学年高中化学同步讲练232 外界因素对化学反应速率的影响2鲁科版选修4.docx
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学年高中化学同步讲练232外界因素对化学反应速率的影响2鲁科版选修4
第2课时 外界因素对化学反应速率的影响
[学习目标定位] 1.会分析浓度、压强、催化剂对化学反应速率的影响。
2.知道反应速率常数、活化能的含义，能够根据相应规律解决有关问题。
1．根据课本试自学有关碰撞理论的知识。
（1）有效碰撞：
能够引发化学反应的碰撞。
（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多出的那部分能量。
活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。
如图所示：
反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。
（4）普通分子＋活化能
活化分子。
（5）活化能与化学反应速率的关系：
在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。
活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。
活化能降低→普通分子变成活化分子→活化分子百分数增大→有效碰撞次数增多→反应速率加快。
2．影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质，不同化学反应具有不同的反应速率。
外界条件对化学反应速率也产生影响。
探究点一 浓度、压强对化学反应速率的影响
1．在298K时，实验测得溶液中的反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2在不同浓度时的速率如下表所示：
实验编号
1
2
3
4
5
c（HI）/mol·L－1
0.100
0.200
0.300
0.100
0.100
c（H2O2）/mol·L－1
0.100
0.100
0.100
0.200
0.300
v/mol·L－1·s－1
0.00760
0.0153
0.0227
0.0151
0.0228
分析上表数据，回答下列问题：
（1）当c（H2O2）恒定时，随c（HI）增大，其反应速率v的变化趋势是增大，若c（HI）增大1倍，其反应速率v的变化是增大1倍。
同理，当c（HI）恒定时，反应速率v与c（H2O2）之间有类似的变化规律。
（2）由以上分析可知，其反应速率与c（HI）·c（H2O2）成正比，上述反应在不同浓度时的反应速率的数学表达式是v＝kc（H2O2）·c（HI），该温度下k的数值约是0.760_L·mol－1·s－1。
2．化学反应速率与反应物浓度的关系
（1）速率方程
对于任意一个化学反应aA＋bB===cC＋dD，其反应速率方程为v＝kcm（A）cn（B），式子中m、n、k都由实验测得，与化学方程式中的系数无关。
（2）反应速率常数
速率方程中的比例系数k称为反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率。
它具备以下特点：
①与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
温度升高，k值通常增大。
②通常情况下，k值越大，反应进行得越快。
3．压强对化学反应速率的影响
对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。
如图所示，
结论：
增大压强，体积缩小，浓度增大，化学反应速率加快。
微观解释：
增大压强→体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。
（1）由于固体、液体粒子间的空隙很小，增大压强几乎不能改变它们的浓度，因此对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对于反应速率的影响可以忽略不计。
（2）对于反应N2＋3H22NH3，不同条件下，压强对化学反应速率的影响
①恒温恒容密闭容器中
a．充入N2，压强增大，c（N2）增大，化学反应速率加快。
b．充入He（He与反应无关），压强增大，但c（N2）、c（H2）、c（NH3）都不变，化学反应速率不变。
②恒温恒压密闭容器中
充入He，体积增大，c（N2）、c（H2）、c（NH3）都减小，化学反应速率减小。
[归纳总结]
（1）改变浓度对化学反应速率的影响规律为
增加反应物浓度，正反应速率增大。
增加生成物浓度，逆反应速率增大。
（2）固体或纯液体的浓度可视为常数，则固体量的增多，不影响反应速率，反应速率还与固体表面积的大小和生成物扩散的速率有关。
（3）压强对反应速率的影响是通过改变气体浓度实现的，故一般意义上增大气体压强是指压缩气体体积；对于有气体参加的化学反应，温度一定时：
压强改变—
[活学活用]
1．对于反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g），其他条件不变时，下列措施不能改变化学反应速率的是（ ）
A．增大C（s）的量
B．增大H2O（g）的浓度
C．增大CO（g）或H2（g）的浓度
D．减小H2O（g）的浓度
答案 A
解析 改变浓度，可以改变化学反应速率，而改变固体物质的物质的量不能改变化学反应速率，因为固体物质的浓度可视为常数。
2．反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（ ）
A．将容器的体积扩大一倍
B．将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大
答案 C
解析 容器的体积缩小或增大均会改变浓度，浓度改变反应速率一定会改变；体积不变，充入N2体系总压强增大，但反应混合物浓度并未改变，反应速率不变；充入N2使容器体积增大，总压强不变，但反应混合物浓度同等程度变小，反应速率变慢。
探究点二 温度对化学反应速率的影响
1．根据基元反应碰撞理论，能量较高，相互之间发生碰撞，能够引发化学反应发生的反应物分子叫做活化分子。
（1）化学反应一般需要一个活化的过程，即能发生反应的分子，必须是先吸收能量后形成活化分子。
（2）普通反应物分子形成活化分子所吸收的能量叫活化能（Ea）。
对基元反应而言，其活化能是活化分子平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。
（3）活化能越高，反应越难进行，反应速率常数越小。
可见，活化能是决定化学反应速率的内因。
2．温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率，下表列出了几个反应在298K和308K时的反应速率常数之比。
序号
化学反应
A
NO＋O3===NO2＋O2
1.15
B
H2＋I22HI（气体反应）
8.99
C
NH4CNO===（NH2）2CO
3.58
请根据表中数据进行讨论：
（1）温度对化学反应速率有怎样的影响？
（2）升高相同温度，对不同化学反应的反应速率的影响程度一样吗？
为什么？
（3）对于B反应：
H2（g）＋I2（g）2HI（g） ΔH<0，则升高温度时，v正和v逆应如何变化？
平衡如何移动？
答案
（1）升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率增大。
（2）不一样。
不同的反应，活化能差值很大。
活化能越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大。
因此，升高相同温度时，对不同化学反应速率影响就不一样。
（3）升高温度，v正和v逆均增大；平衡向逆反应方向移动。
[归纳总结]
1．
（1）一定条件下的化学反应，升高温度，可加快化学反应速率，降低温度，可减慢化学反应速率。
（2）经验规律
对于在溶液中发生的反应，温度每升高10K，反应速率增加到2～4倍。
此近似规律只对一些反应的化学反应速率做粗略估计。
（3）经验公式（阿伦尼乌斯公式）
k＝
。
Ea为活化能，单位为J·mol－1或kJ·mol－1。
当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率增大。
2．升高温度，v正、v逆一般均加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数。
降低温度，v正、v逆一般均减小，且吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。
[活学活用]
3．设C（s）＋CO2（g）2CO（g） ΔH>0，反应速率为v1，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH<0，反应速率为v2，对于上述反应，当温度升高时，v1和v2的变化情况为（ ）
A．同时增大B．同时减小
C．v1增大，v2减小D．v1减小，v2增大
答案 A
解析 温度对反应速率的影响，对放热反应、吸热反应都适用。
升温，v吸、v放都加快；降温，v吸、v放都减慢。
探究点三 催化剂对化学反应速率的影响
1．某些反应使用催化剂前后的活化能及反应速率常数之比如下表所示：
化学反应
催化剂
Ea/kJ·mol－1
无催化剂
有催化剂
2HI===H2＋I2
金
184
105
1.6×108（503K）
CH3CHO===CH4＋CO
碘
210
136
7.5×104（793K）
2H2O2===2H2O＋O2
过氧化氢酶
75
25
5.8×108（298K）
分析上表数据，回答下列问题：
（1）使用催化剂与否，其反应的活化能有何变化？
反应速率常数有何变化？
（2）使用催化剂对其化学反应速率有怎样的影响？
（3）与其他因素（如浓度、温度等）相比较，催化剂对化学反应速率的影响程度如何？
为什么？
答案
（1）使用催化剂，反应的活化能大幅度降低，反应速率常数变大。
（2）化学反应速率增大。
（3）比温度、压强、浓度对化学反应速率影响程度都要大，加快的速率可达几千倍；因为使用催化剂降低活化能，也就是降低了阻碍反应进行的一个重要因素。
2．根据表中实验操作要求完成实验，观察实验现象，填写下表：
实验原理
2H2O2
2H2O＋O2↑
实验操作
在试管中先加入2mL5%的H2O2溶液，再加入1mL0.1mol·L－1FeCl3
在试管中先加入2mL5%的H2O2溶液，再加入1mL0.1mol·L－1CuSO4
实验现象
产生气泡比较慢
产生气泡比较快
实验结论
Fe3＋、Cu2＋对H2O2的分解都有催化作用，但Cu2＋催化作用强
[归纳总结]
（1）催化剂能改变化学反应速率，但反应前后催化剂本身的质量和化学性质不变。
催化剂通过参与化学反应改变反应历程降低反应的活化能来提高反应速率。
（2）使用正催化剂，反应速率显著增大；使用负催化剂，反应速率显著减慢。
只要不特殊说明，催化剂一般指正催化剂。
（3）催化剂同等倍数改变正、逆反应速率。
但催化剂不能引起平衡移动，不改变化学平衡常数，不改变平衡转化率。
（4）催化剂具有选择性。
某反应中的催化剂不一定适用于其他反应，故工业生产中，常需要选取特定的催化剂来提高生产效率。
[活学活用]
4．对于某一可逆反应，使用催化剂的作用在于（ ）
A．提高反应物的平衡转化率
B．同等程度改变正、逆反应速率
C．增大正反应速率，减小逆反应速率
D．改变平衡混合物的组成
答案 B
解析 根据催化剂的作用原理可知：
催化剂不能改变平衡转化率，不能影响化学平衡的移动。
能同等倍数地改变正、逆反应速率。
值得注意的是，催化剂不是只提高正反应速率，而是同时、同等程度地提高正、逆反应速率。
口诀记忆方法：
要想反应快加速，增浓加压升温度；
催化增大表面积，反应也可加速度。
1．对于反应：
2SO2＋O22SO3，当其他条件不变时，只改变一个反应条件，将生成SO3的反应速率的变化填入下表空格里（填“增大”、“减小”或“不变”）。
编号
改变的条件
生成SO3的速率
①
升高温度
②
降低温度
③
增大O2的浓度
④
使用催化剂
⑤
压缩体积
⑥
恒容下充入Ne
答案 ①增大 ②减小 ③增大 ④增大 ⑤增大
⑥不变
解析 压缩体积时反应物浓度均增大，反应速率加快；恒容下充入Ne，反应物浓度不变，反应速率不变。
2．同质量的锌与盐酸反应，欲使反应速率增大，选用的反应条件正确的组合是（ ）
①锌粒 ②锌片 ③锌粉 ④5%的盐酸 ⑤10%的盐酸 ⑥15%的盐酸 ⑦加热 ⑧用冷水冷却 ⑨不断振荡 ⑩迅速混合后静置
A．②⑥⑦⑩B．①④⑧⑩
C．③⑤⑦⑨D．③⑥⑦⑨
答案 D
解析 对于锌的选择，表面积越大反应越快；对于盐酸的选择，浓度越大反应越快；另外升高温度也可以加快反应速率，不断地振荡也可以增加反应物之间的接触面积，从而使反应速率增大。
3．NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳气体：
2NO＋2CO===N2＋2CO2。
对此反应，下列叙述正确的是（ ）
A．使用催化剂能加快反应速率
B．压强增大不影响化学反应速率
C．冬天气温低，反应速率降低，对人体危害减小
D．无论外界条件怎样改变，均对此化学反应的速率无影响
答案 A
解析 使用（正）催化剂能加快反应速率，A正确；增大压强反应速率增大，B错误；冬天气温低，反应速率降低，因为NO、CO都有毒，对人类危害增大，C错；改变温度、压强等外界条件，化学反应速率会改变，D错。
4．对于反应：
N2＋O22NO，在密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是（ ）
A．缩小体积使压强增大
B．体积不变使压强减小
C．体积不变充入He使气体压强增大
D．使总压强不变，充入Ne
答案 A
解析 缩小体积使压强增大→反应物浓度增大→反应速率加快→A正确；压强减小，反应速率降低，B错误；体积不变充入He→反应物浓度不变→反应速率不变→C错误；压强不变充入Ne→反应物浓度减小→反应速率减小→D错误。
5．对于①N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH<0
②2NH3（g）N2（g）＋3H2（g） ΔH>0
其中v－t图像为
（1）反应①
t1时刻改变的条件为
________________________________________________________________________。
t2时刻改变的条件为
________________________________________________________________________。
（2）反应②
t1时刻改变的条件为
________________________________________________________________________。
t2时刻改变的条件为
________________________________________________________________________。
答案
（1）增大压强 降低温度
（2）升高温度 减小压强
解析 t1时刻速率增大，说明是升温或增大压强，而t2时刻速率又减小，说明是降温或减小压强。
[基础过关]
一、反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素
1．决定化学反应速率的内因是（ ）
①温度 ②压强 ③催化剂 ④浓度 ⑤反应物本身的性质
A．①②③④⑤B．⑤
C．①④D．①②③④
答案 B
解析 决定化学反应速率大小的内因是反应物本身的性质，温度、压强、催化剂和浓度均为影响化学反应速率的外因，B正确。
2．下列说法不正确的是（ ）
A．具有较高能量的反应物分子称为活化分子
B．升高温度增大了活化分子百分数
C．催化剂能够改变化学反应途径
D．增大压强能提高活化分子的浓度
答案 A
解析 能量高不一定是活化分子，只有能量较高且能发生有效碰撞的分子才是活化分子；温度升高，可使一部分分子变成活化分子，增大了活化分子百分数；催化剂能降低反应所需活化能，所以改变了化学反应途径；增大压强，体积缩小，所以提高了活化分子浓度但不改变活化分子百分数。
3．反应A＋B―→C的反应速率方程式为v＝k·c（A）·c（B），v为反应速率，k为速率常数。
当c（A）＝c（B）＝1mol·L－1时，反应速率在数值上等于速率常数。
下列说法正确的是（ ）
A．只增大c（A）时，v也增大
B．只增大c（A）时，v值不变
C．只升高温度时，k值不变
D．只升高温度时，k值变小
答案 A
解析 v与c（A）·c（B）成正比，无论只增大c（A）、只增大c（B）或同时增大c（A）、c（B），v均增大。
若只升高温度，v增大，c（A）、c（B）不变，所以k值变大。
二、影响化学反应速率的外界因素
4．其他条件不变时只改变下列条件，一定能使反应速率加快的是（ ）
①增加反应物的物质的量 ②升高温度 ③缩小反应容器的体积 ④加入生成物 ⑤加入MnO2
A．全部B．①②⑤
C．②D．②③
答案 C
解析 ①增加反应物的物质的量，浓度不一定增加，对于固体或纯液体，增加反应物的物质的量，浓度不变，反应速率不变。
②升高温度，反应速率一定加快。
③对于有气体参加的反应，缩小反应容器的体积，浓度增大，反应速率加快。
④加入生成物，反应速率不一定改变。
⑤不是任何反应的催化剂都是MnO2，故加入MnO2反应速率不一定加快。
故选C。
5．用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加大的是（ ）
A．对该反应体系加热
B．不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸
C．向H2SO4中通入HCl气体
D．不用铁片，改用铁粉
答案 B
解析 加热、增大固体反应物的有效表面积，都能加快反应速率，排除A、D；浓硫酸能使铁发生钝化，阻止了进一步的反应，并且浓H2SO4与Fe反应也不生成H2；而选项C中，增大了H＋浓度，能加快化学反应速率。
6．下列方法对2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）的反应速率没有影响的是（ ）
A．加入SO3B．容积不变，充入N2
C．压强不变，充入N2D．降低温度
答案 B
解析 容积不变，充入N2后没有引起反应中各物质浓度的变化，故反应速率不变。
7．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
乙．在500℃时，用V2O5作催化剂，10molSO2和
10molO2
丙．在450℃时，8molSO2和5molO2
丁．在500℃时，8molSO2和5molO2
A．甲、乙、丙、丁B．乙、甲、丙、丁
C．乙、甲、丁、丙D．丁、丙、乙、甲
答案 C
解析 甲、乙相比较，乙使用催化剂，反应速率乙>甲。
丙、丁相比较，丁温度高，反应速率丁>丙。
甲与丁相比较，甲反应物浓度高，反应速率甲>丁，故选C。
三、化学反应速率改变与平衡移动的关系
8．对处于化学平衡的体系，由化学平衡与化学反应速率的关系可知（ ）
A．化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动
B．化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化
C．正反应进行的程度大，正反应速率一定大
D．改变压强，化学反应速率一定改变，平衡一定移动
答案 B
解析 A项，如果速率改变幅度一样大，则平衡不移动，A错；B项，化学平衡发生移动，则速率一定改变，B对；C项，反应进行的程度与速率无关，C错；D项，改变压强，化学反应速率不一定改变（如向固液反应或容器体积不变的反应体系中充入“惰”气），平衡也不一定移动，D错。
9．图是关于反应A2（g）＋B2（g）2C（g）＋D（g） ΔH<0的平衡移动图像，影响平衡移动的原因可能是（ ）
A．升高温度，同时加压
B．压强不变，降低温度
C．压强、温度不变，充入一些与之不反应的惰性气体
D．温度、压强不变，充入一些A2（g）
答案 D
10．某密闭容器中发生如下反应：
X（g）＋3Y（g）2Z（g） ΔH<0。
下图表示该反应的速率（v）随时间（t）变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。
下列说法中正确的是（ ）
A．t2时加入催化剂
B．t3时降低了温度
C．t5时增大了压强
D．t4～t5时间内转化率一定最低
答案 A
解析 该反应不是等体反应，所以t2时刻加入了催化剂，A对；t3时刻应是减小压强，B错；t5时刻应是升高温度，C错；因为改变条件时，平衡左移，所以t6以后转化率最低。
[能力提升]
11．已知NO2和N2O4可以相互转化：
2NO2（g）N2O4（g）
ΔH<0。
现将一定量NO2和N2O4的混合气体通入一体积为1L的恒温密闭容器中，反应物浓度随时间变化关系如下图所示。
X与Y两条曲线中，Y表示N2O4浓度随时间的变化，则下列说法不正确的是（ ）
A．如混合气体的压强不再发生改变，说明反应已达化学平衡状态
B．a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的点是b点
C．25～30min内用NO2表示的平均化学反应速率是0.08mol·L－1·min－1
D．反应进行至25min时，曲线发生变化的原因是增加N2O4的浓度
答案 D
解析 反应2NO2（g）N2O4（g）是气体物质的量减小的反应，如压强不再发生改变，即各气体的物质的量不再发生改变，说明反应达到平衡状态，因此A项正确；由图知只有b点处于平衡状态；对C项可先计算出v（N2O4）＝
＝0.04mol·L－1·min－1，再据v（NO2）＝v（N2O4）×2可知C项正确；D项，由图知25min时是增加NO2的浓度。
12．反应3Fe（s）＋4H2O（g）
Fe3O4（s）＋4H2（g）在一可变容积的密闭容器中进行，试回答：
（1）增加Fe的量，其反应速率________（填“增大”、“不变”或“减小”，下同）。
（2）将容器的体积缩小一半，其反应速率____________。
（3）保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其反应速率____________。
（4）保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其反应速率____________。
答案
（1）不变
（2）增大 （3）不变 （4）减小
解析
（1）由于Fe是固体，改变Fe的量，反应物浓度不变，故反应速率不变。
（2）将容器体积缩小一半，则反应物浓度增大，故反应速率增大。
（3）容器体积不变，充入N2，反应物浓度不变，故反应速率不变。
（4）保持容器内压强不变，充入N2相当于减小压强，即反应物和生成物浓度均减小，故反应速率减小。
13．在溶液中某化学反应2AB＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为零，反应物A的浓度（mol·L－1）随反应时间（min）的变化情况如下表：
实验序号
0
10
20
30
40
50
60
①
800℃
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
②
800℃
c2
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
③
800℃
c3
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
④
820℃
1.0
0.40
0.25
0.20
0.20
0.20
0.20
（1）在实验①，反应在10min～20min时间内平均速率（vA）为________mol·L－1·min－1。
（2）在实验②，A的初始浓度c2＝______mol·L－1，反应经20min就达到平衡，可推测实验②中还隐含的条件是______________。
（3）设实验③的反应速率为v3，实验①的反应速率为v1，则v3______v1（填“>”、“＝”或“<”），且c3____1.0mol·L－1（填“>”、“＝”或“<”）。
（4）比较实验④和实验①，可推测该反应是________反应（选填“吸热”或“放热”）。
理由是_______________________________________
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