化学反应速率及其影响因素

第1讲化学反应速率及其影响因素【2019·备考】最新考纲：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，认识并能用相关理论解释其一般规律。4.了解反应活化能的概念。5.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(频数：★★☆难度：★☆☆)1.化学反应速率快慢增加2.0mol·L－1·min－12.化学反应速率与化学计量数的关系(1)内容：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方程式中各物质的_____________之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝_____________。(2)实例：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。化学计量数m∶n∶p∶q0.20.4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。1.教材基础知识判断(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＝ΔcΔt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)有时也可以用单位时间内某物质质量的变化量来表示化学反应速率()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√2.(RJ选修4·P195改编)某温度下，浓度都是1mol·L－1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，经tmin后,测得各物质的浓度分别为c(X2)＝0.4mol·L－1，c(Y2)＝0.6mol·L－1，c(Z)＝0.4mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为()A.2X2＋3Y22X2Y3B.3X2＋2Y22X3Y2C.X2＋2Y22XY2D.2X2＋Y22X2Y答案B3.(溯源题)(全国卷)化合物AX3和单质X2在一定条件下反应可生成化合物AX5。回答下列问题：反应AX3(g)＋X2(g)AX5(g)在容积为10L的密闭容器中进行。起始时AX3和X2均为0.2mol。反应在不同条件下进行，反应体系总压强随时间的变化如图所示。(1)列式计算实验a从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)＝_______________________________________________________________________。(2)图中3组实验从反应开始至达到平衡时的反应速率v(AX5)由大到小的次序为________(填实验序号)。解析(1)反应开始时气体总物质的量n0＝0.4mol，总压强为160kPa，平衡时总压强为120kPa，则平衡时气体总物质的量n＝120kPa160kPa×0.40mol＝0.30mol，根据三段式法有，所以，(0.20－x)＋(0.20－x)＋x＝0.30，x＝0.10故，v(AX5)＝0.10mol10L×60min≈1.7×10－4mol·L－1·min－1。(2)由(1)可知到达平衡时生成AX5的量为0.10mol。实验b从反应开始至达到平衡时所用时间为40min，其反应速率v(AX5)＝0.10mol10L×40min＝2.5×10－4mol·L－1·min－1。实验c达到平衡时气体总物质的量n＝0.40mol×140kPa175kPa＝0.32mol，从反应开始到达到平衡时的反应速率v(AX5)＝0.08mol10L×45min≈1.8×10－4mol·L－1·min－1。所以v(AX5)由大到小的顺序是bca。答案(1)0.10mol10L×60min≈1.7×10－4mol·L－1·min－1(2)bca探源：本考题源于教材RJ选修4P17“学与问”及其拓展，对化学反应速率的有关计算进行考查。题组一化学反应速率概念理解及应用1.(2018·东城区期末)在2CH4(g)＋2NH3(g)＋3O2(g)===2HCN(g)＋6H2O(g)反应中，已知v(HCN)＝nmol·L－1·min－1，且v(O2)＝mmol·L－1·min－1，则m与n的关系正确的是()A.m＝1/2nB.m＝2/3nC.m＝3/2nD.m＝2n解析已知：v(HCN)＝nmol·L－1·min－1，v(O2)＝mmol·L－1·min－1，反应速率之比等于对应计量数之比，故n∶m＝2∶3，即m＝3/2n。答案C2.反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol，则此反应的平均速率v(x)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为()A.v(NH3)＝0.010mol·L－1·s－1B.v(O2)＝0.0010mol·L－1·s－1C.v(NO)＝0.0010mol·L－1·s－1D.v(H2O)＝0.045mol·L－1·s－1解析在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol，则v(H2O)＝0.45mol10L×30s＝0.0015mol·L－1·s－1，速率之比等于化学计量数之比，则：v(NH3)＝23v(H2O)＝0.001mol·L－1·s－1；v(O2)＝56v(H2O)＝0.00125mol·L－1·s－1；v(NO)＝23v(H2O)＝0.001mol·L－1·s－1。答案C题组二化学反应速率的比较与计算3.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－1②v(B)＝0.6mol·L－1·s－1③v(C)＝0.4mol·L－1·s－1④v(D)＝0.45mol·L－1·s－1。下列有关反应速率的比较中正确的是()A.④＞③＝②＞①B.①＞④＞②＝③C.①＞②＞③＞④D.④＞③＞②＞①解析用比值法进行反应速率大小的比较，v(A)＝0.45mol·L－1·s－1；13v(B)＝13×0.6＝0.2(mol·L－1·s－1)；12v(C)＝12×0.4＝0.2(mol·L－1·s－1)；12v(D)＝12×0.45＝0.225(mol·L－1·s－1)，故①＞④＞②＝③，B项正确。答案B4.一定温度下，10mL0.40mol·L－1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表：下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)()A.0～6min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2mol·(L·min)－1B.6～10min的平均反应速率：v(H2O2)＜3.3×10－2mol·(L·min)－1C.反应至6min时，c(H2O2)＝0.30mol·L－1D.反应至6min时，H2O2分解了50%t/min0246810V(O2)/mL0.09.917.222.426.529.9解析根据题目信息可知，0～6min，生成22.4mL(标准状况)氧气，消耗0.002molH2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2mol·(L·min)－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6min时，剩余0.002molH2O2，此时c(H2O2)＝0.20mol·L－1，C项错误；反应至6min时，消耗0.002molH2O2，转化率为50%，D项正确。答案C【规律方法】定量法比较化学反应速率的大小(1)归一法按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。(2)比值法比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋b(B)gcC(g)，即比较v（A）a与v（B）b，若v（A）av（B）b，则用A表示时的反应速率比用B表示时大。考点二影响化学反应速率的因素(频数：★★★难度：★★☆)1.内因反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。如相同条件下，Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为：_____________。v(Mg)v(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：能够发生有效碰撞的分子。(2)活化能：如图图中：E1为____________________，使用催化剂时的活化能为______，E2为____________________，反应热为__________。(3)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。正反应的活化能E3逆反应的活化能E1－E2活化分子、有效碰撞与反应速率的关系1.(RJ选修4·P242改编)中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成，它运用了“光触媒”技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2和CO2。下列对此反应的叙述中正确的是()A.使用光催化剂不改变反应速率B.使用光催化剂能增大NO的转化率C.升高温度能加快反应速率D.改变压强对反应速率无影响答案C2.教材知识拓展一定温度下，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)减小总结(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3.(溯源题)(全国卷节选)COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)ΔH＝＋108kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未示出)：(1)比较第2min反应温度T(2)与第8min反应温度T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“＜”“＞”或“＝”)。(2)比较产物CO在2～3min、5～6min和12～13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小________。(3)比较反应物COCl2在5～6min和15～16min时平均反应速率的大小：v(5～6)________v(15～16)(填“＜”“＞”或“＝”)，原因是_______________________________________________________________________________________。解析(1)2min和8min时反应都处于平衡状态，在4min时生成物浓度都增大，反应物浓度减小，则改变的条件是升高温度，故T(2)＜T(8)。(2)分析图像表示的意义，根据图像可得出平均反应速率为v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)。(3)分析图像可知反应在5～6min和15～16min时，反应温度相同，因为在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大，故v(5～6)＞v(15～16)。答案(1)＜(2)v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)(3)＞在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大探源：本高考题组源于教材RJ选修4P20～22“实验2－2、2－3、2－4”和P23“科学探究”及其拓展对外界条件对化学反应速率的影响进行了考查。题组影响化学反应速率的因素1.一定温度下