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通用版2019版高考化学微一轮复习第23讲化学反应速率学案

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高中化学审核员

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                            第  23 讲 化学反应速率

              1.理解化学反应速率的概念、化学反应速率的定量表示方法。
   考          2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
   纲          3.结合具体实例理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反
   要     应速率的影响,认识并能解释其一般规律。
   求          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。

                       考点一 化学反应速率的计算与大小比较


    1.表示方法
    通常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。
    2.数学表达式及单位
       Δc
    v=Δt,单位为     mol·L-1·min-1  或  mol·L-1·s-1。
    3.化学反应速率与化学计量数的关系
    同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值
之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。

    如在反应    aA(g)+bB(g)            cC(g)+dD(g)中,存在
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d
    4.化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”
    (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)          a        b        c
                                        nx       px
    转化浓度(mol·L-1)          x            m        m
                                           nx        px
    某时刻浓度(mol·L-1)        a-x     b-m     c+m
    【感悟测评】
    判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
    (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。(  )
            Δc
    (2)由 v=Δt计算平均速率,用反应物表示为正值,用生成物表示为负值。(  )
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    (3)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。(  )
    (4)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。(  )
    答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√


                             化学反应速率的计算及比较
                      Δc   Δn
    1.利用基本公式       v=Δt=V·Δt。
    2.利用速率之比=化学计量数之比=各物质的物质的量浓度变化量(Δc)之比=各物
质的物质的量的变化量(Δn)之比。
    3.比较反应的快慢
    同一化学反应的反应速率用不同物质的浓度变化表示时,数值可能不同,比较化学反
应速率的大小不能只看数值大小,而要进行一定的转化。
    (1)换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
                                                                vA   vB
    (2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如                  aA+bBcC,即比较         a  与   b  ,
  vA  vB
若   a  >  b  ,则用    A 表示时的反应速率比用         B 表示时大。


    考向一 化学反应速率的计算
    1.(2018·长春质检)在体积为          2 L 的密闭容器内合成氨,已知在时间              t 内,氨的物质
的量增加了     0.6 mol,在此时间段内,用氢气表示的平均反应速率是                     0.45 mol/(L·s),则
t 是(  )
    A.0.44 s                            B.1 s
    C.1.33 s                               D.2 s
                        3          3

    解析:n(H2)=n(NH3)×2=0.6 mol×2=0.9 mol,
               0.9 mol                    Δc         ΔcH2     0.45 mol/L

    则 Δc(H2)=   2 L  =0.45    mol/L,由  v=Δt得:Δt=      vH2 =0.45 molL·s=1 
s。
    答案:B
    2.(2018·临沂模拟)在       4 L 密闭容器中充入      6 mol A 气体和   5 mol B 气体,在一定条
件下发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)+xD(g),5               s 达到平衡。达到平衡时,生成了             2 
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mol C,经测定    D 的浓度为    0.5 mol·L-1,下列判断正确的是(  )
    A.x=1
    B.B 的转化率为      20%
    C.平衡时    A 的浓度为    1.50 mol·L-1
    D.B 的平均反应速率为        0.2 mol·L-1·s-1
    解析:平衡时,n(D)=0.5         mol·L-1×4   L=2  mol。在相同时间内生成         C 和 D 的物质
的量相等,因此       x=2;

          3A(g)+B(g)                 2C(g)+2D(g)
    开始/mol:   6      5       0      0
    转化/mol:    3      1       2      2
    平衡/mol:    3      4       2      2
           1 mol
    α(B)=5 mol×100%=20%;
                  3 mol
    平衡时,c(A)=      4 L =0.75 mol·L-1;
                  1 mol
          ΔcB    4 L
    v(B)=   Δt  =  5 s =0.05 mol·L-1·s-1。 
    答案:B
    【题后悟道】 化学反应速率计算的                3 种方法
                       ΔcB   ΔnB
    (1)定义式法:v(B)=        Δt  =  V·Δt ;
    (2)比例关系法:化学反应速率之比等于化学计量数之比,如                        mA(g)+
nB(g)===pC(g)中,v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p。
    (3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。

    例如:反应      mA(g) + nB(g)                        pC(g)
    起始浓度(mol·L-1)      a           b         c
                                       nx        px
    转化浓度(mol·L-1)      x               m         m
                                           nx       px
    某时刻浓度(mol·L-1)    a-x         b-m    c+m
    考向二 化学反应速率的大小比较

    3.在四个不同的容器中,在不同条件下进行反应:N2+3H22NH3                        ,根据在相同时
间内测定的结果判断,生成氨气的速率最快的是(  )

                       -1   -1
    A.v(H2)=0.2 mol·L    ·s
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                       -1     -1
    B.v(N2)=0.4 mol·L    ·min

                        -1   -1
    C.v(NH3)=0.3 mol·L    ·s

                       -1     -1
    D.v(H2)=0.6 mol·L    ·min


    解析:对于反应       N2+3H2           2NH3,都转化为氢气的反应速率进行判断。A                项,

                -1   -1           -1     -1                       -1     -1
v(H2)=0.2 mol·L   ·s   =12 mol·L    ·min   ;B 项,v(N2)=0.4 mol·L     ·min   ,

                                                             -1     -1
反应速率之比等于化学计量数之比,所以                  v(H2)=3v(N2)=1.2   mol·L   ·min   ;C 项,

                  -1  -1           -1     -1
v(NH3)=0.3  mol·L   ·s  =18  mol·L   ·min   ,反应速率之比等于化学计量数之比,

                              -1     -1                       -1     -1
所以   v(H2)=1.5v(NH3)=27 mol·L   ·min   ;D 项,v(H2)=0.6 mol·L     ·min   。
    答案:C

    4.(2018·宁县校级期末)反应          A(g)+3B(g)           2C(g)+2D(g)在不同条件下
反应速率如下,其中最快的是(  )
    A.v(A)=0.15 mol/(L·min)
    B.v(B)=0.6 mol/(L·min)
    C.v(C)=0.4 mol/(L·min)
    D.v(D)=0.007 5 mol/(L·s)
               vA                             vB
    解析:A   项,    1  ==0.15 mol/(L·min);B    项,    3  =0.2 mol/(L·min);C   项,
vC
  2  =0.2   mol/(L·min);D  项,v(D)=0.007    5  mol/(L·s)=0.45   mol/(L·min),
vD
  2  =0.225 mol/(L·min),故反应速率        v(D)>v(B)=v(C)>v(A)。
    答案:D
    【技法归纳】 化学反应速率大小的比较方法
    (1)归一法:将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应
速率,再进行速率的大小比较。
    (2)比值法:将各物质表示的反应速率转化成同一单位后,再除以对应各物质的化学计
量数,然后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(g)+
                       vA  vB
nB(g)===pC(g)+qD(g),若    m  >  n  ,则反应速率       v(A)>v(B)。
                          考点二 化学反应速率的影响因素


    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):
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    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,使用催化剂时的活化能为                   E3,反应热为     E1-E2。(注:

E2 为逆反应的活化能)
    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
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    【感悟测评】百分数

    1.改变反应     Fe(s)+2HCl(aq)===FeCl2(aq)+H2(g)的下列条件时,判断生成           H2 的速率
变化正误。

    (1)升高溶液的温度,生成          H2 的速率增大    (  )

    (2)增大盐酸的浓度,生成          H2 的速率增大    (  )

    (3)增大铁的质量,生成         H2 速率增大(  )

    (4)增加盐酸的体积,生成          H2 速率减小    (  )

    (5)加入几滴硫酸铜溶液,生成            H2 速率增大    (  )

    (6)加入  CH3COONa 固体,生成    H2 速率减小(  )

    (7)加入  NaCl 固体,生成     H2 速率减小(  )

    (8)将稀盐酸换成浓硫酸或浓硝酸,生成                H2 速率增大(  )
    答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
    2.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
    (1)催化剂能降低反应所需的活化能,ΔH                也会发生变化(  )
    (2)温度、催化剂能改变活化分子的百分数    (  )
    (3)催化剂参与化学反应,但反应前后的性质和质量均保持不变    (  )
    答案:(1)×  (2)√ (3)√


    3.一定温度下,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:________;
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(4)恒压充入    He: ________。
答案:(1)增大 (2)增大 (3)不变 (4)减小


1.化学反应速率的图象及应用
(1)速率—时间图象及应用(以可逆反应为例分析)
①改变反应物浓度


②改变生成物浓度


③改变气体体系的压强
对于正反应方向气体体积增大的反应:
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④改变温度
对于正反应放热的反应:


⑤加催化剂或等体反应加压


(2)速率-温度(T)或压强(p)图象


以 N2(g)+3H2(g)           2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol    为例
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      由图可知    v(吸热)受温度的影响大,v(缩体)受压强的影响大。
      2.外界因素对化学反应速率影响的实验探究
      (1)常见考查形式:
      ①以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对反应的影响。
      ②给出影响化学反应速率的几种因素,让学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:解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。

      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,否则无法做出正确判断。


      考向一 浓度与压强对化学反应速率的影响
      1.(2018·龙岩模拟)如表为某学生进行的两组实验:

反应物                    Na2S2O3 溶液                         H2SO4 溶液                 水

  甲                0.1 mol·L-1 10 mL                 0.1 mol·L-1 10 mL            5 mL
  乙                 0.2 mol·L-1 5 mL                 0.2 mol·L-1 5 mL            20 mL
      若其他条件均相同,上述两组实验中,对应反应的反应速率关系为(  )
      A.甲>乙                               B.甲<乙
      C.甲=乙                                      D.无法判断

      解析:实验甲、乙中的          n(Na2S2O3)和 n(H2SO4)相同,但实验甲溶液的体积是           25 mL,实
  验乙溶液的体积是        30 mL,故实验甲的反应物浓度大,反应速率快。
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          答案:A

          2.(2018·烟台模拟)反应        C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)在一可变体积的容器中进行,
      则下列条件的改变使其反应速率增大的是(  )
          A.增加   C 的量
          B.将容器的体积缩小一半
          C.保持温度和容器体积不变,充入               He
          D.保持温度和压强不变,充入             He
          解析:因    C 为固体,当增加       C 的量时,其浓度不会改变,则不会对速率产生影响;将
      容器的体积缩小一半,气态物质的浓度均增大一倍,故一定会加快反应的进行;当保持温
      度和容器体积不变,充入           He 时,原来各种物质的浓度没有发生变化,故速率不变;当保持
      温度和压强不变,充入          He 时,容器的体积必然扩大,各物质的浓度减小,故反应速率变小。

          答案:B
          考向二 外界条件对化学反应速率影响的综合判断

          3.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(  )

             反应                Na2S2O3 溶液                       稀 H2SO4                 H2O
   实
             温度                      C/(mol·L-                      C/(mol·L-
验                         V/mL                          V/mL                           V/mL
           /℃                          1)                             1)
   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:混合液的体积都为           20  mL,但选项    D 中反应温度最高、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)。
          答案:D
          4.(2018·黄浦区二模)下列关于催化剂的说法错误的是(  )
          A.温度越高,催化剂的催化效果越好
          B.汽车排气管上的“催化转化器”能减少有害气体排放
          C.催化剂可以改变化学反应速率,但不能破坏化学平衡
          D.催化剂可以改变化学反应路径,且反应前后其质量和化学性质都不发生变化
          解析:温度高时催化剂可能会失去活性或者分解等,故                       A 错误;催化转化器可以使汽

      车尾气中的     CO 和 NO 反应生成无毒      N2 和 CO2,能减少有害气体排放,故           B 正确;催化剂改
      变反应速率,不改变化学平衡,故               C 正确;催化剂改变反应速率,也可以改变化学反应路
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径,但反应前后其质量和化学性质都不变,故                    D 正确。
    答案:A
    考向三 化学反应速率的变量控制

    5.实验室用     Zn 与稀硫酸反应来制取氢气,常加少量               CuSO4 来加快反应速率。为了探

究  CuSO4 的量对  H2 生成速率的影响,某同学设计了实验方案(见表),将表中所给的试剂按
一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的                    Zn 片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,
收集产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需的时间。


                 实 验
                                               甲           乙         丙        丁
试 剂

                                                                              V
             4 mol/L H2SO4/mL                  20          V1        V2
                                                                            3
                                                                              1
            饱和   CuSO4 溶液/mL                   0          2.5        V4
                                                                            0

                  H2O/mL                       V5          V6         8       0
                                                                              t
            收集气体所需时间/s                         t1          t2        t3
                                                                            4
    下列说法正确的是(  )

    A.t1=t2=t3=t4                       B.V4=V5=10

    C.V6=7.5                               D.V1v′(逆),但             v′(正)比   v(正)要小;D    项  v(正)、v(逆)均减小。
    答案:(1)升高温度 加入催化剂 减小压强

    (2)t3~t4 (3)A


    1.(2015·高考重庆卷)(多选)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在                           CuCl。关
于  CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催化作用,下列叙述正确的是(  )
    A.降低了反应的活化能                         B.增大了反应的速率
    C.降低了反应的焓变                          D.增大了反应的平衡常数
    答案:AB
    2.(2015·高考福建卷)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如
下表。下列判断不正确的是(  )
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    A.a=6.00
    B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v                可能不变
    C.b<318.2
    D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
    解析:分析     328.2  K 的瞬时速率与浓度的关系成正比,则               0.600/0.400=9.00/a,a=
6.00,A 项正确;从题给数据看,浓度越大、温度越高,反应速率越快,当增大浓度同时
降低温度时,瞬时反应速率可能会不变,B                  项正确;浓度不变时,b              K 下反应速率低于
318.2  K 下的反应速率,故       b<318.2,C 项正确;题给数据是瞬时速率而不是平均速率,故
不能作为判断所用时间的依据,D              项错误。
    答案:D

    3.(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(  )
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      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 

                        2+
     C.图丙表明,少量        Mn  存在时,溶液碱性越强,H2O2          分解速率越快 

                                     2+
     D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn                对  H2O2 分解速率的影响大
     解析:A.由甲图可知,双氧水浓度越大,分解越快,A                     错误;B.由图乙可知,溶液的
 碱性越强即     pH 越大,双氧水分解越快,B           错误;C.在    Mn2+存在下   0.1  mol·L-1NaOH 溶液

                           -1
 中  H2O2 分解速度大于    1 mol·L   NaOH 溶液中   H2O2 的分解速率,C    错误;由图丙和图丁可知,
 Mn2+浓度越大,双氧水分解越快,D             正确。答案选      D。
     答案:D
                                                           1

     4.(2015·高考广东卷,31(3))一定条件下测得反应                2HCl(g)+2O2(g)Cl2(g)+

 H2O(g)的反应过程中      n(Cl2)的数据如下:

    t/min              0            2.0           4.0           6.0            8.0

        -3
n(Cl2)/10 mol          0            1.8           3.7           5.4            7.2
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    计算  2.0~6.0  min 内以  HCl 的物质的量变化表示的反应速率(以              mol·min-1 为单位,
写出计算过程)。
                    5.4-1.8 × 10-3mol × 2
    答案:反应速率=            6.0-2.0min     =1.8×10-3 mol·min-1

    5.(2017·高考全国卷Ⅰ,27(3))TiO2·xH2O         沉淀与双氧水、氨水反应           40 min 所得实
验结果如下表所示:

              温度/℃                        30        35       40        45       50

         TiO2·xH2O 转化率/%                  92        95       97        93       88

    分析  40 ℃时   TiO2·xH2O 转化率最高的原因_________________
     ___________________________________________________。

    解析:当温度低于        40   ℃时,H2O2、NH3·H2O    不易分解,但是温度低,反应速率慢,

TiO2·xH2O 转化率低;当温度高于          40  ℃时,H2O2  分解,NH3   逸出,反应物浓度降低,反应

速率下降,TiO2·xH2O     的转化率低。

    答案:低于     40 ℃,TiO2·xH2O   转化反应速率随温度升高而增加;超过                40 ℃,双氧水

分解与氨气逸出导致         TiO2·xH2O 转化率下降
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