新浙江专用高考化学二轮复习 专题16 化学反应速率.docx
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新浙江专用高考化学二轮复习专题16化学反应速率
专题16化学反应速率
考点一 化学反应速率及其影响因素
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应速率及简单计算
a
b
2.影响化学反应速率的因素，控制反应条件在生产和科学研究中的作用
a
b
3.活化分子、活化能、有效碰撞的概念
a
4.碰撞理论
b
5.实验数据的记录与处理
c
（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或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式及单位
v＝
，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。
3．规律
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。
（二）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）
3．理论解释——有效碰撞理论（加试）
（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
正误辨析
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）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（×）
（2）化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L－1（×）
（3）由v＝
计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值（×）
（4）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（√）
（5）其他条件相同时，增大反应物浓度使分子获得能量，活化分子百分数提高，反应速率增大（×）
（6）两试管各加入5mL0.1mol·L－1Na2S2O3溶液，同时分别滴入55mL0.1mol·L－1硫酸和盐酸，两只试管同时变浑浊（×）
题组一 “v＝
”的应用
1．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
（1）从反应开始到10s时，v（Z）＝____________________________________________。
（2）反应的化学方程式为___________________________________________________。
答案
（1）0.079mol·L－1·s－1
（2）X＋Y2Z
解析
（1）Δn（Z）＝1.58mol
v（Z）＝
＝0.079mol·L－1·s－1。
（2）Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（Z）＝0.79mol∶0.79mol∶1.58mol＝1∶1∶2
所以反应的化学方程式为X＋Y2Z。
2．（2015·浙江10月选考，20）某温度时，2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）反应到2s后，NO的浓度减少了0.06mol·L－1，则以O2表示该时段的化学反应速率是（ ）
A．0.03mol·L－1·s－1B．0.015mol·L－1·s－1
C．0.12mol·L－1·s－1D．0.06mol·L－1·s－1
答案 B
解析 本题考查化学反应速率知识。
化学反应速率通常用单位时间里反应物浓度的减少或生成浓度的增加来表示，表达式v＝
，由表达式计算可得：
v（NO）＝
＝
＝
0.03mol·L－1，根据同一化学反应中各物质的反应速率之比等于反应方程式中的化学计量数之比，v（NO）∶v（O2）＝2∶1,0.03mol·L－1·min－1∶v（O2）＝2∶1，则v（O2）＝0.015mol·L－1·s－1，B正确。
计算速率时易忽略体积因素，用物质的量的变化除以时间。
题组二 化学反应速率的大小比较
3．（2016·金华十校9月高三模拟）对于某反应X＋3Y===2E＋2F，在甲、乙、丙、丁四种不同条件下，分别测得反应速率：
甲，v（X）＝0.3mol·L－1·min－1；乙，v（Y）＝1.2mol·L－1·min－1；丙，v（E）＝0.6mol·L－1·min－1；丁，v（F）＝0.9mol·L－1·min－1。
则反应最快的是（ ）
A．甲B．乙C．丙D．丁
答案 D
解析 乙中：
v（X）＝
v（Y）＝0.4mol·L－1·min－1，丙中：
v（X）＝
v（E）＝0.3mol·L－1·min－1，丁中：
v（X）＝
v（F）＝0.45mol·L－1·min－1，故最快的为丁。
4．对于可逆反应A（g）＋3B（s）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（B）＝1.2mol·L－1·s－1
C．v（D）＝0.4mol·L－1·min－1
D．v（C）＝0.1mol·L－1·s－1
答案 D
解析 本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较，B项中的B物质是固体，不能表示反应速率；C项中对应的v（A）＝0.2mol·L－1·min－1；D项中对应的v（A）＝3mol·L－1·min－1。
化学反应速率大小的比较方法
由于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，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。
（1）看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。
（2）换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。
（3）比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA＋bB===cC＋dD，比较
与
，若
＞
，则A表示的反应速率比B的大。
题组三 “三段式”模板突破浓度、化学反应速率的计算
解题指导
对于较为复杂的关于反应速率的题目常采用以下步骤和模板计算
（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 ＋ nBpC
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＋
5．（2016·浙江4月选考，18）X（g）＋3Y（g）2Z（g）
ΔH＝－akJ·mol－1，一定条件下，将1molX和3molY通入2L的恒容密闭容器中，反应10min，测得Y的物质的量为2.4mol。
下列说法正确的是（ ）
A．10min内，Y的平均反应速率为0.03mol·L－1·s－1
B．第10min时，X的反应速率为0.01mol·L－1·min－1
C．10min内，消耗0.2molX，生成0.4molZ
D．10min内，X和Y反应放出的热量为akJ
答案 C
解析 X（g）＋3Y（g）2Z ΔH＝－akJ·mol－1
起始（mol）1 3 0
转化（mol）a 3a 2a
10min时1－a 3－3a 2a
3－3a＝2.4mol，a＝0.2mol。
A项，v（Y）＝
＝0.03mol·L－1·min－1，单位错；B项，X的平均反应速率为
0.01mol·L－1·min－1，而不是即时速率；D项，生成2molZ，放出热量为akJ，所以生成0.4molZ，放出热量为0.2akJ。
6．（2016·绍兴选考适应性考试）在一定条件下，发生反应：
2X（g）＋Y（g）2Z（g） ΔH＝－197kJ·mol－1，若将2molX和1molY充入2L的恒容密闭容器中，反应10min，测得X的物质的量为1.4mol，下列说法正确的是（ ）
A．10min内，反应放出的热量为197kJ热量
B．10min内，X的平均反应速率为0.06mol·L－1·min－1
C．第10min时，Y的反应速率小于0.015mol·L－1·min－1（假如体系温度不变）
D．第10min时，Z浓度为0.6mol·L－1
答案 C
解析 2X（g）＋ Y（g） 2Z（g） ΔH＝－197kJ·mol－1
起始2mol1mol 0197kJ
转化0.6mol0.3mol0.6mol
10min末1.4mol0.7mol0.6mol
由上可知：
A项，10min时放出的热量为
＝59.1kJ，错误；B项，10min内，v（X）＝
＝0.03mol·L－1·min－1，错误；C项，10min内，v（Y）＝
v（X）＝
0.015mol·L－1·min－1，故第10min时，Y的反应速率小于0.015mol·L－1·min－1，正确；D项，第10min时，c（Z）＝
＝0.3mol·L－1，错误。
题组四 正确理解影响化学反应速率的因素
7．按要求填空
（1）形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：
铁______（填“大于”、“小于”或“等于”）铝。
（2）对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？
（填“增大”、“减小”或“不变”）
①升高温度：
________；
②增大盐酸浓度：
__________；
③增大铁的质量：
__________；
④增加盐酸体积：
____________；
⑤把铁片改成铁粉：
____________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：
____________；
⑦加入NaCl固体：
____________；
⑧加入CH3COONa固体：
____________；
⑨加入一定体积的Na2SO4溶液：
____________。
（3）若把
（2）中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2，为什么？
答案
（1）小于
（2）①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大⑦不变 ⑧减小 ⑨减小
（3）不会产生H2，Fe和稀硝酸反应生成NO；常温下，Fe在浓硫酸中钝化。
8．一定温度下，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：
__________；
（4）恒压充入He：
__________。
答案
（1）增大
（2）增大 （3）不变 （4）减小
气体反应体系中充入惰性气体（不参与反应）时对反应速率的影响
（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）―→反应速率减小。
题组五 外界条件对化学反应速率的影响
9．（2016·宁波效实中学高一下学期期中）对反应A＋BAB来说，常温下按以下情况进行反应：
①20mL溶液中含A、B各0.01mol ②50mL溶液中含A、B各0.05mol ③0.1mol·L－1的A、B溶液各10mL ④0.5mol·L－1的A、B溶液各50mL
四者反应速率的大小关系是（ ）
A．②＞①＞④＞③B．④＞③＞②＞①
C．①＞②＞④＞③D．①＞②＞③＞④
答案 A
解析 ①对于化学反应，反应物浓度越大，则反应速率越大，①中含A、B的浓度为
＝0.5mol·L－1；②中含A、B的浓度为
＝1mol·L－1；③含A、B的浓度为
0.05mol·L－1；④含A、B的浓度为0.25mol·L－1，四者浓度的大小关系是②＞①＞④＞③，则四者反应速率的大小关系是②＞①＞④＞③，故选A。
10．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间（t）内产生气体体积（V）的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是（ ）
组别
对应曲线
c（HCl）/mol·L－1
反应温度/℃
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
A．第4组实验的反应速率最慢
B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L－1
C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L－1
D．第3组实验的反应温度低于30℃
答案 D
解析 由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。
第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5mol·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于
2.5mol·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30℃，D错误。
题组六 有效碰撞理论（加试）
11．下列说法正确的是（ ）
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 ②普通分子有时也能发生有效碰撞 ③升高温度会加快反应速率，原因是增加了活化分子的有效碰撞次数 ④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多 ⑤使用催化剂能提高反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大 ⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞
A．①②⑤B．③④⑥
C．③④⑤⑥D．②③④
答案 B
解析 只有活化分子间合理取向的碰撞才能发生化学反应，①、②错误；使用催化剂改变反应过程，降低反应
的活化能，增大活化分子百分数，使有效碰撞频率增大，提高反应速率，⑤错误。
12．（2016·宁波效实中学高二期中）1918年，Lewis提出反应速率的碰撞理论：
反应物分子之间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数碰撞才能发生化学反应。
能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞。
（1）图Ⅰ是HI分解反应中HI分子之间的几种碰撞示意图，其中属于有效碰撞的是________（填“A”、“B”或“C”）。
（2）20世纪30年代，Eyring和Pelzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过滤态理论：
化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。
图Ⅱ是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：
_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）过渡态理论认为，催化剂改变反应速率的原因是改变了反应的途径，对大多数反应而言主要是通过改变过渡态而导致有效碰撞所需要的能量发生变化。
①在反应体系中加入催化剂中，反应速率增大，E1和E2的变化是：
E2________，E2________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
②请在图Ⅱ中作出NO2和CO反应时使用催化剂而使反应速率加快的能量变化示意图。
答案
（1）C
（2）NO2（g）＋CO（g）===CO2（g）＋NO（g） ΔH＝－234kJ·mol－1
（3）①减小 减小
②示意图：
考点二 控制变量法探究影响化学反应速率的因素（加试）
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，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变，再进行实验。
因此，常用控制变量思想解决该类问题。
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化学反应速率的影响。
（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化学反应速率的影响。
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，否则无法作出正确判断。
1．某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。
实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。
该小组设计了如下方案。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L－1
体积/mL
浓度/mol·L－1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
（1）已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出，KMnO4溶液转化为MnSO4，每消耗1molH2C2O4转移________mol电子。
为了观察到紫色褪去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n（H2C2O4）∶n（KMnO4）≥__________________________。
（2）探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________（填编号，下同），探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是____________。
（3）实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s，忽略混合前后溶液体积的微小变化，这段时间内平均反应速率v（KMnO4）＝_______________________________________mol·L－1·min－1。
（4）已知50℃时c（MnO
）～t（反应时间）的变化曲线如图。
若保持其他条件不变，请在坐标图中，画出25℃时c（MnO
）～t的变化曲线示意图。
答案
（1）2 2.5
（2）②和③ ①和② （3）0.010（或1.0×10－2）
（4）
解析
（1）H2C2O4中碳的化合价是＋3价，CO2中碳的化合价为＋4价，故每消耗1molH2C2O4转移2mol电子，配平化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，为保证KMnO4完全反应，c（H2C2O4）∶c（KMnO4）≥2.5。
（2）探究温度对反应速率的影响，则浓度必然相同，则编号为②和③；同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。
（3）v（KMnO4）＝（0.010mol·L－1×
）÷（
）＝0.010mol·L－1·min－1。
（4）温度降低，化学反应速率减小，故KMnO4褪色时间延长，故作图时要同时体现25℃时MnO
浓度降低比50℃时MnO
的浓度降低缓慢和达到平衡时间比50℃时“拖后”。
2．Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2＋浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。
现运用该方法降解有机污染物p CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。
【实验设计】控制p CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K（其他实验条件见下表），设计如下对比实验。
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）。
实验
编号
实验目的
T/K
pH
c/10－3mol·L－1
H2O2
Fe2＋
①
为以下实验作参照
298
3
6.0
0.30
②
探究温度对降解反应速率的影响
③
298
10
6.0
0.30
【数据处理】实验测得p CP的浓度随时间变化的关系如图所示。
（2）请根据图中实验①曲线，计算降解反应在50～150s内的反应速率：
v（p CP）＝________mol·L－1·s－1。
【解释与结论】
（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。
但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因：
________________________________
________________________________________________________________________。
（4）实验③得出的结论是pH等于10时，______________________________________
________________________________________________________________________。
【思考与交流】
（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止。
根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：
________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）
实验
编号
实验目的
T/K
pH
c/10－3mol·L－1
H2O2
Fe2＋
①
②
313
3
6.0
0.30
③
探究溶液的pH对降解反应速率的影响
（2）8.0×10－6 （3）过氧化氢在温度过高时迅速分解 （4）有机物p CP不能降解 （5）将所取样品迅速加入一定量的NaOH溶液中，使pH约为10（或将所取样品骤冷等，其他合理答案也可）
解析
（1）实验①是对照实验，所以与实验①相比，实验②和③只能改变一个条件，这样才能达到对比的目的，则实验②是探究温度对反应速率的影响，则T＝313K，其他条件与实验①相同；实验③显然是探究pH的大小对反应速率的影响。
（2）在50～150s内，Δc（p CP）＝0.8×10－3mol·L－1，则v（p CP）＝8.0×10－6mol·L－1·s－1。
（3）温度过高时，H2O2分解，c（H2O2）减小，导致反应速率减小。
（4）从图中看出，pH＝10时，c（p CP）不变，即反应速率为零，说明该条件下，有机物p CP不能降解。
（5）从第（4）小题的结论可以得出，使溶液的pH迅速增大到10，反应即可停止，另外，降低温度也是一种方法。
专题强化练
1．合成氨反应：
3H2＋N2
2NH3，其反应速率分别为v（H2）、v（N2）、v（NH3），则正确的关系式是（ ）
A．v（H2）＝v（N2）＝v（NH3）
B．v（N2）＝2v（NH3）
C．v（H2）＝
v（NH3）
D．v（N2）＝3v（H2）
答案 C
解析 反应中各物质的反应速率之比等于方程式中化学计量数之比，即v
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