t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应
化学反应速率影响因素的实验探究
[知识梳理]
影响化学反应速率的因素有多种,在探究相关规律时,需要控制其他条件不变,只改变某一个条件,探究这一条件对反应速率的影响。
变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据得出合理结论的能力,因而在这几年高考试题中常有所涉及。
1.解题策略
2.实例分析
探究温度、催化剂对反应:
2H2O2===2H2O+O2↑的影响,可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量,其他的则控制为不变量。
探究对象的反应
2H2O2===2H2O+O2↑
控制的可变量
催化剂
温度
控制的不变量
浓度、温度等
浓度、催化剂等
实验方案
取相同量的5%H2O2于两支规格相同的试管中,向其中一支试管中加入少量MnO2,另一支不加,在常温下观察
取相同量的5%H2O2于两支规格相同的试管中,给其中一支试管加热,另一支不加热,观察
根据两种条件下的反应都有气体生成的特征,利用导管将生成的气体导入水槽中,通过观察水槽中产生气泡的剧烈程度,判断该控制变量对化学反应速率是否产生影响以及具体的影响效果。
[自我检测]
1.已知某化学实验的结果如下表:
实验
序号
反应物
在相同温度下测得的反应速率v/mol·L-1·min-1
大小相同的金属片
酸溶液
1
镁片
1mol·L-1盐酸
v1
2
铁片
1mol·L-1盐酸
v2
3
铁片
0.1mol·L-1盐酸
v3
下列结论正确的是( )
A.v1>v2>v3 B.v3>v2>v1
C.v1>v3>v2D.v2>v3>v1
解析:
选A。
影响化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质,由于镁的活动性比铁强,所以与相同浓度的盐酸反应时,镁的反应速率大;反应物浓度也影响反应速率,在一定范围内,反应速率与反应物浓度成正比,故v2>v3。
2.(2018·衡水高三模拟)为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响,某同学设计了如下一系列实验。
表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积的气体所需时间。
下列说法正确的是( )
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4mol·L-1H2SO4溶液/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
A.V1=30,V6=10
B.反应一段时间后,实验A、E中的金属呈暗红色
C.加入MgSO4与Ag2SO4可以起到与硫酸铜相同的加速作用
D.硫酸铜的量越多,产生氢气的速率肯定越快
解析:
选A。
研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,硫酸的体积、物质的量应相同,由A、F可知溶液的总体积为30mL+20mL=50mL,V1=30,V6=50-30-10=10,A正确;实验A中没有加入硫酸铜溶液,不会出现暗红色,B错误;MgSO4与Zn不能反应置换出Mg,也就不能形成原电池,C错误;硫酸铜溶液的量太多,产生大量的铜覆盖在Zn粒表面,反应速率反而会减慢,D错误。
实验探究影响化学反应速率因素的两种题型
(1)以表格的形式给出多组实验数据,让考生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让考生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
(2018
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