第七章 化学反应速率和化学平衡.docx
《第七章 化学反应速率和化学平衡.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章 化学反应速率和化学平衡.docx（102页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第七章化学反应速率和化学平衡
第七章 化学反应速率和化学平衡
1．了解化学反应速率的概念及定量表示方法。
2．了解催化剂在生产、生活和科学领域中的重大作用。
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，
认识其一般规律。
第一节
化学反应速率及其影响因素
考点一
化学反应速率
[教材知识层面]
1．表示方法：
通常共用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示。
2．表达式：
v＝Δc/Δt，单位：
mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
如在密闭容器中，合成氨的反应N2＋3H22NH3，开始时c（N2）＝8mol/L,2min后c（N2）＝4mol/L，则用N2表示的化学反应速率为2_mol·L－1·min－1。
3．化学反应速率与化学计量数关系
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。
[高考考查层面]
命题点1 化学反应速率的理解与计算
1．理解化学反应速率要注意以下几点
（1）化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬时速率，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）不能用固体或纯液体表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。
2．计算化学反应速率的常用方法
（1）定义式法：
根据“v＝Δc/Δt”进行计算。
（2）比例式法：
根据“化学反应速率之比等于化学计量数之比”进行计算。
（3）三段式法：
具体步骤如下。
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
t0时刻浓度/mol·L－1 a b 0
转化浓度/mol·L－1 x
t1时刻浓度/mol·L－1 a－x b－
则：
v（A）＝
mol/（L·s）、
v（B）＝
mol/（L·s）、
v（C）＝
mol/（L·s）。
[典题示例]
1．下列关于化学反应速率的说法正确的是（ ）
A．化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物或生成物的浓度变化量
B．化学反应速率是指某一时刻，某种反应物的瞬时速率
C．在反应过程中，反应物的浓度逐渐减少，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
D．同一反应，用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比
解析：
选D 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物的浓度增加量来表示。
固体和纯液体的浓度为常数，不用来表示速率，所以A错。
反应物浓度的减少量或生成物的浓度增加量，都为正值，所以反应速率都为正值，C错。
化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率，所以B错。
2．将4molA气体和2molB气体在2L容器中混合，一定条件下发生反应：
2A（g）＋B（g）2C（g），若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L－1，现有下列说法：
①用物质A表示的反应速率为0.3mol·L－1·s－1 ②用物质B表示的反应速率为0.6mol·L－1·s－1 ③2s时物质A的转化率为70% ④2s时物质B的浓度为0.7mol·L－1。
其中正确的是（ ）
A．①③ B．①④
C．②③D．③④
解析：
选B 由题意知，2s时C的浓度为0.6mol·L－1，根据化学方程式中化学计量数之比可知，B的变化浓度为0.3mol·L－1，进而确定2s时B的浓度是1mol·L－1－0.3mol·L－1＝0.7mol·L－1，④正确；A的变化浓度为0.6mol·L－1，从而求出A的转化率为30%，③错误；用C表示的反应速率为0.3mol·L－1·s－1，可推知用A表示的反应速率为0.3mol·L－1·s－1，①正确；用B表示的反应速率为0.15mol·L－1·s－1，②错误。
命题点2 化学反应速率的比较
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）先看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。
（2）再用转化同一物质法（或比值法）进行比较。
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，再进行速率的大小比较。
②比值法：
用各物质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。
[典题示例]
1．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（ ）
A．v（CO）＝1.5mol·L－1·min－1
B．v（NO2）＝0.7mol·L－1·min－1
C．v（N2）＝0.4mol·L－1·min－1
D．v（CO2）＝1.1mol·L－1·min－1
解析：
选C 换算成同一物质再比较，如以N2为标准，A、B、D项分别换算为0.375mol·L－1·min－1、0.35mol·L－1·min－1、0.275mol·L－1·min－1，所以最快的为C项。
2．（2015·长沙模拟）反应A（g）＋3B（g）===2C（g）＋2D（g）在四种不同情况下的反应速率分别为①v（A）＝0.45mol/（L·s）
②v（B）＝0.6mol/（L·s） ③v（C）＝0.4mol/（L·s）
④v（D）＝0.45mol/（L·s）。
下列有关反应速率的比较中正确的是（ ）
A．④>③＝②>①B．①>④>②＝③
C．①>②>③>④D．④>③>②>①
解析：
选B 可用比值法进行反应速率大小比较，
＝0.45mol/（L·s）；
＝
＝0.2mol/（L·s）；
＝
＝0.2mol/（L·s）；
＝
＝0.225mol/（L·s），故①>④>②＝③，B项正确。
[考点达标层面]
1．对于反应A2＋3B2===2AB3来说，下列反应速率中表示该反应进行得最快的是（ ）
A．v（A2）＝0.6mol/（L·s）
B．v（B2）＝2.7mol/（L·min）
C．v（AB3）＝12mol/（L·min）
D．v（A2）＝6mol/（L·min）
解析：
选A A项，可表示为v（A2）＝36mol/（L·min）；B项，经转化可表示为v（A2）＝0.9mol/（L·min）；C项，经转化可表示为v（A2）＝6mol/（L·min），故A项符合要求。
2．（2015·安庆质检）将等物质的量的A、B混合放于2L的密闭容器中，发生反应3A（g）＋B（g）xC（g）＋2D（g）。
经5min后达到平衡，平衡时测得D的浓度为0.5mol/L，c（A）∶c（B）＝3∶5，v（C）＝0.1mol/（L·min）。
则：
（1）x＝________。
（2）前5min内B的反应速率v（B）＝________。
（3）平衡时A的转化率为________________。
（4）若用①v（A）＝12mol/（L·min）、②v（C）＝0.1mol/（L·s）分别表示该反应速率，则反应速率较快的是________（填序号）。
解析：
（1）v（D）＝
＝0.1mol/（L·min）＝v（C），由此推知x＝2。
（2）v（B）＝
＝
＝0.05mol/（L·min）。
（3） 3A（g） ＋ B（g）2C（g）＋2D（g）
起始（mol/L） a a 0 0
转化（mol/L） 0.75 0.25 0.5 0.5
平衡（mol/L） a－0.75 a－0.25 0.5 0.5
（a－0.75）∶（a－0.25）＝3∶5，解得：
a＝1.5，
A的转化率＝
×100%＝50%。
（4）v（C）＝0.1mol/（L·s）×60＝6mol/（L·min），根据速率之比等于计量数之比可知：
该情况下v（A）＝9mol/（L·min）<12mol/（L·min），①较快。
答案：
（1）2
（2）0.05mol/（L·min） （3）50% （4）①
考点二
化学反应速率的影响因素
[教材知识层面]
1．内因
反应物本身的性质是主要因素。
如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。
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
（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为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。
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
[高考考查层面]
命题点1 外界条件对化学反应速率的影响
1．理解外界条件对化学反应速率的影响
（1）反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
（2）压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的，所以分析压强的改变对反应速率的影响时也可以从浓度是否发生改变的角度来分析，若改变总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变。
（3）改变温度，使用催化剂，反应速率一定发生变化，其他外界因素的改变，反应速率不一定发生变化。
（4）固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固体的表面积改变才能改变化学反应速率。
2．气体反应体系中充入惰性气体（不参与反应）对反应速率的影响
（1）恒温恒容：
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）恒温恒压：
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。
[典题示例]
1．下列说法中正确的是（ ）
A．增大反应物浓度，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大
B．使用合适的催化剂，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大
C．对于任何反应，增大压强都可加快反应速率
D．升高温度，只能增大吸热反应的反应速率
解析：
选B 增大浓度和增大气体反应的压强（缩小体积），不能增大活化分子百分数，只能增大活化分子浓度；升温和使用催化剂才能增大活化分子百分数；增大压强只能增大有气体参加的反应的反应速率。
2．（2015·烟台质检）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（ ）
①增加C的量 ②将容器的体积缩小一半 ③保持体积不变，充入N2使体系压强增大 ④保持压强不变，充入N2使容器体积变大
A．①④ B．②③
C．①③D．②④
解析：
选C 增大固体的量、恒容时充入惰性气体对速率无影响。
命题点2 控制变量法探究影响化学反应速率的外界因素
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时，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，让考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，让考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。
[典题示例]
1．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（ ）
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
c/mol·L－1
V/mL
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：
选D 结合选项知混合液的体积都为20mL，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）。
2．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如下方案完成实验。
编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
⑤
10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
（1）催化剂能加快化学反应速率的原因是_________________________________。
（2）常温下5%H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为_________________。
（3）实验①和②的目的是________________________________________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。
资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。
为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是
________________________________________________________________________。
（4）实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。
分析图示能够得出的实验结论是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
加入催化剂可降低反应的活化能，反应速率增大；因过氧化氢显示出弱酸性，因此为部分电离；实验①和②过氧化氢的浓度不同，实验目的是探究浓度对反应速率的影响，但可能因过氧化氢性质稳定，反应速率太慢，现象不明显，可以给不同浓度的过氧化氢提供相同的温度或催化剂，然后探究浓度对反应速率的影响。
分析实验③、④、⑤表中的反应物和催化剂结合图像知道，酸碱性环境影响反应速率，对平衡移动没有影响。
答案：
（1）降低了反应的活化能
（2）H2O2H＋＋HO
（3）探究浓度对化学反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂（或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中）
（4）碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率，但酸碱性环境对平衡移动无影响
[考点达标层面]
某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，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、K2SO4等4种溶液，可与实验中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：
（1）锌在溶液中发生的反应有：
Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu、Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
（2）锌置换出CuSO4溶液中的铜后，铜附着在锌表面，形成原电池加快反应速率。
（3）K、Na、Mg都比锌活泼，4种溶液中只有硫酸银与锌反应，置换出银后与银形成原电池。
（4）分析时，可先回顾教材中加快化学反应速率的因素有浓度、温度、压强、催化剂和表面积等因素，根据实际反应选择适宜的条件。
（5）为保证实验的可比性，实验中H2SO4的体积应固定不变，还要保证溶液的总体积相等，这样才能保证硫酸和锌的因素固定不变，研究CuSO4对反应的影响，所以饱和硫酸铜与水的体积和可以由F组实验来确定，为20mL。
则V1＝30、V6＝10、V9＝17.5。
锌参与反应后表面变为灰黑色，在铜的量很大的F组中，锌表面附着了一层红色的铜，减小了锌与溶液的接触面积，反应速率减慢。
答案：
（1）Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu、Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
（2）CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu Zn微电池，加快了氢气产生的速率
（3）Ag2SO4 （4）升高反应温度，适当增加硫酸的浓度，增加锌粒的比表面积等（答两种即可） （5）①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积
考点三
化学反应速率图像及其应用
[高考考查层面]
命题点1 全程速率－时间图像
如Zn与足量盐酸的反应，化学反应速率随时间的变化出现如图所示情况。
原因解释：
AB段（v增大），因反应为放热反应，随反应的进行，温度逐渐升高，导致化学反应速率逐渐增大；BC段（v减小），则主要因为随反应的进行，溶液中c（H＋）减小，导致化学反应速率减小。
[典题示例]
1．把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器里，产生H2的速率可由图表示。
在下列因素中：
①盐酸的浓度；②镁条的表面积；③溶液的温度；
④Cl－的浓度。
影响反应速率的因素是（ ）
A．①④ B．③④
C．①②③D．②③
解析：
选C 镁条和盐酸反应产生H2的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，是镁与H＋间的置换反应，与Cl－无关。
在镁条的表面有一层氧化膜，当将镁条投入盐酸中时，随着氧化膜的不断溶解，镁与盐酸接触面积不断增大，产生H2的速率会加快；溶液的温度对该反应也有影响，反应放出热量，使温度升高，反应速率也会加快；随着反应的进行，c（H＋）不断减小，反应速率会逐渐减慢。
2．用纯净的CaCO3与100mL稀盐酸反应制取CO2，实验过程记录如图所示（CO2的体积已折算为标准状况下的体积）。
下列分析正确的是（ ）
A．OE段表示的平均速率最快
B．EF段，用盐酸表示该反应的平均反应速率为0.4mol/（L·min）
C．OE、EF、FG三段中，该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为2∶6∶7
D．F点收集到的CO2的量最多
解析：
选B OE段、EF段、FG段中生成的CO2分别为0.01mol、0.02mol、0.005mol，则消耗HCl的量分别为0.02mol、0.04mol、0.01mol，用HCl表示的反应速率分别为0.2mol/（L·min）、0.4mol/（L·min）、0.1mol/（L·min），所以EF段平均反应速率最快，G点收集到的CO2的量最多。
命题点2 物质的量（或浓度）－时间图像
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。
（1）由图像得出的信息是：
①X、Y是反应物，Z是产物；
②t3时反应达平衡，X、Y没有全部反应。
（2）根据图像可进行如下计算：
①某物质的平均速率、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。
[典题示例]
1．（2015·廊坊模拟）如图所示为800℃时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是（ ）
A．发生的反应可表示为：
2A（g）2B（g）＋C（g）
B．前2minA的分解速率为0.1mol·L－1·min－1
C．开始时，正逆反应同时开始
D．2min时，A、B、C的浓度之比为2∶3∶1
解析：
选C 根据图像，反应过程中A的浓度减小，B、C浓度增大，因此A为反应物，B、C为生成物，根据浓度的变化量可以确定反应为2A（g）2B（g）＋C（g），A说法正确。
前2min，v（A）＝
＝0.1mol·L－1·min－1，B说法正确。
开始时加入的物质为A和B，没有C，C说法错误。
根据图像，2min时，A、B、C的浓度分别为0.2mol·L－1、0.3mol·L－1、0.1mol·L－1，因此D说法正确。
2．一定温度下，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图所示，对该反应的推断合理的是（ ）
A．该反应的
升级会员 