课时25 化学反应速率.docx
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课时25化学反应速率
课时25 化学反应速率
【课时导航】
课时25化学反应速率
（本课时对应学生用书第166-172页）
【课时导航】
复习目标
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（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率的影响。
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。
知识网络
问题思考
问题1：
如何比较同一化学反应用不同物质表示的化学反应速率的大小?
问题2：
如何理解“化学反应速率的快慢主要取决于反应物本身的性质”?
【课前自测】
1.（2015·安阳模拟）一定温度下，在某密闭容器中发生反应：
2HI（g）
H2（g）+I2（s）ΔH>0，若0~15s内c（HI）由0.1mol·L-1降到0.07mol·L-1，则下列说法正确的是（ ）
A.0~15s内用I2表示的平均反应速率为v（I2）=0.001mol·L-1·s-1
B.c（HI）由0.07mol·L-1降到0.05mol·L-1所需的反应时间小于10s
C.升高温度正反应速率加快，逆反应速率减慢
D.减小反应体系的体积，化学反应速率加快
【答案】 D
【解析】 I2为固态，故不能用它表示化学反应速率，A错误；v（HI）=
=0.002mol·L-1·s-1，若反应仍以该速率进行，则t=
=10s，但随着反应的进行，反应物浓度降低，反应速率减慢，所用时间应大于10s，B错误；升高温度，正、逆反应速率均加快，C错误；减小反应体系的体积，从而增大了压强，化学反应速率将加快，D正确。
2.（2015·邢台模拟）对于化学反应3W（g）+2X（g）
4Y（g）+3Z（g），下列化学反应速率关系正确的是（ ）
A.v（W）=3v（Z）B.2v（X）=3v（Z）
C.2v（X）=v（Y）D.3v（W）=2v（X）
【答案】 C
【解析】 对于任一化学反应，用不同的物质表示该反应的速率，其数值之比等于化学计量数之比，v（W）∶v（X）∶v（Y）∶v（Z）=3∶2∶4∶3。
v（W）=v（Z），A错误；3v（X）=2v（Z），B错误；2v（X）=v（Y），C正确；2v（W）=3v（X），D错误。
3.（2014·新课标Ⅰ卷）已知分解1molH2O2放出热量98kJ。
在含少量I-的溶液中，H2O2分解的机理为H2O2+I-
H2O+IO- 慢、H2O2+IO-
H2O+O2↑+I- 快，下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1
D.v（H2O2）=v（H2O）=v（O2）
【答案】 A
【解析】 决定化学反应速率的主要是慢反应，所以I-浓度越大，整个反应速率越快，A正确；该反应的催化剂是I-，IO-是反应的中间体，B错；98kJ·mol-1是该反应的ΔH，活化能是活化分子能量与反应物能量的差值，与反应热没有必然的关系，C错；过氧化氢分解反应化学方程式为2H2O2
2H2O+O2↑，v（H2O2）=v（H2O）=2v（O2），D错。
4.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（ ）
c/mol·L-1
v/mol·L-1·min-1
T/K
0.600
0.500
0.400
0.300
318.2
3.60
3.00
2.40
1.80
328.2
9.00
7.50
a
4.50
b
2.16
1.80
1.44
1.08
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
【答案】 D
【解析】 由表可知温度由318.2→328.2K，在浓度相同的情况下
=0.4，所以a=
=6.00，A正确；318.2K、0.300mol·L-1和bK、0.500mol·L-1时，速率相等，所以同时改变反应温度和蔗糖的浓度v可能不变，B正确；由表可知温度由318.2K→b，在浓度相同的情况下，水解速率变小，所以温度降低，所以b<318.2，C正确；温度越高反应速率越快，所以蔗糖浓度减少一半所需的时间不同，温度高的所需时间短，D错。
【自主学习】
考点1 化学反应速率的概念及表示方法
【基础梳理】
1.概念：
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量，通常用单位时间内 或 来表示。
说明：
应注意这里所说的化学反应速率指的是平均反应速率，而不是瞬时反应速率。
一定温度下，锌粒在1mol·L-1稀盐酸中的反应速率与反应时间的关系如右图所示，图像中的A点的斜率就是在反应时间t1时刻的瞬时反应速率。
2.数学表达式：
如对于反应aA+bB
cC+dD，v（A）= 。
单位：
mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1。
3.关系：
在同一个化学反应中，用不同物质表示该反应的化学反应速率时，数值可能不相同。
对于反应aA+bB
cC+dD，用各物质表示的反应速率分别为v（A）、v（B）、v（C）、v（D），则v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）= 。
4.同一反应在不同阶段的反应速率的变化
同一反应在不同反应阶段的反应速率一般是不同的，主要原因：
反应物浓度的不断变化；而且反应所引起的热量变化对反应速率也有较大影响。
5.转化率：
α=
×100%
微课28 有关反应过程中化学反应速率的计算
1.反应速率计算的“三段式”模板
以反应4NH3（g）+3O2（g）
2N2（g）+6H2O（g）为例说明：
现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2，4min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是（ ）
A.v（N2）=0.125mol·L-1·min-1 B.v（H2O）=0.375mol·L-1·min-1
C.v（O2）=0.225mol·L-1·min-1D.v（NH3）=0.250mol·L-1·min-1
【答案】 C
【解析】 设4min时，生成6xmolH2O（g），则
4NH3（g）+3O2（g）
2N2（g）+6H2O（g）n（总）
起始量/mol：
4 3 0 0 7
变化量/mol：
4x3x2x6x
4min量/mol：
4-4x3-3x2x6x7+x
据题意，则有：
=0.4，解得x=0.5，
则4min内H2O的变化浓度为Δc（H2O）=
=1.5mol·L-1，
v（H2O）=
=0.375mol·L-1·min-1，
再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为
v（N2）=0.125mol·L-1·min-1，
v（NH3）=0.250mol·L-1·min-1，
v（O2）=0.1875mol·L-1·min-1。
2.从图像中获取计算的数据
纵坐标可以是物质的量，也可以是物质的量浓度，横坐标是时间。
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右下图所示。
根据图像可进行如下计算：
（1）求某物质的平均速率、转化率，如：
v（X）=
mol·L-1·s-1，
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。
（3）在计算的时候还要注意两点：
①反应系统的体积是否为1L，若不是1L，在物质由物质的量转化为物质的量浓度的时候，要以c=
进行转化；
②注意单位要一致，特别要看清楚时间是s还是min。
【举题说法】
[基本计算]
【例题1】 （2015·广东模拟）一定温度时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2，发生反应：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）ΔH=-196kJ·mol-1，一段时间后达平衡，反应过程中测定的部分数据见下表。
反应时间/min
n（SO2）/mol
n（O2）/mol
0
2
1
5
1.2
10
0.4
15
0.8
反应在前10min的平均速率为v（SO2）= 。
【答案】 0.06mol·L-1·min-1
【解析】 在10min时，容器中n（O2）=0.4mol，则n（SO2）=0.8mol，则SO2减少了1.2mol，v（SO2）=
=0.06mol·L-1·min-1。
【变式】1 一定条件下进行反应：
2NO2（g）
N2O4（g），向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molNO2（g），经过一段时间后达到平衡。
反应过程中测得的有关数据见下表：
t/s
0
2
4
6
8
n（N2O4）/mol
0
0.30
0.39
0.40
0.40
反应在前2s的平均速率为v（NO2）= 。
【答案】 0.15mol·L-1·s-1
【解析】 根据表中数据，可以计算出v（N2O4）=
=0.075mol·L-1·s-1，根据反应速率之比等于化学计量数之比，得到v（NO2）=0.15mol·L-1·s-1。
[反应速率大小比较]
【例题2】 （2015·怀化期末）对于可逆反应A（g）+3B（g）
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）=0.5mol·L-1·min-1
B.v（C）=1.6mol·L-1·min-1
C.v（D）=0.4mol·L-1·min-1
D.v（B）=1.8mol·L-1·min-1
【答案】 B
【解析】 A项，v（A）=0.5mol·L-1·min-1；
B项，v（A）=
v（C）=0.8mol·L-1·min-1；
C项，v（A）=
v（D）=0.2mol·L-1·min-1；
D项，v（A）=
v（B）=0.6mol·L-1·min-1。
则反应速率最大的为B项。
【变式】2 在2A+2B
C+5D反应中，表示该反应速率最快的是（ ）
A.v（A）=0.5mol·L-1·s-1
B.v（B）=0.3mol·L-1·s-1
C.v（C）=0.4mol·L-1·s-1
D.v（D）=1mol·L-1·s-1
【答案】 C
【解析】 用不同物质表示化学反应速率时，应该转化为用同一物质表示的速率，然后再比较其大小。
A项，v（C）=0.25mol·L-1·s-1；B项，v（C）=0.15mol·L-1·s-1；C项，v（C）=0.4mol·L-1·s-1；D项，v（C）=0.2mol·L-1·s-1。
所以化学反应速率最快的是选项C。
[化学反应速率的图像分析]
【例题3】 （2013·广东卷节选）大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。
将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
（1）O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I-（aq）+O3（g）
IO-（aq）+O2（g）
②IO-（aq）+H+（aq）
HOI（aq）
③HOI（aq）+I-（aq）+H+（aq）
I2（aq）+H2O（l）
总反应的化学方程式为 。
（2）为探究Fe2+对氧化I-反应的影响（反应体系如图1），某研究小组测定两组实验中
浓度随时间的变化，结果见图2。
图1图2
据图2，计算318s内第2组实验中生成
的平均反应速率（写出计算过程，结果保留两位有效数字）。
【答案】
（1）2I-+O3+2H+
I2+H2O+O2
（2）v（
）=
=5.5×10-4mol·L-1·s-1
【解析】 由图可知，318s内第2组实验中，c（
）由3.5×10-3mol·L-1增加到11.8×10-3mol·L-1，则生成
的平均反应速率：
v（
）=
=5.5×10-4mol·L-1·s-1，此问需要注意纵坐标中“c（
）/10-3mol·L-1”隐含的信息，计算时需要将图中所得数据乘以“10-3mol·L-1”。
【变式】3 镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。
已知：
M（Ni）=59g·mol-1。
羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为
反应Ⅰ：
Ni（s）+4CO（g）
Ni（CO）4（g）ΔH1<0
反应Ⅱ：
Ni（CO）4（g）
Ni（s）+4CO（g）ΔH2
已知350K下的2L密闭容器中装有100g粗镍（纯度98.5%，所含杂质不与CO反应），通入6molCO气体发生反应Ⅰ制备Ni（CO）4，容器内剩余固体质量和反应时间的关系如上图所示，10min后剩余固体质量不再变化。
反应Ⅰ在0~10min的平均反应速率v[Ni（CO）4]= 。
【答案】 0.05mol·L-1·min-1
【解析】 由图可知，10min时，消耗的镍的质量为59g，即消耗了1mol镍，同时生成了1molNi（CO）4，反应是在2L密闭容器中进行的，所以c[Ni（CO）4]=
=0.50mol·L-1，v[Ni（CO）4]=
=0.05mol·L-1·min-1。
化学反应速率的理解
在反应速率的计算中，要明确反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加，为平均反应速率。
要避免用物质的量直接计算；固体无浓度概念，故一般不用固体表示反应速率。
考点2 影响化学反应速率的因素
【基础梳理】
1.反应速率理论（碰撞理论和活化理论）
（1）有效碰撞：
的碰撞称为有效碰撞。
有效碰撞必须具备两个条件：
一是发生碰撞的分子具有 ，二是分子必须在 。
（2）活化分子：
在化学反应中，能量较高，有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。
活化分子的百分数=
×100%
（3）活化能：
活化分子具有的最低能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。
在下图中，反应的活化能是 ，反应热是 。
2.影响化学反应速率的因素
（1）内因（决定因素）：
化学反应速率的大小由参加反应的物质本身的性质所决定。
如金属与水反应的速率：
Na Mg Al。
（2）外因
①浓度：
当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以 化学反应速率；减小反应物的浓度，可以 化学反应速率。
②压强：
在其他条件不变时，对有气体参加的反应，增大压强，反应速率 ；减小压强，反应速率 。
③温度：
在其他条件不变时，升高温度，可以 化学反应速率，温度越高，化学反应速率越快（实验测得，温度每升高10℃，化学反应速率通常增大到原来的2~4倍）；降低温度，可以 化学反应速率，温度越低，化学反应速率越慢。
④催化剂：
使用催化剂可以 化学反应速率（不作特殊强调，一般指正催化剂）。
⑤其他因素：
除浓度、温度、压强、催化剂这四大影响因素外，光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物颗粒的大小、构成微小原电池等也能影响反应速率。
3.用化学反应速率理论来解释化学反应的快慢
活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率
影响
外因
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
增大反应物浓度
增大压强
升高温度
使用催化剂
[归纳]活化分子、有效碰撞与反应速率的关系：
【举题说法】
[影响化学反应速率的因素]
【例题4】 （2015·芜湖模拟）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，化学反应速率越大，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，故化学反应速率增大
D.H+和OH-的反应活化能接近于零，反应几乎在瞬间完成
【答案】 D
【解析】 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。
【变式】4 （2015·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
【答案】 B
【解析】合成氨的化学方程式为N2+3H2
2NH3 ΔH<0，反应是气体体积减小的放热反应。
合成氨是放热反应，升温平衡逆向移动，对逆反应的反应速率影响更大，A错；反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，对正反应的反应速率影响更大，B正确；减小反应物浓度，平衡逆向移动，正反应减小的多，对正反应的反应速率影响更大，C错；催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，同等程度地影响正、逆反应速率，D错。
[反应活化能]
【例题5】 （2015·宜昌模拟）某反应的反应过程中能量变化如下图所示（图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能）。
下列有关叙述正确的是（ ）
A.该反应为放热反应
B.催化剂能改变该反应的焓变
C.催化剂能降低该反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
【答案】 C
【解析】 由图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应为吸热反应，A错；催化剂不能改变反应的焓变，B错；由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C正确；由图像可以看出E1>E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D错。
【变式】5 （2015·大同二模）反应A+B
C分两步进行：
①A+B
X、②X
C，反应过程中能量变化如下图所示，E1表示反应A+B
X的活化能。
下列有关叙述正确的是（ ）
A.E2表示反应X
C的活化能
B.X是反应A+B
C的催化剂
C.反应A+B
C的ΔH<0
D.加入催化剂可改变反应A+B
C的焓变
【答案】 C
【解析】 E2是反应C
X的活化能，A错误；由①②可知，X是反应A+B
C的中间产物，B错误；反应物A和B的总能量大于生成物C的总能量，所以反应A+B
C是放热反应，即ΔH<0，C正确；加入催化剂可以加快反应速率，但反应物和生成物具有的总能量不变，则反应的焓变不改变，D错误。
[实验探究反应速率的变化]
【例题7】 （2015·南昌模拟）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化学反应速率v/mol·L-1·min-1
大小相同的金属片
酸溶液
1
镁条
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>v3B.v3>v2>v1C.v1>v3>v2D.v2>v3>v1
【答案】 A
【解析】 影响化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质，由于镁的活泼性比铁强，所以与相同浓度的盐酸反应时，镁条放出氢气的速率大，故v1>v2；反应物浓度也影响反应速率，反应物浓度越大，反应速率越快，故v2>v3。
【变式】6 （2014·广东卷）H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。
某小组拟在同浓度Fe3+的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。
限选试剂与仪器：
30%H2O2、0.1mol·L-1Fe2（SO4）3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
（1）设计实验方案：
在不同H2O2浓度下，测定 （要求所测得的数据能直接体现反应速率大小）。
（2）设计实验装置，完成右图的装置示意图。
（3）参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案（列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示）。
物理量
实验序号
V[0.1mol·L-1Fe2（SO4）3]/mL
……
1
a
……
2
a
……
【答案】
（1）收集相同体积的氧气所需时间（或相同时间所收集氧气的体积）
（2）
（3）
物理量
实验序号
V[0.1mol·L-1Fe2（SO4）3]/mL
V（H2O2）/mL
V（H2O）/mL
V（O2）/mL
时间/s
1
a
b
c
e
d
2
a
c
b
e
f
或
物理量
实验序号
V[0.1mol·L-1Fe2（SO4）3]/mL
V（H2O2）/mL
V（H2O）/mL
时间/s
V（O2）/mL
1
a
b
c
e
d
2
a
c
b
e
f
【解析】 反应速率是单位时间内物质浓度的改变量，所以测定不同浓度的过氧化氢对分解速率的影响，需测定相同时间内产生氧气的体积的多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少；要保证除了H2O2浓度不同之外，其他物质的浓度均相等，因而溶液的总体积一定，加入的硫酸铁一定，H2O2和H2O的体积和相等即可。
有关化学反应速率的图像分析方法
（1）认清坐标系，搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理挂钩。
（2）看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。
（3）抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应。
升高温度时，v（吸）>v（放），在速率-时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。
例如，升高温度，v（吸）大增，v（放）小增，增大反应物浓度，v（正）突变，v（逆）渐变。
（4）注意终点。
例如在浓度-时间图上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。
【随堂检测】
1.（2015·河北模拟）一定温度下，向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如右图所示，对该反应的推断合理的是（ ）
A.该反应的化学方程式为3B+4D
6A+2C
B.反应进行到1s时，v（A）=v（D）
C.反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.05mol·L-1·s-1
D.反应进行到6s时，各物质的平均反应速率相等
【答案】 C
【解析】 物质的量减少的为反应物，物质的量增加的为生成物，各物质的物质的量变化之比等于化学方程式中化学计
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