2022届高考化学(人教版)一轮总复习课件:第18讲 化学反应速率及影响因素
展开第18讲 化学反应速率及影响因素
考试要求:1.知道化学反应速率的表示方法及简单计算,能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响,能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。2.通过实验探究,了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响,并能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律,解释生产、生活、实验室中的实际问题,能讨论化学反应条件的选择和优化。3.知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
名师点拨:本讲内容中化学反应速率的计算与图像判断是历年高考的必考内容之一,预计2022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:一是根据图像、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,非选择综合题部分多配合图表,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,试题难度有逐渐加大的趋势。
考点一 化学反应速率的计算与大小比较
考点二 影响化学反应速率的因素
1.化学反应速率的定义化学反应速率是用来衡量______________________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________或生成物浓度的________ (均为正值)来表示。
3.数学表达式及单位v=______,单位为_________________或________________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______________之比。
ml·L-1·min-1
ml·L-1·s-1
0.3 ml·L-1·s-1
0.1 ml·L-1·s-1
0.2 ml·L-1·s-1
(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物质来表示化学反应速率,因为固体和纯液体物质的浓度可视为常数。(4)计算反应速率时,若给出的是物质的量的变化值,不要忘记转化为物质的量浓度的变化值。
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(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)在同一化学反应中,化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示,也可以用生成物浓度的改变来表示,其数值可能相同,也可能不相同。( )
(2)某温度时,在容积为3 L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__________________。②反应开始至2 min末, X的反应速率为______________________。③该反应是由______(填序号)开始的。A.正反应 B.逆反应 C.正、逆反应同时(3)对于反应:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g),能否用C来表示该反应的化学反应速率?
0.067 ml·L-1·min-1
微考点1 化学反应速率的计算
(2021·河北衡水高三检测)在四个不同的容器中进行合成氨的反应。根据下列在相同时间内测定的结果,判断生成氨的速率最快的是( )A.v(H2)=0.3 ml·L-1·min-1B.v(N2)=0.05 ml·L-1·s-1C.v(N2)=0.2 ml·L-1·min-1D.v(NH3)=0.3 ml·L-1·min-1
微考点2 化学反应速率的快慢比较
(2)(2021·经典习题汇编)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)=0.45 ml·L-1·s-1 ②v(B)=0.6 ml·L-1·s-1 ③v(C)=0.4 ml·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 ml·L-1·s-1。下列有关反应速率的比较中正确的是( )A.④>③=②>① B.①>④>②=③C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
下列说法正确的是( )A.t1 min时正、逆反应速率相等B.X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75 ml·L-1·min-1D.10~12 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.25 ml·L-1·min-1
1.影响化学反应速率的因素:(1)内因(主要因素):反应物本身的结构与________,反应类型相同,但反应物不同,反应速率不同。如相同条件下,Na、Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系是____________________。
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
(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。
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)对于可逆反应,加入催化剂,降低反应所需的活化能,同等程度地提高正、逆反应速率。( )(2)对于可逆反应,恒容时充入稀有气体,正、逆反应速率都减小。( )(3)对于放热的可逆反应,降低温度,正、逆反应速率都减小,反应放出的热量不变。( )
(4)锌与硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越快。( )(5)恒压时,增加惰性气体的量,原化学反应速率减慢。( )(6)其他条件相同时,增大反应物浓度使分子获得能量,活化分子百分数提高,反应速率增大。( )(7)增加反应物的物质的量,一定能使反应速率增大。( )
(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。( )(12)对有气体参加的反应体系,缩小容器体积,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。( )
(13)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。( )(14)固体、纯液体的“物质的量”变化,而化学反应速率不改变。( )(15)用铁片与硫酸反应制备氢气时,增大硫酸浓度一定会加快产生氢气的速率。( )(16)通入不反应的稀有气体He增大容器压强,对于有气体参加的反应,反应速率一定增大。( )
(17)温度、催化剂、压强能改变活化分子的百分数。( )(18)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。( )(19)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。( )
2.深度思考:(1)按要求填空。①形状、大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率:铁________铝。
②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”)A.升高温度:________;B.增大盐酸浓度:________;C.增大铁的质量:________;D.增加盐酸体积:________;E.把铁片改成铁粉:________;F.滴入几滴CuSO4溶液:________;G.加入NaCl固体:________
③若把②中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2,为什么?__________________________________________________________(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”)。
否。Fe和稀硝酸反应生成NO;常温下,Fe遇浓硫酸钝化。
①缩小体积使压强:________,原因是______________________ __________________________________________。②恒容充入N2:________。③恒容充入He:________,原因是___________________________ ___________________。④恒压充入He:________。
(3)升高温度和使用催化剂都能加快反应速率,从活化分子的角度分析两者有何相同点与不同点?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)在铁与稀硫酸的反应混合物中分别加入少量①CuSO4,②CH3COONa固体,产生氢气的速率如何变化?解释变化的原因。
[提示] (4)加少量CuSO4产生氢气的速率加快;原因是Fe置换Cu2+生成单质Cu,Cu与Fe及H2SO4形成原电池加快反应速率。加入CH3COONa固体产生H2的速率减小;原因是CH3COO-结合H+,降低了H+浓度,反应速率减小。
微考点1 外界条件对反应速率的影响
C.当一定量的锌粉和过量的6 ml·L-1盐酸反应时,为了减小反应速率,又不影响产生H2的总量,可向反应器中加入一些水或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
[解析] 温度升高,正、逆反应的速率均增大,A项错误;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项错误;若能使溶液中氢离子浓度减小,则反应速率将减小,因此可选水或CH3COONa溶液,但不能用NaNO3溶液,因为在酸性溶液中NO将和锌粉发生氧化还原反应生成氮的氧化物,从而使生成的H2的量减少,C项错误;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项正确。
萃取精华:由于固体和纯液体的浓度可视为常数,故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时,其表面积增大将导致反应速率增大。改变温度、使用催化剂,反应速率一定发生变化,其他外界因素改变,反应速率是否发生变化要具体情况具体分析。其他条件一定,升高温度,不论正反应还是逆反应,不论放热反应还是吸热反应,反应速率都要增大,只不过正、逆反应速率增加的程度不同。
(2021·经典习题汇编)关于有效碰撞理论,下列说法正确的是________(填序号)。①活化分子间所发生的所有碰撞均为有效碰撞②具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞就一定能发生化学反应③增大反应物浓度能够增大活化分子百分数,化学反应速率一定增大④升高温度,活化分子百分数增加,化学反应速率一定增大⑤催化剂能使活化能降低,使活化分子百分数增大,反应速率加快⑥增大压强,活化分子数一定增加,化学反应速率一定增大
微考点2 催化剂与反应机理、活化能
[解析] 能发生反应的碰撞为有效碰撞,故①错误。活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应,如果不是有效碰撞,则不能反应,故②错误。增大反应物浓度,活化分子百分数不变,单位体积内分子总数增大,增加了单位体积内活化分子的数目,有效碰撞次数增多,反应速率加快,故③错误。升高温度,活化分子百分数增大,单位体积内的活化分子数目增大,有效碰撞次数增多,反应速率加快,故④正确。
催化剂能使活化能降低,使活化分子数增多,活化分子百分数增大,反应速率加快,故⑤正确。恒温恒容下,通入不反应的气体,增大压强,气体反应物的浓度不变,单位体积内活化分子数目不变,气体的反应速率不变,故⑥错误。
〔对点集训2〕 (2021·东莞模拟)某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能,E2表示逆反应的活化能)。
下列有关叙述正确的是( )A.该反应为放热反应B.催化剂能改变该反应的焓变C.催化剂能降低该反应的活化能D.逆反应的活化能大于正反应的活化能[解析] 由图可以看出,反应物的总能量低于生成物的总能量,该反应为吸热反应,A错;催化剂不能改变反应的焓变,B错;由图象可以看出,催化剂能降低该反应的活化能,C正确;由图象可以看出E1>E2,即逆反应的活化能小于正反应的活化能,D错。
(2021·山东青岛高三检测)其他条件相同时,不同pH条件下,用浓度传感器测得反应2A+B===3C+D中产物D的浓度随时间变化的关系如图。
微考点3 化学反应速率的图像
则下列有关说法正确的是( )A.pH=8.8时,升高温度,反应速率不变B.保持外界条件不变,反应一段时间后,pH越小,D的浓度越大C.为了实验取样,可以采用调节pH的方法迅速停止反应D.减小外界压强,反应速率一定减小
[解析] pH=8.8时,升高温度,反应速率一定增大,A错误;保持外界条件不变,反应初期,pH=7.5和pH=8.2时D的浓度相同,B错误;pH=8.8时,反应速率接近于0,可认为反应停止,所以调节pH可迅速停止反应,C正确;对于没有气体参加的反应,减小压强,反应速率几乎不变,D错误。
〔对点集训3〕 (1)(2021·山东济南高三检测)一定条件下,用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收,使SO2转化生成为S。催化剂不同,其他条件(浓度、温度、压强)相同情况下,相同时间内SO2的转化率随反应温度的变化如图,
下列说法不正确的是( )A.不考虑催化剂价格因素,选择Fe2O3作催化剂可以节约能源B.其他条件相同时,选择Cr2O3作催化剂,SO2的平衡转化率最小C.a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了D.选择Fe2O3作催化剂,最适宜温度为340~380 ℃温度范围
[解析] 根据图像可知,当温度在340 ℃时,在Fe2O3作催化剂条件下,反应先达到平衡,SO2的平衡转化率最大,A正确;其他条件相同时,选择Cr2O3作催化剂,在温度为300 ℃时,SO2的平衡转化率不是最小的,B错误;催化剂催化能力需要维持在一定的温度下,温度太高,催化剂活性可能会降低,C正确;340~380 ℃温度范围内,催化剂的催化能力较大,二氧化硫的转化率也较大,更高的温度对转化率影响不大且对设备要求较高,D正确。
反应,随反应进行温度逐渐升高,导致v逐渐增大
溶液中c(H+)逐渐减小,导致
萃取精华:有关化学反应速率的图像分析方法认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与有关的原理挂钩。看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,一般生成物多数以原点为起点。
抓住变化趋势,分清正、逆反应,吸、放热反应。升高温度时,v(吸)>v(放),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)突变,v(逆)渐变。
2.掌握1条规律对于可逆反应mA(g)+nB(g)===pC(g),v(A)∶v(B)∶v(C)=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)=Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=m∶n∶p。3.3个反应速率的注意点(1)所求反应速率为平均反应速率。(2)不能用固体和纯液体表示。(3)不同物质表示的反应速率值可能不同。4.2个比较反应速率大小的方法(1)归一法;(2)比值法
5.理解影响化学反应速率的5个因素(1)增大反应物浓度;(2)增大气体反应物压强;(3)升高温度;(4)使用催化剂;(5)增大反应物表面积,化学反应速率均增大。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,其次是温度,最后是浓度。
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