模块3　主题2　第1讲　化学反应速率与反应进行的方向 课件 2025高考化学一轮复习

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1. 了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。2. 认识温度、浓度、压强和催化剂影响化学反应速率的一般规律。3. 能用焓变和熵变说明常见化学反应的方向。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。
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量，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。其单位是ml·L－1·s－1、ml·L－1·min－1等。据此回答下列问题。
活动一 化学反应速率的表示方法及简单计算
1. 某温度时，在体积为2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示。
(1) 由图中数据分析，写出反应的化学方程式。(2) 反应4 min时达到平衡，以X、Y、Z的浓度变化表示的化学反应速率分别是多少？【答案】 v(X)＝0.012 5 ml·L－1·min－1v(Y)＝0.037 5 ml·L－1·min－1　v(Z)＝0.025 ml·L－1·min－1(3) 该可逆反应中，X、Y的转化率分别是多少？当X、Y的起始物质的量满足什么条件时，X、Y的转化率相等？【答案】 10%、30%。X、Y起始物质的量之比等于对应物质的化学计量数之比。
2. 反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同条件下的反应速率如下：①v(A)＝0.15 ml·L－1·s－1②v(B)＝0.6 ml·L－1·s－1③v(C)＝0.4 ml·L－1·s－1④v(D)＝0.45 ml·L－1·s－1请你比较上述反应进行的快慢。【答案】 ④>②＝③>①
除了反应物的性质外，反应物的浓度、反应体系的温度、压强的大小、催化剂的使用与否，以及固体反应物颗粒的大小等都会影响反应速率。
活动二 影响化学反应速率的因素
1. 下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据，分析有关数据，回答下列问题。
(1) 由实验①②可得出什么结论？能得出同一结论的实验还有哪些？【答案】 接触面积越大，反应速率越大。能得出同一结论的实验还有④⑤。(2) 探究反应物浓度对反应速率产生影响的实验有哪些？探究反应物温度对反应速率产生影响的实验有哪些？【答案】 ①③④⑥⑧。⑥⑦和⑧⑨。(3) 本实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，分析其原因是什么。【答案】 实验中硫酸过量，金属完全反应，放出的热量相等，而反应在绝热条件下进行，所以使等体积溶液的温度升高值相近。
2. 把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐酸的试管中，发现氢气的生成速率变化情况如图甲所示。(1) 分析化学反应速率变化的原因。①t1～t2速率变化的主要原因是什么？【答案】 镁条与盐酸反应放热，温度升高使反应速率增大。
②t2～t3速率变化的主要原因是什么？【答案】 盐酸浓度减小，反应速率减小。(2) 在图乙中画出生成H2的体积随时间变化的示意图。【答案】
3. 以软锰矿浆(主要成分为MnO2，杂质为Fe、Al等元素的氧化物)和烟气(含有SO2、O2等)为原料可制备Mn2O3。向一定量软锰矿浆中匀速通入烟气，溶液中c(H2SO4)、c(MnSO4)随吸收时间的变化如图所示。
(1) 软锰矿浆吸收烟气中SO2生成MnSO4。Mn2＋基态核外电子排布式为_____________________________。(2) 随着吸收时间增加，溶液中c(H2SO4)的增加呈现由慢到快的趋势，其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5
生成的Mn2＋催化O2氧化SO2生成H2SO4
4. 利用活性含氧微粒——羟基自由基(·OH，电中性)进行污染治理具有重要意义。(1) pH＝3时，Fe2＋可循环催化H2O2的分解生成H2O和O2，过程中会产生·OH 中间体。反应分别如下：ⅰ. Fe2＋＋H2O2＋H＋===Fe3＋＋H2O＋·OH；　ⅱ. _____________________________________(将ⅱ补充完整)。
2Fe3＋＋2·OH===2Fe2＋＋O2↑＋2H＋
(2) 已知：羟基自由基容易发生反应2·OH===H2O2而猝灭。用 H2O2分解产生的·OH 脱除苯酚，当其他条件不变时，不同温度下，苯酚的浓度随时间的变化如下图所示。
①0～20min时，40℃比30 ℃时反应速率大的原因是　　 　　　 　 　　　　　　　。②0～20 min时，50 ℃与40 ℃反应速率基本相同的原因是_________________________________________________________________________________。
40 ℃时，生成·OH的速率大
50 ℃时，·OH发生猝灭的速率增大，导致·OH浓度下降(50 ℃时H2O2分解速率增大)
25 ℃时用过量S2－还原Cr(Ⅵ)，发现反应后期Cr(Ⅵ)被还原的速率反而增大。产生该现象的原因可能是______________________________ ________________________________________________________________________；验证的实验方法是__________________________________ ___________________________。
S2－过量，水溶液中S2－能与单质硫
可以在不同反应时间但相同反应时长的条件下，观察溶液褪色程度
(2) 金属也可用于还原废水中的Cr(Ⅵ)。其他条件相同时，用相同物质的量的Zn粉、Zn－Cu粉分别处理pH＝2.5的含Cr(Ⅵ)废水，废水中Cr(Ⅵ)残留率随时间的变化如图所示。图中b对应的实验方法处理含Cr(Ⅵ)废水的效果更好，其原因是________________________________ _______________。
Zn－Cu粉在溶液中形成原电池，增大反应速率
1. 焓判据。已知下列反应都能自发进行，你认为它们能进行的原因是什么？(1) C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 217.5 kJ·ml－1(2) 4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH＝－1 648.4 kJ·ml－1【答案】 两个反应气体分子数均减少，即ΔS<0，故能自发进行的原因一定是ΔH＜0。
活动三 化学反应进行的方向
2. 熵判据。下列变化在一定条件下也能自发进行，你能作出合理解释吗？(3) 2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋2H2O(l)＋CaCl2(s)　ΔH＞0【答案】 这三个变化的过程都是吸热过程，故能自发进行的原因一定是ΔS>0。
3. 已知：一般气体分子数增多的反应是熵增加的反应。判断一定条件下，下列哪一个反应不可能自发进行？判断的依据是什么？A. 2O3(g)===3O2(g)　ΔH＜0B. 2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH＞0C. N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＜0D. CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0【答案】 B不可能自发进行。该反应的ΔH＞0、ΔS＜0，既不符合焓判据，也不符合熵判据。
A. 上述反应ΔS>0C. 气缸内温度升高，正反应速率增大，逆反应速率减小D. 实际应用中，控制气缸内空燃比越小，机动车尾气对环境的污染越小
2 (2023江苏卷)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)，既可以除去天然气中的H2S，又可以获得H2。下列说法正确的是(　　)A. 该反应的ΔS<0C. 题图所示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用D. 该反应中每消耗1 ml H2S，转移电子的数目约为2×6.02×1023
3 对于反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－116 kJ·ml－1 ，下列有关说法不正确的是(　　)B. 反应活化能：Ea(正)回答下列问题。(1) 反应2 min内，vA＝_________________________， vB＝______________。(2) 化学方程式中，x＝________、y＝________、p＝________、q＝________。
(3) 反应平衡时，D为2a ml，则B的转化率为________。(4) 如果只升高反应温度，其他反应条件不变，平衡时D为1.5a ml，则该反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。(5) 如果其他条件不变，将容器的容积变为1 L，进行同样的实验，则与上述反应比较。①反应速率___________(填“增大”“减小”或“不变”)，理由是__________________________________________________。②平衡时，反应物的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)，理由.是________________________________________________________________________________________________________。
容器体积减小，各物质的浓度增大，因而反应速率增大
容器体积减小，气体的压强增大，平衡向气体分子数减少的方向(即逆反应方向)移动，因而反应物的平衡转化率减小
5 超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：为了测定在某种催化剂作用下的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如下表所示。
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)。(1) 在上述条件下反应能够自发进行，则反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。(2) 前2 s内的平均反应速率v(N2)＝________________________。　(3) 假设在密闭容器中发生上述反应，达到平衡时下列措施能提高NO转化率的是________(填字母)。A. 选用更有效的催化剂　B. 升高反应体系的温度C. 降低反应体系的温度D. 缩小容器的体积
1.875×10－4 ml·L－1·s－1
(4) 研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
①请在上表格中填入剩余的实验条件数据。②请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号。
6 我国学者分别使用Fe2O3和Fe3O4作催化剂对燃煤烟气脱硝脱硫进行了研究。(1) 催化剂制备。在60～100 ℃条件下，向足量NaOH溶液中通入N2一段时间，再加入适量新制FeSO4溶液，充分反应后得到混合物X；向混合物X中加入NaNO3溶液，充分反应后经磁铁吸附、洗涤、真空干燥，制得Fe3O4催化剂。①通入N2的目的是_________________________________________。 ②混合物X与NaNO3反应生成Fe3O4和NH3，该反应的化学方程式为______________________________________________________。
排出NaOH溶液中的O2, 防止Fe2＋被氧化为Fe3＋
(2) 催化剂性能研究。如图甲所示，当其他条件一定时，分别在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测定H2O2浓度对模拟烟气(含一定比例的NO、SO2、O2、N2)中NO和SO2脱除率的影响，NO脱除率与H2O2浓度的关系如图乙所示。
已知：·OH能将NO、SO2氧化。·OH产生机理如下：反应Ⅰ. Fe3＋＋H2O2===Fe2＋＋·OOH＋H＋(慢反应)反应Ⅱ. Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋·OH＋OH－(快反应)①与Fe2O3作催化剂相比，相同条件下Fe3O4作催化剂时NO脱除率更高，其原因是________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 ②部分NO被氧化成NO2，NO2被NaOH溶液吸收生成两种含氧酸钠盐，该反应的离子方程式为___________________________________。
Fe3O4催化剂表面同时存在Fe2＋和Fe3＋， Fe2＋直接通过反应Ⅱ快速产生·OH, c(·OH)更大； Fe2O3 催化剂表面仅存在Fe3＋，Fe3＋需先通过慢反应Ⅰ产生Fe2＋，再通过快反应Ⅱ产生·OH，总反应速率由慢反应Ⅰ决定， c(·OH)小于前者；故Fe3O4作催化剂比Fe2O3作催化剂时NO脱除率更高　
③实验表明·OH氧化SO2的速率比氧化NO速率慢。但在无催化剂、Fe2O3作催化剂、Fe3O4作催化剂的条件下，测得SO2脱除率几乎均为100%的原因是　　　　　　　　 　　　　 　　　　。
SO2几乎完全被NaOH溶液吸收