人教版高考化学一轮复习第8章化学反应速率和化学平衡第1节化学反应速率学案含答案

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第一节　化学反应速率化学反应速率的有关计算 [以练带忆]1．在2 L的恒容密闭容器中，充入1 mol A和3 mol B，并在一定条件下发生反应：A(s)＋3B(g)2C(g)。若经3 s后测得C的浓度为0.6 mol/L，下列说法正确的是(　　)①用A表示的反应速率为0.1 mol/(L·s)②用B表示的反应速率为0.4 mol/(L·s)③3 s时生成C的物质的量为1.2 mol④3 s时B的物质的量浓度为0.6 mol/LA．①②④　　　　 B．①③④ C．③④ D．②③④C　解析：A是固体，不能用A表示反应速率，①错误；v(C)＝eq \f(0.6 mol/L,3 s)＝0.2 mol/(L·s)，化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(B)＝eq \f(3,2)v(C)＝0.3 mol/(L·s)，②错误；3 s时生成C的物质的量为n＝cV＝0.6 mol/L×2 L＝1.2 mol，③正确；3 s时转化的B的物质的量为1.8 mol，剩下的B的物质的量为1.2 mol，所以B的物质的量浓度为eq \f(1.2 mol,2 L)＝0.6 mol/L，④正确。2．一定温度下，向容积为 2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应生成另外两种气体，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断正确的是(　　)A．该反应的化学方程式为3B(g)＋4D(g)6A(g)＋2C(g)B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为 0.05 mol/(L·s)D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等C　解析：该反应中各物质的物质的量变化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝(1.2－0) mol∶(1.0－0.4) mol∶(1.0－0.2) mol∶(0.4－0) mol＝6∶3∶4∶2，又因为各物质的浓度最终不变，且均不为0，故该反应为可逆反应，所以反应的化学方程式为3B(g)＋4C(g) 6A(g)＋2D(g)，A错误；任意时刻，用各物质表示的反应速率之比都等于各物质的化学计量数之比，B、D错误；前6 s，v(B)＝eq \f(\f(1.0－0.4mol,2 L),6 s)＝0.05 mol/(L·s)，C正确。3．在一定条件下，对于A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)反应来说，以下化学反应速率的表示中，化学反应速率最快的是(　　)A．v(A2)＝0.8 mol/(L·s)B．v(A2)＝30 mol/(L·min)C．v(AB3)＝1.0 mol/(L·s)D．v(B2)＝1.2 mol/(L·s)A　解析：A项，v(A2)＝0.8 mol/(L·s)；B项，v(A2)＝0.5 mol/(L·s)；C项，v(A2)＝eq \f(1,2)v(AB3)＝0.5 mol/(L·s)；D项，v(A2)＝eq \f(1,3)v(B2)＝0.4 mol/(L·s)，数值大的反应速率快。[练后梳理]1．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少或反应产物浓度的增加表示。2．化学反应速率的数学表达式及单位v＝eq \f(Δc,Δt)，单位为mol/(L·min)或mol/(L·s)。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)由v＝eq \f(Δc,Δt)计算得到的反应速率是平均速率而不是瞬时速率，且不论用反应物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表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。4．化学反应中各物质浓度、反应速率的计算模式——“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)根据已知条件列式计算。例如：反应　　　　mA　＋　nBpCt0 s/(mol/L)　　　 a　　 b　 0转化/(mol/L)　　 x　　　　eq \f(nx,m)　　eq \f(px,m)t1 s/(mol/L)　　 a－x　 b－eq \f(nx,m) eq \f(px,m)则v(A)＝eq \f(x,t1－t0) mol/(L·s)，v(B)＝eq \f(nx,mt1－t0) mol/(L·s)，v(C)＝eq \f(px,mt1－t0) mol/(L·s)。5．化学反应速率大小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)也可以直接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＋bBcC＋dD，比较eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)，若eq \f(vA,a)＞eq \f(vB,b)，则A表示的反应速率比B的大。影响化学反应速率的因素 [以练带忆]1．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(　　)①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积变大A．①④ B．②③ C．①③ D．②④C　解析：C为固体反应物，增加其用量，对反应速率几乎没有影响；容器体积缩小一半，气体的浓度增大，反应速率增大；体积不变，充入N2，体系总压强增大，但反应混合物的浓度并未改变，反应速率基本不变；压强不变，充入N2，使容器的体积增大，总压强不变，但反应混合物的浓度变小，反应速率减小。2．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器里，产生H2的速率可由如图表示。在下列因素中，影响反应速率的因素是(　　)①盐酸的浓度　②镁条的表面积③溶液的温度　④Cl－的浓度A．①④　　 B．③④ C．①②③ D．②③④C　解析：镁条和盐酸反应产生H2的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，是镁与H＋间的置换反应，与Cl－无关。在镁条的表面有一层氧化膜，当将镁条投入盐酸中时，随着氧化膜的不断溶解，镁与盐酸接触面积不断增大，产生H2的速率会加快；溶液的温度对该反应也有影响，反应放出热量，使温度升高，反应速率也会加快；随着反应的进行，c(H＋)不断减小，反应速率会逐渐减小。3．下列说法正确的是(　　)A．活化分子的每一次碰撞都能够发生化学反应B．能够发生有效碰撞的分子是活化分子C．反应物用量增加后，有效碰撞次数增多，反应速率增大D．催化剂能提高活化分子的活化能，从而加快反应速率B　解析：活化分子只有发生有效碰撞才能发生化学反应，A项错误；增加固体或纯液体的量，反应速率不变，C项错误；催化剂能降低反应的活化能，使原来不是活化分子的分子变成活化分子，提高了活化分子的百分数，加快了化学反应速率。[练后梳理]1．影响化学反应速率的内因反应物本身的性质是主要因素。例如，相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg＞Al。2．影响化学反应速率的外因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)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。(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的，所以分析压强的改变对反应速率的影响时，要从反应物浓度是否发生改变的角度分析。若改变总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变。(3)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，反应速率则不一定发生变化。(4)其他条件一定时，升高温度，无论正反应还是逆反应，无论放热反应还是吸热反应，反应速率都增大，只是正、逆反应速率增大的程度不同。4．外界条件对化学反应速率的影响图像考点　“控制变量法”探究反应速率的影响因素[抓本质·悟考法] (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：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：表中Vx＝________，理由是____________________________________________________________________________________________________________。【解题关键点】　(1)化学反应速率的测定，可以测量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。(2)要分析实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的，可根据两实验中变量的不同得出结论。【易错失分点】　对于表中Vx，有些同学不知道加入水的作用而无法判断。加入水，是保证每组实验中其他物质的浓度相等(只有K2S2O8溶液的浓度不同)，即溶液的总体积相等，都是20.0 mL。[自主解答]________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________解析：(1)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，故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。所以实验Ⅲ和实验Ⅳ的目的是探究硫酸铜的量对反应速率的影响。(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，故应使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20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。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　溶液总体积相等，反应物K2S2O8浓度改变，而其他物质浓度不变[多角度·突破练]⊳角度1　单变量对化学反应速率的影响1．(2020·海口模拟)关于一定条件下的化学平衡：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH<0。 下列说法正确的是(　　)A．恒温恒容，充入H2，v(正)增大，平衡右移B．恒温恒容，充入He，v(正)增大，平衡右移C．加压，v(正)、v(逆)不变，平衡不移动D．升温，v(正)减小，v(逆)增大，平衡左移A　解析：A项，恒温恒容，充入H2，c(H2)增大，v(正)增大，v(逆)不变，平衡右移，正确；B项，恒温恒容，充入He，各物质浓度不变，正、逆反应速率不变，平衡不移动，错误；C项，加压，v(正)、v(逆)都增大且增大程度相同，平衡不移动，错误；D项，升温，v(正)、v(逆)都增大，正反应放热，平衡左移，错误。2．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是(　　)C　解析：由于K比Na活泼，故外形、大小相同的金属K和Na与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。外界条件对反应速率影响四注意(1)恒温时，压缩体积eq \o(――→,\s\up8(引起))压强增大eq \o(――→,\s\up8(引起))反应物浓度增大eq \o(――→,\s\up8(引起))反应速率加快。(2)恒温时，对于恒容密闭容器。①充入气体反应物eq \o(――→,\s\up8(引起))气体反应物浓度增大(压强也增大)eq \o(――→,\s\up8(引起))反应速率加快。②充入“惰性”气体eq \o(――→,\s\up8(引起))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eq \o(――→,\s\up8(引起))体积增大eq \o(――→,\s\up8(引起))气体反应物浓度减小eq \o(――→,\s\up8(引起))反应速率减小。(4)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。⊳角度2　多变量对化学反应速率的影响3．探究2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O反应速率的影响因素，有关实验数据如表所示：下列说法不正确的是(　　)A．a<12.7，b>6.7B．用KMnO4表示该反应速率，v(实验3)>v(实验1)C．用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为6.6×10－3 mol·L－1·min－1D．可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢B　解析：温度高，速率快，a<12.7，没有用催化剂，速率慢，b>6.7，A正确；实验3，用的KMnO4浓度低，用KMnO4表示该反应速率慢，v(实验3)T2C．40 min时，表格中T2对应反应已经达到平衡状态D．0～10 min，CH4的降解速率①>②C　解析：①中0～20 min，v(CH4)＝(0.5 mol－0.25 mol)/(2 L×20 min)＝0.006 25 mol/(L·min)，NO2的降解速率为v(NO2)＝2v(CH4)＝0.012 5 mol/(L·min)，故A错误；温度越高反应速率越大，由实验数据可知0～20 min，实验①中CH4物质的量的变化量为0.25 mol，实验②中CH4物质的量的变化量为0.32 mol，则实验②温度高，由实验数据可知实验控制的温度T1”“<”或“＝”)E2。(2)在373 K时，向体积为2 L的恒容真空容器中通入0.40 mol NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－57.0 kJ/mol。测得NO2的体积分数[φ(NO2)]与反应时间(t)的关系如下表：①0～20 min内，v(N2O4)＝________。②上述反应中，v正(NO2)＝k1·c2(NO2)，v逆(N2O4)＝k2·c(N2O4)，其中k1、k2为速率常数，则373 K时，k1、k2的数学关系式为________。改变温度至T1时k1＝k2，则T1________373 K(填“>”“<”或“＝”)。解析：(1)根据盖斯定律分析，①＋②即可得到反应2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，故对应的反应热之间的关系为ΔH＝ΔH1＋ΔH2；因为反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)为①＋②的结果，所以其平衡常数K＝K1·K2；反应慢的速率决定总反应速率，则决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应速率的是反应②，所以反应①的活化能E1远小于反应②的活化能E2。(2)①设0～20 min内生成N2O4的物质的量是x mol，浓度为eq \f(x,2) mol/L。　　　　　　　　　　2NO2(g)N2O4(g)开始/(mol/L): 0.2 0转化/(mol/L): x eq \f(x,2)20 min/(mol/L): 0.2－x eq \f(x,2)eq \f(0.2－x,0.2－x＋\f(x,2))＝0.75，解得：x＝0.08，v(N2O4)＝eq \f(x,2) mol/L÷20 min＝2×10－3 mol/(L·min)；②设平衡时N2O4的浓度为x mol/L。　　　　　　　2NO2(g)　　N2O4(g)开始/(mol/L): 0.2 　 0转化/(mol/L): 2x x平衡/(mol/L): 0.2－2x xeq \f(0.2－2x,0.2－2x＋x)＝0.4，x＝0.075，v正(NO2)∶v逆(N2O4)＝2∶1，即[k1·c2(NO2)]∶ [k2·c(N2O4)]＝2∶1，k1×0.052∶(k2×0.075)＝2∶1，所以k1＝60k2。若改变温度至T1时k1＝k2，则根据平衡时[k1·c2(NO2)]∶[k2·c(N2O4)]＝2∶1可知c(NO2)较原平衡增大，c(N2O4)较原平衡减小，说明平衡逆向移动，该反应正反应放热，所以T1>373 K。答案：(1)ΔH1＋ΔH2　K1·K2　②　<　(2)①2×10－3 mol/(L·min)　②k1＝60k2　>考试评价解读核心素养达成1.能进行化学反应速率的简单计算。2．能通过实验探究或用一定的理论模型分析说明外界条件改变对化学反应速率的影响。3．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、实验室中的简单实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。宏观辨识与微观探析知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。证据推理与模型认知理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。科学态度与社会责任了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。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。科学探究与创新意识能通过控制变量来探究影响化学反应速率的外界条件。改变反应物浓度增大反应物浓度减小生成物浓度改变反应体系压强(正反应方向为气体体积减小)增大压强减小压强改变反应体系压强(反应前后气体体积不变)增大压强减小压强改变反应温度(正反应放热)升高温度降低温度加入催化剂序号纯锌粉/g2.0 mol·L－1硫酸溶液/mL温度/ ℃硫酸铜固体/g加入蒸馏水/mLⅠ2.050.02500Ⅱ2.040.025010.0Ⅲ2.050.0250.20Ⅳ2.050.0254.00实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液①10.00.04.04.02.0②9.01.04.04.02.0③8.0Vx4.04.02.0选项反应甲乙A外形、大小相同的金属和水反应NaKB4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液0.2 mol·L－1的H2C2O4溶液C5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液反应热水冷水D5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2无MnO2粉末加MnO2粉末实验编号温度 ( ℃)催化剂用量(g)酸性KMnO4溶液H2C2O4溶液KMnO4溶液褪色平均时间(min)体积(mL)浓度(mol·L－1)体积(mL)浓度(mol·L－1)1250.540.180.212.72800.540.180.2a3250.540.0180.26.7425040.0180.2b实验编号①②③所加0.4 mol·L－1 H2SO4溶液的体积/mL30所加0.2 mol·L－1 CuSO4溶液的体积/mL00.55所加蒸馏水的体积/mL5探究硫酸铜对硫酸与锌反应速率的影响，设计实验时应注意的问题①②③30304.50温度、硫酸浓度、锌粒颗粒大小保持一致组别温度　　 时间/min n/mol010204050①T1n(CH4)0.500.350.250.100.10②T2n(CH4)0.500.300.180.15t/min020406080φ(NO2)1.00.750.520.400.40