2024高考化学一轮复习讲义（步步高版）第7章 第43讲　化学反应速率　工业合成氨

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考点一 化学反应速率的概念及计算
1．化学反应速率
2．化学反应中各物质浓度的计算模式——“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
t0 s/(ml·L－1) a b 0
转化/(ml·L－1) x eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
t1 s/(ml·L－1) a－x b－eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
则v(A)＝eq \f(x,t1－t0) ml·L－1·s－1，
v(B)＝eq \f(nx,mt1－t0) ml·L－1·s－1，
v(C)＝eq \f(px,mt1－t0) ml·L－1·s－1。
3．比较化学反应速率大小的常用方法
(1)先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。
(2)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(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，比较eq \f(vA,a)与eq \f(vB,b)，若eq \f(vA,a)>eq \f(vB,b)，则不同情况下，用A表示的反应速率比用B表示的大。
应用举例
已知反应4CO＋2NO2eq \(=====,\s\up7(催化剂))N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下：
①v(CO)＝1.5 ml·L－1·min－1
②v(NO2)＝0.7 ml·L－1·min－1
③v(N2)＝0.4 ml·L－1·min－1
④v(CO2)＝1.1 ml·L－1·min－1
⑤v(NO2)＝0.01 ml·L－1·s－1
请比较上述5种情况反应的快慢：________________(由大到小的顺序)。
答案 ③>①>②>⑤>④
解析 ②v(CO)＝2v(NO2)＝1.4 ml·L－1·min－1；③v(CO)＝4v(N2)＝1.6 ml·L－1·min－1；④v(CO)＝v(CO2)＝1.1 ml·L－1·min－1；⑤v(CO)＝2v(NO2)＝0.02 ml·L－1·s－1＝1.2 ml·L－1·min－1，故反应的快慢为③>①>②>⑤>④。
1．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显( )
2．由v＝eq \f(Δc,Δt)计算平均反应速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值( )
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．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( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.×
一、化学反应速率的计算
1．一定温度下反应：4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min，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－1
B．分别用B、C、D表示反应速率，其比值是1∶2∶3
C．在2 min末的反应速率，用B表示为0.3 ml·L－1·min－1
D．在这2 min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的
答案 D
解析 A是固体，不能用其浓度的变化来表示反应速率；vB＝0.3 ml·L－1·min－1，表示2 min内的平均反应速率，在2 min末的速率为瞬时速率；在反应过程中B的浓度逐渐减小，故A、B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小。
2．一定条件下，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。下列说法不正确的是( )
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)＝0.011 25 ml·L－1·min－1
D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.002 5 ml·L－1·min－1
答案 A
解析 t1 min时，反应没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像可知，在0～8 min内，X增加了0.6 ml，Y减少了0.9 ml，X、Y变化的物质的量之比为2∶3，则X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系，Y曲线表示H2的物质的量随时间的变化关系，B项正确；0～8 min，v(H2)＝eq \f(0.9 ml,10 L×8 min)＝0.011 25 ml·L－1·min－1，C项正确；10～12 min，v(NH3)＝eq \f(0.7－0.6 ml,10 L×2 min)＝0.005 ml·L－1·min－1，v(N2)＝eq \f(vNH3,2)＝0.002 5 ml·L－1·min－1，D项正确。
3．温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝________mL·g－1·min－1。
答案 30
解析 由单位可知v＝eq \f(240 mL,2 g×4 min)＝30 mL·g－1·min－1。
4．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为SO3(g)是关键的一步，550 ℃时，在1 L的恒温容器中，反应过程中的部分数据见下表：
若在起始时总压为p0 kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，气态物质分压＝总压×气态物质的物质的量分数，则10 min内SO2(g)的反应速率v(SO2)＝________ kPa·min－1。
答案 eq \f(p0,30)
解析 列出三段式
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
初始/ml 4 2 0
转化/ml 2 1 2
10 min时/ml 2 1 2
恒温恒容下，气体总压之比等于气体物质的量之比，所以10 min时体系总压p10 min满足eq \f(p0 kPa,p10 min)＝eq \f(6 ml,5 ml)，即p10 min＝eq \f(5,6)p0 kPa，p初始(SO2)＝eq \f(2,3)p0 kPa，p10 min(SO2)＝eq \f(5,6)p0 kPa×eq \f(2,5)＝eq \f(1,3)p0 kPa，故v(SO2)＝eq \f(\f(2,3)p0 kPa－\f(1,3)p0 kPa,10 min)＝eq \f(p0,30) kPa·min－1。
二、反应速率常数的应用
5．工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下制取H2，原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：
由上述数据可得该温度下，c2＝______，该反应的逆反应速率常数k＝______ L3·ml－3·min－1。
答案 0.2 1.0×104
解析 根据v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：(c1 ml·L－1)3＝eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)，c2 ml·L－1＝eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)，所以有k×eq \f(8.0 ml·L－1·min－1,0.1 ml·L－1×k)×eq \f(6.75 ml·L－1·min－1,0.15 ml·L－13×k)＝16.0 ml·L－1·min－1，解得k＝1.0×104 L3·ml－3·min－1，代入c2的等式可得c2＝0.2。
1．反应速率常数的含义
反应速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 ml·L－1时的反应速率。在相同浓度的条件下，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而反应速率常数是其比例常数，在恒温条件下，反应速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
2．速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于基元反应：aA＋bB===gG＋hH
则v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k为反应速率常数)。
如：①SO2Cl2SO2＋Cl2
v＝k1·c(SO2Cl2)
②2NO22NO＋O2 v＝k2·c2(NO2)
③2H2＋2NON2＋2H2O
v＝k3·c2(H2)·c2(NO)
3．反应速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，反应速率常数是温度的函数。同一反应，温度不同，反应速率常数将有不同的值，但浓度不影响反应速率常数。
考点二 影响化学反应速率的因素
1．内因
反应物本身的性质是主要因素。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
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(必须具有足够的能量)。
②活化能
图中：E1表示反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2(注：E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量)。
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
条件→活化分子→有效碰撞→反应速率变化
1．催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后物理和化学性质保持不变( )
2．升温时吸热反应速率增大，放热反应速率减小( )
3．一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率( )
4．增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大( )
5．100 mL 2 ml·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.× 5.×
一、影响化学反应速率的因素
1．下列措施可以增大化学反应速率的是________(填序号)。
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
③H2SO4与BaCl2溶液反应时，增大压强
④2SO2＋O2eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))2SO3 ΔH