2021版高考化学（人教版）一轮复习学案：第22讲　化学反应速率


第22讲　化学反应速率

　考点一　化学反应速率的概念及计算

[知识梳理]
1．化学反应速率

2．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＝物质的量变化量之比＝物质的量浓度变化量之比。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。(　　)
(2)对于任何化学反应来说，都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速率。(　　)
(3)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率。(　　)
(4)化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1。(　　)
(5)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。(　　)
(6)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快。(　　)
(7)化学反应速率指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×
2．(教材改编题)在2 L的密闭容器中发生某反应后，各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

回答下列问题：
(1)该反应的反应物是________，生成物是________，反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)0～10 s的平均反应速率v(H2)＝_____________________________________。
(3)能否用I2(s)的物质的量浓度变化量来表示该反应的速率？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)H2和I2　HI　H2(g)＋I2(s)2HI(g)
(2)0.039 5 mol·L－1·s－1
(3)否

演练一　化学反应速率的大小比较
1．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是(　　)
A．v(A)＝0.5 mol·L－1·min－1
B．v(B)＝1.2 mol·L－1·s－1
C．v(D)＝0.4 mol·L－1·min－1
D．v(C)＝0.1 mol·L－1·s－1
解析：选D。本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较。B物质是固体，不能用其浓度的变化表示反应速率；C项中对应的v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1；D项中对应的v(A)＝3 mol·L－1·min－1。
2．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下：
①v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1
②v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1
③v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1
④v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1
⑤v(NO2)＝0.01 mol·L－1·s－1
上述5种情况反应的速率由大到小的顺序为_______________________________。
解析：②经转化可表示为v(CO)＝2v(NO2)＝1.4 mol·L－1·min－1；③经转化可表示为v(CO)＝4v(N2)＝1.6 mol·L－1·min－1；④经转化可表示为v(CO)＝v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1；⑤经转化可表示为v(CO)＝2v(NO2)＝0.02 mol·L－1·s－1＝1.2 mol·L－1·min－1，故反应速率由大到小的顺序为③>①>②>⑤>④。
答案：③>①>②>⑤>④

同一化学反应中反应快慢的比较方法
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)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应，如aA＋bB===cC＋dD，比较与，若>，则用A表示的反应速率比用B表示的反应速率大。
演练二　化学反应速率的计算
3．在一密闭容器中充入一定量的N2和O2，在电火花作用下发生反应N2＋O2===2NO，经测定前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，则6 s末NO的浓度(　　)
A．等于1.2 mol·L－1
B．小于1.2 mol·L－1
C．大于1.2 mol·L－1
D．不能确定
解析：选B。前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L－1·s－1，即用NO表示的反应速率为0.2 mol·L－1·s－1。如果3～6 s用NO表示的反应速率仍为0.2 mol·L－1·s－1，则6 s末NO的浓度为1.2 mol·L－1。由于随着反应进行，反应物浓度减小，反应速率减慢，故6 s末NO的浓度小于1.2 mol·L－1。
4．(经典题)将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1，现有下列几种说法：①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L－1·s－1；②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L－1·s－1；③2 s时物质A的转化率为70%；④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1。其中正确的是(　　)
A．①③　　　　　　　　 B．①④
C．②③ D．③④
解析：选B。A、B的起始浓度分别为2 mol·L－1、1 mol·L－1，由2 s后C的浓度可得A、B的变化浓度分别为0.6 mol·L－1、0.3 mol·L－1，所以用A、B表示的反应的平均速率分别为0.3 mol·L－1·s－1、0.15 mol·L－1·s－1，2 s时A、B的浓度分别为1.4 mol·L－1、0.7 mol·L－1。2 s时物质A的转化率为30%。
5．[2018·高考全国卷Ⅰ，28(2)②]F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
解析：t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据“三段式”法得
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始/kPa 35.8 0 0
转化/kPa 5.8 5.8 2.9
62 min/kPa 30.0 5.8 2.9
则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。
答案：30.0　6.0×10－2

化学反应中各物质浓度(或压强)
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)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应　　　　　　　　mA　＋　nB　　pC
起始浓度/(mol·L－1) a b c
转化浓度/(mol·L－1) x
某时刻浓度/(mol·L－1) a－x b－ c＋
　考点二　影响化学反应速率的因素

[知识梳理]
一、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。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．外因(其他条件不变，只改变一个条件)

二、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：普通分子变为活化分子所需要吸收的最低能量。

上图中：E1为反应的活化能，E2为活化分子变成生成物分子放出的能量，E3为使用催化剂时的活化能，E1－E2为反应热。由此可见，活化能小的反应速率快，活化能大的反应速率慢。
(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

[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2018·高考江苏卷)在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快。(　　)
(2)催化剂都不参加化学反应。(　　)
(3)一般情况下，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。(　　)
(4)可逆反应中减小产物的浓度可增大正反应的速率。(　　)
(5)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大。(　　)
(6)对可逆反应FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl，增大氯化钾浓度，逆反应速率加快。(　　)
(7)催化剂能降低反应的活化能，ΔH也会发生变化。(　　)
(8)温度、催化剂能改变活化分子的百分数。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)√
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”)。
(1)缩小体积使压强增大：________；
(2)恒容充入N2：________；
(3)恒容充入He：________；
(4)恒压充入He：________。
答案：(1)增大　(2)增大　(3)不变　(4)减小

气体反应体系中充入“惰性气体”(不参与反应)时
对反应速率的影响
(1)恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。

1．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行，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．②④
解析：选C。增大固体的量、恒容时充入“惰性气体”对化学反应速率均无影响。
2．(教材改编题)下列措施对增大反应速率明显有效的是(　　)
①Al在氧气中燃烧生成Al2O3，将Al片改成Al粉
②Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用98%浓硫酸
③Zn与稀硫酸反应制取H2时，滴加几滴CuSO4溶液
④K2SO4与BaCl2两溶液反应时，增大压强
⑤2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔHv(c) B．v(b)>v(c)>v(a)
C．v(c)>v(a)>v(b) D．v(b)>v(a)>v(c)
解析：选B。合成氨的化学方程式为3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，反应速率可换成用同一物质来表示，再比较其大小。
5．(教材改编题)在一定条件下，可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH0，若15 s内c(HI)由0.1 mol·L－1降到0.07 mol·L－1，则下列说法正确的是(　　)
A．0～15 s内用I2表示的平均反应速率为v(I2)＝0.002 mol·L－1·s－1
B．c(HI)由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1所需的反应时间小于10 s
C．升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢
D．减小反应体系的体积，化学反应速率加快
解析：选D。0～15 s内，v(I2)＝v(HI)＝×＝0.001 mol·L－1·s－1，A项错误；随着反应的进行，c(HI)减小，v(HI)减小，故c(HI)由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1所需时间大于10 s，B项错误；升高温度，正、逆反应速率均加快，C项错误；减小反应体系的体积，压强增大，反应速率加快，D项正确。
7．如图所示为800 ℃时，A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是(　　)

A．发生的反应可表示为2A(g)2B(g)＋C(g)
B．前2 min A的分解速率为0.1 mol·L－1·min－1
C．开始时，正、逆反应同时开始
D．2 min时，A、B、C的浓度之比为2∶3∶1
解析：选C。根据图像，反应过程中A的浓度减小，B、C的浓度增大，因此A为反应物，B、C为生成物，根据浓度的变化量可以确定反应为2A(g)2B(g)＋C(g)，A项正确；前2 min，v(A)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，B项正确；开始时加入的物质只有A和B，不能进行逆反应，C项错误；根据图像，2 min时，A、B、C的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.1 mol·L－1，D项正确。
8．(新题预测)反应速率和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。化学反应H2＋Cl2===2HCl的反应速率可表示为v＝k·cm(H2)·cn(Cl2)，式中k为常数，m、n值可由下表中数据确定。由此可推得m、n值分别是(　　)
c(H2)/(mol·L－1)
c(Cl2)/(mol·L－1)
v/(mol·L－1·s－1)
1.0
1.0
1.0k
2.0
1.0
2.0k
2.0
4.0
4.0k
A.m＝1、n＝1 B．m＝、n＝
C．m＝1、n＝ D．m＝、n＝1
解析：选C。设三组数据编号分别为①②③，则由＝＝2＝＝2m，解得m＝1；由＝＝2＝＝4n，解得n＝，故选C。
9．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，判断下列说法正确的是(　　)

A．pH越小，氧化率越大
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
解析：选D。由②③可知，温度相同时，pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大；Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
10．把0.6 mol气体X和0.4 mol气体Y混合于2.0 L的密闭容器中，发生如下反应：3X(g)＋Y(g)nZ(g)＋2W(g)，测得5 min末生成0.2 mol W，又知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol·L－1·min－1，则n值是(　　)
A．1　　　　B．2　　　　C．3　　　　D．4
解析：选A。v(W)＝＝0.02 mol·L－1·min－1，又因v(Z)＝0.01 mol·L－1·min－1，则v(W)∶v(Z)＝0.02∶0.01＝2∶1，故n＝1。
二、非选择题
11．根据反应4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，试回答下列问题。
(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率：____________。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L－1·s－1时，则氧气减少的速率为____________。
(3)若测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L－1，此段时间内SO2的生成速率为0.4 mol·L－1·s－1，则开始时氧气的浓度为____________。
解析：(1)一般不用固体和纯液体来表示反应速率，所以可用O2和SO2来表示该反应的反应速率。(2)不同物质表示的反应速率和化学方程式中对应化学计量数成正比，所以氧气减少的速率为0.64 mol·L－1·s－1×＝0.88 mol·L－1·s－1。(3)此段时间内SO2的生成速率为0.4 mol·L－1·s－1，则用O2表示的反应速率为0.4 mol·L－1·s－1×＝0.55 mol·L－1·s－1，O2的变化浓度为0.55 mol·L－1·s－1×4 s＝2.2 mol·L－1，开始时O2的浓度为2.8 mol·L－1＋2.2 mol·L－1＝5.0 mol·L－1。
答案：(1)O2和SO2　(2)0.88 mol·L－1·s－1
(3)5.0 mol·L－1
12．(经典题)煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气，反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。能使化学反应速率加快的措施有________。
A．增加C的物质的量
B．升高反应温度
C．随时吸收CO、H2转化为CH3OH
D．密闭定容容器中充入CO(g)
(2)将不同物质的量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下两组数据：
实验组
温度
/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
H2O
CO
H2
CO
1
650
2
4
1.6
2.4
5
2
900
1
2
0.4
1.6
3
①实验1中以v(CO2)表示的化学反应速率为________________。
②该反应的逆反应为________(填“吸”或“放”)热反应。
(3)在一容积为2 L的密闭容器内加入2 mol CO和6 mol H2，在一定条件下发生如下反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH