第七章 化学反应速率和化学平衡.docx
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第七章化学反应速率和化学平衡
第七章 化学反应速率和化学平衡
第一讲 化学反应速率
1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。
2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
3.理解外界条件(如浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响及其一般规律。
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作用。
1.化学反应速率的大小比较及外界条件对化学反应速率影响的分析判断。
2.通过图像(或图表)的分析,提出合理的解释或进行简单计算。
3.另外化学反应速率与工农业生产、环境保护、日常生活方面的综合题。
一、化学反应速率
1.表示方法
对于反应体系体积不变的反应,通常用单位时间内某反应物浓度(或质量、物质的量等)的减小或某生成物浓度(或质量、物质的量等)的增大来表示。
其表达式为:
v=
。
2.单位:
mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1。
3.同一反应用不同物质表示的化学反应速率之间的关系
对于任一反应mA+nB===pY+qZ,v(A)∶v(B)∶v(Y)∶v(Z)=m∶n∶p∶q。
(1)上述表达式所求v是化学反应的平均速率还是瞬时速率?
提示 一般来说,化学反应速率随着反应的进行而逐渐变化。
因此,某一段时间内的反应速率,实际是一段时间内的平均速率,而不是指瞬时速率。
(2)可逆反应N2+3H2
2NH3在不同时间段测得的反应速率分别为v(N2)=1mol·L-1·s-1,v(H2)=2.5mol·L-1·s-1,能否说明v(H2)>v(N2)?
提示 比较化学反应速率大小时,必须使用同一物质的反应速率且单位一致,v(N2)换算成v(H2)时,相当于3mol·L-1·s-1,所以上述反应中v(N2)>v(H2)。
二、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,如Na、Mg、Al与水反应的速率由大到小的顺序为:
Na>Mg>Al。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。
这种说法是否正确,对此你如何理解?
提示 这种说法是正确的。
对有气体参加的反应,压强改变⇒气体物质浓度改变⇒化学反应速率改变,如2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)增大压强,SO2、O2、SO3的浓度均增大,正、逆反应速率均增大。
三、活化分子与有效碰撞
1.有效碰撞:
能发生反应的分子之间的碰撞。
2.活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
3.活化能:
如图
E1表示活化能;
E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量;
E2-E1表示ΔH。
根据有效碰撞理论,完成下表。
项目
活化能
单位体积内
有效碰撞次数
化学反
应速率
分子
总数
活化
分子数
活化分
子百分数
增大浓度
不变
增加
增大压强
升高温度
加催化剂
提示 增加 不变 增加 增大 不变 增加 增加 不变 增加 增大 不变 不变 增加 增加 增加 增大 减小 不变 增加 增加 增加 增大
四点注意
有关化学反应速率的注意事项
1.化学反应速率是一段时间内的平均速率,且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。
2.在一定温度下,固体和纯液体物质,改变其用量,不影响化学反应速率。
3.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,其数值不同,但意义相同。
4.计算反应速率时,若给出的是物质的量的变化值,不要忘记转化为物质的量浓度的变化值。
两个影响
“恒容”“恒压”影响
有气体参加的反应体系中充入“惰性气体”(不参与反应)时,对化学反应速率的影响:
(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)→反应速率减慢。
我的警示
化学反应速率应用易错点
(1)对概念理解不清引起判断错误。
(2)对计算过程中“三段式”应用不熟练而出现的错误。
(3)比较化学反应速率大小时,注意使用同一物质的化学反应速率且单位一致。
(4)升高温度,不论对吸热反应还是放热反应,化学反应速率都是加快的。
(5)对化学反应速率图像横纵坐标理解出现偏差。
(6)“惰性气体”对化学反应速率的影响理解不到位。
问题征解
如何解释催化剂对化学反应速率的影响?
提示 催化剂参与化学反应,降低了反应的活化能,使大量在原反应中不是活化分子的反应物分子也变为活化分子,提高了活化分子的百分数,从而极大地加快化学反应速率。
这一过程的能量关系可用下图表示:
Ea1表示没使用催化剂时反应所需活化能;
Ea2表示使用催化剂后所需最大活化能。
必考点53化学反应速率的简单计算
1.数学表达式:
v=
。
2.对某一具体的化学反应来说,用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率时,数值往往不同,其数值之比等于化学方程式中化学计量数之比,如:
aA+bB===dD+eE
v(A)∶v(B)∶v(D)∶v(E)=a∶b∶d∶e,
或
=
=
=
。
3.化学反应速率的计算
求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤:
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:
反应 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+
【典例1】
(1)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如下反应:
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表示反应的平均速率为0.3mol·L-1·s-1
②用物质B表示反应的平均速率为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.①④C.②③D.③④
(2)若①②中用A、B表示反应的平均速率分别为0.3mol·L-1·s-1、0.6mol·L-1·s-1,哪种物质表示的化学反应速率更快?
(3)若物质A的转化率经过计算为30%,那么,物质B的转化率为多少?
你能迅速得出答案吗?
解析
(1)本题是考查用不同反应物或产物表示反应的平均速率的方法和反应中物质的转化率、物质的量浓度的计算等知识点,所以考查内容的知识量较大。
v(C)=
=0.3mol·L-1·s-1
①v(A)=v(C)=0.3mol·L-1·s-1
②v(B)=
v(C)=0.3mol·L-1·s-1×
=0.15mol·L-1·s-1
③参加反应的A的物质的量为
0.3mol·L-1·s-1×2s×2L=1.2mol
A的转化率为
×100%=30%
④2s时B的浓度为1mol·L-1-0.15mol·L-1·s-1×2s=0.7mol·L-1
(2)把v(B)转化为v(A)可得,v(A)=2v(B)=2×0.6mol·L-1·s-1=1.2mol·L-1·s-1,所以,用物质B表示的该反应的速率更快。
(3)通入A、B两气体的物质的量之比也等于化学计量数之比2∶1,消耗物质的量之比也为2∶1,则A、B的转化率相等,都为30%。
答案
(1)B
(2)用B物质表示的化学反应速率更快 (3)30%,能迅速得出答案,因为通入和消耗的A、B的物质的量之比均为2∶1,则A、B转化率相等。
——
(1)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,但比较反应速率的快慢不能只看数值的大小,而要通过转化换算成同一物质表示,再比较数值的大小。
(2)比较化学反应速率与化学方程式中化学计量数的比值,即比较\f(v(A),a)与\f(v(B),b),若\f(v(A),a)>\f(v(B),b),则A表示的反应速率比B大。
(3)注意反应速率单位的一致性。
(4)注意外界条件对化学反应速率的影响规律。
【应用1】
将4molX气体和2molY气体在2L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:
2X(g)+Y(g)2Z(g),若经2s后所测得Z的浓度为0.6mol·L-1,回答以下问题。
(1)求0~2s用X物质表示的平均反应速率为___________________________________。
(2)求物质Y在2s时的转化率_______________________________________________。
(3)若上述反应是在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行反应,经同一段时间后,测得三个容器中的反应速率分别为
甲:
v(X)=0.2mol·L-1·s-1;
乙:
v(Y)=0.12mol·L-1·s-1;
丙:
v(Z)=9.6mol·L-1·min-1;
则用上述速率表示该反应由快到慢的顺序为________________________________________________________________________。
解析 2X(g)+Y(g)2Z(g)
起始物质的量/mol420
转化物质的量/mol1.20.61.2
2s后物质的量/mol2.81.41.2
(1)用X表示的平均反应速率为v(X)=
=
=0.3mol·L-1·s-1;
(2)Y的转化率为
×100%=30%;
(3)v(Z)=9.6mol·L-1·min-1=0.16mol·L-1·s-1,
则
=
=0.1mol·L-1·s-1,
=
=0.12mol·L-1·s-1,
=
=0.08mol·L-1·s-1,故甲、乙、丙三容器中反应速率由快到慢的顺序为:
乙>甲>丙。
答案
(1)0.3mol·L-1·s-1
(2)30% (3)乙>甲>丙
必考点54外界条件对化学反应速率的影响
1.影响化学反应速率的因素
参加化学反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要原因。
反应的类型不同,物质的结构不同,都会导致反应速率不同。
当其他条件不变时:
①浓度:
增加反应物的浓度可以加快反应速率;②压强:
对于有气体参加的化学反应,增大气体的压强,可以加快化学反应速率;③温度:
升高温度,可以加快化学反应速率;④催化剂:
加入催化剂可以加快化学反应速率;⑤其他因素:
光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物表面积、扩散速率、溶剂等因素也都能影响化学反应的反应速率。
2.理论解释
外界条件对化学反应速率的影响,实际是通过影响单位体积内活化分子的数量,改变有效碰撞次数来实现的,影响化学反应速率的外界条件主要有温度、浓度、压强和催化剂,我们可以将其进行归纳:
特别强调:
(1)浓度、压强、温度、催化剂影响化学反应速率的实质——改变了单位体积内活化分子的数目,单位体积内的活化分子数目增加,反应速率加快;反之减慢。
(2)压强对反应速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。
(3)温度改变对任何反应的速率都有影响。
【典例2】
(2010·课标全国卷)某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中,发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。
请回答下列问题。
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有________________________________________________________________________。
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是________________________________________________________________________。
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液,可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________。
(4)要加快上述实验中气体产生的速率,还可采取的措施有______________________(答两种)。
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列的实验。
将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。
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4mol·L-1
H2SO4/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
①请完成此实验设计,其中:
V1=________,V6=________,V9=________。
②反应一段时间后,实验A中的金属呈________色,实验E中的金属呈________色。
③该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时,生成氢气的速率会大大提高,但当加入的CuSO4溶液超过一定量时,生成氢气的速率反而会下降。
请分析氢气生成速率下降的主要原因___________________________________________________________________。
解析
(1)发生了两个反应:
CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu、Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。
(2)由于Zn与反应生成的Cu及H2SO4溶液组成了Cu—Zn微电池,大大加快了生成氢气的反应速率。
(3)只要是比锌的金属性差的金属都可以与锌组成原电池,都可以加快生成氢气的反应速率,故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。
(4)要加快生成氢气的反应速率,还可以采取如下措施:
升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。
(5)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响,故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同,则硫酸溶液的体积均取30mL,根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20mL,可以求得V6=10mL,V7=20mL,V8=19.5mL,V9=17.5mL,V10=15mL。
A组中无铜生成,反应后锌呈灰黑色,E中析出较多的铜,则显示了铜晶体的颜色:
暗红色。
由于析出的铜的量较多,会覆盖在锌的表面,使得锌与稀硫酸接触面积大大减小,故反应速率反而减慢了。
答案
(1)CuSO4+Zn===ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
(2)CuSO4和Zn反应产生的Cu与Zn可形成Cu-Zn微电池,加快了氢气产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等(答两种即可)
(5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入一定量的CuSO4后,生成的单质Cu会沉积在Zn的表面,降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积而使反应速率下降
——
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。
解答此类题时,要认真审题,清楚实验目的,弄清要探究的外界条件有哪些。
然后分析题给图表,确定一个变量在其他几个量不变的情况下,这个变化量对实验结果的影响,进而总结出规律。
然后再确定另一个变量,重新进行相关分析。
【应用2】
向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小顺序排列正确的是( )。
甲.在500℃时,SO2和O2各10mol反应
乙.在500℃时,用V2O5作催化剂,10molSO2和5molO2反应
丙.在450℃时,8molSO2和5molO2反应
丁.在500℃时,8molSO2和5molO2反应
A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙D.丁、丙、乙、甲
解析 本题综合考查化学反应速率的影响因素,催化剂、温度对化学反应速率影响程度较大,其中催化剂为最大,浓度、压强影响程度相对较小,同温时乙中速率最快,乙>甲,同时无催化剂时,甲中浓度大于丁中浓度,故甲>丁,丙温度最低,速率最慢,故C正确。
答案 C
Hold住考向
考向1
化学反应速率的计算
5年5考
考向2
影响化学反应速率的因素
5年6考
名师揭秘
化学反应速率是化学平衡移动的基础变量。
化学反应速率的计算和外界条件对化学反应速率的影响,常结合化学平衡的应用进行综合考查,有时在选择题和填空题中单独考查,应注意理论联系实际,灵活分析。
1.(2012·福建理综,12)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如下图所示。
下列判断正确的是( )。
A.在0~50min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20~25min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04mol·L-1·min-1
解析 A项,由图可知pH=2和pH=7时R的降解百分率相同;B项,溶液酸性越强,R的降解速率越大;C项,无法确定R的起始浓度对其降解速率的影响;D项,20~25min之间,pH=10时R的平均降解速率为:
=0.4×10-5mol·L-1·min-1。
答案 A
2.(2011·海南,8)对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是( )。
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
解析 A项用各物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比,则有2v(H2,消耗)=v(HI,生成);C项随着反应的进行,v正不断减小,v逆不断增大,二者的比值也不断变化;D项达到平衡,对于某一物质来说,其正、逆反应速率相等,但对于不同物质,则不一定相等,如平衡时v(HI,逆)=2v(H2,正)。
答案 B
1.(2012·上海化学,18)为探究锌与稀硫酸的反应速率[以v(H2)表示],向反应混合液中加入某些物质,下列判断正确的是(双选)( )。
A.加入NH4HSO4固体,v(H2)不变
B.加入少量水,v(H2)减小
C.加入CH3COONa固体,v(H2)减小
D.滴加少量CuSO4溶液,v(H2)减小
解析 A项,加入的NH4HSO4固体溶于水发生电离:
NH4HSO4===NH
+H++SO
,使溶液中c(H+)增大,v(H2)增大;D项,滴加少量CuSO4溶液,发生反应:
Cu2++Zn===Cu+Zn2+,生成的Cu与Zn、稀H2SO4形成以Zn为负极,Cu为正极,稀H2SO4为电解质溶液的原电池,加快了反应速率,使v(H2)增大。
答案 BC
2.(2011·重庆理综,29节选)臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是____________和____________。
(填分子式)
(2)O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如下表所示。
已知:
O3的起始浓度为0.0216mol·L-1。
pH
t/min
T/℃
3.0
4.0
5.0
6.0
20
301
231
169
58
30
158
108
48
15
50
31
26
15
7
①pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是________________。
②在30℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为________mol·L-1·min-1。
③据表中的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________。
(填字母代号)
a.40℃、pH=3.0 b.10℃、pH=4.0 c.30℃、pH=7.0
解析
(1)根据氧化还原反应基本原理不难确定生成的两种单质是I2和O2。
(2)①分析表中的数据知,pH增大,O3的分解速率加快,则对O3分解起催化作用的是OH-。
②查表计算v(O3)=
=1.00×10-4mol·L-1·min-1。
③分析表中数据知,a项中反应时间31<ta<158,同理tb>231,tc<15,故可判断O3的分解速率的大小顺序是b<a<c。
答案
(1)I2 O2
(2)①OH- ②1.00×10-4 ③b、a、c
(时间:
45分钟 满分:
100分)
考 点
题 号
化学反应速率的计算
1、2、3、4、5、10
影响化学反应速率的因素
6、7、8、9、11
一、选择题(本题共7个小题,每题6分,共42分。
每个小题只有一个选项符合题意)
1.(2013·南昌调研)反应4A(s)+3B(g)===2C(g)+D(g),经2min后,B的浓度减少了0.6mol·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0.4mol·L-1·min-1
B.用B表示的反应速率是0.3mol·L-1·min-1
C.2min末时的反应速率,用B表示为0.3mol·L-1·min-1
D.在这2min内用B表示的反应速率的值是减小的,C表示的反应速率逐渐增大
解析 2min内B的浓度减小0.6mol·L-1,则v(B)=
=0.3mol·L-1·min-1,B项正确;由于A为固体,不可用来表示反应速率,A项错误;化学反应速率是平均速率,而不是瞬时速率,C项错误;在同一时间内无论用反应物还是用生成物表示的反应速率其变化趋势是相同的,D项错误。
答案 B
2.在一定条件,将A2和B2两种气体通入1L密闭容器中,发生反应:
xA2(g)+yB2(g)2C(g)。
2s内的反应速率:
v(A2)=0.5mol·L-1·s-1,v(B2)=1.5mol·L-1·s-1,v(C)=1mol·L-1·s-1。
则x和y的值分别为( )。
A.2和3B.3和2C.3和1D.1和3
解析 同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比,由于v(A2)∶v(B2)∶v(C)=1∶3∶2,因此x∶y∶2=1∶3∶2,则x=1,y=3。
答案 D
3.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-1·min-1
②v(B)=0.6mol·L-1·s-1
③v(C)=0.4mol·L-1·s-1
④v(D)=0.45mol·L-1·s-1
下列有关反应速率的比较中正确的是( )。
A.④>③=②>①B.④<③=②<①
C.①>②>③>④D.④>③>②>①
解析 若将各反应速率均化为以B表示的速率,且以mol·L-1·s-1为单位,①②③④表示的速率分别是0.0225mol·L-1·s-1、0.6mol·L-1·s-1、0.6mol·L-1·s-1、0.675mol·L-1·s-1,故A正确。
答案 A
4.一
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- 第七章 化学反应速率和化学平衡 第七 化学反应 速率 化学平衡