高考化学一轮总复习化学反应速率.docx
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高考化学一轮总复习化学反应速率
高考化学一轮基础复习
第20讲 化学反应速率
考纲要求
1.了解化学反应速率的概念和平均反应速率的表示方法。
2.理解温度、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。
4.认识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．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
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．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
（1）对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显（×）
（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＝
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（√）
（6）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（×）
（7）在2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）反应中，t1、t2时刻，SO3（g）浓度分别是c1、c2，则t1～t2时间内，SO3（g）生成的平均速率为v＝
（√）
（8）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
（×）
在2L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
（1）该反应的反应物和生成物分别是__________，反应方程式为___________________。
（2）0～10s的平均反应速率v（H2）＝______________________________。
（3）能否用I2（s）的物质的量变化量来表示该反应的速率？
________（填“能”或“否”）。
答案
（1）H2和I2、HI H2（g）＋I2（s）2HI（g）
（2）0.0395mol·L－1·s－1
（3）否
题组一 化学反应速率的大小比较
1．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
答案 D
解析 本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较，B物质是固体，不能表示反应速率；C项中对应的v（A）＝0.2mol·L－1·min－1；D项中对应的v（A）＝3mol·L－1·min－1。
2．已知反应4CO＋2NO2
N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下。
①v（CO）＝1.5mol·L－1·min－1
②v（NO2）＝0.7mol·L－1·min－1
③v（N2）＝0.4mol·L－1·min－1
④v（CO2）＝1.1mol·L－1·min－1
⑤v（NO2）＝0.01mol·L－1·s－1
请比较上述5种情况反应的快慢___________________（由大到小的顺序）。
答案 ③①②⑤④
解析 ②经转化可表示为v（CO）＝2v（NO2）＝1.4mol·L－1·min－1；③v（CO）＝4v（N2）＝1.6mol·L－1·min－1；④v（CO）＝v（CO2）＝1.1mol·L－1·min－1；
⑤v（CO）＝2v（NO2）＝0.02mol·L－1·s－1＝1.2mol·L－1·min－1，故③>①>②>⑤>④。
同一化学反应中反应快慢的比较方法
由于同一化学反应的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的大。
题组二 “三段式”在反应速率计算中的应用
3．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，其中正确的是（ ）
A．用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·L－1·s－1
B．用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L－1·s－1
C．2s时物质A的转化率为70%
D．2s时物质B的浓度为0.7mol·L－1
答案 AD
解析 A、B的起始浓度分别为2mol·L－1、1mol·L－1，由2s后C的浓度可得A、B的变化浓度分别为0.6mol·L－1、0.3mol·L－1，所以用A、B表示的反应的平均速率分别为0.3mol·L－1·s－1、0.15mol·L－1·s－1。
2s时A、B的浓度分别为1.4mol·L－1、0.7mol·L－1。
2s时物质A的转化率为30%。
4．向体积为2L的固定密闭容器中通入3molX气体，在一定温度下发生如下反应：
2X（g）Y（g）＋3Z（g）。
经5min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的化学反应速率为____________，X的转化率为__________，Z的平衡浓度为_____________________________。
答案 0.03mol·L－1·min－1 20% 0.45mol·L－1
解析 2X（g）Y（g）＋3Z（g）
n（始）3mol00
Δnx
x
n（末）3mol－x
x
由题意：
＝1.2
故x＝0.6mol，
所以v（Y）＝
＝0.03mol·L－1·min－1
α（X）＝
×100%＝20%，
c（Z）＝
＝0.45mol·L－1。
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 ＋ nBpC
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＋
考点二 影响化学反应速率的因素
1．内因（主要因素）
反应物本身的性质。
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、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
（1）催化剂都不参加化学反应（×）
（2）升高温度时，不论正反应是吸热还是放热，正、逆反应的速率都增大（√）
（3）可逆反应中减小产物的浓度可增加正反应的速率（×）
（4）增大反应体系的压强，反应速率不一定增大（√）
（5）增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大（×）
（6）对可逆反应FeCl3＋3KSCNFe（SCN）3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快（×）
（7）催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化（×）
（8）温度、催化剂能改变活化分子的百分数（√）
1．对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？
（填“增大”“减小”或“不变”）
（1）升高温度：
增大；
（2）增大盐酸浓度：
增大；
（3）增大铁的质量：
不变；
（4）增加盐酸体积：
不变；
（5）把铁片改成铁粉：
增大；
（6）滴入几滴CuSO4溶液：
增大；
（7）加入NaCl固体：
不变；
（8）加入CH3COONa固体：
减小；
（9）加入一定体积的Na2SO4溶液：
减小。
2．一定温度下，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
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）―→反应速率减小。
题组一 浓度对化学反应速率的影响
1．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器里，产生H2的速率如图所示。
在下列因素中：
①盐酸的浓度；②镁条的表面积；③溶液的温度；④Cl－的浓度。
影响反应速率的因素是（ ）
A．①④B．③④C．①②③D．②③
答案 C
解析 反应的本质是Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2，与Cl－浓度无关。
2．对反应A＋BAB来说，常温下按以下情况进行反应：
①20mL溶液中含A、B各0.01mol ②50mL溶液中含A、B各0.05mol ③0.1mol·L－1的A、B溶液各10mL④0.5mol·L－1的A、B溶液各50mL
四者反应速率的大小关系是（ ）
A．②>①>④>③B．④>③>②>①
C．①>②>④>③D．①>②>③>④
答案 A
解析 ①中c（A）＝c（B）＝
＝0.5mol·L－1；
②中c（A）＝c（B）＝
＝1mol·L－1；
③中c（A）＝c（B）＝
＝0.05mol·L－1；
④中c（A）＝c（B）＝
＝0.25mol·L－1；
在其他条件一定的情况下，浓度越大，反应速率越大，所以反应速率由大到小的顺序为②>①>④>③。
1．只有改变参与离子反应的离子浓度，才会对化学反应速率产生影响。
如Fe和稀H2SO4、盐酸反应，改变c（SO
）、c（Cl－）对化学反应速率无影响。
2．比较离子浓度大小时，一定要比较混合液中的离子浓度，此时溶液的体积为混合后溶液的体积。
题组二 压强对化学反应速率的影响
3．反应C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（ ）
A．增加C的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大
答案 AC
解析 增大固体的量、恒容时充入不参与反应的气体对化学反应速率无影响。
1．改变压强对反应速率产生影响的原因是引起浓度的改变，不改变反应物浓度的压强，对化学反应速率无影响。
2．压强对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，减小压强是指扩大气体的体积。
题组三 温度、催化剂对化学反应速率的影响
4．下列说法中正确的是（ ）
A．已知t1℃时，反应C＋CO22CO ΔH＞0的速率为v，若升高温度，逆反应速率减小
B．恒压容器中发生反应N2＋O22NO，若在容器中充入He，正、逆反应的速率均不变
C．当一定量的锌粉和过量的6mol·L－1盐酸反应时，为了减慢反应速率，又不影响产生H2的总量，可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液
D．对任何一个化学反应，温度发生变化，化学反应速率一定发生变化
答案 D
解析 温度升高，正、逆反应的速率均增大，A错误；在恒压容器中充入不参加反应的气体，导致容器的体积增大，反应物和生成物的浓度均减小，正逆反应的速率均减小，B错误；若能使溶液中氢离子浓度减小，则反应速率将减慢，因此可选水或CH3COONa溶液，但不能用NaNO3溶液，在酸性溶液中NO
与锌粉发生氧化还原反应，生成氮的氧化物，从而使生成H2的量减少，C错误；任何一个化学反应的发生都有热效应，因此温度发生变化，化学反应速率一定会发生变化，D正确。
5．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－1
D．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）。
1．催化剂有正催化剂和负催化剂之分，正催化剂即通常所说的催化剂，负催化剂又称为抑制剂。
催化剂只有在适宜的温度下催化活性才最高，反应速率才达到最大。
催化剂能同时同等程度地改变正、逆反应速率。
2．温度对反应速率的影响具有一致性，升高温度，v正、v逆都增大，降低温度，v正、v逆都减小。
3．在温度、浓度、催化剂等影响化学反应速率的因素中，催化剂影响最大，其次温度，最后是浓度。
控制变量探究影响化学反应速率的因素
在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变，再进行实验。
因此，常用控制变量思想解决该类问题。
1．常见考查形式
（1）以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
（2）给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2．解题策略
（1）确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。
（2）定多变一
在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，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，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
（3）数据有效
解答时注意选择数据（或设置实验）要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
3．实例分析
探究温度、催化剂对反应：
2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，可以确定催化剂（是否加入MnO2）和温度（加热、常温）作为可变量，其他的则控制为不变量。
探究对象的反应
2H2O2===2H2O＋O2↑
控制的可变量
催化剂
温度
控制的不变量
浓度、温度等
浓度、催化剂等
实验方案
取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中，向其中一支试管中加入少量MnO2，另一支不加，在常温下观察
取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中，给其中一支试管加热，另一支不加热，观察
专题训练
1．以反应5H2C2O4＋2MnO
＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O为例探究“外界条件对化学反应速率的影响”。
实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L－1
体积/mL
浓度/mol·L－1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
下列说法不正确的是（ ）
A．实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量
B．实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s，则这段时间内平均反应速率v（KMnO4）＝2.5×10－4mol·L－1·s－1
C．实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
D．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用
答案 B
解析 A项，要通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢，则实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量，正确；B项，不能确定40s内高锰酸钾溶液浓度的变化量，因此不能计算这段时间内平均反应速率，错误；C项，探究温度对化学反应速率的影响，必须满足除了温度不同，其他条件完全相同，所以满足此条件的实验编号是②和③；探究反应物浓度对化学反应速率的影响，除了浓度不同，其他条件完全相同的实验编号是①和②，正确；D项，实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用，正确。
2．某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。
实验时，先分别量取两种溶液，然后倒入试管中迅速振荡混合均匀，开始计时，通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。
该小组设计了如下方案。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L－1
体积/mL
浓度/mol·L－1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
（1）已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出，KMnO4溶液转化为MnSO4，每消耗1molH2C2O4转移________mol电子。
为了观察到紫色褪去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n（H2C2O4）∶n（KMnO4）≥________。
（2）探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________（填编号，下同），可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是____________。
（3）已知50℃时c（MnO
）～反应时间t的变化曲线如图。
若保持其他条件不变，请在坐标图中，画出25℃时c（MnO
）～t的变化曲线示意图。
答案
（1）2 2.5
（2）②和③ ①和②
（3）
解析
（1）H2C2O4中碳的化合价是＋3价，CO2中碳的化合价为＋4价，故每消耗1molH2C2O4转移2mol电子，配平反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，为保证KMnO4完全反应，c（H2C2O4）∶c（KMnO4）≥2.5。
（2）探究温度对反应速率的影响，则浓度必然相同，则为实验②和③；同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。
（3）温度降低，化学反应速率减小，故KMnO4褪色时间延长，故作图时要同时体现25℃MnO
浓度降低比50℃时MnO
的浓度降低缓慢和反应完全时间比50℃时“拖后”。
3．为了进一步探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，记录获得相同体积气体所需的时间。
实验
混合溶液
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
请完成此实验设计，其中：
V1＝________，V6＝______，V9＝________。
答案 30 10 17.5
解析 若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，则实验中除CuSO4的量不同之外，其他物质的量均相同，则V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30，最终溶液总体积相同。
由实验F可知，溶液的总体积均为50mL，则V6＝10，V9＝17.5。
4．
（1）某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示：
序号
纯锌粉（g）
2.0mol·L－1硫酸溶液（mL）
温度（℃）
硫酸铜固体（g）
加入蒸馏水（mL）
Ⅰ
2.0
50.0
25
0
0
Ⅱ
2.0
40.0
25
0
10.0
Ⅲ
2.0
50.0
25
0.2
0
Ⅳ
2.0
50.0
25
4.0
0
①本实验待测数据可以是___________________，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究__________对锌与稀硫酸反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是___________，写出有关反应的离子方程式_________________。
（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx＝________mL，理由是___________________________。
答案
（1）①反应结束所需要的时间（或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间） 硫酸浓度 ②探究硫酸铜的量对反应速率的影响 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
（2）2.0 保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变
解析
（1）实验Ⅰ和实验Ⅱ中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验Ⅲ和实验Ⅳ中加入硫酸铜，Cu2＋的氧化性强于H＋，首先发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。
但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。
①本实验待测数据可以是“反应结束所需要的时间”或“相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间”，实验Ⅰ和实验Ⅱ可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。
②实验Ⅲ和实验Ⅳ加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。
（2）实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等（即为20.0mL）
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