161化学反应速率及影响因素

返回目录退出第六单元化学反应速率和化学平衡返回目录退出第1节化学反应速率及影响因素返回目录退出考纲点击1.了解化学反应速率的概念、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。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。返回目录退出返回目录退出一、化学反应速率的概念及表示方法1.表示方法在容积不变的反应容器中,通常用单位时间内反应物的减少或生成物的增加来表示。2.数学表达式及单位v=;单位为或。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其数值可能,但表示的意义,且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。即时训练1在2L密闭容器中发生如下反应:N2+3H22NH3,2min生成4mol的NH3,用NH3表示反应的平均速率v(NH3)=,用N2表示反应的平均速率v(N2)=,用H2表示反应的平均速率v(H2)=,v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=。浓度浓度Δ𝑐Δ𝑡mol·(L·min)-1mol·(L·s)-1不同相同化学计量数1mol·(L·min)-10.5mol·(L·min)-11.5mol·(L·min)-11∶3∶2返回目录退出特别提示:(1)固体、纯液体在反应中可视为浓度不变,故一般不用固体或纯液体表示反应速率。(2)在化学反应速率大小比较及计算时,一般先除以化学方程式中各自前边的化学计量数,然后再比较及计算。二、影响化学反应速率的因素1.内因是影响化学反应速率的决定因素。如金属与同浓度盐酸反应的速率:NaMgAl。2.外界因素对化学反应速率的影响外因具体影响(填“增大”或“减小”)浓度增大反应物浓度,化学反应速率;减小反应物浓度,化学反应速率反应物的性质增大减小返回目录退出外因具体影响(填“增大”或“减小”)压强对于有气体参加的反应,增大体系压强(相当于减小容器容积)相当于增大反应物的浓度,化学反应速率;减小体系压强(相当于增大容器容积)相当于减小反应物浓度,化学反应速率温度升高体系温度,化学反应速率;降低体系温度,化学反应速率催化剂正催化剂了反应的活化能,使反应速率;负催化剂使反应速率其他光、超声波、激光、放射线、电磁波、溶剂的性质等都会影响化学反应速率增大减小增大减小降低增大减小返回目录退出即时训练2(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:铁铝;(2)对于Fe+2HClFeCl2+H2↑,改变下列条件对生成氢气的速率有何影响?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:。特别提示:增加反应物的量并不一定能改变速率,由于固体、纯液体在反应中可视为浓度不变,故增加其量并不能改变反应速率。如:对于反应3A(g)+B(s)C(g),增大A的浓度,反应速率增大,如果增大B的量,对反应速率没有影响。小于反应速率增大反应速率增大无影响无影响返回目录退出返回目录退出一、化学反应速率的计算及比较1.根据概念求反应速率化学反应速率的计算公式为:v=Δ𝑐Δ𝑡2.根据速率与化学反应方程式中计量数的关系计算同一个化学反应mA+nBpC,同一段时间内,用不同物质的浓度变化表示的反应速率,数值可能不同,但意义相同。其数值之比等于方程式中这些物质的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p,或𝑣(A)𝑚=𝑣(B)𝑛=𝑣(C)𝑝。【例1】将2molX和2molY充入2L密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g)2Z(g)+aQ(g),2min达到平衡时生成0.8molZ,测得Q的浓度为0.4mol·L-1,下列叙述错误的是()。A.a的值为2B.平衡时X的浓度为0.2mol·L-1C.Y的转化率为60%D.反应速率v(Y)=0.3mol·(L·min)-1B返回目录退出解析:此题主要考查反应速率的计算,在做这种类型的题时常用以下形式:由已知量(无下画线)可求出其他未知量(带下画线),在做这种类型的题时,一定要注意,方程式中的量要统一,一般用物质的量浓度。返回目录退出二、影响化学反应速率的因素及图像1.nt(或ct)图像例如某温度时,在一定容积(VL)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:根据图像可进行如下计算:(1)0~3min时间的平均反应速率、转化率,如v(X)=𝑛1-𝑛2𝑉×3mol·(L·min)-1X的转化率=𝑛1-𝑛2𝑛1×100%(2)确定化学方程式:xX+yYzZ,化学计量数x∶y∶z=(n1-n2)∶(n1-n3)∶n3返回目录退出2.vt图像(以可逆反应为例分析)(1)加入正催化剂v(正)、v(逆)均增大,平衡不移动(2)改变温度如对于反应3A(g)+B(s)C(g)ΔH0;升高温度返回目录退出平衡向逆(吸热)方向移动降低温度平衡向正(放热)方向移动注意:在分析温度对化学反应速率的影响时不要把此知识点与化学平衡的移动相混淆;由图可知不论平衡向哪移动,只要温度升高,正、逆反应速率均增大,降低温度,正逆反应速率均减小。返回目录退出(3)改变浓度增大反应物浓度平衡正向移动减小反应物浓度平衡逆向移动返回目录退出注意:改变与平衡有关的物质的浓度最终会引起正、逆反应速率都发生变化。在改变反应物浓度的瞬间,正反应速率发生变化,而逆反应速率不变。增大生成物浓度平衡逆向移动减小生成物浓度平衡正向移动返回目录退出误区警示在分析浓度对化学反应速率的影响时要注意:①增加反应物的量并不一定能改变速率,对于固体、纯液体在反应中可视为浓度不变,故增加其量并不能改变反应速率。如:对于反应3A(g)+B(s)C(g),增大A的浓度,正反应速率增大,如果增大B的量,对反应速率没有影响。②要注意反应的实质,如Zn与等物质的量浓度的盐酸、硫酸反应的实质是金属与H+反应,与硫酸反应速率快。(4)改变压强①如对于体积增大的反应A(g)+2B(s)3C(g)增大压强向逆(体积缩小)的方向移动返回目录退出减小压强向正(体积增大)的方向移动②如对于体积不变的反应A(g)+2B(g)3C(g)平衡不移动返回目录退出注意:压强对化学反应速率的影响,是通过改变气体的浓度来实现的,故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。对于气体反应体系要注意以下几个问题。(1)一般情况下的改变压强在其他条件不变时,只要有气体参加的反应(无论是体积增大、体积不变还是体积减小),无论平衡怎样移动,当增大压强时,速率都增大,当降低压强时,速率都减小。(2)充入惰性(不参加反应)气体①恒容时,充入惰性气体容器内气体总压增大,但反应物浓度不变,反应速率不变。②恒压时,充入惰性气体容器容积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。返回目录退出【例2-1】某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应:A(g)+xB(g)2C(g)。达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示,下列说法中正确的是()。A.8min时表示正反应速率等于逆反应速率B.前20minA的反应速率为0.05mol·(L·min)-1C.反应方程式中的x=1,30min时表示增大压强D.40min时改变的条件是升高温度,且正反应为吸热反应B返回目录退出解析:20min时才达到平衡,A选项错误;由图像可知B、C的化学计量数之比为1∶2,所以x=1,前20minv(A)=v(B)=2.0mol·L-1-1.0mol·L-120min,B选项正确;增大压强,各物质的浓度、反应速率均增大,C选项错误;由图像可知升高温度,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,D选项错误。返回目录退出【例2-2】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a、b、c如图所示。下列描述正确的是()。A.反应开始到10s,用Z表示的反应速率为0.158mol·(L·s)-1B.反应开始到10s,X的物质的量浓度减少了0.79mol·L-1C.反应开始到10s,Y的转化率为79.0%D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g)Z(g)C返回目录退出解析:A项:v(Z)=1.58mol10s×2L=0.079mol·(L·s)-1。B项:Δc(X)=(1.20-0.41)mol2L=0.385mol·L-1。C项:Y的转化率为(1.00-0.21)mol1.00mol×100%=79.0%。D项:物质的变化量之比等于方程式中的化学计量数之比,反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g)。返回目录退出【例2-3】(2012河南信阳大考)有可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)ΔH0。该反应的速率与时间的关系如下图所示:可见在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是()。A.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度B.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂C.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂D解析:t2时正逆反应速率均增大,且平衡逆向移动,排除A、C选项,t4时正逆反应速率均减小,平衡逆向移动,t6正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,所以只有增大反应物浓度,只有D选项符合。返回目录退出返回目录退出化学反应速率的实验分析和设计化学反应速率是每年高考的必考内容,随着新课程的改革,在高考试题中经常出现化学反应速率与实验结合的题目。常见的考查形式:(1)以表格、图像等形式给出多组实验数据,让我们找出每组数据的变化对反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让我们设计实验,分析各种因素对反应速率的影响。解题关键:我们一定要抓住影响化学反应速率的因素,清楚对实验结果的影响因素有哪些。在探究时,应该先确定其他的因素不变,只改变一种因素,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,也就是说在分析、比较数据时,只能有一个变量。返回目录退出【实验典例】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、AgNO3、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)。返回目录退出(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ABCDEF4mol·L-1H2SO4的体积/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液的体积/mL00.52.55V620H2O的体积/mLV7V8V9V10100①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。氢气生成速率下降的主要原因是。返回目录退出答案:(1)Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成CuZn微电池,加快了氢气产生的速率(3)AgNO3(4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、使用催化剂、增加锌粒的比表面积等(5)①301017.5②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与溶液的接触面积解析:(1)分析实验中涉及的物质:Zn、CuSO4、H2SO4,其中能发生的化学反应有两个:Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,Zn+H2