2021版高考化学鲁科版一轮教师用书：第7章第1节　化学反应速率

第1节　化学反应速率

化学反应速率的有关计算

1．化学反应速率的含义

(1)表示方法

用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。

(2)定义式：v(A)＝，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。

2．化学反应速率与系数的关系

同一反应在同一时间内，用不同的反应物或生成物表示的化学反应速率的数值可能不同，但用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的系数之比。

如在反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)中，存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。

3．化学反应速率的有关注意事项

(1)化学反应速率是一段时间内的平均速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。

(2)在一定温度下，固体和纯液体物质，改变其用量，不影响化学反应速率。

(3)同一化学反应在相同条件下，用不同物质表示的化学反应速率，其数值可能不同，但意义可能相同。

(4)计算反应速率时，若给出的是物质的量的变化值，不要忘记转化为物质的量浓度的变化值。

(5)化学反应速率在不同的时间间隔内一般不相等。

[基础判断]

(1)对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显。 (　　)

(2)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。 (　　)

(3)甲、乙两容器中分别充入2 mol NO2和4 mol NO2，5分钟后两者各反应掉NO2 1 mol 和2 mol，则说明乙中反应速率大。              (　　)

(4)对于反应4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)，v(NO)与v(O2)的关系为4v(NO)＝5v(O2)。              (　　)

(5)对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，v(SO2)＝1 mol/(L·s)与v(O2)＝0.5 mol/(L·s)表示的反应前者快。              (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

◎命题点1　“v(A)＝”的应用与反应快慢判断

1．一定条件下反应A(s)＋3B(g)2C(g)在10 L的密闭容器中进行，测得2 min内，A的物质的量由20 mol(560 g)减小到8 mol(224 g)，下列说法正确的是(　　)

A．用A表示该反应的反应速率为0.6 mol·L－1·min－1

B．用B表示该反应的反应速率为2.4 mol·L－1·min－1

C．2v(B)＝3v(C)

D．2 min末，用C表示该反应的反应速率为3.6 mol·L－1·min－1

[答案]　C

2．某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由此分析：

(1)该反应的化学方程式为______________________________。

(2)从反应开始至2 min时，Z的反应速率为_______________。

(3)对于上述反应，在不同时间段内所测反应速率如下，则表示该化学反应进行快慢顺序为________(用字母表示)。

A．v(X)＝1.2 mol·L－1·min－1

B．v(Y)＝1.5 mol·L－1·min－1

C．v(Z)＝0.6 mol·L－1·min－1

D．v(Z)＝0.015 mol·L－1·s－1

[解析]　(3)先将D中单位统一为mol·L－1·min－1，

v(Z)＝0.015×60 mol·L－1·min－1＝0.9 mol·L－1·min－1

各物质速率与系数之比为：

A：＝0.6，B：＝0.5，C：＝0.6，D：＝0.9，比值越大，反应越快。故反应快慢顺序为D>A＝C>B。

[答案]　(1)3Y(g)＋Z(g)2X(g)

(2)0.025 mol·L－1·min－1　(3)D>A＝C>B

◎命题点2　“三段式”法计算反应速率和转化率

3．将2 mol X和2 mol Y充入2 L密闭容器中发生如下反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)，2 min后达到平衡时生成0.8 mol Z，测得Q的浓度为0.4 mol·L－1，下列叙述错误的是(　　)

A．a的值为2

B．平衡时X的浓度为0.2 mol·L－1

C．Y的转化率为60%

D．反应速率v(Y)＝0.3 mol·(L·min)－1

B　[　　　　　　　　X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)

始态/(mol·L－1)　　  　1　　　1　　　　0　　　0

反应的量/(mol·L－1)   0.2     0.6      0.4    0.4

终态/(mol·L－1)       0.8     0.4      0.4    0.4

由已知量(无下划线)可求出其他未知量(带下划线)，在做这种类型的题时，一定要注意，方程式中的量要统一，一般用物质的量浓度。

A项，2∶a＝0.4∶0.4，a＝2；B项，c(X)＝0.8 mol·L－1；C项，α(Y)＝×100%＝60%；D项，v(Y)＝＝0.3 mol·(L·min)－1。]

4．NH3和纯净的O2在一定条件下发生如下反应：

4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)

现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%。请回答：

(1)用O2、H2O表示的反应速率分别为__________、__________。

(2)NH3的转化率为________。

(3)4 min后N2的浓度为________。

[解析]　设4 min时，生成6x mol H2O(g)

据题意，则有：＝0.4　解得：x＝0.5。

(1)则4 min内H2O的变化浓度为

Δc(H2O)＝＝1.5 mol·L－1，

v(H2O)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，

v(O2)＝v(H2O)＝0.187 5 mol·L－1·min－1。

(2)α(NH3)＝×100%＝50%。

(3)c(N2)＝(2×0.5)× mol·L－1＝0.5 mol·L－1。

[答案]　(1)0.187 5 mol·L－1·min－1　0.375 mol·L－1·min－1　(2)50%　(3)0.5 mol·L－1

化学反应速率的影响因素

1．化学反应速率的影响因素

(1)内因(主要因素)

反应物本身的性质，如Na、Mg、Al与水反应的速率由大到小的顺序为Na>Mg>Al。

(2)外因(其他条件不变，只改变一个条件)

(3)注意的问题

①固体和纯液体对化学反应速率无影响，但要注意水(液态)对溶液的稀释作用。

②浓度的改变必须是真正参加反应离子的浓度，如酸碱中和反应影响速率的是H＋、OH－浓度。

③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。

④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。

2．理论解释——有效碰撞理论

(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化分子的能量较高。

(2)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。

有效碰撞的两个条件：一是具有较高能量的活化分子，二是碰撞有合理取向。

(3)活化能：如图

①图中：E1为正反应活化能，使用催化剂时的活化能为E3，E2为逆反应活化能，反应热为E1－E2。

②使用催化剂可以降低正、逆反应的活化能，但不影响反应的反应热。

③活化能越低，反应速率越快。

(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

3．利用v­t图理解外因对v正、v逆的影响

图甲　　　　　　图乙　　　 　图丙　　　　　　图丁

(1)增大反应物浓度(图甲)

(2)增大压强(图乙)

(3)升温温度(图丙)

(4)使用催化剂或等气体体积反应加压(图丁)

注意：①压强改变对气体体积缩小的方向速率影响大。

②温度改变对吸热方向速率影响大。

[基础判断]

(1)决定化学反应速率快慢的根本因素是温度、浓度和催化剂。 (　　)

(2)对于任何反应，升高温度和加压均可以使反应速率增大。 (　　)

(3)升高温度，增大压强，使用催化剂均可以增大活化分子百分数。 (　　)

(4)可逆反应平衡后，升温，吸热反应速率增大，放热反应速率减小。 (　　)

(5)对于C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，增加C的量，可以增大反应速率。 (　　)

(6)锌与硫酸反应时，硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

[知识应用]

1．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，能量变化如图所示：

(1)图中E的大小对该反应热有无影响？________。该反应需要用铁触媒作催化剂，加铁触媒会使图中B点升高还是降低？________，理由__________________________________________。

(2)如果反应速率v(H2)为0.15 mol/(L·min)，则v(N2)＝__________ mol/(L·min)，v(NH3)＝____________mol/(L·min)。

[答案]　(1)无影响　降低　催化剂参与反应，改变了反应路径，降低了反应的活化能

(2)0.05　0.1

2．有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。

你对这句话是如何理解的？并完成以下填空：

___________________________________________________________

___________________________________________________________。

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]　这句话是正确的。但压强仅对有气体参加的反应起作用。增大压强，所有参与反应的气体的浓度均增大，如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)增大压强，SO2、O2、SO3的浓度均增大，正、逆反应速率均增大。而增大浓度可只增大反应物或生成物的浓度，若只增大反应物的浓度，v正瞬间增大，v逆不变。压强对无气体参与的反应无影响，但浓度仍可改变无气体参与的反应的化学反应速率。

(1)增大　(2)增大　(3)不变　(4)减小

◎命题点1　化学反应速率的一般影响因素

1．(2019·松原模拟)反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(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(　　)

A．保持容积不变，增加H2O(g)的物质的量

B．将容器的容积缩小一半

C．保持容积不变，充入Ar使压强增大

D．保持压强不变，充入Ar使容积增大

C　[A项，反应物H2O(g)浓度增大，反应速率增大；B项，容积缩小，气体浓度增大，反应速率加快；C项，气体浓度不变，反应速率不变；D项，气体浓度减小，反应速率减小。]

2．在Ag＋催化作用下，Cr3＋被S2O氧化为Cr2O的机理为①S2O＋2Ag＋===2SO＋2Ag2＋(慢)，②2Cr3＋＋6Ag2＋＋7H2O===6Ag＋＋14H＋＋Cr2O(快)，下列有关说法正确的是(　　)

A．反应速率与Ag＋浓度有关

B．Ag2＋也是该反应的催化剂

C．Ag＋能降低该反应的活化能和焓变

D．②反应决定整个反应的反应速率

A　[Ag2＋为中间产物不是催化剂，B错误；催化剂Ag＋不改变焓变，C错误；慢反应决定整个反应速率，D错误。]

3．(2019·武汉模拟)当1,3­丁二烯和溴单质以物质的量之比为1∶1加成时，其反应机理及能量变化如下：

不同反应条件下，经过相同时间测得生成物组成如下表：

下列分析不合理的是(　　)

A．产物A、B互为同分异构体，由中间体生成A、B的反应互相竞争

B．实验1测定产物组成时，体系已达平衡状态

C．相同条件下由活性中间体C生成产物A的速率更快

D．实验1在t min时，若升高温度至25 ℃，部分产物A会经活性中间体C转化成产物B

B　[产物A、B分子式相同，结构不同，二者互为同分异构体，由题表知，活性中间体C在不同温度下生成A、B的量不同，但A、B的总量不变，故由中间体生成A、B的反应互相竞争，A项正确；实验1测定产物组成时，不能确定各物质含量保持不变，体系不一定达到平衡状态，B项错误；从图像中反应活化能分析可知，相同条件下由活性中间体C生成产物A的活化能较小，则速率更快，C项正确；结合题表中数据知，实验1在t min时，若升高温度至25 ℃，部分产物A会经活性中间体C转化成产物B，D项正确。]

◎命题点2　可逆反应的v(正)、v(逆)的影响问题分析

4．在恒温恒容密闭容器中的可逆反应：A(g)＋3B(g)2C(g)　ΔH<0，下列叙述错误的是(　　)

A．升高温度，v(正)、v(逆)都增大，但v(逆)增加的程度更大

B．增大压强，v(正)、v(逆)都增大，但v(正)增加的程度更大

C．增大A的浓度，v(正)会增大，但v(逆)会减小

D．使用催化剂，一般v(正)、v(逆)同时增大，而且增大的倍数相同

C　[根据方程式可知，正反应是放热反应，所以升高温度，正、逆反应速率都是增大的，但逆反应速率增加的程度更大，A正确；正反应是气体分子数减小的反应，所以增大压强，正、逆反应速率都是增大的，但正反应速率增加的程度更大，平衡向正反应方向移动，B正确；增大反应物的浓度，正反应速率突然增大，而逆反应速率瞬间不变，后逐渐增大，平衡向正反应方向移动，C错误；催化剂可同等程度改变正、逆反应速率，D正确。]

5．对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是(o～t1：v(正)＝v(逆)；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)(　　)

A．增加氧气的浓度　　　　B．增大压强

C．升高温度　　　　　　　D．加入催化剂

C　[升高温度，v(正)、v(逆)均增大，C错误。]

“控制变量法”探究反应速率的影响因素

——科学探究与证据推理

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相同或不变，再进行实验，因此，常用控制变量思想解决该类问题。体现了科学探究与证据推理的化学核心素养。

1．解答策略

(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，应该先确定其他的因素不变，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；这样确定一种以后，再确定另一种，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，且变量统一，否则无法作出正确判断。

2．解法示例

探究温度、催化剂对反应：2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量，其他的则控制为不变量。

1．(2019·郑州模拟)某兴趣小组将表中所给混合溶液分别加入6个盛有过量锌粒的反应瓶中，以研究硫酸铜的浓度对稀硫酸与锌反应生成氢气速率的影响。下列判断错误的是(　　)

A．V1＝30，V6＝10，V7＝20

B．本实验利用了控制变量思想，变量为铜离子浓度

C．反应一段时间后，实验1中的金属呈灰白色，实验6中的金属呈现红色

D．该小组的实验结论是硫酸铜的浓度与生成氢气的速率成正比

D　[本实验利用控制变量思想，通过改变铜离子浓度，来研究硫酸铜的浓度对反应速率的影响，B项正确；要研究硫酸铜的浓度对反应速率的影响，则每组硫酸的量要保持相同，6组实验的总体积也应该相同，根据实验1和实验6的数据，可知V1＝30，V6＝10，V7＝20，A项正确；反应一段时间后，实验1中的金属为Zn，呈灰白色，实验6中生成的铜附着在锌上，金属呈现红色，C项正确；硫酸铜的浓度较小时，锌与置换出的铜形成原电池，化学反应速率加快，硫酸铜的浓度较大时，锌与硫酸铜反应生成的铜会附着在锌上，阻碍锌与硫酸反应，氢气生成速率下降，故硫酸铜的浓度与生成氢气的速率不成正比，D项错误。]

2．(2019·黑龙江名校联考)图甲表示的是H2O2分解反应进程中的能量变化。在不同温度下，分别向H2O2溶液(20 g·L－1)中加入相同体积且物质的量浓度均为0.5 mol·L－1的不同溶液，反应中H2O2浓度随时间的变化如图乙所示。从图中得出的结论不正确的是(　　)

图甲　　　　　　　　图乙

A．H2O2的分解反应为放热反应

B．断裂共价键所需的能量：2×E(O—O)<1×E(O===O)

C．加入相同物质时，温度越高，H2O2分解的速率越慢

D．相同温度下，加入不同物质的溶液，碱性越强，H2O2分解的速率越慢

C　[根据题图甲知反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应，A项正确；根据2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH<0，以及反应中的能量变化等于反应物的总键能减去生成物的总键能，可知4×E(H—O)＋2×E(O—O)－[4×E(H—O)＋1×E(O===O)]<0，即2×E(O—O)<1×E(O===O)，B项正确；根据题图乙可知，加入相同物质时，温度越高反应速率越快，C项错误；根据题图乙可知，相同温度下，碱性越强，H2O2分解的速率越慢，D项正确。]

3．某兴趣小组用0.5 mol·L－1 KI、0.2 mol·L－1 K2S2O8、0.1 mol·L－1 Na2S2O3、0.2%淀粉溶液等试剂，探究反应条件对反应速率的影响。

已知：S2O＋2I－===2SO＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O

(1)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＝________ mL，理由是_________________________。

(2)已知某条件下，浓度c(S2O)～反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。

[解析]　(1)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物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0。

(2)降低温度时，化学反应速率减慢，c(S2O)变化减慢。加入催化剂时，化学反应速率加快，c(S2O)变化加快，c(S2O)～t的变化曲线如图所示。

[答案]　(1)2.0　保证反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质浓度不变

(2)如图所示

1．(2019·全国卷Ⅱ，节选)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是______(填标号)。

A．T1＞T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率

C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1

[解析]　升高温度，反应速率增大，由c­t图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，因此T2大于T1，选项A错误；由a、c点浓度：a>c，温度：c>a，故无法判断， 选项B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，选项C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5 mol·L－1，b点时的浓度为0.6 mol·L－1，设环戊二烯转化的物质的量浓度为2x mol·L－1，则有：

　　　　　　　　　　　    2　二聚体

初始物质的量浓度/(mol·L－1)  1.5          　0

转化物质的量浓度/(mol·L－1)  2x          　x

平衡物质的量浓度/(mol·L－1)  0.6          　x

则有1.5－2x＝0.6，解得x＝0.45，因此选项D正确。

[答案]　CD

2．(2018·全国卷Ⅰ，节选)(1)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]：

研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×p(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的p＝________ kPa，v＝________ kPa·min－1。

(2)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：

第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡

第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应

第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。

A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)

B．反应的中间产物只有NO3

C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效

D．第三步反应活化能较高

[解析]　(1)t＝62 min时，体系中p＝2.9 kPa，根据三段式法得

　　　　2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)

起始　　35.8 kPa　　　0 　　　　0

转化　　5.8 kPa　 　5.8 kPa　　2.9 kPa

62 min　30.0 kPa　　5.8 kPa　　2.9 kPa

则62 min时p＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。

(2)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；第三步反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。

[答案]　(1)30.0　6.0×10－2　(2)AC

3．(2014·全国卷Ⅱ，节选)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。

在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1。

[解析]　由题图可知，0～60 s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060 mol·L－1，v(N2O4)＝＝0.001 0 mol·L－1·s－1。

[答案]　0.001 0