第1讲 化学反应速率师.docx

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第1讲化学反应速率师

第1讲化学反应速率

知识点一：

化学反应速率

1．表示方法

通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。

2．表达式

v＝Δc/Δt，单位：

mol/（L·s）或mol/（L·min），如密闭容器中，合成氨的反应N2＋3H22NH3，开始时c（N2）＝8mol/L，2min后c（N2）＝4mol/L，则用N2表示该反应的反应速率为2_mol/（L·min）。

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。

注意点：

（1）由v＝Δc/Δt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）对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。

练习：

1．下列有关化学反应速率的认识正确的是（　　）

A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显

B．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

C．选用适当的催化剂，分子运动加快，增加了碰撞频率，故反应速率增大

D．H＋和OH—的反应活化能接近于零，反应几乎在瞬间完成

解析：

选D　反应速率的大小与反应现象是否明显没有直接关系，如H＋和OH—的反应几乎在瞬间完成，没有明显现象，A项错误，D项正确；固体或纯液体的浓度是常数，即Δc＝0，所以一般不用固体或纯液体表示化学反应速率，B项错误；催化剂不改变分子的能量，分子运动没有加快，C项错误。

2.（2013·临沂模拟）化学反应4A（s）＋3B（g）2C（g）＋D（g），经2min，B的浓度减少0.6mol/L。

（1）用B表示的反应速率是________。

（2）分别用B、C、D表示的反应速率其比值是________。

解析：

（1）vB＝

＝

＝0.3mol/（L·min）。

（2）各物质的反应速率比就等于化学方程式中的系数比。

答案：

（1）0.3mol/（L·min）　

（2）3∶2∶1

知识点二：

影响化学反应速率的因素

1．影响因素

（1）内因：

反应物本身的性质。

（2）外因：

①浓度：

增大反应物的浓度，可使化学反应速率增大，反之，反应速率减小。

②压强：

对于有气体参加的反应，增大压强，可使反应速率增大，反之，反应速率减小。

③温度：

升高温度，可使化学反应速率增大，反之，反应速率减小。

④催化剂：

使用催化剂，一般可加快反应速率。

⑤其他因素：

固体反应物的表面积、超声波、溶剂、放射线、电弧、强磁场、高速研磨等。

2．有效碰撞理论

（1）有效碰撞：

满足一定方向要求能够发生化学反应间的碰撞。

（2）活化分子：

能够发生有效碰撞的分子。

（3）活化能：

活化分子比普通分子所高出的能量，如图：

正反应的活化能为E1，逆反应的活化能为E2，反应热的数值是E2－E1。

3．理论解释（有气体参加的化学反应）

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

增加

不变

增加

增大

增大压强

不变

增加

增加

不变

增加

增大

升高温度

不变

不变

增加

增大

增加

增大

加催化剂

减小

不变

增加

增大

增加

增大

注意点

（1）改变固体或纯液体反应物的用量，化学反应速率不变。

（2）压强对速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的，对于没有气体参加的反应，改变体系压强，反应物的浓度不变，反应速率不变。

（3）对于气体反应，有如下几种类型：

类型一：

恒温时，增大压强→体积减小→浓度增大→反应速率增大。

类型二：

恒容时，充入气体反应物→反应物浓度增大→总压强增大→反应速率增大；充入无关气体（稀有气体或与本反应无关的气体，如N2等）→总压强增大，但各反应物的分压不变，各物质的浓度不变→反应速率不变。

类型三：

恒压时，充入无关气体（稀有气体或与本反应无关的气体，如N2等）→体积增大→各反应物浓度减小→反应速率减小。

（4）不论反应是放热还是吸热，升高温度，反应速率都加快。

练习

3.下列有关化学反应速率的说法中正确的是（　　）

A．氢气与氮气能够缓慢地反应生成氨气，使用合适的催化剂可以提高化学反应速率

B．等质量的锌粉和锌片与相同体积、相同浓度的盐酸反应，反应速率相等

C．用铁片与硫酸制备氢气时，浓硫酸可以加快产生氢气的速率

D．增大反应CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）的压强，反应速率不变

解析：

选A　锌粉与盐酸的接触面积大，所以锌粉与盐酸反应产生氢气的速率比锌片快，B错误；浓硫酸能够使铁钝化，形成的氧化膜隔绝了硫酸与铁的接触，反应停止，C错误；尽管反应前后气体的物质的量不变，但增大压强，反应体系中的有关气体的浓度增大，反应速率增大，D错误。

4．下列说法正确的是（　　）

A．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数

B．有气体参加的化学反应，若增大压强（即缩小反应容器的体积），可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大

C．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增加

D．催化剂不影响反应的活化能，但能增大单位体积内活化分子百分数，从而增大反应速率

解析：

选A　升高温度，单位体积内分子总数不变，活化分子数增加，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增加，反应速率加快，A对；增大压强，单位体积内活化分子数增加，但单位体积内活化分子百分数不变，B错；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，但单位体积内活化分子百分数不变，C错；催化剂可降低反应的活化能，使单位体积内活化分子百分数增加，D错

要点记忆：

1．牢记1个表达式：

v＝Δc/Δt。

2．掌握1条规律：

对于可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g），

v（A）∶v（B）∶v（C）＝Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）＝Δc（A）∶Δc（B）∶Δc（C）＝m∶n∶p。

3．理解影响化学反应速率的5个因素：

增大反应物浓度、增大气体反应物压强、升高温度、使用催化剂、增大反应物表面积，化学反应速率均增大。

4．熟记1个图像：

E1—活化能

E2—逆反应活化能

ΔH＝E1－E2＝E3－E4

高频考点：

考点一　化学反应速率的比较及“三段式法”计算

1．对于可逆反应A（g）＋3B（g）2C（g），在不同条件下，用v（A）、v（B）、v（C）表示的化学反应速率分别为0.5mol/（L·min）、1.2mol/（L·min）、0.2mol/（L·s），用哪种物质表示的化学反应速率最大？

答案：

v（C）＝0.2mol/（L·s）＝12mol/（L·min），表示的化学反应速率最大

2．将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中，发生反应3A（g）＋B（g）===2C（g）＋D（g），经5min后达到平衡，测得此时D的浓度为0.5mol/L，c（A）∶c（B）＝3∶5，思考下列问题：

（1）你能计算出前5min内B的反应速率吗？

（2）平衡时A的转化率是多少？

答案：

（1）0.1mol/（L·min）　

（2）50%

知识点链接：

1．化学反应速率的比较方法

（1）转化同一物质法：

将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质的反应速率，再进行比较。

如：

对于反应2SO2＋O22SO3，如果①v（SO2）＝2mol/（L·min），②v（O2）＝3mol/（L·min），③v（SO3）＝4mol/（L·min），比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。

换算得出：

①v（O2）＝1mol/（L·min），③v（O2）＝2mol/（L·min），则反应速率的大小关系为：

②＞③＞①。

（2）比值法：

用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。

如反应mA＋nB===pC＋qD，若

＞

，则反应速率A＞B。

2．“三段式法”的解题模式

对于反应mA＋nBpC＋qD，t0s时A的浓度为amol/L，B的浓度为bmol/L，反应进行至t1s时，A消耗了xmol/L，则反应速率可计算如下：

　　　　　　　　　　mA＋nBpC＋qD

起始/mol/Lab00

转化/mol/Lx

t1时刻/mol/La－xb－

则：

v（A）＝

mol/（L·s），v（B）＝

mol/（L·s），

v（C）＝

mol/（L·s），v（D）＝

mol/（L·s）。

[例1]　[双选题]（2011·海南高考）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选项，速率之比等于相应物质的化学计量数之比，应为1∶2；B选项，净速率在中学没有出现过，但根据平均速率的求算，为反应物的净减少量，该项正确；C项明显错误，反应过程中，正反应速率是减小的过程，而逆反应速率是增大的过程；D选项，用化学平衡的概念判断，正确。

[答案]　BD

1．对反应A＋3B2C来说，下列反应速率中最快的是（　　）

A．v（A）＝0.3mol·L－1·min－1

B．v（B）＝0.6mol·L－1·min－1

C．v（C）＝0.5mol·L－1·min－1

D．v（A）＝0.01mol·L－1·s－1

解析：

选D　以“A”为基准物质，“min”为时间单位表示反应速率，则有：

A项：

v（A）＝0.3mol·L－1·min－1；B项：

v（A）＝

v（B）＝

×0.6mol·L－1·min－1＝0.2mol·L－1·min－1；C项：

v（A）＝

v（C）＝

×0.5mol·L－1·min－1＝0.25mol·L－1·min－1；D项：

v（A）＝0.01mol·L－1·s－1×60s·min－1＝0.6mol·L－1·min－1。

2．向体积为2L的固定密闭容器中通入3molX气体，在一定温度下发生如下反应：

2X（g）Y（g）＋3Z（g）。

（1）经5min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的速率为________，X的转化率为________。

（2）若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行，在同一段时间内测得容器内的反应速率分别为：

甲：

v（X）＝3.5mol/（L·min）；乙：

v（Y）＝2mol/（L·min）；丙：

v（Z）＝4.5mol/（L·min）；丁：

v（X）＝0.075mol/（L·s）。

若其他条件相同，温度不同，则温度由高到低的顺序是________________（填序号）。

解析：

（1）压强之比等于气体的物质的量之比，则依据三段式计算：

　　　　　2X（g）Y（g）＋3Z（g）

起始/mol　3　　　0　　0

转化/mol　2a　　　a　　3a

平衡/mol　3－2a　　a　　3a

所以有3＋2a＝1.2×3，a＝0.3mol，则v（Y）＝

＝0.03mol/（L·min）。

X的转化率＝

×100%＝20%。

（2）均用X来表示反应速率：

甲：

v（X）＝3.5mol/（L·min），

乙：

v（X）＝2v（Y）＝4mol/（L·min），丙：

v（X）＝

v（Z）＝3mol/（L·min），丁：

v（X）＝60×0.075mol/（L·min）＝4.5mol/（L·min），反应速率大小顺序为丁＞乙＞甲＞丙，由于温度越高，反应速率越快，故四容器温度由高到低的顺序为丁＞乙＞甲＞丙。

答案：

（1）0.03mol/（L·min）　20%

（2）丁＞乙＞甲＞丙

考点二　化学反应速率的图像及其应用

在一定条件下的2L密闭容器中，X、Y、Z三种气体的量随时间变化的曲线如图Ⅰ所示。

在2min后的t1、t2、t3、t4时刻均改变一个影响反应速率的因素，其速率与反应时间图像如图Ⅱ。

请思考下列问题：

1．反应开始至2min，气体Z的反应速率为多少？

答案：

0.05mol/（L·min）

2．该反应的化学方程式如何书写？

答案：

3X＋Y2Z

3．已知：

该反应ΔH＜0，t1、t2、t3、t4时刻改变的外界因素分别是什么？

答案：

增大c（Z）、使用催化剂、降低温度、增大压强

知识点链接：

解答有关化学反应速率图像的题目，首先应明确图像中纵、横坐标的含义，然后抓住关键点进行分析，最后结合图像联想规律综合解答。

1．物质的量（或浓度）—时间图像及应用

例如：

某温度时，在定容（VL）容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

根据图像可进行如下计算：

（1）某物质的平均反应速率、转化率，如v（X）＝

mol/（L·s），Y的转化率＝

×100%。

（2）确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为：

（n1－n3）∶（n2－n3）∶n2。

2．速率—温度（T）或压强（p）图像及应用

以N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

ΔH＝－92.4kJ·mol－1为例

由图可知v（吸热）受温度的影响大，v（缩体）受压强的影响大。

[例2]　（2012·福建高考）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]　选项A，在0～50min之间，pH＝2和pH＝7时R降解百分率相等，A正确；选项B，溶液的酸性越强，R的降解速率越大，B错误；选项C，由题给信息，无法得出该结论，C错误；选项D，在20～25min，pH＝10时R的平均降解速率为

＝4×10－6mol·L－1·min－1。

[答案]　A

3．（2010·福建高考）化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如图所示，计算反应4～8min间的平均反应速率和推测反应16min时反应物的浓度，结果应是（　　）

A．2.5μmol·L－1·min－1和2.0μmol·L－1

B．2.5μmol·L－1·min－1和2.5μmol·L－1

C．3.0μmol·L－1·min－1和3.0μmol·L－1

D．5.0μmol·L－1·min－1和3.0μmol·L－1

解析：

选B　4～8min间化合物Bilirubin的浓度变化为Δc＝10μmol·L－1，则v（Bilirubin）＝

＝2.5μmol·L－1·min－1；根据图示，每隔4min化合物Bilirubin的浓度减小一半，则16min时化合物Bilirubin的浓度为8min时浓度的1/4，故16min时其浓度为10μmol·L－1×1/4＝2.5μmol·L－1，B项正确。

4．某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A（g）＋xB（g）2C（g），达到平衡后，在不同的时间段，下列说法中正确的是（　　）

A．30～40min间该反应使用了催化剂

B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应

C．30min时降低温度，40min时升高温度

D．8min前A的平均反应速率为0.08mol·L－1·min－1

解析：

选D　A项，若使用催化剂，则化学反应速率加快，A不正确；由物质的量浓度—时间图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1，由反应速率—时间图像可知，30min时改变的条件为降压，40min时改变的条件为升温，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。

8min前A的平均反应速率为（2.0mol·L－1－1.36mol·L－1）/8min＝0.08mol·L－1·min－1。

专题：

在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，若搞清某个因素的影响，均需控制其他因素相同或不变，才能进行实验。

因此，变量控制思想在这部分体现较为充分，在高考题中近几年也考查较多，且多以探究型实验题的形式出现。

这类题目以实验为研究手段，尽管涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查考生的基础知识、基本技能、分析能力和实验能力。

1．考查形式

（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反应速率的影响。

2．解题策略

（1）确定变量：

在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故多搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时，再进行实验，从而理清影响实验探究结果的因素。

（2）定多变一：

在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。

（3）数据有效：

解答时注意选择数据（或设置实验）要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。

[典例印证]　（2012·广东高考）碘在科研与生活中有重要应用。

某兴趣小组用0.50mol·L－1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·L－1K2S2O8、0.10mol·L－1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。

已知：

S2O

＋2I－===2SO

＋I2（慢）

I2＋2S2O

===2I－＋S4O

（快）

（1）向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。

为确保能观察到蓝色，S2O

与S2O

初始的物质的量需满足的关系为：

n（S2O

）∶n（S2O

）________。

（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：

实验序号

体积V/mL

K2S2O8溶液

水

KI溶液

Na2S2O3溶液

淀粉溶液

①

10.0

0.0

4.0

4.0

2.0

②

9.0

1.0

4.0

4.0

2.0

③

8.0

Vx

4.0

4.0

2.0

表中Vx＝________mL，理由是_______________________________________。

（3）已知某条件下，浓度c（S2O

）～反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c（S2O

）～t的变化曲线示意图（进行相应的标注）。

[解析]　

（1）淀粉溶液遇I2显蓝色，溶液由无色变为蓝色时，溶液中有I2，说明Na2S2O3耗尽。

由题给离子反应可得关系式S2O

～I2～2S2O

，n（S2O

）∶n（S2O

）＜2时，能观察到蓝色。

（2）对照实验探究浓度对反应速率的影响须保证其他条件完全一致，故应加水2.0mL以保证溶液总体积相同。

（3）温度降低反应速率变慢，加入催化剂，反应速率加快。

[答案]　

（1）S2O

（其他合理写法也可）　＜2

（2）2.0　保证溶液总体积相同，仅改变S2O

的浓度而其他物质的浓度不变（其他合理答案也可）

（3）如如图

[专题集训]

1．（2011·福建高考）在酸性溶液中，碘酸钾（KIO3）和亚硫酸钠可发生如下反应：

2IO

＋5SO

＋2H＋===I2＋5SO

＋H2O，生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。

某同学设计实验如下表所示：

0.01mol·L－1

KIO3酸性溶液（含淀粉）的体积/mL

0.01mol·L－1Na2SO3溶液的体H2O的体积/mL积/mL　

实验温度/°C

溶液出现蓝色所需的时间/s

实验1

5

V1

35

25

实验2

5

5

40

25

实验3

5

5

V2

0

该实验的目的是________________________________________；表中V2＝________mL。

解析：

由实验中改变的反应条件有温度、水的体积（引起反应物浓度的变化）知，本实验探究的是反应速率与温度、浓度之间的关系，由实验2、实验3中反应条件知，二者温度不同，故其他条件应该相同，V2应该是40mL。

答案：

探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠浓度的关系（或其他合理答案）　40

2．（2010·新课标全国卷）某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，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、K2SO44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－1H2SO4/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：

稀硫酸与锌的反应过程中加