课时20 化学反应速率及其影响因素.docx

课时20 化学反应速率及其影响因素.docx

《课时20 化学反应速率及其影响因素.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课时20 化学反应速率及其影响因素.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

课时20化学反应速率及其影响因素

课时20　化学反应速率及其影响因素

【课时导航】

课时20化学反应速率及其影响因素

（本课时对应学生用书第87~91页）

【课时导航】

复习目标

1.了解化学反应速率的概念和平均反应速率的定量表示方法。

2.了解温度、浓度、压强和催化剂等对化学反应速率影响的一般规律。

3.认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。

知识网络

问题思考

问题1　如何理解“同一个反应在相同条件下和相同时间内，用不同物质表示的化学反应速率的值可能不一样”?

问题2　对于可逆反应，外界条件对正、逆反应速率的影响分别是什么?

问题3　对于某一个气相反应：

A（g）+B（g）

C（g），恒温恒压，充入氦气，对反应速率有何影响?

恒温恒容，充入氦气，对反应速率又有何影响?

【自主学习】

考点1　化学反应速率

【基础梳理】

1.化学反应速率：

用来衡量化学反应进行的快慢程度的物理量，通常用单位时间内　　　　　　　　或　　　　　　　　来表示。

2.在同一化学反应中，用不同物质表示该反应的化学反应速率时，数值可能不相同，对反应：

aA+bB

cC+dD，各物质表示的反应速率分别为v（A）、v（B）、v（C）、v（D），则v（A）∶

v（B）∶v（C）∶v（D）=　　　　。

【举题说法】

例题1　在四个不同的容器中，在不同条件下进行下列反应：

A（g）+3B（g）

2C（g）+2D（g），根据下列测定的结果判断，反应进行得最快的是（　　）

A.A的起始浓度为1mol·L-1，5min后测得A的浓度为0.25mol·L-1

B.2L的恒容容器，充入8molB，5min后容器中还有2molB

C.30s时间段内，测得C的浓度增加了0.2mol·L-1

D.D的起始浓度为3mol·L-1，2min后测得D的浓度为2.1mol·L-1

【答案】　D

【解析】　不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比，比较反应的快慢，转变成用同种物质表示的化学反应速率。

A项，v（A）=0.15mol·L-1·min-1；B项，v（B）=0.6mol·L-1·min-1，转化为用A表示的反应速率v（A）=0.2mol·L-1·min-1；C项，v（C）=0.4mol·L-1·min-1，转化为用A表示的反应速率v（A）=0.2mol·L-1·min-1；D项，v（D）=0.45mol·L-1·min-1，转化为用A表示的反应速率v（A）=0.225mol·L-1·min-1。

所以反应进行最快的是D。

变式1　（2015·广东高考）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益、减少污染。

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】　v（Cl2）=

=

=9×10-4mol·min-1，v（HCl）=2v（Cl2）=1.8×10-3mol·min-1

【题组训练】

1.（2014·镇江一模）一定温度时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2，发生反应：

2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）　ΔH=-196kJ·mol-1，一段时间后达平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：

反应时间/min

n（SO2）/mol

n（O2）/mol

0

2

1

5

1.2

10

0.4

15

0.8

反应在前10min的平均速率为v（SO2）=　　　　　　　。

【答案】　0.06mol·L-1·min-1

【解析】　在10min时，容器中n（O2）=0.4mol，则SO2减少了1.2mol，v（SO2）=

=0.06mol·L-1·min-1。

2.（2015·泰州二模）臭氧是理想的烟气脱硝剂，其脱硝反应为2NO2（g）+O3（g）

N2O5（g）+O2（g），在T℃，向2.0L恒容密闭容器中充入2.0molNO2和1.0molO3，经过一段时间后达到平衡。

反应过程中测定的部分数据见下表：

t/s

0

3

6

12

24

n（O2）/mol

0

0.36

0.60

0.80

0.80

求反应在0~3s内的平均速率v（NO2）=　　　　　　。

【答案】　0.12mol·L-1·s-1

【解析】　因为在3s时，生成了0.36molO2，故NO2减少了0.72mol，故v（NO2）=

=0.12mol·L-1·s-1。

1.化学反应速率的常见单位一般为mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1。

2.化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，且应标明是什么物质的反应速率。

3.用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但表达的意义是相同的，各物质表示的反应速率的数值之间有联系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。

对于反应mA（g）+nB（g）

pC（g）+qD（g）来说，则有

=

=

=

。

4.一般来说，反应在进行过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。

考点2　影响化学反应速率的因素

【基础梳理】

1.内因（主要因素）：

反应物本身的性质，如Na、Mg、Al与水反应的速率由大到小的顺序为　　　　　　　　。

2.外因（其他条件不变，改变一个条件）

（1）浓度：

增大　　　　的浓度，反应速率　　　　，反之　　　　。

（2）压强：

对于　　　　的反应，增大压强，反应速率　　　　，反之　　　　。

（3）温度：

升高温度，反应速率　　　　，反之　　　　。

（4）催化剂：

使用催化剂能改变化学反应速率，对于可逆反应，正、逆反应速率的改变程度　　　　。

（5）其他因素：

反应物间的　　　　、光辐射、放射性辐射、超声波，还有形成原电池也可加快某些反应速率等。

3.外界条件改变，引起反应速率改变的本质原因

改变条件

活化分子百分数

单位体积的活化分子数

反应速率

增大反应物浓度

增大压强（压缩体积）

升高温度

使用催化剂

【核心问题】

1.向反应体系中加入物质一定会加快反应速率吗?

2.对可逆反应，增大生成物浓度能加快反应速率吗?

3.增大压强一定会加快反应速率吗?

4.对系数相等的气相可逆反应，增大压强能加快反应速率吗?

5.对于正反应吸热的可逆反应，升温，正反应速率增大，逆反应速率减慢，这种说法对吗?

6.使用催化剂能提高转化率吗?

【答案】

1.若加入的是固体物质，则对反应速率无影响；若加入的溶液与原来是等浓度的，尽管加入物质，但未改变反应物浓度，对反应速率无影响；若是恒温恒容条件下发生的气相反应，加入的是稀有气体，对反应速率也没有影响。

2.对可逆反应，增大生成物浓度的瞬间，正反应速率不变，逆反应速率增大，使平衡逆向移动，从而使反应物浓度也增大，正反应速率随即增大。

3.对于非气相反应，增大压强对反应速率无影响；恒温恒容条件下的气相反应，充入稀有气体，尽管增大压强，但各个反应物、生成物浓度未发生变化，反应速率不变。

4.对系数相等的气相可逆反应，增大压强，能同等程度地加快正、逆反应速率。

5.对于正反应吸热的可逆反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，但正反应速率增大得更多。

6.使用催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，平衡不移动，不能提高反应物转化率。

【举题说法】

例题2　下列有关化学反应速率的说法正确的是　　　　（填字母）。

A.100mL2mol·L-1稀盐酸与锌反应时，加入适量的氯化钠溶液，生成氢气的速率不变

B.100mL2mol·L-1稀盐酸与锌反应时，加入少量硝酸钠固体，生成氢气的速率不变

C.100mL2mol·L-1稀盐酸与锌反应时，加入少量硫酸铜固体，生成氢气的速率加快

D.相同条件下，等量的锌粒分别与100mL2mol·L-1稀硫酸、100mL2mol·L-1稀盐酸反应，反应速率相同

E.无论是恒容密闭容器还是恒压密闭容器，再通入NO2，都可以加快反应2NO2

N2O4的反应速率

F.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用铁片和浓硫酸反应可以加快产生氢气的速率

G.对于A（s）+B（g）

C（g）+D（g）的反应，加入A，反应速率加快

H.工业生产中常将矿石粉碎，可以增大接触面积，使反应速率加快

I.2NO2

N2O4（正反应放热），升高温度，v（正）增大，v（逆）减小

J.某恒容密闭容器中，发生反应A（g）

B（g）+C（g），通入He，压强增大，反应速率加快

K.某恒压密闭容器中，发生反应A（g）

B（g）+C（g），通入He，压强不变，反应速率不变

【答案】　CH

【解析】　加入氯化钠溶液，将盐酸稀释，c（H+）减小，反应速率减慢，A错误；锌与稀盐酸反应时，加入硝酸钠，N

的氧化性大于H+，因而Zn与H+、N

反应生成NO，B错误；锌与稀盐酸反应时，加入硫酸铜，锌置换出铜构成原电池，使反应速率加快，C正确；锌与酸反应的本质是与H+反应，2mol·L-1稀硫酸中c（H+）=4mol·L-1，2mol·L-1稀盐酸中c（H+）=2mol·L-1，故反应速率不同，D错误；恒容密闭容器中再通入NO2，反应物浓度增大，反应速率加快，恒压密闭容器中再通入NO2，体积增大，反应物浓度不变，反应速率不变，E错误；铁与浓硫酸常温下钝化，反应速率减慢，F错误；增加或减少固体物质，对反应速率无影响，G错误；矿石粉碎可以增大接触面积，加快反应速率，H正确；无论是放热反应还是吸热反应，升高温度，v（正）、v（逆）均增大，I错误；恒容密闭容器中通入稀有气体，尽管总压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变，J错误；恒压密闭容器中通入稀有气体，压强不变，体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小，K错误。

变式2　（2015·上海高考）对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是（　　）

A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大

B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大

C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大

D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大

【答案】　B

【解析】　合成氨是放热反应，升温，v（正）、v（逆）均增大，但v（逆）>v（正），因而对逆反应的反应速率影响更大，故A错误；反应前后气体体积减小，增大压强，v（正）、v（逆）均增大，但v（正）>v（逆），因而对正反应的反应速率影响更大，故B正确；减小反应物浓度，v（正）减小，v（逆）瞬间不变，因而对正反应的反应速率影响更大，故C错误；催化剂能同等程度地影响正、逆反应速率，故D错误。

例题3　（2015·广东二模改编）硫酸酸化的草酸（H2C2O4，二元弱酸）溶液能将KMnO4溶液中的Mn

转化为Mn2+而使溶液褪色，为研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

（1）常温下，控制KMnO4溶液初始浓度相同，调节不同的初始pH和草酸溶液用量做对比实验，完成以下实验设计表。

实验

编号

温度

初始

pH

0.1mol·L-1草酸溶液

体积/mL

0.01mol·L-1KMnO4

溶液体积/mL

蒸馏水

体积/mL

待测数据（反应混合

液褪色时间/s）

1

常温

1

20

50

30

t1

2

常温

2

20

50

30

t2

3

常温

2

40

t3

①该反应的离子方程式为　。

②对比实验2和3要研究改变反应物浓度对化学反应速率的影响，请完成表格中横线。

③若t1

（2）①某合作小组同学在烧杯中进行上述反应时，发现刚开始一段时间，反应速率较慢，溶液褪色不明显，但不久后突然褪色，反应速率突然加快。

该实验不久后溶液突然褪色的原因最有可能是　　　　（填字母）。

A.体系压强增大

B.反应物接触面积增大

C.生成物对该反应有催化作用

D.反应物浓度增大

②请你设计实验验证上述观点，完成下表中内容。

实验方案（不要求写出具体操作过程）

预期实验结果和结论

【答案】　

（1）①5H2C2O4+2Mn

+6H+

10CO2↑+2Mn2++8H2O　②50　10　③溶液的pH小，反应速率快　

（2）①C　②

实验方案

预期实验结果和结论

往反应混合液中加入少量MnSO4固体，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验

若反应混合液褪色时间小于t1，则MnSO4对该反应起催化作用

【解析】　

（1）②从表中数据知道2、3组实验是研究草酸浓度对反应速率的影响，KMnO4的浓度不变，溶液的总体积控制为100mL。

③若t1

（2）①溶液突然褪色，说明反应速率突然增大，原因最有可能是生成Mn2+作催化剂。

②设计实验验证MnSO4对该反应起催化作用时控制其他条件相同。

变式3　（2015·上海期中）氧化剂H2O2在反应时不产生污染物，被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注。

Ⅰ.某实验小组以H2O2分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。

在常温下按照下表所示的方案完成实验。

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+1mLH2O

1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液

④

10mL5%H2O2溶液+1mLHCl溶液

1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液

⑤

10mL5%H2O2溶液+1mLNaOH溶液

1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液

（1）实验①和②的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

同学们进行实验时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方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（写出一种即可）。

（2）实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化如图1所示。

分析该图能够得出的实验结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

图1图2

Ⅱ.资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用。

为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图2所示的实验装置进行实验。

（3）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量　　　　　　　　或　　　　　　　　来比较。

（4）已知：

Fe3+催化H2O2分解的机理可分两步反应进行，

第一步反应为2Fe3++H2O2

2Fe2++O2↑+2H+，

完成第二步反应的离子方程式：

Fe2++

H2O2+

　　　　+

Ⅲ.MnO2对H2O2的分解有催化作用，某实验小组对H2O2的分解做了如下探究。

下表是该实验小组研究影响H2O2分解速率的因素时记录的一组数据，将质量相同但状态不同的0.1gMnO2分别加入盛有50mL等浓度的H2O2溶液的大试管中，并用带火星的木条测试，结果如下：

MnO2状态

触摸试管情况

观察结果

反应完成所需的时间

粉末状

很烫

剧烈反应，带火星的木条复燃

4min

块状

微热

反应较慢，火星红亮但木条未复燃

30min

（5）写出大试管中发生反应的化学方程式：

　　　　　　　　　　　，该反应是　　　　（填“放热”或“吸热”）反应。

图3

（6）实验结果表明，催化剂的催化效果与　　　　　　　　　　　　　有关。

（7）实验过程中放出气体的体积（标准状况）和时间的关系如图3所示。

解释反应速率变化的原因：

　　　　　　　　　　　，计算H2O2的初始物质的量浓度为　　　　　　　。

（保留两位有效数字） 

【答案】　Ⅰ.

（1）探究反应物浓度对反应速率的影响　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）

（2）碱性环境能增大H2O2的分解速率，酸性环境能减小H2O2的分解速率

Ⅱ.（3）单位时间生成O2的体积　生成单位体积O2所需要的时间

（4）2　1　2　H+　2　Fe3+　2　H2O

Ⅲ.（5）2H2O2

2H2O+O2↑　放热

（6）催化剂的接触面积

（7）随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率减慢　0.11mol·L-1

【解析】　Ⅰ.

（1）实验①和②中反应物浓度不同，则该实验的目的为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，观察不到明显现象是因为通常情况下H2O2不易分解，为了便于比较，应改变相同的条件加快反应速率。

（2）由图可知，⑤的反应速率最大，④的反应速率最小，结合实验方案可知，碱性环境能增大H2O2的分解速率，酸性环境能减小H2O2的分解速率。

Ⅱ.（3）通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量单位时间生成O2的体积或生成单位体积O2所需要的时间来比较。

（4）Fe3+作催化剂，第二步生成Fe3+，H2O2被还原为H2O，离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+

2Fe3++2H2O。

Ⅲ.（5）大试管中过氧化氢在二氧化锰作催化剂条件下分解生成水和氧气：

2H2O2

2H2O+O2↑；试管很烫，说明反应放热。

（6）催化剂的形状不同，催化效果不同，说明催化剂效果与催化剂的接触面积有关。

（7）加入0.1gMnO2粉末于50mLH2O2溶液中，随着反应的进行，H2O2的浓度会逐渐减小，所以反应速率逐渐减小，相同时间内收集到的氧气的体积会减少；反应到4min时，氧气的体积不再变化，说明H2O2反应完全，收集到了标准状况下60mL氧气，氧气的物质的量为

=0.00268mol，根据反应关系式2H2O2~O2可知，H2O2的物质的量浓度为

mol·L-1=0.11mol·L-1。

影响化学反应速率的因素小结

（1）浓度对化学反应速率的影响只适用于气体参加的反应或溶液中的反应。

（2）压强对化学反应速率的影响只适用于气体参加的反应。

（3）温度对化学反应速率的影响：

实验测得，其他条件不变时，温度每升高10℃，化学反应速率通常增加到原来的2~4倍。

（4）使用催化剂，使原来难以进行的化学反应分步进行（本身参与了反应，但反应前后化学性质不变），从而大幅度改变了化学反应速率。

（5）此外，光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等也会对化学反应速率产生影响。

考点3　化学反应速率与图像

【基础梳理】

图1图2图3

1.浓度（物质的量）-时间曲线（如图1）

相同时间内，不同物质的浓度（物质的量）变化之比等于化学方程式的　　　　　　　　　；图1中，不变段表示可逆反应　　　　　　　。

2.速率-时间曲线

图2中，曲线速率在t2时迅速加快的原因是：

①该反应属于　　　　反应；②产物作（或加入）　　　　；③　　　　容器的体积；④形成　　　　。

3.外界条件对速率的影响曲线

图3中外界条件可以是　　　　　　等。

【举题说法】

例题4　NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。

将浓度均为0.020mol·L-1的NaHSO3溶液（含少量淀粉）10.0mL、KIO3（过量）酸性溶液40.0mL混合，记录10~55℃间溶液变蓝的时间，55℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如下图。

据图分析，下列判断不正确的是（　　）

A.40℃之前与40℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反

B.图中b、c两点对应的NaHSO3的反应速率相等

C.图中a点对应的NaHSO3的反应速率为5.0×10-5mol·L-1·s-1

D.温度高于40℃时，淀粉不宜用作该实验的指示剂

【答案】　B

【解析】　由图像可知，40℃之前随着温度升高反应速率加快、40℃之后随着温度升高反应速率减慢，A正确；b、c两点变蓝时间相等，但处于不同阶段（可能引发副反应），反应速率不等，B错误；反应前c（NaHSO3）=0.020mol·L-1×

=0.0040mol·L-1，图中a点对应反应速率为

=5.0×10-5mol·L-1·s-1，C正确；当温度高于40℃，变蓝时间变长，且当高于55℃时不出现蓝色，所以淀粉不宜用作该实验的指示剂，D正确。

变式4　一定条件下，溶液的酸碱性对TiO2光催化燃料R降解反应的影响如下图所示。

下列判断正确的是（　　）

A.在0~50min之间，pH=2和pH=7时R的降解百分率相等

B.溶液酸性越强，R的降解速率越小

C.R的起始浓度越小，降解速率越大

D.在20~25min之间，pH=10时R的平均降解速率为0.04mol·L-1·min-1

【答案】　A

【解析】　pH=2和pH=7时，R的降解百分率都是100%，A正确；pH=2时曲线下降最快，说明酸性越强降解速率越大，B错；一般来说，反应物的浓度越大，反应速率越大，R的起始浓度越小，其降解速率越小，C错；D项中可计算出其降解速率为0.04×10-4mol·L-1·min-1，错误。

1.识图。

一看轴，即横、纵坐标所表示的化学含义（自变量x和因变量y表示的意义），寻找x、y轴之间的关系，因为这是理解题意和进行正确思维的前提；二看点，即曲线中的特殊点（顶点、始点、终点、拐点、交叉点）；三看线，即曲线的走势（走向变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化）。

2.析图。

分析图中为什么会出现这些特殊点，曲线为什么有这样的变化趋势和走向，以及曲线变化的因果关系。

通过联想，把化学反应原理与图像中曲线的变化与相关点建立联系。

3.用图。

将相关的化学知识与图像中曲线紧密结合，在头脑中构建新的曲线——知识体系。

然后运用新的曲线——知识体系揭示问题的实质，解决实际问题。

【随堂检测】

1.在2L的密闭容器中，发生以下反应：

2A（g）+B（g）

2C（g）+D（g）。

若最初加入的A和B都是4mol，在前10sA的平均反应速率为0.12mol·L-1·s-1，则10s时，容器中B的物质的量是（　　）

A.1.6molB.2.8molC.2.4molD.1.2mol

【答案】　B

【解析】　Δn（A）=v（A）×t×V=0.12mol·L-1·s-1×10s×2L=2.4mol，Δn（B）=1.2mol，则容器中B的物质的量为4mol-1.2mol=2.8mol。

2.在C（s）+CO2