2021高三化学人教版一轮教师用书：第7章第1节化学反应速率


第一节　化学反应速率
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1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。
2．了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。
3．理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。
4．了解化学反应速率的调控在生活、生产和科研领域中的重要作用。


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
通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示。
(2)定义式：vx＝，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。
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，用不同物质来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。
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。

(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　“vx＝”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
各物质速率与化学计量数之比为：
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

化学反应快慢比较的两种思路
(1)统一物质法：统一单位，统一物质，反应速率值大反应快。
(2)比值法：先统一单位；然后计算各物质反应速率与相应化学计量数之比的值，比值大者反应快(此法易掌握)。

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)
　 4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)　n(总)
　4　　 　3　　　　0　　　0　　　　7
4x 3x 2x 6x
4－4x 3－3x 2x 6x 7＋x
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

“三段式”求算v(X)、α模板
根据已知条件列方程式计算。
例如，反应　 mA(g)＋nB(g) pC(g)
①t0 s浓度/(mol·L－1) a b 0
②转化浓度/(mol·L－1) x
③t1 s浓度/(mol·L－1) a－x b－
v(A)＝，v(B)＝，v(C)＝，
α(A)＝×100%。
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。

(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)×

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

压强对速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。对于气体反应，有如下3种情况：
(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)恒温恒容：充入“惰性气体”总压强增大，但各物质的浓度不变(活化分子浓度不变)，反应速率不变。
(3)恒温恒压：充入“惰性气体”体积增大各反应物浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减慢。

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：
实验
编号
反应
条件
反应
时间
产物中A的
物质的量分数
产物中B的
物质的量分数
1
－15 ℃
t min
62%
38%
2
25 ℃
t min
12%
88%
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