【同步讲义】高中化学（鲁科版2019）选修第一册--第12讲 浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响 讲义

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第10讲 浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响
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课程标准
课标解读
1．通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。
2．能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明反应条件改变对化学反应速率的影响。
1．通过探讨交流和实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。
2．认识基元反应活化能对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
知识精讲

知识点01 浓度对化学反应速率的影响
1．一般规律

2．定量关系
（1）反应速率方程
①意义：反应速率方程可定量地表示化学反应速率与参与反应的______浓度的关系。
②实例：对于反应H2O2+2HI===2H2O+I2其反应速率方程为v＝kc（H2O2）·c（HI），其表示该反应的反应速率与反应物H2O2、HI的浓度成______。
（2）反应速率常数（k）
①含义：表示____________下的化学反应速率
②单位：不同反应速率方程中k的单位不同
③意义：通常反应速率常数k越大，反应进行得______
④影响因素：与浓度无关，但受______、____________、固体表面积等因素的影响
（3）反应速率方程是由实验测定的，不能根据化学方程式直接写出。
【即学即练1】反应A+B→C的反应速率方程式为：v＝kc（A）·c（B），v为反应速率，k为速率常数。当c（A）＝c（B）＝1mol/L时，反应速率在数值上等于速率常数。下列说法正确的是（ ）。
A．只增大c（A）时，v也增大
B．只增大c（A）时，v值不变
C．只升高温度时，k值不变
D．只升高温度时，k值变小
知识点02 压强对化学反应速率的影响
1．基本规律（对于有气体参加或生成的反应）

2．解释：压强的改变导致气体浓度的改变，从而对反应速率产生影响。
（1）压强增大

（2）压强减小：化学反应速率______。
【即学即练2】（2021·连云港高二检测）下列反应中，温度不变时，缩小容器的体积，化学反应速率不受影响的是（ ）。
A．（NH4）2SO4（aq）+BaCl2（aq）
B．H2（g）+I2（g）
C．NO2（g）+H2O（l）
D．Ca（OH）2（aq）+CO2（g）
知识点03 温度对化学反应速率的影响
1．基本规律

2．经验规律——范托夫规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率提高到原来的2～4倍。
3．过渡态及活化能
（1）过渡态：一种______没有完全断裂、______没有完全形成的高能量的中间状态。
（2）活化能
①定义：______能量与______能量之间的差值。
②符号：______。
③单位：____________。
3．活化能对反应速率的影响
（1）活化能越高，反应越难进行，反应速率越______。
（2）升高温度，可以提高反应物分子的______，______反应物分子形成活化分子的比例，使反应速率加快。
4．温度影响反应速率的理论解释
（1）前提：其他条件不变时
（2）过程：升高温度→普通分子______增加→变成______分子→______分子百分数______→反应速率______。
【即学即练3】下列说法不正确的是（ ）。
A．能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子
B．活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能
C．催化剂能参与反应，可降低原反应所需活化能
D．非活化分子也有可能发生有效碰撞
知识点05 催化剂和其他因素对化学反应速率的影响
1．催化剂：能______化学反应速率而在反应前后本身的______和______性质不变的物质。
2．催化剂的催化原理
（1）催化反应历程中既包括有催化剂______的反应，又包括使催化剂______的反应。
（2）催化剂是通过参与反应改变______，改变反应的______来______化学反应速率。
3．催化剂的特点

4．其他因素对化学反应速率的影响
（1）光辐射、放射线辐射、超声波、电弧、强磁场
（2）高速研磨、反应物____________等
【即学即练5】据报道，美国已经找到名为Trans的铁系催化剂，使氮气和氢气能在常温常压下合成氨。该催化剂的作用是（ ）。
A．降低生产能耗 B．使反应物的化学键不需破坏
C．使反应更完全 D．使反应放出更多的热量
能力拓展

考法01 外界条件对化学反应速率的影响
【典例1】（2022·浙江6月选考）恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3（g）N2（g）+3H2（g），测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，如下表所示，下列说法不正确的是（ ）。

A．实验①，0~20min，v（N2）＝1.00×10－5mol•L－1•min－1
B．实验②，60min时处于平衡状态，x≠0.4
C．相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D．相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
【知识拓展】反应条件对化学反应速率的影响
1．影响因素

2．理论解释
反应条件对化学反应速率的影响，实际是通过影响单位体积内活化分子的数量，增加（或减少）有效碰撞次数来实现的。影响化学反应速率的因素主要有温度、浓度、压强和催化剂，它们的影响可以归纳如下：

【特别提醒】
1．分析反应因素对化学反应速率的影响时有3点需注意
（1）催化剂在化学反应过程中参与了反应，降低了正、逆反应的活化能，同等程度改变正、逆反应速率，但不会改变反应的限度和反应热。
（2）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。
（3）对于固体和纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变用量反应速率不变。
2．压强对反应速率的影响3种情况：压强只对有气体参与的化学反应速率有影响。
（1）恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
（2）恒温时，对于恒容密闭容器。
①充入气体反应物气体反应物浓度增大（压强也增大）反应速率加快。
②充入“惰性”气体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”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
考法02 化学反应速率图像
【典例2】（2021·湖南选择考）已知：A（g）+2B（g）3C（g）△H＜0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1molA和3molB发生反应，t1时达到平衡状态I，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数：（II）＞（I）
D．平衡常数K：K（II）＜K（I）
【知识拓展】化学反应速率的图象分析
1．化学反应速率的基本图象
（1）图象

（2）图象分析
①其他反应条件一定，化学反应速率随反应物浓度增大而增大
②其他反应条件一定，化学反应速率随温度的升高而增大
③有气体参加的反应，化学反应速率随着压强增大而增大
④有气体参加的反应，化学反应速率随着容器体积的增大而减小
⑤分别在较低温度和较高温度下反应，化学反应速率随着压强的增大及温度的升高而增大（T2＞T1）
2．速率－时间图象

分层提分

题组A 基础过关练
1．设可逆反应：C（固）+CO2（g）2CO（g）（正反应是吸热反应）的反应速率为v1；可逆反应：2SO2+O22SO3（g）（正反应是放热反应）的反应速率为v2。对于以上化学反应体系，当升高温度时，v1和v2的变化情况是（ ）。
A．v1增大，v2减小 B．同时增大
C．同时减小 D．v1减小，v2增大
2．对于反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g），其他条件不变时，下列措施不能改变化学反应速率的是 （ ）。
A．增大C（s）的量
B．增大H2O（g）的浓度
C．增大CO（g）或H2（g）的浓度
D．减小H2O（g）的浓度
3．对于在一定条件下进行的化学反应：2SO2+O22SO3，改变下列条件，可以提高反应物中的活化分子百分数的是（ ）。
A．升高温度 B．增大压强
C．增大容器体积 D．增大反应物浓度
4．（2021·广东省肇庆市高二上学期期末检测）甲烷催化二氧化碳重整制合成气，可减少碳排放，变废为宝，其主要反应为：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H＝+247kJ•mol－1，在刚性容器中，采用“HSD－2型”催化剂，一定的温度及压强范围内，测得反应的速率方程为v＝k•p（CH4）［p（CH4）表示CH4气体分压，气体各组分的分压等于总压乘其体积分数］，下列推理正确的是（ ）。
A．使用催化剂，反应速率加快，△H减小
B．升高温度或增大压强均能提高合成气的产率
C．增大p（CH4），反应速率和平衡常数均增大
D．增大p（CO2），反应速率和平衡常数均不变
5．（2021·营口高二检测）用纯净的碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳气体。下列措施对改变该反应的速率几乎没有影响的是（ ）。
A．用相同浓度但温度较高的盐酸代替常温下的盐酸
B．增大反应体系的压强或减小反应体系的压强
C．改用相同质量但为粉末状态的碳酸钙代替块状碳酸钙
D．改用与原盐酸含有相同H+浓度的稀硫酸
6．在C（s）+CO2（g）2CO（g）的反应中，现采取下列措施：①缩小体积，增大压强；②增加碳的量；③通入CO2；④恒容下充入N2；⑤恒压下充入N2，能够使反应速率增大的措施是（ ）。
A．①④ B．②③⑤ C．①③ D．①②④
7．反应A（g）+B（g）C（g）+D（g）过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

（1）该反应是________反应（填“吸热”或“放热”）；
（2）当反应达到平衡时，升高温度，A的转化率________（填“增大”、“减小”或“不变”），原因是_________________________________。
（3）反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响？____________，原因是_______________________________。
（4）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1和E2的变化是：E1________，E2________（填“增大”、“减小”或“不变”）。
8．（2021·大连高二检测）一定条件下，A（g）+B（g）C（g）ΔH＜0，达到平衡后根据下列图象判断：

（1）升高温度，达到新平衡的是________（填“A”“B”“C”“D”或“E”，下同），新平衡中C的体积分数__________（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。
（2）增大容器体积，减小压强，达到新平衡的是__________，A的转化率________。
（3）减少C的量，达到新平衡的是____________。
（4）增加A的量，达到新平衡的是________，此时B的转化率________，A的转化率________。
（5）使用催化剂，达到新平衡的是________，C的质量分数__________。
题组B 能力提升练
1．（双选）下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca（A）·cb（B）的叙述中，正确的是（ ）。
A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都是不变的常数
B．a、b是化学方程式中A和B的化学计量数
C．对于某个特定的化学反应，k与反应物质的浓度无关
D．v＝kca（A）·cb（B）需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出
2．（双选）（2022·湖南省等级考）反应物（S）转化为产物（P或P·Z）的能量与反应进程的关系如下图所示：

下列有关四种不同反应进程的说法正确的是（ ）。
A．进程Ⅰ是放热反应
B．平衡时P的产率：Ⅱ＞Ⅰ
C．生成P的速率：Ⅲ＞Ⅱ
D．进程Ⅳ中，Z没有催化作用
3．下列说法中正确的是（ ）。
A．已知t1℃时，反应C+CO22CO ΔH＞0的速率为v，若升高温度，逆反应速率减小
B．恒压容器中发生反应N2+O22NO，若在容器中充入He，正、逆反应的速率均不变
C．当一定量的锌粉和过量的6mol·L－1盐酸反应时，为了减慢反应速率，又不影响产生H2的总量，可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液
D．对任何一个化学反应，温度发生变化，化学反应速率一定发生变化
4．（2021·湖北咸宁高二上学期期末检测）A与B在容积为1 L的密闭容器中发生反应：aA（s）+bB（g）cC（g）+dD（g），t1、t2时刻分别测得部分数据如下表：
n（B）/mol
n（C）/mol
n（D）/mol
反应时间/min
0.12
0.06
0.10
t1
0.06
0.12
0.20
t2
下列说法正确的是（ ）。
A．0～t1内，平均反应速率v（B）＝mol·L－1·min－1
B．若起始时n（D）＝0，则t2时v（D）＝mol·L－1·min－1
C．升高温度，v（B）、v（C）、v（D）均增大
D．b∶d＝6∶1
5．（2021·临沂高二检测）已知反应2HI（g）H2（g）+I2（g）的能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．常温下，向体积为V L的容器中充入2mol HI（g）充分反应，可吸收12.5kJ的热量
B．加入催化剂，分子的能量不变，但单位体积内活化分子数增多，反应速率加快
C．其他条件不变，升高温度，反应速率加快，HI的分解率不变
D．H2（g）+I2（g）2HI（g）的活化能为12.5kJ·mol－1
6．目前应用最广泛的氮氧化物脱除技术原理为：4NH3（g）+6NO（g）5N2（g）+6H2O（g）△H＝－11.63kJ/mol。其他条件不变时，在2L密闭容器中使用不同的催化剂X、Y、Z，产生n（N2）随时间的变化如下图所示。下列说法不正确的是（ ）。

A．用催化剂X与Z，达到平衡时，N2产率一样
B．用催化剂Y前50s平均反应速率v（NH3）＝0.03mol/（L•s）
C．分离出体系中的H2O（g）有利于提升氮氧化物的脱除率
D．若体系各物质状态保持不变，则反应在任何温度下均可自发进行
7．合成氨工业的核心反应是：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH＝QkJ·mol－1，能量变化如图所示，回答下列问题：

（1）在500℃、2×107Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5molN2和1.5molH2，充分反应后，放出的热量______46.2kJ（填“＜”、“＞”或“＝”）。
（2）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1和E2的变化是：E1_________（填“增大”、“减小”、“不变”，下同）；E2－E1。若升高温度，平衡向______反应方向移动（填“正”或“逆”），E2－E1______（填“增大”、“减小”、“不变”）。
（3）将一定量的N2（g）和H2（g）放入1L密闭容器中，在500℃、2×107Pa下达到平衡，测得N2为0.10mol，H2为0.30mol，NH3为0.10mol。计算该条件下达到平衡时H2的转化率________。
（4）在上述（3）反应条件的密闭容器中欲提高合成氨中H2的转化率，下列措施可行的________（填字母）。
A．向容器中按原比例再充入原料气
B．向容器中再充入惰性气体
C．改变反应的催化剂
D．分离出氨气
8．（2021·济宁高二检测）某反应A（g）+B（g）2C（g）在任一时刻的正、逆反应速率可用v正和v逆表示，v正＝k1c（A）·c（B），v逆＝k2c（C），其中k1、k2在一定温度下均为常数，c（A）、c（B）、c（C）分别代表某时刻三种物质的物质的量浓度。
（1）上述反应达到平衡时，三种物质的物质的量浓度关系可以表示为___________。
（2）在300K时，开始反应的A、B浓度均为0.1mol/L，达到平衡时B的转化率为50%，则k1、k2之间的关系是___________。
（3）升高温度，k1、k2的变化是_________，增大，说明正反应是_______（填“吸”或“放”）热反应。
（4）在300K时，若k1＝1.0×10－5，且c（A）＝c（B）＝c（C）＝0.010mol/L时，反应是否处于平衡状态_____________。（填“是”或“否”）。
题组C 培优拔尖练
1．（2021·福建莆田高二检测）实验室用Zn与稀硫酸反应来制取氢气，常加少量CuSO4来增大反应速率。为了研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，某同学设计了实验方案（见下表），将表中所给的试剂按一定体积混合后，分别加入四个盛有相同大小的Zn片（过量）的反应溶液（甲、乙、丙、丁）中，收集产生的气体，并记录收集相同体积的气体所需的时间。
实验试剂
甲
乙
丙
丁
4mol·L－1H2SO4/mL
20
V1
V2
V3
饱和CuSO4溶液/mL
0
2.5
V4
10
H2O/mL
V5
V6
8
0
收集气体所需时间/s
t1
t2
t3
t4
下列说法正确的是（ ）。
A．t1＝t2＝t3＝t4 B．V4＝V5＝10
C．V6＝7.5 D．V1＜V2＜V3＜20
2．（双选）已知反应X（g）+Y（g）nZ（g）ΔH＞0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是（ ）。

A．10min时，曲线发生变化的原因是升高温度
B．10min时，曲线发生变化的原因是增大压强
C．反应方程式中n＝1
D．0～5min内，用X表示的反应速率为v（X）＝0.04mol·L－1·min－1
3．（双选）（2021·辽宁省实验中学高二检测）科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd（Ⅲ）表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd（Ⅲ）表面的物种用*标注。下列说法正确的是（ ）。

A．该历程中活化能最小的反应方程式为CH2O*+2H*→CHO*+3H*
B．该历程中能垒（反应活化能）最大的是①
C．该历程中制约反应速率的方程式为CH3O*+3H*→CO*+4H*
D．由此历程可知：CH3OH（g）CO（g）+2H2（g）ΔH＜0
4．（甘肃兰州2021~2022学年高二上学期期末检测）工业上，可采用还原法处理尾气中NO，其原理：2NO（g）+2H2（g）N2（g）+2H2O（g）△H＜0。在化学上，正反应速率方程式表示为v（正）＝k（正）·cm（NO）·cn（H2），逆反应速率方程式表示为v（逆）＝k（逆）·cx（N2）·cy（H2O），其中，k表示反应速率常数，只与温度有关，m，n，x，y叫反应级数，由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2，在T℃下进行实验，测得有关数据如下：
实验
c（NO）/mol·L－1
c（H2）/mol·L－1
v（正）/mol·L－1·min－1
①
0.10
0.10
0.414k
②
0.10
0.40
1.656k
③
0.20
0.10
1.656k
下列有关推断正确的是（ ）。
A．上述反应中，正反应活化能大于逆反应活化能
B．若升高温度，则k（正）增大，k（逆）减小
C．在上述反应中，反应级数：m＝2，n＝1
D．在一定温度下，NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同
5．KMnO4酸性溶液与草酸（H2C2O4）溶液反应时，溶液紫色会逐渐褪去，反应的离子方程式为5H2C2O4+2MnO4－+6H+＝2Mn2++10CO2↑+8H2O。某探究小组用测定此反应溶液紫色消失所需时间的方法，研究外界条件对反应速率的影响。该实验条件作如下限定：
①所用KMnO4酸性溶液的浓度可选择：0.02mol·L－1、0.002mol·L－1；
②所用H2C2O4溶液的浓度可选择：0.2mol·L－1、0.4mol·L－1；
③每次实验时KMnO4酸性溶液的用量均为4mL、H2C2O4溶液的用量均为2mL。
（1）若要探究反应物浓度、温度、催化剂对反应速率的影响，通过变换这些实验条件，至少需要完成________组实验进行对比即可得出结论。
（2）在其它条件相同的情况下，某同学改变KMnO4酸性溶液的浓度，测得实验数据（从混合振荡均匀开始计时）如下表所示：
KMnO4酸性溶液
浓度（mol·L－1）
溶液褪色所需时间t/min
第1次
第2次
第3次
0.02
14
13
11
0.002
6.7
6.6
6.7
①用0.002mol/LKMnO4酸性溶液进行实验时，KMnO4的平均反应速率____（忽略混合前后溶液体积变化）。
②依据表中数据，不能得出“溶液的褪色所需时间越短，反应速率越快”的结论。某同学设计以下方案，可以直接得出“褪色时间越短，反应的速率越快”结论。
KMnO4酸性溶液
H2C2O4溶液
浓度/mol/L
体积（mL）
浓度/mol/L
体积（mL）
0.02
2
b
4
a
2
c
4
则表中a＝____；b＝____；c＝____。
（3）测得某次实验（恒温）时溶液中Mn2+物质的量与时间关系如图。请解释n（Mn2+）在反应起始时变化不大、一段时间后快速增大的原因：________________。

6．（2021•深圳宝安区高二上学期期末检测）下表数据是某科研机构在某温度下测得的金属镁、锌和镍分别在氧气中进行氧化反应时，金属表面生成氧化物薄膜的实验数据记录：
反应时间t（h）
1
4
9
16
25MgO
膜厚Y（nm）
0.02a
0.08a
0.18a
0.32a
0.50a
ZnO膜厚Y（nm）
1.0×10－3b
4.0×10－3b
9.0×10－3b
1.6×10－2b
2.5×10－2b
NiO膜厚Y（nm）
0.3c
0.6c
0.9c
1.2c
1.5c
（说明：a、b、c均为与温度有关的常数）
请回答下列问题：
（1）根据表中数据，分别建立金属氧化物的膜厚Y与时间t的函数关系式：MgO：_______________；ZnO：_______________。
（2）金属在一定温度下氧化腐蚀速率可以用金属氧化物薄膜的生长率来表示，计算金属锌在此高温下1－25h内的氧化腐蚀速率，氧化腐蚀速率：__________。
（3）为了比较三种金属的氧化腐蚀速率，实验中除了要控制相同的温度外，还应该控制的变量是__________。
（4）根据表中数据绘出NiO膜厚与时间的关系曲线：

（5）综合以上信息，判断三种金属中哪种金属具有更良好的耐腐蚀性：_____。