?第20講　化學(xué)反應(yīng)速率
【課標(biāo)要求】　1.了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念和定量的表示方法。2.了解反應(yīng)活化能的概念，了解催化劑的重要作用。3.理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，能用相關(guān)理論解釋其一般規(guī)律。4.了解化學(xué)反應(yīng)速率的調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。

考點1　化學(xué)反應(yīng)速率的概念及計算


1．表示方法
通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示。
2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式及單位
v＝，單位為mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
3．化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)的關(guān)系
對于已知反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化學(xué)反應(yīng)速率可用不同的反應(yīng)物或生成物來表示，當(dāng)單位相同時，化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)值之比等于方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。


　(1)同一化學(xué)反應(yīng)，相同條件下用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率，其數(shù)值可能不同，但表示的意義相同。(　　)
(2)化學(xué)反應(yīng)速率為0.8 mol·L－1·s－1是指1 s時某物質(zhì)的濃度為0.8 mol·L－1。(　　)
(3)由v＝計算平均速率，用反應(yīng)物表示為正值，用生成物表示為負(fù)值。(　　)
(4)有時也可以用單位時間內(nèi)生成某物質(zhì)質(zhì)量的變化量來表示化學(xué)反應(yīng)速率。(　　)
(5)在相同的時間間隔內(nèi)反應(yīng)速率快的反應(yīng)生成的生成物的物質(zhì)的量也多。(　　)
(6)根據(jù)反應(yīng)速率的大小可以判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

　在2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)后各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間變化的曲線如圖所示。

回答下列問題：
(1)該反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物分別是____________，反應(yīng)方程式為___________________________________________________________________。
(2)0～10 s的平均反應(yīng)速率v(H2)＝____________。
(3)能否用I2(s)的物質(zhì)的量變化量來表示該反應(yīng)的速率？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)H2和I2、HI　H2(g)＋I(xiàn)2(s)?2HI(g)
(2)0.039 5 mol·L－1·s－1
(3)否

題組一　化學(xué)反應(yīng)速率的大小比較
1．將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為2 L的密閉容器中(溫度保持不變)發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)?CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH，則用A表示的反應(yīng)速率比用B表示的大。
題組二　化學(xué)反應(yīng)速率的計算
2．在新型催化劑作用下，使HCl轉(zhuǎn)化為Cl2的反應(yīng)2HCl(g)＋O2(g)?H2O(g)＋Cl2(g)具有更好的催化活性。一定條件下測得反應(yīng)過程中n(Cl2)的數(shù)據(jù)如下：
t/min
0
2
4
6
8
n(Cl2)/10－3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
計算2～6 min內(nèi)以HCl的物質(zhì)的量變化表示的反應(yīng)速率(以mol·min－1為單位，寫出計算過程)。
____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________
答案：解法一　2～6 min時間內(nèi)，Δn(Cl2)＝5.4×10－3mol－1.8×10－3 mol＝3.6×10－3 mol，
v(Cl2)＝＝9.0×10－4 mol·min－1
所以v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×9.0×10－4 mol·min－1＝1.8×10－3 mol·min－1。
解法二　HCl轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為n，則
2HCl(g)＋O2(g)?H2O(g)＋Cl2(g)
2 1
N (5.4－1.8)×10－3mol
解得n＝7.2×10－3mol，
所以v(HCl)＝＝1.8×10－3mol·min－1。
3．NH3和純凈的O2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4NH3(g)＋3O2(g)?2N2(g)＋6H2O(g)，現(xiàn)向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2，4 min后，測得生成的H2O占混合氣體體積的40%，則下列表示此段時間內(nèi)該反應(yīng)的平均速率不正確的是(　　)
A．v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1
B．v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1
C．v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1
解析：設(shè)4 min時，生成6x mol H2O(g)
4NH3(g)＋3O2(g)?2N2(g)＋6H2O(g)　n(總)
起始/mol 4 3 0 0 7
變化/mol 4x 3x 2x 6x
4 min/mol 4－4x 3－3x 2x 6x 7＋x
據(jù)題意，有＝0.4解得：x＝0.5，則4 min內(nèi)H2O的變化濃度為Δc(H2O)＝＝1.5 mol·L－1，v(H2O)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，再由各物質(zhì)表示的速率之比等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，可得各物質(zhì)表示的反應(yīng)速率分別為v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1，v(O2)＝0.187 5 mol·L－1·min－1。
答案：C
[歸納總結(jié)]
化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)濃度的計算模式——“三段式”
(1)寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
(2)找出各物質(zhì)的起始量、轉(zhuǎn)化量、某時刻量。
(3)根據(jù)已知條件列方程式計算。
例如：反應(yīng)　　　　　　mA(g)＋nB(g)　?　pC(g)
起始濃度(mol·L－1) a b c
轉(zhuǎn)化濃度(mol·L－1) x
某時刻濃度(mol·L－1) a－x b－ c＋


　命題新熱點——速率方程
[考能突破練]
一、從化學(xué)反應(yīng)歷程把控反應(yīng)的快慢
1．對于反應(yīng)2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程：

第一步　N2O5?NO3＋NO2　　　　　快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反應(yīng)
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反應(yīng)

其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是________(填字母)。
A．v(第一步的逆反應(yīng))＞v(第二步反應(yīng))
B．反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3
C．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效
D．第三步反應(yīng)活化能較高
解析：第二步慢反應(yīng)是整個反應(yīng)速率的控制步驟，第一步是可逆反應(yīng)，快速平衡正逆反應(yīng)速率相等，第一步快反應(yīng)的逆反應(yīng)速率大于第二步的慢反應(yīng)速率，A正確；中間產(chǎn)物的特點是在反應(yīng)過程中出現(xiàn)，反應(yīng)后消失，根據(jù)此特點會找到NO在第二步出現(xiàn)第三步消失，這與NO3在第一步出現(xiàn)第二步消失是同出一轍，中間產(chǎn)物有NO3和NO，B錯誤；根據(jù)第二步反應(yīng)生成物中仍有NO2，推知NO2與NO3的碰撞僅部分有效，C正確；第三步反應(yīng)是快反應(yīng)，所以第三步反應(yīng)的活化能較低，D錯誤。
答案：AC
[歸納提升]
反應(yīng)歷程也稱反應(yīng)機(jī)理，是指化學(xué)反應(yīng)經(jīng)歷的途徑。一步完成的反應(yīng)為基元反應(yīng)又稱簡單反應(yīng)，絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)不是一步完成的，是由多個基元反應(yīng)組成的復(fù)雜反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)速率的快慢與反應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理有關(guān)，其反應(yīng)速率主要取決于速率最慢的基元反應(yīng)。
二、利用速率方程導(dǎo)出化學(xué)平衡常數(shù)

2．順-1，2-二甲基環(huán)丙烷和反-1，2-二甲基環(huán)丙烷可發(fā)生如下轉(zhuǎn)化：
該反應(yīng)的速率方程可表示為：v(正)＝k(正)·c(順)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定溫度時為常數(shù)，分別稱作正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。
已知：t1溫度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值K＝________。
解析：達(dá)平衡時v(正)＝v(逆)，即有k(正)·c(順)＝k(逆)·c(反)，整理得＝＝K
所以K＝＝＝3。
答案：3

考點2　影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

授課提示：對應(yīng)學(xué)生用書第143頁


1．影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
(1)內(nèi)因：反應(yīng)物本身的性質(zhì)。
(2)外因
①常見因素
影響因素
速率變化
濃度
增大反應(yīng)物的濃度
增大
減小反應(yīng)物的濃度
減小
壓強(有氣體
參加的反應(yīng))
增大壓強
增大
減小壓強
減小
溫度

升高溫度
增大
降低溫度
減小
使用催化劑
一般可加快

反應(yīng)速率②其他影響因素：固體反應(yīng)物的表面積、超聲波、溶劑、放射線、電弧、強磁場、高速研磨等。
2．理論解釋——有效碰撞理論
(1)活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。
(2)活化能(如圖)：

圖中：E1為正反應(yīng)的活化能，使用催化劑時的活化能為E 3，反應(yīng)熱為E 1—E 2。(注：E 2為逆反應(yīng)的活化能)
(3)有效碰撞：活化分子之間能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的碰撞。
(4)活化分子、有效碰撞與反應(yīng)速率的關(guān)系


　(1)催化劑都不參加化學(xué)反應(yīng)。(　　)
(2)升高溫度時，不論正反應(yīng)是吸熱還是放熱，正、逆反應(yīng)的速率都增大。(　　)
(3)可逆反應(yīng)中減小產(chǎn)物的濃度可增大正反應(yīng)的速率。(　　)
(4)增大反應(yīng)體系的壓強，反應(yīng)速率不一定增大。(　　)
(5)增大反應(yīng)物的濃度，能夠增大活化分子的百分含量，所以反應(yīng)速率增大。(　　)
(6)對可逆反應(yīng)FeCl3＋3KSCN?Fe(SCN)3＋3KCl，增加氯化鉀濃度，逆反應(yīng)速率加快。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×

1．一定溫度下，反應(yīng)：N2(g)＋O2(g)?2NO(g)在密閉容器中進(jìn)行，回答下列措施對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(填“增大”“減小”或“不變”)。
(1)縮小體積使壓強增大：________；
(2)恒容充入N2：________；
(3)恒容充入He：________；
(4)恒壓充入He：________。
答案：(1)增大　(2)增大　(3)不變　(4)減小
2．根據(jù)有效碰撞理論，完成下表。
項目
條件改變
活化能
單位體積內(nèi)
有效碰撞次數(shù)
化學(xué)反應(yīng)速率
分子總數(shù)
活化分子數(shù)
活化分子百分?jǐn)?shù)
增大濃度
不變
________
________
________
________
________
增大壓強
不變
________
________
________
________
________
升高溫度
不變
________
________
________
________
________
加催化劑
降低
________
________
________
________
________
答案：增加　增加　不變　增加　增大　增加　增加　不變　增加　增大　不變　增加　增加　增加　增大　不變　增加　增加　增加　增大
[歸納提升]
氣體反應(yīng)體系中充入惰性氣體(不參與反應(yīng))時對反應(yīng)速率的影響
(1)恒容：充入“惰性氣體”―→總壓增大―→物質(zhì)濃度不變(活化分子濃度不變)―→反應(yīng)速率不變。
(2)恒壓：充入“惰性氣體”―→體積增大―→物質(zhì)濃度減小(活化分子濃度減小)―→反應(yīng)速率減小。

題組一　影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
1．(2021·江西高安聯(lián)考)已知分解1 mol H2O2放出熱量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的機(jī)理為
H2O2＋I(xiàn)－―→H2O＋I(xiàn)O－　慢
H2O2＋I(xiàn)O－―→H2O＋O2↑＋I(xiàn)－　快
下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是(　　)
A．反應(yīng)速率與I－濃度有關(guān)
B．IO－也是該反應(yīng)的催化劑
C．反應(yīng)活化能等于98 kJ·mol－1
D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
解析：H2O2的分解反應(yīng)主要是由第一個反應(yīng)決定的，I－濃度越大，反應(yīng)速率越快，A項正確；根據(jù)總反應(yīng)可確定該反應(yīng)的催化劑為I－，而IO－為中間產(chǎn)物，B項錯誤；根據(jù)所給信息無法確定反應(yīng)活化能，C項錯誤；反應(yīng)速率關(guān)系為v(H2O2)＝2v(O2)，D項錯誤。
答案：A
2．反應(yīng)C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對其反應(yīng)速率幾乎無影響的是(　　)
①增加C的量
②將容器的體積縮小一半
③保持體積不變，充入N2使體系壓強增大
④保持壓強不變，充入N2使容器體積變大
A．①④　　　　　　　　B．②③
C．①③ D．②④
解析：增大固體的量、恒容時充入不參與反應(yīng)的氣體對化學(xué)反應(yīng)速率無影響。
答案：C
3．下列表格中的各種情況，可以用對應(yīng)選項中的圖像表示的是(　　)
選項
反應(yīng)
甲
乙
A
外形、大小相近的金屬和水反應(yīng)
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液分別和不同濃度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反應(yīng)
0.1
mol·L－1的H2C2O4
溶液
0.2 mol·L－1
的H2C2O4
溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液反應(yīng)
熱水
冷水
D
5 mL 4%的過氧化氫溶液分解放出O2
無MnO2
粉末
加MnO2粉末


解析：由于K比Na活潑，故大小相同的金屬K和Na與水反應(yīng)，K的反應(yīng)速率更快，又由于Na、K與H2O反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，放出大量的熱，反應(yīng)速率逐漸加快，A項不正確；由于起始時乙中H2C2O4濃度大，故其反應(yīng)速率比甲中快，B項不正確；由于甲反應(yīng)是在熱水中進(jìn)行的，溫度高，故甲的反應(yīng)速率大于乙，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物濃度逐漸減小，故甲、乙中反應(yīng)速率逐漸減小，C項正確；MnO2在H2O2的分解過程中起催化作用，故乙的反應(yīng)速率大于甲，D項不正確。
答案：C
4．(2021·石家莊模擬)為了研究一定濃度Fe2＋的溶液在不同條件下被氧氣氧化的氧化率，實驗結(jié)果如圖所示，判斷下列說法正確的是(　　)

A．pH越小，氧化率越大
B．溫度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率僅與溶液的pH和溫度有關(guān)
D．實驗說明降低pH、升高溫度有利于提高Fe2＋的氧化率
解析：由②③可知，溫度相同時pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同時，溫度越高，氧化率越大；C項，F(xiàn)e2＋的氧化率除受pH、溫度影響外，還受其他因素影響，如濃度等。
答案：D
題組二　外界條件對可逆反應(yīng)反應(yīng)速率的影響
5．對于反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)　ΔH T 2
B．a(chǎn)點的反應(yīng)速率小于c點的反應(yīng)速率
C．a(chǎn)點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率
D．b點時二聚體的濃度為0.45 mol·L－1
解析：由c-t圖像的變化趨勢可看出T2時，環(huán)戊二烯濃度的變化趨勢大，因此T2大于T1，選項A錯誤；由a、c點環(huán)戊二烯的濃度可判斷a點的反應(yīng)速率大于c點的反應(yīng)速率，選項B錯誤；相同溫度下，隨著時間的延長，反應(yīng)物的濃度逐漸減小，反應(yīng)速率逐漸減小，因此a點的正反應(yīng)速率大于b點的逆反應(yīng)速率，選項C正確；由圖像知，開始時環(huán)戊二烯的濃度為1.5 mol·L－1，b點時的濃度為0.6 mol·L－1，設(shè)環(huán)戊二烯轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為2x mol·L－1，則有：
　 　　　　　　　　　2　?　二聚體
　　　　1.5 0
　　　　2x x
　　　　0.6 x
則有1.5－2x＝0.6，解得x＝0.45，因此選項D正確。
答案：CD
2．(2018·高考全國卷Ⅲ)對于反應(yīng)2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。

在343 K下，要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是________；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，可采取的措施有________________、________________。比較a、b處反應(yīng)速率大?。簐a________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析：在343K時，要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是及時移去產(chǎn)物，使平衡向右移動；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，需加快化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有改進(jìn)催化劑、提高反應(yīng)物濃度等。
濃度相同時，溫度越高，反應(yīng)速率越快，a點溫度為343K，b點溫度為323 K，故反應(yīng)速率：va＞vb。
答案：及時移去產(chǎn)物　改進(jìn)催化劑　提高反應(yīng)物濃度　大于


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