第七章第3讲.docx
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第七章第3讲
第3讲 化学反应速率 合成氨工业
[考纲要求] 1.了解化学反应速率的概念、化学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，认识其一般规律。
4.了解化学反应速率的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
5.以合成氨为例，用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。
考点一 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________或生成物浓度的________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________，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的________________之比。
1．化学反应速率指瞬时速率还是平均速率？
2．反应2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4mol·L－1，
在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol·L－1·s－1，则这段时间为__________。
3．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
4．已知反应4NH3＋5O24NO＋6H2O，若反应速率分别用v（NH3）、v（O2）、v（NO）、v（H2O）
表示，则下列正确的关系是（ ）
A.
v（NH3）＝v（O2）B.
v（O2）＝v（H2O）
C.
v（NH3）＝v（H2O）D.
v（O2）＝v（NO）
（1）固体或纯液体的浓度视为定值，因此不用固体或纯液体表示反应速率。
（2）计算反应速率时，若给出的是物质的量的变化值，不要忘记转化为物质的量浓度的
变化值。
（3）化学反应速率大小的比较
由于同一化学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大。
考点二 影响化学反应速率的因素
1．内因（主要因素）
反应物本身的__________。
2．外因（其他条件不变，只改变一个条件）
3．从活化分子角度的理论解释
（1）有效碰撞、活化分子和活化能
①有效碰撞：
能发生反应的分子之间的碰撞。
②活化分子：
能够发生____________的分子。
③活化能：
如图
E1表示________；
E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量；
E2－E1表示________。
项目
（2）理论解释（有气体参加的化学反应）
条件
改变
活化能
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
增大浓度
不变
增加
增加
不变
增加
增大
增大压强
不变
增加
增加
不变
增加
增大
升高温度
不变
不变
增加
增加
增加
增大
加催化剂
减小
不变
增加
增加
增加
增大
5．有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。
这种说法是否正确，对此你
如何理解？
6．对于反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），能增大正反应速率的措施是（ ）
A．通入大量O2B．增大容器容积
C．移去部分SO3D．降低体系温度
7．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
8.一定温度下，反应N2＋O22NO在密闭容器中进行，下列措施不改变化学反应速率的
是（ ）
A．缩小体积使压强增大B．恒容，充入N2
C．恒容，充入HeD．恒压，充入He
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）―→反应速率减慢。
考点三 合成氨工业适宜条件的选择
1．反应特点
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH____0 ΔS____0
2．合成氨条件的理论分析
反应
条件
对化学反应
速率的影响
对平衡混合物中NH3
的含量的影响
合成氨条件的选择
增大
压强
有利于增大化
学反应速率
有利于提高平衡混合
物中NH3的含量
压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用2×107Pa～5×107Pa的压强
升高
温度
有利于增大化
学反应速率
不利于提高平衡混合物中NH3的含量
温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用700K左右的温度（因为该温度时，催化剂的活性最大）
使用催化剂
有利于增大化
学反应速率
没有影响
催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁做催化剂，使反应在尽可能较低的温度下进行
3.合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：
（1）原料气的制取
N2：
将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后
得N2。
H2：
用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：
C＋H2O（g）
CO＋H2，CO＋H2O（g）
CO2＋H2
（2）制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。
（3）氨的合成：
在适宜的条件下，在合成塔中进行。
（4）氨的分离：
经冷凝使氨液化，将氨分离出来，为提高原料的利用率，将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。
9．合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是（ ）
①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤及时从平衡混合气中分离出NH3 ⑥补充N2或
H2 ⑦加催化剂 ⑧减小N2或H2的量
A．③④⑤⑦B．②⑤⑥
C．②⑥D．②③⑥⑦
10．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是（ ）
A．使用铁做催化剂，使N2和H2的混合气体有利于合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
“三段式”模板突破化学反应速率
的计算
1．根据定义式v＝
算。
2．对某一具体反应，知其中一种物质的反应速率，其余物质的反应速率可根据化学方程式
中的化学计量数之比求算。
3．对于较为复杂的题目，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 ＋ nB pC
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＋
【例1】
（1）将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合，并在一定条件下发生如
下反应：
2A（g）＋B（g）2C（g），若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L－1，现有下列几
种说法：
①用物质A表示反应的平均速率为0.3mol·L－1·s－1
②用物质B表示反应的平均速率为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．①③B．①④C．②③D．③④
（2）若①②中用A、B表示反应的平均速率分别为0.3mol·L－1·s－1、0.6mol·L－1·s－1，哪种物质表示的反应速率更快？
（3）若物质A的转化率经过计算为30%，那么，物质B的转化率为多少？
你能迅速得出答案吗？
【例2】 NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：
4NH3（g）＋3O2（g）2N2（g）＋6H2O（g）
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－1
D．v（NH3）＝0.250mol·L－1·min－1
控制变量法探究影响化学反应速
率的因素
影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。
变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中有所考查。
解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。
然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。
然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。
但在分析相关数据时，要注意题给数目的有效性。
【例3】 （2010·课标全国卷，28）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，可与上述实验中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的实验。
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。
混合溶液
实验
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______________________________________________________
________________________________________________________________________。
【例4】 在学习了化学反应速率知识后，某研究性学习小组进行了科学探究活动。
[探究活动一] 探究金属与不同酸反应的反应速率：
常温下，从经过砂纸打磨的铝片中取两片质量相等、表面积相同的铝片，分别加入到盛有体积相同、c（H＋）相同的足量的稀硫酸和稀盐酸溶液的两支试管中，发现铝片在稀盐酸中消失的时间比在稀硫酸中短。
[探究活动二] 探究影响稀硫酸与某金属反应速率的因素。
下表是某研究性学习小组探究稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验
序号
金属质
量/g
金属
状态
c（H2SO4）/
mol·L－1
V（H2SO4）/
mL
溶液温度/℃
金属消失间
/s的时
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
0.7
50
20
46
250
4
0.10
丝
0.8
50
20
35
200
5
0.10
粉末
0.8
50
20
36
25
6
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
7
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
8
0.10
丝
1.1
50
20
34
100
9
0.10
丝
1.1
50
35
51
40
请回答：
（1）对[探究活动一]实验现象发生的原因，请你帮该研究性学习小组提出两个假设：
假设Ⅰ_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
假设Ⅱ________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
并请你设计实验对以上假设进行验证：
验证假设Ⅰ________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
验证假设Ⅱ____________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
（2）分析[探究活动二]的实验数据可发现有一个数据明显有错误，该数据是实验
________（填实验序号）的__________________，理由是_______________________
________________________________________________________________________。
（3）分析[探究活动二]的实验数据可得出的结论是_____________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
数形结合思想——用化学反应速
率图像突破化学平衡概念
速率—时间图像定性揭示了v正、v逆随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了外界条件改变对可逆反应速率的影响，以及由此引发的平衡移动。
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，
且v正′>v逆′
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，
且v逆′>v正′
逆向移动
任一平衡体系
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，
且v逆′>v正′
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，
且v正′>v逆′
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，
且v逆′>v正′
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，
且v正′>v逆′
正向移动
任意平衡或反应前后气体化学计量
数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v正、v逆同等
倍数增大
平衡不
移动
负催化剂或减小压强
v正、v逆同等
倍数减小
【例5】 某温度时，在一个容积为2L的密闭容器中，X、Y、Z
三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中
数据，试填写下列空白：
（1）该反应的化学方程式为___________________。
（2）反应开始至2min，气体Z的平均反应速率为
________________________________。
（3）若X、Y、Z均为气体，反应达到平衡时：
①压强是开始时的________倍；
②若此时将容器的体积缩小为原来的
倍，达到平衡时，容器内温度将升高（容器不与外界进行热交换），则该反应的正反应为________反应（填“放热”或“吸热”）。
（4）若上述反应在2min后的t1～t6内反应速率与反应时间图像如下，在每一时刻均改变一个影响反应速率的因素，则（ ）
A．在t1时增大了压强B．在t3时加入了催化剂
C．在t4时降低了温度D．t2～t3时A的转化率最高
规律方法 解图像题三步曲：
“一看”“二想”“三判断”
（1）“一看”——看图像
①看面：
弄清纵、横坐标的含义。
②看线：
弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平。
③看点：
弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。
④看量的变化：
弄清是浓度变化、温度变化还是转化率的变化。
⑤看要不要作辅助线：
如等温线、等压线等。
“二想”——想规律,看完线后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
（3）“三判断”,通过对比分析，作出正确判断。
【例6】 在一恒容密闭容器中发生某化学反应2A（g）B（g）＋C（g），在三种
不同条件下进行，其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃下发生，实验Ⅲ在850℃下发生，B、C的起始浓度都为0，反应物A的浓度（mol·L-1）随时间（min）的变化如图所示：
请回答下列问题：
（1）在实验Ⅰ中，反应在20min至40min内A的平均反应速率为 mol·L-1
·min-1。
（2）实验Ⅱ和实验Ⅰ相比，可能隐含的反应条件是__________________________。
（3）根据实验Ⅲ和实验Ⅰ的比较，可推测该反应降低温度，平衡向 （填“正”或“逆”）反应方向移动，该正反应是 （填“放热”或“吸热”）反应。
（4）与实验Ⅰ相比，若实验Ⅰ中的A的起始浓度改为0.8mol·L－1，其他条件不变，则达到平衡时所需用的时间________实验Ⅰ（填写“大于”、“等于”或“小于”）。
高考题组一 化学反应速率的计算和比较
1．（2011·海南，8）对于可逆反应H2（g）＋I2（g）2HI（g），在温度一定下由H2（g）和I2（g）开始
反应，下列说法正确的是（ ）
A．H2（g）的消耗速率与HI（g）的生成速率之比为2∶1
B．反应进行的净速率是正、逆反应速率之差
C．正、逆反应速率的比值是恒定的
D．达到平衡时，正、逆反应速率相等
2．（2010·福建理综，12）化合物Bilirubin在一定波长的光
照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如右图
所示，计算反应4～8min间的平均反应速率和推测反应
16min时反应物的浓度，结果应是（ ）
A．2.5μmol·L－1·min－1和2.0μmol·L－1
B．2.5μmol·L－1·min－1和2.5μmol·L－1
C．3.0μmol·L－1·min－1和3.0μmol·L－1
D．5.0μmol·L－1·min－1和3.0μmol·L－1
3．（2010·海南，3）对于化学反应3W（g）＋2X（g）===4Y（g）＋3Z（g），下列反应速率关系中，正
确的是（ ）
A．v（W）＝3v（Z）B．2v（X）＝3v（Z）
C．2v（X）＝v（Y）D．3v（W）＝2v（X）
高考题组二 外界条件对反应速率的影响
4．（2009·福建理综，12）某探究小组利用丙酮的溴代反应（CH3COCH3＋Br2
CH3COCH2Br
＋HBr）来研究反应物浓度与反应速率的关系。
反应速率v（Br2）通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。
在一定温度下，获得如下实验数据：
实验
序号
初始浓度c/mol·L－1
溴颜色消失
所需时间t/s
CH3COCH3
HCl
Br2
①
0.80
0.20
0.0010
290
②
1.60
0.20
0.0010
145
③
0.80
0.40
0.0010
145
④
0.80
0.20
0.0020
580
分析实验数据所得出的结论不正确的是（ ）
A．增大c（CH3COCH3），v（Br2）增大
B．实验②和③的v（Br2）相等
C．增大c（HCl），v（Br2）增大
D．增大c（Br2），v（Br2）增大
5．（2009·山东理综，14）2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）是制备硫酸的重要反应。
下列叙述
正确
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