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2022高考化学人教版一轮复习课件：第七单元 第1节 化学反应速率及影响因素
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这是一份2022高考化学人教版一轮复习课件：第七单元 第1节 化学反应速率及影响因素，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主预诊，化学反应速率，知识梳理，平均速率，化学计量数，m∶n∶p∶q，关键能力考向突破，答案B，答案C，网络构建等内容，欢迎下载使用。
2.化学反应速率应用中的注意事项(1)同一化学反应的反应速率可以用不同物质的物质的量浓度随时间的变化来表示,其数值可能相同,也可能不同,因此表示化学反应速率时要指明具体物质。(2)由v= 计算的反应速率是一段时间内的 而不是瞬时速率,且无论用反应物还是用生成物表示均取 值。
(3)对于固体或纯液体反应物,其浓度视为 ,故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。 (4)用不同物质的浓度变化表示同一化学反应的反应速率时,反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的 之比。例如,对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
3.化学反应速率的基本图像
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)化学反应速率是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。( )(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1。( )(4)由v= 计算平均速率,用反应物表示时为正值,用生成物表示时为负值。( )
(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)根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2.在2 L的密闭容器中发生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)该反应的反应物和生成物分别是 ,化学方程式为 。 (2)0~10 s的平均反应速率v(H2)= ;v(HI)= 。 (3)根据上述反应速率数值,分析用不同物质表示同一化学反应在同一时间内的化学反应速率的值是否必须相同? 。
答案 (1)H2和I2、HI H2(g)+I2(s) 2HI(g)(2)0.039 5 ml·L-1·s-1 0.079 ml·L-1·s-1(3)同一反应在同一时间内,用不同物质表示的化学反应速率的值可能相同,也可能不同,但表示的意义都相同,并且各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比
考向1 化学反应速率的计算【典例1】 (2020山东烟台模拟)化学反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少0.6 ml·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )A.用A表示的反应速率是0.4 ml·L-1·min-1B.分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1C.2 min末的反应速率用B表示是0.3 ml·L-1·min-1D.2 min内,用B和C表示的反应速率的值是相等的
答案 B 解析 该化学反应中物质A是固体,不能用A表示该反应的反应速率,A项错误;化学反应速率之比等于各物质的化学计量数之比,则v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶2∶1,B项正确;2 min末的反应速率为即时速率,用B表示的速率0.3 ml·L-1·min-1是2 min内的平均速率,C项错误;化学方程式中B和C前面的化学计量数不相等,则表示的反应速率的值不相等,D项错误。
对点演练1一定条件下,在体积为10 L的固定容器中发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应过程如图所示。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的物质的量随时间的变化关系C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75 ml·L-1·min-1D.10~12 min时,N2的平均反应速率v(N2)=0.25 ml·L-1·min-1
方法点拨 化学反应速率的计算方法(1)根据定义公式直接计算。(2)运用“三段式法”进行计算(具体步骤如下)。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:反应方程式 mA+nB pCt0 s时刻浓度/(ml·L-1) a b 0
(3)根据图像计算:找出图像中相应物质的变化量,再根据定义公式计算。
考向2 化学反应速率大小比较【典例2】 对于反应A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)来说,下列反应速率中表示该反应进行得最快的是( )A.v(A2)=0.6 ml·L-1·s-1B.v(B2)=2.7 ml·L-1·min-1C.v(AB3)=12 ml·L-1·min-1D.v(A2)=6 ml·L-1·min-1
答案 A 解析 A项,可表示为v(A2)=36 ml·L-1·min-1;B项,经转化可表示为v(A2)=0.9 ml·L-1·min-1;C项,经转化可表示为v(A2)=6 ml·L-1·min-1,故A项反应速率表示反应进行得最快。
对点演练2(2020湖南长沙模拟)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 ml·L-1·min-1B.v(B)=1.2 ml·L-1·s-1C.v(D)=0.4 ml·L-1·min-1D.v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
答案 D 解析 本题可以采用归一法进行求解,通过化学方程式中的化学计量数将不同物质表示的反应速率转化成同一物质表示的反应速率进行比较,B物质是固体,不能表示反应速率;C项中对应的v(A)=0.2 ml·L-1·min-1;D项中对应的v(A)=3 ml·L-1·min-1,故D项表示的反应速率最快。
方法技巧 化学反应速率大小的比较方法(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反应速率,再比较数值的大小。(3)比较化学反应速率与对应化学计量数的比值,即对于一般反应
知识梳理1.内因(主要因素)反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为F2>Cl2>Br2>I2,镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为Mg>Al>Zn>Fe。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
3.化学反应速率的理论解释——有效碰撞理论(1)有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞。(2)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。(3)活化能:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。图中:E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)对于反应2H2O2==2H2O+O2↑,加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。( )(2)由于固体浓度为一常数,所以块状CaCO3和粉状CaCO3与等浓度的盐酸反应产生氢气的速率一样快。( )(3)两试管各加入5 mL 0.1 ml·L-1Na2S2O3溶液,同时分别滴入55 mL 0.1 ml·L-1硫酸和盐酸,两支试管同时变浑浊。( )(4)100 mL 2 ml·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。( )
(5)使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)。( )(6)探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时,若先将两种溶液混合并计时,再用水浴加热至设定温度,则测得的反应速率偏高。( )(7)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.一定温度下,反应H2(g)+Cl2(g) ==2HCl(g)在密闭容器中进行,分析下列措施对该反应的反应速率的影响:(1)升高温度: 。 (2)缩小体积增大压强: 。 (3)恒容充入氢气: 。 (4)恒容充入氮气: 。 (5)恒压充入氮气: 。
答案 (1)增大 (2)增大 (3)增大 (4)无影响 (5)减小
考向1 外界条件对化学反应速率的影响【典例1】 10 mL浓度为1 ml·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的下列溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )①K2SO4溶液 ②CH3COONa溶液 ③CuSO4溶液 ④Na2CO3溶液A.①②B.①③C.③④D.②④
答案 A 解析 K2SO4溶液对盐酸起到稀释作用,使反应速率降低,但不影响H+的总物质的量,故不影响氢气生成量,①符合题意;CH3COONa溶液中的CH3COO-结合盐酸中的H+生成弱酸CH3COOH,即发生反应CH3COO-+H+ CH3COOH,降低了H+浓度,随着反应的进行上述平衡向左移动,故不影响氢气生成量,②符合题意;CuSO4会与Zn发生置换反应生成铜,铜附着在Zn表面,形成原电池,加快产生氢气的速率,③不符合题意;Na2CO3与HCl发生反应2H++C ==H2O+CO2↑,减小了H+的总物质的量,虽然能够降低反应速率,但同时也减少了氢气的总量,④不符合题意。
对点演练1在带有活塞的密闭容器中发生反应Fe2O3(s)+3H2(g) 2Fe(s)+3H2O(g),采取下列措施不能加快正反应速率的是( )A.减小容器容积B.保持容器容积不变,增加H2输入量C.充入He,保持容器内压强不变D.升高体系温度
答案 C 解析 A项减小容器容积,气体的浓度增大,正、逆反应速率均加快;B项保持容器容积不变,增加H2输入量,c(H2)增大,正、逆反应速率均加快;C项充入He,保持容器内压强不变,c(H2)、c(H2O)减小,正、逆反应速率减慢;D项升高温度,正、逆反应速率均增大。
规律小结 充入惰性气体(不参与反应)对反应速率的影响(1)恒容。充入“惰性气体”→总压增大→各物质浓度不变(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→各物质浓度减小(活化分子浓度减小)→反应速率减慢。
考向2 化学反应速率图像分析【典例2】 向某密闭容器中加入0.3 ml A、0.1 ml C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如图甲所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中化学反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的条件均不同。已知,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法错误的是( )
A.若t1=15,生成物C在t0~t1时间段的化学反应速率为0.004 ml·L-1·s-1B.t4~t5阶段改变的条件为减小压强,t5~t6阶段改变的条件是升高温度C.B的起始物质的量为0.02 mlD.该化学反应的表达式为3A(g) B(g)+2C(g)
对点演练2某密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是( )A.t2时加入了催化剂B.t3时减小了反应物浓度C.t5时增大了压强D.该反应最初是从逆反应开始的
答案 A 解析 t2时反应速率加快,而平衡不移动,则改变的条件是加入了催化剂,A项正确;t3时正、逆反应的速率都降低,则有降低温度、减小反应物浓度、减小压强三种可能,若降低温度,则平衡正向移动,而图像表示的是平衡逆向移动,若减小反应物浓度,平衡逆向移动,但逆反应速率应从原平衡点开始减小;故t3时改变的条件应为减小压强,B项错误;t5时若增大了压强,则正、逆反应速率都加快,但平衡正向移动,而图像表示的是平衡逆向移动,故t5时改变的条件应为升高温度,C项错误;该反应的最初v逆=0,说明反应是从正反应开始的,D项错误。
方法技巧 常见v-t图像分析(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。
(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)
(2)对于反应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。
2.3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。
3.2个比较反应速率大小的方法(1)归一法,(2)比值法4.增大化学反应速率的措施增大反应物浓度、增大气体反应物压强、升高温度、使用催化剂、增大反应物表面积等。
控制变量探究影响化学反应速率的因素
素养解读以影响化学反应速率的因素为探究点的实验题是高考命题的热点。影响化学反应速率的外界因素主要有温度、浓度、催化剂和固体与液体接触面等,压强对化学反应速率的影响在中学阶段不易通过实验探究。在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素不变,再进行实验。因此,常用控制变量的方法解决该类问题。
案例探究情境:H2O2是生物体内最常见的活性氧分子,主要由SOD和XOD等催化产生,由CAT和POD等催化降解。H2O2不仅是重要的活性氧之一,也是活性氧相互转化的枢纽。一方面,H2O2可以直接或间接地氧化细胞内核酸、蛋白质等生物大分子,并使细胞膜遭受损害,从而加速细胞的衰老和解体;另一方面H2O2也是许多氧化应激反应中的关键调节因子。
【典例】 影响化学反应速率的因素很多,某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。(1)实验一:取等物质的量浓度等体积的H2O2溶液分别进行下列实验,实验报告如下表所示。
试回答:实验1、2研究的是其他条件相同时 对H2O2分解速率的影响。
(2)实验二:经研究知Cu2+对H2O2分解也具有催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,该小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。回答相关问题:
①定性分析:如图甲可通过观察 ,定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 。 ②定量分析:为了更精确地研究催化剂对反应速率的影响,利用图乙装置进行定量实验。完成该实验应该测定的实验数据是 。
解析 (1)实验1、2使用相同的催化剂,但温度不同,所以反应速率不同是由温度不同导致的,因此可以探究温度对H2O2分解速率的影响。(2)①定性比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,可以通过观察产生气泡的快慢来比较,产生气泡快的,催化效果好;在探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果时,必须保持其他的条件相同,所以将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液更为合理,可以避免由于阴离子不同造成的干扰。②定量比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,由图可知,可以通过测定一定时间内产生的气体体积(或测定产生一定体积的气体所需的时间)来比较。一定时间内产生的气体越多或产生一定体积的气体所需的时间越短,则催化效果越好。
答案 (1)温度(2)①反应产生气泡的快慢 排除阴离子的干扰②测定一定时间内产生的气体体积(或测定产生一定体积的气体所需的时间)
方法规律1.常见考查形式(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略(1)确定变量。解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。(2)定多变一。在探究时,应该先确定某些因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;在确定一种因素产生的影响以后,再依次确定其他因素产生的影响,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。(3)数据有效。解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,否则无法作出正确判断。
素养提升1.探究影响2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4==K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O反应速率的因素,有关实验数据如下表所示(忽略混合时溶液体积的变化):
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 ml·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
解析 实验2温度高,反应速率快,则a<12.7;实验4没有用催化剂,反应速率慢,则b>6.7,A正确。实验3中用的KMnO4浓度低,则反应速率慢,所以v(实验3)
A.第4组实验的反应速率最慢B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 ml·L-1C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 ml·L-1D.第3组实验的反应温度低于30 ℃
答案 D 解析 由图像可知,1、2、3、4组实验产生的氢气一样多,只是反应速率有快慢之分。第4组实验,反应所用时间最长,故反应速率最慢,A正确;第1组实验,反应所用时间最短,故反应速率最快,根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 ml·L-1,B正确;第2组实验,铁是粉末状,与3、4组块状铁相区别,根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 ml·L-1,C正确;由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃,D错误。
3.(2020天津第一中学月考)为了进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积气体所需的时间。
请完成此实验设计,其中:V1= ,V6= ,V9= 。
答案 30 10 17.5
解析 若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响,则实验中除CuSO4的量不同之外,其他物质的量均相同,则V1=V2=V3=V4=V5=30,最终溶液总体积相同。由实验F可知,溶液的总体积均为50 mL,则V6=10,V9=17.5。
4.(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 。
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) 硫酸的浓度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 保证反应物K2S2O8浓度的改变,而其他物质浓度不变
解析 (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,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。①本实验待测数据可以是“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”,实验Ⅰ和实验Ⅱ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加入的硫酸铜的质量不同,可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。(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,故应保证每组实验中其他反应物的浓度相等,即溶液的总体积相等(即为20.0 mL),从而可知Vx=2.0。
2.化学反应速率应用中的注意事项(1)同一化学反应的反应速率可以用不同物质的物质的量浓度随时间的变化来表示,其数值可能相同,也可能不同,因此表示化学反应速率时要指明具体物质。(2)由v= 计算的反应速率是一段时间内的 而不是瞬时速率,且无论用反应物还是用生成物表示均取 值。
(3)对于固体或纯液体反应物,其浓度视为 ,故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。 (4)用不同物质的浓度变化表示同一化学反应的反应速率时,反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的 之比。例如,对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
3.化学反应速率的基本图像
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)化学反应速率是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。( )(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )(3)化学反应速率为0.8 ml·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L-1。( )(4)由v= 计算平均速率,用反应物表示时为正值,用生成物表示时为负值。( )
(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)根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√
2.在2 L的密闭容器中发生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)该反应的反应物和生成物分别是 ,化学方程式为 。 (2)0~10 s的平均反应速率v(H2)= ;v(HI)= 。 (3)根据上述反应速率数值,分析用不同物质表示同一化学反应在同一时间内的化学反应速率的值是否必须相同? 。
答案 (1)H2和I2、HI H2(g)+I2(s) 2HI(g)(2)0.039 5 ml·L-1·s-1 0.079 ml·L-1·s-1(3)同一反应在同一时间内,用不同物质表示的化学反应速率的值可能相同,也可能不同,但表示的意义都相同,并且各物质化学反应速率之比等于化学计量数之比
考向1 化学反应速率的计算【典例1】 (2020山东烟台模拟)化学反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g),经2 min后,B的浓度减少0.6 ml·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )A.用A表示的反应速率是0.4 ml·L-1·min-1B.分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1C.2 min末的反应速率用B表示是0.3 ml·L-1·min-1D.2 min内,用B和C表示的反应速率的值是相等的
答案 B 解析 该化学反应中物质A是固体,不能用A表示该反应的反应速率,A项错误;化学反应速率之比等于各物质的化学计量数之比,则v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶2∶1,B项正确;2 min末的反应速率为即时速率,用B表示的速率0.3 ml·L-1·min-1是2 min内的平均速率,C项错误;化学方程式中B和C前面的化学计量数不相等,则表示的反应速率的值不相等,D项错误。
对点演练1一定条件下,在体积为10 L的固定容器中发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应过程如图所示。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的物质的量随时间的变化关系C.0~8 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.75 ml·L-1·min-1D.10~12 min时,N2的平均反应速率v(N2)=0.25 ml·L-1·min-1
方法点拨 化学反应速率的计算方法(1)根据定义公式直接计算。(2)运用“三段式法”进行计算(具体步骤如下)。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:反应方程式 mA+nB pCt0 s时刻浓度/(ml·L-1) a b 0
(3)根据图像计算:找出图像中相应物质的变化量,再根据定义公式计算。
考向2 化学反应速率大小比较【典例2】 对于反应A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)来说,下列反应速率中表示该反应进行得最快的是( )A.v(A2)=0.6 ml·L-1·s-1B.v(B2)=2.7 ml·L-1·min-1C.v(AB3)=12 ml·L-1·min-1D.v(A2)=6 ml·L-1·min-1
答案 A 解析 A项,可表示为v(A2)=36 ml·L-1·min-1;B项,经转化可表示为v(A2)=0.9 ml·L-1·min-1;C项,经转化可表示为v(A2)=6 ml·L-1·min-1,故A项反应速率表示反应进行得最快。
对点演练2(2020湖南长沙模拟)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 ml·L-1·min-1B.v(B)=1.2 ml·L-1·s-1C.v(D)=0.4 ml·L-1·min-1D.v(C)=0.1 ml·L-1·s-1
答案 D 解析 本题可以采用归一法进行求解,通过化学方程式中的化学计量数将不同物质表示的反应速率转化成同一物质表示的反应速率进行比较,B物质是固体,不能表示反应速率;C项中对应的v(A)=0.2 ml·L-1·min-1;D项中对应的v(A)=3 ml·L-1·min-1,故D项表示的反应速率最快。
方法技巧 化学反应速率大小的比较方法(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反应速率,再比较数值的大小。(3)比较化学反应速率与对应化学计量数的比值,即对于一般反应
知识梳理1.内因(主要因素)反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为F2>Cl2>Br2>I2,镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为Mg>Al>Zn>Fe。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
3.化学反应速率的理论解释——有效碰撞理论(1)有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞。(2)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。(3)活化能:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。图中:E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)对于反应2H2O2==2H2O+O2↑,加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。( )(2)由于固体浓度为一常数,所以块状CaCO3和粉状CaCO3与等浓度的盐酸反应产生氢气的速率一样快。( )(3)两试管各加入5 mL 0.1 ml·L-1Na2S2O3溶液,同时分别滴入55 mL 0.1 ml·L-1硫酸和盐酸,两支试管同时变浑浊。( )(4)100 mL 2 ml·L-1的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。( )
(5)使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)。( )(6)探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时,若先将两种溶液混合并计时,再用水浴加热至设定温度,则测得的反应速率偏高。( )(7)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)×
2.一定温度下,反应H2(g)+Cl2(g) ==2HCl(g)在密闭容器中进行,分析下列措施对该反应的反应速率的影响:(1)升高温度: 。 (2)缩小体积增大压强: 。 (3)恒容充入氢气: 。 (4)恒容充入氮气: 。 (5)恒压充入氮气: 。
答案 (1)增大 (2)增大 (3)增大 (4)无影响 (5)减小
考向1 外界条件对化学反应速率的影响【典例1】 10 mL浓度为1 ml·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的下列溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )①K2SO4溶液 ②CH3COONa溶液 ③CuSO4溶液 ④Na2CO3溶液A.①②B.①③C.③④D.②④
答案 A 解析 K2SO4溶液对盐酸起到稀释作用,使反应速率降低,但不影响H+的总物质的量,故不影响氢气生成量,①符合题意;CH3COONa溶液中的CH3COO-结合盐酸中的H+生成弱酸CH3COOH,即发生反应CH3COO-+H+ CH3COOH,降低了H+浓度,随着反应的进行上述平衡向左移动,故不影响氢气生成量,②符合题意;CuSO4会与Zn发生置换反应生成铜,铜附着在Zn表面,形成原电池,加快产生氢气的速率,③不符合题意;Na2CO3与HCl发生反应2H++C ==H2O+CO2↑,减小了H+的总物质的量,虽然能够降低反应速率,但同时也减少了氢气的总量,④不符合题意。
对点演练1在带有活塞的密闭容器中发生反应Fe2O3(s)+3H2(g) 2Fe(s)+3H2O(g),采取下列措施不能加快正反应速率的是( )A.减小容器容积B.保持容器容积不变,增加H2输入量C.充入He,保持容器内压强不变D.升高体系温度
答案 C 解析 A项减小容器容积,气体的浓度增大,正、逆反应速率均加快;B项保持容器容积不变,增加H2输入量,c(H2)增大,正、逆反应速率均加快;C项充入He,保持容器内压强不变,c(H2)、c(H2O)减小,正、逆反应速率减慢;D项升高温度,正、逆反应速率均增大。
规律小结 充入惰性气体(不参与反应)对反应速率的影响(1)恒容。充入“惰性气体”→总压增大→各物质浓度不变(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→各物质浓度减小(活化分子浓度减小)→反应速率减慢。
考向2 化学反应速率图像分析【典例2】 向某密闭容器中加入0.3 ml A、0.1 ml C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如图甲所示[t0~t1阶段c(B)未画出]。图乙为t2时刻后改变条件平衡体系中化学反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的条件均不同。已知,t3~t4阶段为使用催化剂。下列说法错误的是( )
A.若t1=15,生成物C在t0~t1时间段的化学反应速率为0.004 ml·L-1·s-1B.t4~t5阶段改变的条件为减小压强,t5~t6阶段改变的条件是升高温度C.B的起始物质的量为0.02 mlD.该化学反应的表达式为3A(g) B(g)+2C(g)
对点演练2某密闭容器中发生反应X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是( )A.t2时加入了催化剂B.t3时减小了反应物浓度C.t5时增大了压强D.该反应最初是从逆反应开始的
答案 A 解析 t2时反应速率加快,而平衡不移动,则改变的条件是加入了催化剂,A项正确;t3时正、逆反应的速率都降低,则有降低温度、减小反应物浓度、减小压强三种可能,若降低温度,则平衡正向移动,而图像表示的是平衡逆向移动,若减小反应物浓度,平衡逆向移动,但逆反应速率应从原平衡点开始减小;故t3时改变的条件应为减小压强,B项错误;t5时若增大了压强,则正、逆反应速率都加快,但平衡正向移动,而图像表示的是平衡逆向移动,故t5时改变的条件应为升高温度,C项错误;该反应的最初v逆=0,说明反应是从正反应开始的,D项错误。
方法技巧 常见v-t图像分析(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。
(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)
(2)对于反应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。
2.3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。
3.2个比较反应速率大小的方法(1)归一法,(2)比值法4.增大化学反应速率的措施增大反应物浓度、增大气体反应物压强、升高温度、使用催化剂、增大反应物表面积等。
控制变量探究影响化学反应速率的因素
素养解读以影响化学反应速率的因素为探究点的实验题是高考命题的热点。影响化学反应速率的外界因素主要有温度、浓度、催化剂和固体与液体接触面等,压强对化学反应速率的影响在中学阶段不易通过实验探究。在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素不变,再进行实验。因此,常用控制变量的方法解决该类问题。
案例探究情境:H2O2是生物体内最常见的活性氧分子,主要由SOD和XOD等催化产生,由CAT和POD等催化降解。H2O2不仅是重要的活性氧之一,也是活性氧相互转化的枢纽。一方面,H2O2可以直接或间接地氧化细胞内核酸、蛋白质等生物大分子,并使细胞膜遭受损害,从而加速细胞的衰老和解体;另一方面H2O2也是许多氧化应激反应中的关键调节因子。
【典例】 影响化学反应速率的因素很多,某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。(1)实验一:取等物质的量浓度等体积的H2O2溶液分别进行下列实验,实验报告如下表所示。
试回答:实验1、2研究的是其他条件相同时 对H2O2分解速率的影响。
(2)实验二:经研究知Cu2+对H2O2分解也具有催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,该小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。回答相关问题:
①定性分析:如图甲可通过观察 ,定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是 。 ②定量分析:为了更精确地研究催化剂对反应速率的影响,利用图乙装置进行定量实验。完成该实验应该测定的实验数据是 。
解析 (1)实验1、2使用相同的催化剂,但温度不同,所以反应速率不同是由温度不同导致的,因此可以探究温度对H2O2分解速率的影响。(2)①定性比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,可以通过观察产生气泡的快慢来比较,产生气泡快的,催化效果好;在探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果时,必须保持其他的条件相同,所以将FeCl3溶液改为Fe2(SO4)3溶液更为合理,可以避免由于阴离子不同造成的干扰。②定量比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,由图可知,可以通过测定一定时间内产生的气体体积(或测定产生一定体积的气体所需的时间)来比较。一定时间内产生的气体越多或产生一定体积的气体所需的时间越短,则催化效果越好。
答案 (1)温度(2)①反应产生气泡的快慢 排除阴离子的干扰②测定一定时间内产生的气体体积(或测定产生一定体积的气体所需的时间)
方法规律1.常见考查形式(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略(1)确定变量。解答这类题目时首先要认真审题,理清影响实验探究结果的因素有哪些。(2)定多变一。在探究时,应该先确定某些因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;在确定一种因素产生的影响以后,再依次确定其他因素产生的影响,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。(3)数据有效。解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,否则无法作出正确判断。
素养提升1.探究影响2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4==K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O反应速率的因素,有关实验数据如下表所示(忽略混合时溶液体积的变化):
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 ml·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
解析 实验2温度高,反应速率快,则a<12.7;实验4没有用催化剂,反应速率慢,则b>6.7,A正确。实验3中用的KMnO4浓度低,则反应速率慢,所以v(实验3)
A.第4组实验的反应速率最慢B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 ml·L-1C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 ml·L-1D.第3组实验的反应温度低于30 ℃
答案 D 解析 由图像可知,1、2、3、4组实验产生的氢气一样多,只是反应速率有快慢之分。第4组实验,反应所用时间最长,故反应速率最慢,A正确;第1组实验,反应所用时间最短,故反应速率最快,根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 ml·L-1,B正确;第2组实验,铁是粉末状,与3、4组块状铁相区别,根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 ml·L-1,C正确;由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃,D错误。
3.(2020天津第一中学月考)为了进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量Zn粒的反应瓶中,收集产生的气体,记录获得相同体积气体所需的时间。
请完成此实验设计,其中:V1= ,V6= ,V9= 。
答案 30 10 17.5
解析 若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响,则实验中除CuSO4的量不同之外,其他物质的量均相同,则V1=V2=V3=V4=V5=30,最终溶液总体积相同。由实验F可知,溶液的总体积均为50 mL,则V6=10,V9=17.5。
4.(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 。
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) 硫酸的浓度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 保证反应物K2S2O8浓度的改变,而其他物质浓度不变
解析 (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,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。①本实验待测数据可以是“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”,实验Ⅰ和实验Ⅱ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加入的硫酸铜的质量不同,可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。(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,故应保证每组实验中其他反应物的浓度相等,即溶液的总体积相等(即为20.0 mL),从而可知Vx=2.0。
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