版步步高《大一轮复习讲义》人教版第7章 第33讲 化学反应速率.docx
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版步步高《大一轮复习讲义》人教版第7章第33讲化学反应速率
第33讲 化学反应速率
复习目标
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。
2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。
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，能用相关理论解释其一般规律。
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 化学反应速率的概念及计算
1．化学反应速率
2．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。
3．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（g）＋ nB（g）pC（g）
起始浓度/mol·L－1abc
转化浓度/mol·L－1x
某时刻浓度/mol·L－1a－xb－
c＋
（1）对于任何化学反应来说，都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速率（×）
错因：
对于一些化学反应，也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变化量来表示化学反应速率。
（2）单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率（×）
错因：
单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加均表示正反应速率。
（3）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（×）
错因：
0.8mol·L－1·s－1是指一段时间内的平均反应速率，不是即时速率。
（4）同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快（×）
错因：
化学反应速率数值的大小和化学计量数有关，化学计量数越大，数值越大，速率之比等于化学计量数之比，但都表示该反应的反应速率。
1．一定温度下，在密闭容器中发生反应：
3A（g）＋B（g）2C（g）。
已知v（A）＝0.6mol·L－1·s－1，则v（B）＝________mol·L－1·s－1，v（C）＝________mol·L－1·s－1。
答案 0.2 0.4
2．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－1·s－1，②v（B）＝0.6mol·L－1·s－1，③v（C）＝0.4mol·L－1·s－1，④v（D）＝0.45mol·L－1·s－1。
则有关反应速率大小顺序为________。
答案 ①>④>②＝③
解析 可用比值法进行反应速率大小比较，
＝0.45mol·L－1·s－1；
＝
＝0.2mol·L－1·s－1；
＝
＝0.2mol·L－1·s－1；
＝
＝0.225mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③。
3．如图安装好实验装置（装置气密性良好），在锥形瓶内盛有6.5g锌粒（Zn的相对原子质量为65），通过分液漏斗加入40mL2.5mol·L－1的稀硫酸，将产生的H2收集在注射器中，10s时恰好收集到标准状况下的H244.8mL。
回答下列问题
（1）根据装置图，还缺少的实验用品为________。
（2）用H＋表示10s内该反应的反应速率为________。
（3）用H2表示10s内该反应的反应速率为________mol·s－1。
（4）用锌粒表示10s内该反应的反应速率为________g·s－1。
（5）用H＋或H2表示的化学反应速率比实际偏大，其原因是什么，怎样改正。
________________________________________________________________________。
答案
（1）秒表
（2）0.01mol·L－1·s－1 （3）0.0002 （4）0.013 （5）由于滴入的稀硫酸占体积，造成进入注射器内的气体体积偏大，H2的体积偏大；可以把分液漏斗换成恒压滴液漏斗
解析 Zn ＋ 2H＋ === Zn2＋ ＋ H2↑
65g2mol1mol22.4L
0.13g0.004mol0.002mol0.0448L
v（H＋）＝
＝0.01mol·L－1·s－1；用锌粒表示10s内该反应的反应速率为
＝0.013g·s－1；用H2表示10s内该反应的反应速率为
＝0.0002mol·s－1。
1．化学反应速率计算的一般方法
（1）定义式法：
找出各物质的起始量、某时刻量，求出转化量，利用定义式v（A）＝
＝
来计算。
（2）用已知物质的反应速率，计算其他物质表示的反应速率——关系式法。
化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。
2．比较化学反应速率大小的常用方法
（1）先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。
（2）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（g）＋bB（g）===cC（g）＋dD（g），比较
与
，若
＞
，则不同情况下，用A表示的反应速率比用B表示的大。
题组一 速率计算中图表信息的提取
1．一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生反应：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），反应过程如下图。
下列说法不正确的是（ ）
A．t1min时正、逆反应速率相等
B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系
C．0～8min，H2的平均反应速率v（H2）＝0.01125mol·L－1·min－1
D．10～12min，N2的平均反应速率v（N2）＝0.0025mol·L－1·min－1
答案 A
解析 t1时刻没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像，X的物质的量增加，属于生成物，因此X为NH3的曲线，B项正确；0～8min时，v（NH3）＝
＝0.0075mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比v（H2）＝
＝0.01125mol·L－1·min－1，C项正确；10～12min，v（NH3）＝
＝0.005mol·L－1·min－1，v（N2）＝
＝0.0025mol·L－1·min－1，D项正确。
2．硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：
O2NC6H4COOC2H5＋OH－O2NC6H4COO－＋C2H5OH，两种反应物的初始浓度均为0.050mol·L－1,15℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α随时间变化的数据如表所示，回答下列问题：
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
α/%
0
33.0
41.8
48.8
58.0
69.0
70.4
71.0
71.0
（1）列式计算该反应在120～180s与180～240s区间的平均反应速率：
____________________、__________________。
（2）比较两者大小可得出的结论是____________________________________。
答案
（1）v＝
≈7.3×10－5mol·L－1·s－1
v＝
≈5.8×10－5mol·L－1·s－1
（2）随反应的进行，反应物浓度降低，反应速率减慢
解析
（1）注意“列式计算”的要求是既要列出规范的计算式，又要计算出结果。
（2）120～180s时间段速率大是因为反应物浓度大，180～240s时间段速率小是因为反应物浓度小，即随着反应的进行，反应物浓度降低，反应速率减慢。
题组二 用其他物理量改变表示的化学反应速率
3.合金贮氢材料具有优异的吸氢性能，在配合氢能的开发中起到重要作用。
温度为T1时，2g某合金4min内吸收氢气240mL，吸氢速率v＝________mL·g－1·min－1。
答案 30
解析 吸氢速率v＝
＝30mL·g－1·min－1。
4．在新型RuO2催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应2HCl（g）＋
O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）具有更好的催化活性。
一定条件下测得反应过程中n（Cl2）的数据如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n（Cl2）/10－3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0～6.0min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）。
答案 解法一 2.0～6.0min时间内，Δn（Cl2）＝5.4×10－3mol－1.8×10－3mol＝3.6×10－3mol，
v（Cl2）＝
＝9.0×10－4mol·min－1
所以v（HCl）＝2v（Cl2）＝2×9.0×10－4mol·min－1＝1.8×10－3mol·min－1。
解法二 设HCl转化的物质的量为n，则
2HCl（g）＋
O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）
21
n（5.4－1.8）×10－3mol
解得n＝7.2×10－3mol，
所以v（HCl）＝
＝1.8×10－3mol·min－1。
5．工业制硫酸的过程中，SO2（g）转化为SO3（g）是关键的一步，550℃时，在1L的恒温容器中，反应过程中部分数据见下表：
反应时间/min
SO2（g）/mol
O2（g）/mol
SO3（g）/mol
0
4
2
0
5
1.5
10
2
15
1
若在起始时总压为p0kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，而气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10min内SO2（g）的反应速率v（SO2）＝_______kPa·min－1。
答案
解析 列出“三段式”
2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）
初始/mol 420
转化/mol212
10min/mol 212
气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10min时体系总压p10min满足
＝
，即p10min＝
p0kPa，p初始（SO2）＝
p0kPa，p10min（SO2）＝
p0×
＝
p0kPa，故v（SO2）＝（
p0kPa－
p0kPa）÷10min＝
p0kPa·min－1。
题组三 速率常数的应用
6．工业上利用CH4（混有CO和H2）与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）该反应的逆反应速率表达式为v逆＝k·c（CO）·c3（H2），k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
CO浓度/（mol·L－1）
H2浓度/（mol·L－1）
逆反应速率/（mol·L－1·min－1）
0.1
c1
8.0
c2
c1
16.0
c2
0.15
6.75
由上述数据可得该温度下，c2＝___mol·L－1，该反应的逆反应速率常数k＝__L3·mol－3·min－1。
答案 0.2 1.0×104
解析 根据v逆＝k·c（CO）·c3（H2），由表中数据可得：
c
＝
，c2＝
，所以有k×
×
＝16.0mol·L－1·min－1，解得k＝1.0×104L3·mol－3·min－1，带入c2的等式可得c2＝0.2mol·L－1。
7．300℃时，2NO（g）＋Cl2（g）2ClNO（g）的正反应速率表达式为v正＝k·cn（ClNO），测得速率和浓度的关系如下表：
序号
c（ClNO）/（mol·L－1）
v/（mol·L－1·s－1）
①
0.30
3.60×10－9
②
0.60
1.44×10－8
③
0.90
3.24×10－8
n＝________；k＝________。
答案 2 4.0×10－8L·mol－1·s－1
解析 根据表格①②中的数据，带入速率公式然后做比值：
＝
，解得n＝2，将n代入①中得k＝4×10－8L·mol－1·s－1。
1．速率常数的含义
速率常数（k）是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1时的反应速率。
在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度（或浓度的次方）成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。
因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
2．速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应：
aA＋bB===gG＋hH
则v＝k·ca（A）·cb（B）（其中k为速率常数）。
如：
①SO2Cl2SO2＋Cl2 v＝k1·c（SO2Cl2）
②2NO22NO＋O2 v＝k2·c2（NO2）
③2H2＋2NON2＋2H2O v＝k3·c2（H2）·c2（NO）
3．速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。
考点二 影响化学反应速率的因素
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
3．用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响
图像
图像分析
（1）其他反应条件一定，化学反应速率随反应物浓度的增大而增大
（2）其他反应条件一定，化学反应速率随温度的升高而增大
（3）有气体参加的反应，化学反应速率随着压强的增大而增大
（4）有气体参加的反应，化学反应速率随着容器体积的增大而减小
（5）分别在较低温度和较高温度下反应，化学反应速率随着压强的增大及温度的升高而增大
4.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
5．稀有气体对反应速率的影响
A（g）＋B（g）C（g），恒温恒容，充入氦气，对反应速率有何影响？
恒温恒压，充入氦气，对反应速率又有何影响？
（1）催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后的性质保持不变（×）
错因：
催化剂反应前后的化学性质不变，物理性质发生改变。
（2）升温时吸热反应速率增大，放热反应速率减小（×）
错因：
升温时，吸热反应、放热反应速率均增大。
（3）一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率
（×）
错因：
加入CuSO4形成原电池，使化学反应速率加快，而加入CH3COONa，会生成CH3COOH，c（H＋）减小，反应速率减慢。
（4）碳酸钙与盐酸反应的过程中，再增加CaCO3固体，可以加快反应速率（×）
错因：
CaCO3的浓度为常数，化学反应速率保持不变。
（5）增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大（×）
错因：
增大反应物的浓度，能增大活化分子的浓度，其百分数保持不变。
（6）100mL2mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变（×）
错因：
加入氯化钠溶液，相当于对溶液稀释，c（H＋）减小，反应速率应减小。
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：
__________，原因是_______________________________________。
（2）恒容充入N2：
__________。
（3）恒容充入He：
__________，原因是_________________________________________。
（4）恒压充入He：
__________。
答案
（1）增大 单位体积内，活化分子数目增加，有效碰撞的次数增多
（2）增大 （3）不变 单位体积内活化分子数不变 （4）减小
题组一 化学反应速率影响因素的基本应用
1．某温度下，在容积一定的密闭容器中进行如下反应：
2X（g）＋Y（g）Z（g）＋W（s） ΔH>0。
下列叙述正确的是（ ）
A．向容器中充入氩气，反应速率不变
B．加入少量W，逆反应速率增大
C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．将容器的容积压缩，可增大单位体积内活化分子的百分数，有效碰撞次数增大
答案 A
解析 向恒容容器中充入氩气，各反应组分的浓度不变，反应速率不变，A项正确；W为固态，加入少量W，反应速率不变，B项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，C项错误；将容器的容积压缩，可增大单位体积内活化分子数和有效碰撞次数，但活化分子百分数不变，D项错误。
2．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是（ ）
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
Na
K
B
4mL0.01mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2mLH2C2O4（草酸）溶液反应
0.1mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5mL0.1mol·L－1Na2S2O3溶液和5mL0.1mol·L－1H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5mL4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
答案 C
解析 由于K比Na活泼，故大小相同的金属K和Na与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲中快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙中反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
题组二 催化剂、活化能与转化效率
3．（2020·天津一中调研）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－也是该反应的催化剂
C．反应活化能等于98kJ·mol－1D．v（H2O2）＝v（H2O）＝v（O2）
答案 A
解析 A项，将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，该反应中I－作催化剂，其浓度的大小将影响该反应的反应速率；B项，该反应中IO－是中间产物，不是该反应的催化剂；C项，反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量，分解1molH2O2放出98kJ热量，不能据此判断该反应的活化能；D项，由反应速率与对应物质的化学计量数的关系可知v（H2O2）＝v（H2O）＝2v（O2）。
4．（2019·山东临沂一模）已知反应2NO（g）＋2H2（g）N2（g）＋2H2O（g） ΔH＝－752kJ·mol－1的反应机理如下：
①2NO（g）N2O2（g） （快）
②N2O2（g）＋H2（g）N2O（g）＋H2O（g） （慢）
③N2O（g）＋H2（g）N2（g）＋H2O（g） （快）
下列有关说法错误的是（ ）
A．①的逆反应速率大于②的正反应速率
B．②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C．N2O2和N2O是该反应的催化剂
D．总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大
答案 C
解析 ①为快反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较小，反应更容易发生；②为慢反应，说明正反应的活化能和逆反应的活化能都较大，②中正反应的活化能大于①中逆反应的活化能，因此①的逆反应速率大于②的正反应速率，A项正确；②反应为慢反应，反应慢说明反应的活化能大，物质微粒发生碰撞时，许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B项正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C项错误；总反应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D项正确。
5．[2018·江苏，20（4）]将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应（装置见图1）。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是__________________________；当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_______________________。
答案 迅速上升段是催化剂活性随温度的升高增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大 催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
解析 温度升高，反应速率增大，同时催化剂的活性增大也会提高反应速率。
一段时间后催化剂活性增大幅度变小，主要是温度升高使反应速率增大。
当温度超过一定值时，催化剂的活性下降，同时氨气与氧气反应生成NO而使反应速率减小。
绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随着温度的升高，反应速率逐渐增大，物质转化效率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。
1．[2020·新高考全国卷Ⅰ（山东），14改编]1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：
第一步H＋进攻1,3-丁二烯生成碳正离子（
）；第二步Br－进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。
反应进程中的能量变化如下图所示。
已知在0℃和40℃时，1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。
下列说法正确的是（ ）
A．1,4-加成产物不如1,2-加成产物稳定
B．与0℃相比，40℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C．从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率增大，1,4-加成正反应速率减小
D．从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
答案 D
解析 A项，由图可知1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低，前者更稳定，错误；B项，由图可知，第一步为吸热反应，第二步为放热反应，升高温度第二步平衡逆向移动，1,3-丁二烯的转化率减小，错误；C项，升高温度，反应速率均增大，错误；D项，1,2-加成反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，所以从0℃升至40℃，1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，正确。
2．（2018·全国卷Ⅰ，28）对于反应2N2O5（g）―→4NO2（g）＋O2（g），R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是________（填字母）。
A．v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）
B．
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