第七章化学反应速率与化学平衡第20讲化学反应速率及影响因素.docx

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第七章化学反应速率与化学平衡第20讲化学反应速率及影响因素

第七章　化学反应速率与化学平衡

第20讲　化学反应速率及影响因素

考纲要求

名师点拨

1.了解化学反应速率的定义和定量表示方法。

2．了解反应活化能的定义，了解催化剂的重要作用。

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，能用相关理论解释其一般规律。

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。

　　本讲内容中化学反应速率的的计算与图象判断是历年高考的必考内容之一，预计2020年高考仍会在化学反应速率的大小比较、数值计算及其影响因素等方面进行考查。

请在复习中务必重点关注两点：

一是根据图象、数据、表格等信息，计算化学反应速率，判断影响化学反应速率的因素，预测或总结化学反应速率的变化规律；二是通过控制变量，探究影响化学反应速率的因素。

选择题部分多考查学生对基础概念的理解与延伸，非选择题部分多配合图表，结合化工生产或环境保护等进行综合考查，也常以实验探究题的形式出现。

考点一　化学反应速率的计算与大小比较

1．化学反应速率的定义

化学反应速率是用来衡量化学反应进行的快慢程度的物理量。

2．化学反应速率的表示方法

通常用单位时间内反应物浓度的__减小__或生成物浓度的__增大__（均为正值）来表示。

3．数学表达式及单位

v＝　

　，单位为__mol·L－1·min－1__或__mol·L－1·s－1__等。

4．化学反应速率与化学计量数的关系

对于已知反应：

mA（g）＋nB（g）===pC（g）＋qD（g），在同一段时间内，用不同物质来表示该反应速率，当单位相同时，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。

即v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝__m∶n∶p∶q__。

如在一个2L的容器中发生反应：

3A（g）＋B（g）===2C（g），加入2molA,1s后剩余1.4mol，则v（A）＝__0.3_mol·L－1·s－1__，v（B）＝__0.1_mol·L－1·s－1__，v（C）＝__0.2_mol·L－1·s－1__。

特别提醒：

（1）

化学反应速率一般指反应的平均反应速率而不是瞬时反应速率，且无论用反应物表示还是用生成物表示均取正值。

（2）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。

（3）不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。

5．化学反应速率计算的三个方法

（1）定义式法：

v（B）＝

＝

。

（2）比例关系式：

化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA（g）＋nB（g）===pC（g）中，v（A）∶v（B）∶v（C）＝m∶n∶p或

＝

＝

。

（这一公式最好用）

（3）三段式法：

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

t0s/mol·L－1ab0

转化/mol·L－1x

t1s/mol·L－1a－xb－

若时间单位是“s”，则：

v（A）＝

mol·L－1·s－1、

v（B）＝

mol·L－1·s－1、

v（C）＝

mol·L－1·s－1。

6．化学反应速率大小的比较方法

（1）归一法：

将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。

如对于反应2SO2＋O22SO3，如果①v（SO2）＝2mol·L－1·min－1，②v（O2）＝3mol·L－1·min－1,③v（SO3）＝4mol·L－1·min－1，比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。

换算得出①v（O2）＝1mol·L－1·min－1，③v（O2）＝2mol·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为②>③>①。

（2）比值法：

将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。

如反应mA（g）＋nB（g）===pC（g）＋qD（g），若

>

，则反应速率A>B。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）对于任何反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显（　×　）

（2）化学反应速率是描述化学反应进行快慢的物理量（　√　）

（3）由v＝

计算平均反应速率，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，数值越大，表示化学反应速率越大（　×　）

（5）由于固体和纯液体的浓度可视为常数，所以不能用固体或纯液体物质来表示化学反应速率（　√　）

（6）10mol·L－1·s－1的反应速率一定比1mol·L－1·s－1的反应速率大（　×　）

（7）在2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）反应中，t1、t2时刻，SO3（g）浓度分别为c1、c2，则t1～t2时间内，SO3（g）生成的平均速率为v＝

（　√　）

（8）反应速率一般是指某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率（　√　）

（9）对于反应N2＋3H2

2NH3，v（N2）∶v（H2）一定等于1∶3（　√　）

（10）化学反应速率为1.2mol·L－1·s－1是指1秒时，该反应中某物质的浓度为1.2mol·L－1（　×　）

（11）根据化学反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢（　√　）

（12）对于反应4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，v（NO）与v（O2）的关系为4v（NO）＝5v（O2）（　×　）

2．在2L的密闭容器中，加入1molH2和2molI2，发生反应H2（g）＋I2（g）2HI（g）。

回答下列问题：

（1）在2s末时，测得容器中含有0.6mol的HI，则该反应的化学反应速率v（H2）＝__0.075_mol·L－1·s－1__；v（I2）＝__0.075_mol·L－1·s－1__；v（HI）＝__0.15_mol·L－1·s－1__。

（2）根据上述三者的化学反应速率值，分析用不同物质表示同一化学反应时，化学反应速率值之间有何关系？

__同一反应，用不同物质表示的化学反应速率数值可能相同，也可能不同，但表示的意义都相同，并且化学反应速率之比等于化学计量数之比。

__

3．某温度时，在容积为3L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：

（1）该反应的化学方程式为　2Z＋Y3X　。

（2）反应开始至2min末，X的反应速率为__0.067_mol·L－1·min－1__。

（3）该反应是由__③__（填序号）开始的。

①正反应　②逆反应　③正、逆反应同时

[解析]　

（1）由图知Z、Y为反应物，X为生成物，且为可逆反应，Z、Y、X三种物质的化学计量数之比为（2.0－1.6）∶（1.2－1.0）∶（1.0－0.4）＝2∶1∶3。

（2）v（X）＝

≈0.067mol·L－1·min－1。

1．（2019·湖北八所重点中学联考）

将6molCO2和8molH2充入一容积为2L的密闭容器中（温度保持不变）发生反应CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH<0。

测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）。

该反应在8～10min内CO2的平均反应速率是（　C　）

A．0.5mol·L－1·min－1B．0.1mol·L－1·min－1

C．0D．0.125mol·L－1·min－1

[解析]　由题图可知，该反应在8min至10min内，H2的物质的量在对应的c、d点都是2mol，因此v（H2）＝0，说明反应达到平衡，各组分的物质的量的变化值为0，则v（CO2）＝0，故C正确。

2．（2019·河北衡水检测）已知4NH3＋5O24NO＋6H2O，若反应速率分别用v（NH3）、v（O2）、v（NO）、v（H2O）表示，则正确的关系式应该为（　D　）

A．

v（NH3）＝v（O2）B．

v（O2）＝v（H2O）

C．

v（NH3）＝v（H2O）D．

v（O2）＝v（NO）

[解析]　v（NH3）∶v（O2）＝4∶5⇒

v（NH3）＝v（O2），因此A不正确。

v（O2）∶v（H2O）＝5∶6⇒

v（O2）＝v（H2O），因此B不正确。

v（NH3）∶v（H2O）＝4∶6⇒

v（NH3）＝v（H2O），因此C不正确。

v（O2）∶v（NO）＝5∶4⇒

v（O2）＝v（NO），因此D正确。

3．（2019·黑龙江哈尔滨高三调研）A与B在容积为1L的密闭容器中发生反应：

aA（s）＋bB（g）cC（g）＋dD（g），t1、t2时刻分别测得部分数据如下表：

nB/mol

n（C）/mol

n（D）/mol

反应时间/min

0.12

0.06

0.10

t1

0.06

0.12

0.20

t2

下列说法正确的是（　C　）

A．0～t1时间段内，平均反应速率v（B）＝

mol·L－1·min－1

B．若起始时n（D）＝0，则t2时v（D）＝

mol·L－1·min－1

C．升高温度，v（B）、v（C）、v（D）均增大

D．b∶d＝6∶1

[解析]　不能确定B的起始物质的量，因此无法确定0～t1时间段内的反应速率，A项错误；若起始时，n（D）＝0,0～t2时Δn（D）＝0.2mol，容器容积为1L，故0～t2时间内：

v（D）＝

＝

mol·L－1·min－1，又因为反应速率为平均反应速率，而不是瞬时反应速率，B项错误；升高温度，B、C、D的反应速率均增大，C项正确；t1～t2时间段内，B和D的物质的量变化分别为0.06mol、0.1mol，所以b∶d＝3∶5，D项错误。

[特别提醒]　某一物质（不能是固体或纯液体）的物质的量变化Δnx

某一物质的浓度变化Δcx

某一物质的反应速率vx

vy、vx等。

4．（2019·豫南九校第一次联考）

反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（　C　）

A．v（CO）＝1.5mol·L－1·min－1B．v（NO2）＝0.7mol·L－1·min－1

C．v（N2）＝0.4mol·L－1·min－1D．v（CO2）＝1.1mol·L－1·min－1

[解析]　换算成同一物质的反应速率再比较，如以N2为标准，A、B、D项分别换算为0.375mol·L－1·min－1、0.35mol·L－1·min－1、0.275mol·L－1·min－1，所以反应速率最快的为C项。

5．（2019·湖南模拟）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－1　②v（B）＝0.6mol·L－1·s－1　③v（C）＝0.4mol·L－1·s－1　④v（D）＝0.45mol·L－1·s－1。

下列有关反应速率的比较中正确的是（　B　）

A．④>③＝②>①B．①>④>②＝③

C．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；

v（B）＝

×0.6＝0.2mol·L－1·s－1；

v（C）＝

×0.4＝0.2mol·L－1·s－1；

v（D）＝

×0.45＝0.225mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③，B项正确。

6．（2019·经典习题选萃）某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

由此分析：

（1）该反应的化学方程式为　3Y（g）＋Z（g）2X（g）　。

（2）从反应开始至2min时，Z的反应速率为__0.025_mol·L－1·min－1__。

（3）对于上述反应，在不同时间段内所测反应速率如下，则表示该化学反应进行最快的是__D__。

A．v（X）＝1.2mol·L－1·min－1B．v（Y）＝1.5mol·L－1·min－1

C．v（Z）＝0.6mol·L－1·min－1D．v（Z）＝0.015mol·L－1·s－1

[解析]　

（1）根据图象找出2min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量为

Δc（X）＝

＝0.1mol·L－1，

Δc（Y）＝

＝0.15mol·L－1，Δc（Z）＝

＝0.05mol·L－1。

根据反应速率之比等于化学计量数之比，可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。

根据图象可以确定X是生成物，Y、Z是反应物，即可以确定化学反应方程式为3Y（g）＋Z（g）2X（g）。

（2）根据反应速率的概念，可求出从反应开始至2min时，Z的反应速率为v（Z）＝

＝

＝0.025mol·L－1·min－1。

（3）由化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。

可得

A项：

v（Z）＝

v（X）＝0.6mol·L－1·min－1，

B项：

v（Z）＝

v（Y）＝0.5mol·L－1·min－1，

D项，v（Z）＝0.015mol·L－1·s－1×60s·min－1＝

0．9mol·L－1·min－1，可得D项最大，即D项最快。

7．（2018·课标Ⅲ，28）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。

回答下列问题：

（1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，写出该反应的化学方程式　2SiHCl3＋3H2O===（HSiO）2O＋6HCl　。

（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）　ΔH1＝48kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）　ΔH2＝－30kJ·mol－1

则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为__114__kJ·mol－1。

（3）对于反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343K时反应的平衡转化率α＝__22__%。

平衡常数K343K＝__0.02__（保留2位小数）。

②在343K下：

要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是__及时移去产物__；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有__使用催化剂__、__增大反应物压强（合理即可）__。

③比较a、b处反应速率大小：

va__大于__vb（填“大于”“小于”或“等于”）。

反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的

＝__1.3__（保留1位小数）。

[解析]　

（1）SiHCl3遇潮气时发烟生成（HSiO）2O，即SiHCl3遇H2O发生水解反应（无元素化合价改变），故反应为2SiHCl3＋3H2O===（HSiO）2O＋6HCl

（2）结合两个反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）　ΔH1＝48kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）

ΔH2＝－30kJ·mol－1

可得反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝[3×48＋（－30）]kJ·mol－1＝＋114kJ·mol－1

（3）①2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），该反应为吸热反应，343K时的平衡转化率比323K时要高，所以α＝22%

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始浓度　c　　　　　0　　　　　0

改变浓度0.22c　　　　0.11c　　　0.11c

平衡浓度0.78c　　　　0.11c　　　0.11c

平衡常数K343K＝

≈0.02

②在343K下：

要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物等；要缩短反应达到平衡的时间，可采取加压、增大反应物浓度、使用催化剂等加快化学反应速率的措施。

③应根据温度比较a、b处反应速率大小，a处温度为343K，b处温度为323K，温度越高反应速率越快，故va大于vb

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始浓度　c　　　　　　0　　　　　0

改变浓度0.22c　　　　0.11c　　　0.11c

平衡浓度0.78c　　　　0.11c　　　0.11c

当反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4

xSiHCl3＝

＝0.78，

xSiH2Cl2＝xSiCl4＝

＝0.11

＝

a处时结合图象可知：

xSiHCl3＝0.8，xSiH2Cl2＝0.1，xSiCl4＝0.1

a处时，

＝

＝

≈1.3。

[疑难点拨]　（3）③根据已知表达式表示出v正和v逆，利用达到化学平衡时v正＝v逆计算出

，然后结合“三段式”即可求出

。

萃取精华：

化学反应速率大小的比较

（1）看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。

（2）先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（g）＋bB（g）===cC（g）＋dD（g），比较

与

，若

>

，则A表示的反应速率比B大。

考点二　活化能　影响化学反应速率的因素

1．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）。

2．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（如下图）：

图中E1为__活化能__，使用催化剂时的活化能为__E3__，反应热为__E2－E1__。

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。

特别提醒：

（1）分析外界因素对化学反应速率的影响时3注意：

①催化剂在化学反应过程中参与了反应，降低了正、逆反应的活化能，同等程度改变正、逆反应速率，但不会改变反应的限度和反应热。

②升高温度正反应速率和逆反应速率都加快，但加快的程度不同；降低温度正反应速率和逆反应速率都减慢，但减慢的程度不同，吸热反应的反应速率总是受温度影响大。

③对于固体和纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变用量速率不变。

但当固体颗粒变小时，其表面积增大将导致反应速率增大。

（2）压强对反应速率的影响情况：

压强只对有气体参与的化学反应速率有影响。

①恒温时，压缩体积

压强增大

反应物浓度增大

反应速率加快。

②恒温时，对于恒容密闭容器。

a．充入气体反应物

气体反应物浓度增大（压强也增大）

反应速率加快。

b．充入“惰性”气体

总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。

③恒温恒压时。

充入“惰性”气体

体积增大

气体反应物浓度减小

反应速率减小。

3．化学反应速率图象及应用

（1）全程速率—时间图象

①如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图情况

原因解释：

AB段（v渐大），因为该反应为__放热__反应，随着反应的进行，__温度__逐渐升高，导致反应速率__逐渐增大__；BC段（v渐小），则主要原因随着反应的进行，溶液中__c（H＋）__逐渐减小，导致反应速率__逐渐减小__。

要抓住各阶段的主要矛盾，全面分析。

②分清正逆反应，分清各因素（浓度、温度、压强、催化剂）对反应速率和平衡移动的影响。

对于反应2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH<0，填写改变的条件：

t1时，增大反应物的浓度；

t2时，__降低温度__；

t3时，__增大压强__；

t4时，__使用催化剂__。

小结：

①改变某一反应物或生成物的浓度条件，图象一点保持连续。

②改变__温度、压强__，两点突变。

③__使用催化剂__使正逆反应速率同等程度的增大而平衡不移动。

（2）物质的量（或浓度）—时间图象

分清反应物和生成物，浓度减小的为反应物，浓度增大的为生成物，分清消耗浓度和增加浓度，反应物的消耗浓度和生成物的增加浓度之比，等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。

举例分析如下：

甲：

如图表示一定温度下，A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化情况，试回答：

①该反应的化学方程式为　2AB＋3C　。

②反应物的转化率是__40%__。

③10s内v（C）＝__0.12_mol·L－1·s－1__。

乙：

某温度时，在定容（VL）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。

①由图象得出如下信息

A．反应物是__X、Y__，生成物是__Z__；

B．__t3__时反应达到平衡，X、Y没有全部反应。

②根据图象可进行如下计算

A．某物质的平均反应速率、转化率，如：

v（X）＝　

mol·（L·s）－1　，

Y的转化率＝　

×100%　。

B．确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为__（n1－n3）∶（n2－n3）∶n2__。

4．解答速率图象题的基本思路

（1）看面：

搞清纵、横坐标所代表的意义，并与有关的原理相联系。

（2）看线：

弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平所表示的含义。

（3）看点：

弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如起点、终点、交点、折点、最高点、最低点。

例如在浓度—时间图上，一定要看清反应至终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。

（4）看变化趋势：

在速率—时间图上，要注意看清曲线是连续的还是跳跃的，分清渐变和突变，大变和小变。

例如，升高温度，v吸大增，v放小增；增大反应物浓度，v正突增，v逆渐增。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）碳酸钙与盐酸反应过程中，再增加CaCO3固体的量，反应速率不变，但把CaCO3固体粉碎，可以加快反应速率（　√　）

（2）增大反应体系的压强，反应速率不一定增大（　√　）

（3）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（　×　）

（4）升高温度，可以增加活化分子百分数，使反应速率加快（　√　）

（5）对可逆反应FeCl3＋3KSCNFe（SCN）3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快（　×　）

（6）催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化（　×　）

（7）反应C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）在固定容积的容器中进行，充入N2后，体系压强增大，反应速率加快（　×　）

（8）对于反应A＋BC，改变容器体积，化学反应速率一定发生变化（　×　）

（9）升高温度可以使吸热反应的反应速率加快，但放热反应的反应速率减慢（　×　）

（10）对于高温、高压、使用催化剂条件下的反应A一定比常温常压无催化剂条件下的反应B速率快（　×　）

（11）可逆反应达到平衡后，增大反应物的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小（