高考化学考点37 化学反应速率

一、化学反应速率1定义化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量。2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来表示。数学表达式为v，单位为mol/(Lmin)、mol/(Ls)或mol/(Lh)。3化学反应速率与化学计量数的关系：对于已知反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，其化学反应速率可用不同的物质来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq。例如：在一个2 L的容器中发生反应：3A(g)B(g)2C(g)，加入2 mol A，1 s后剩余1.4 mol，则v(A)0.3 molL1s1，v(B)0.1 molL1s1，v(C)0.2 molL1s1。过 关 秘 籍（1）在同一化学反应中，无论选用反应物还是生成物表示化学反应速率，其值均为正值。（2）化学反应速率通常是指在某一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时反应速率。（3）同一化学反应中，在相同的反应时间内，不同的物质表示的反应速率的数值可能不同。但表示的意义相同。因此表示化学反应速率时，必须指明是用反应体系中的哪种物质作依据。（4）固体或纯液体的浓度恒为常数，不能用固体或纯液体的浓度表示化学反应速率。但是化学反应速率与固体和纯液体参与反应的表面积有关，因此，通常增大固体或纯液体参与反应的表面积（如将固体粉碎，将液体变成雾状，加速搅拌等）可加快化学反应速率。（5）同一化学反应中，各物质表示的化学反应速率之比=化学方程式中各物质的化学计量数之比=各物质的浓度变化量之比。二、化学反应速率的计算与大小比较方法1根据定义求化学反应速率v2根据反应速率与化学方程式中各物质化学计量数的关系计算同一个化学反应，同一段时间内，用不同物质的浓度变化表示的反应速率，数值可能不同，但意义相同，其数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。例如：对于化学反应mA(g)nB(g)pC(g)，即v(A)v(B)v(C)mnp，或。3由于同一反应的化学反应速率用不同的物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。（1）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）比较反应速率与化学计量数的比值，即对于一般的化学反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，比较与，若，则用A表示的反应速率比B的大。三、影响化学反应速率的因素1内因（主要因素） 反应物的结构、性质。2外因（其他条件不变，只改变一个条件）条件变化活化能单位体积内活化分子百分数单位时间内有效碰撞的次数化学反应速率分子总数活化分子数浓度增大不变增多增多不变增多增大减小不变减少减少不变减少减小压强加压（减小容器体积）不变增多增多不变增多增大减压（增大容器体积）不变减少减少不变减少减小温度升高不变不变增多增大增多增大降低不变不变减少减小减少减小使用催化剂减小不变增多增大增多增大3理论解释有效碰撞理论（1）活化分子、活化能、有效碰撞活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化能：如图图中E1为正反应的活化能，E3为使用催化剂时的活化能，E2为逆反应的活化能，反应热为E1E2。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（1）催化剂有正催化剂和负催化剂之分，正催化剂即通常所说的催化剂，负催化剂又称为抑制剂。催化剂只有在适宜的温度下催化活性才最高，反应速率才达到最大。（2）固体或纯液体的浓度可视为常数，其物质的量的变化不会引起反应速率的变化，但固体颗粒的大小会影响接触面积的大小，从而影响反应速率的大小。（3）改变压强，对反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。对于有气体参加的反应体系，有以下几种情况：恒温时：增大压强体积缩小浓度增大反应速率增大。恒温恒容时：a充入气体反应物反应物浓度增大反应速率增大。b充入稀有气体（或非反应气体）总压强增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。恒温恒压时：充入稀有气体（或非反应气体）体积增大各物质浓度减小反应速率减小。（4）增加反应物的浓度，v正急剧增大（突变），v逆逐渐增大（渐变）。（5）催化剂能同时同等程度地改变正逆反应速率。四、化学反应速率图象及其应用（一）全程速率时间图象例如：Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化出现如图情况。原因解释：AB段(v渐大)，因反应为放热反应，随反应的进行，温度逐渐升高，导致反应速率逐渐增大；BC段(v渐小)，则主要因为随反应的进行，溶液中c(H)减小，导致反应速率减小。（二）物质的量(或浓度)时间图象例如：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。1由图象得出的信息是（1）X、Y是反应物，Z是生成物；（2）t3时反应达平衡，X、Y没有全部反应。2根据图象可进行如下计算：（1）求某物质的平均速率、转化率，如v(X) mol/(Ls)；Y的转化率100%。（2）确定化学方程式中的化学计量数之比，如X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1n3)(n2n3)n2。（三）速率外界条件图象及反应以N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ/mol为例。1速率浓度(c)图象条件变化速率变化速率变化曲线增大反应物的浓度v正、v逆均增大，且v正v逆减小反应物的浓度v正、v逆均减小，且v逆v正增大生成物的浓度v正、v逆均增大，且v逆v正减小生成物的浓度v正、v逆均减小，且v正v逆2速率温度(T)的图象条件变化速率变化速率变化曲线升高温度v正、v逆均增大，且v逆v正降低温度v正、v逆均减小，且v正v逆3速率压强(p)图象条件变化速率变化速率变化曲线增大压强v正、v逆均增大，且v正v逆减小压强v正、v逆均减小，且v逆v正4速率催化剂图象使用催化剂，v正、v逆同等倍数增大，图象为说明：（1）条件增强，曲线在原图象的上方；条件减弱，曲线在原图象的下方。（2）浓度改变时，图象曲线一条连续，一条不连续；其他条件改变，图象曲线不连续。（3）对于反应前后气体的体积不变的反应，改变压强时，v正、v逆同等倍数增大或减小。考向一 化学反应速率的理解与计算典例1 用纯净的CaCO3与100 mL稀盐酸反应制取CO2，实验过程记录如图所示(CO2的体积已折算为标准状况下的体积)。下列分析正确的是AOE段的平均反应速率最快BEF段，用盐酸表示该反应的平均反应速率为0.4 mol/(Lmin)COE、EF、FG三段中，该反应用二氧化碳表示的平均反应速率之比为267DF点收集到的CO2的量最多【答案】B1把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L容器中，使它们发生如下反应：3X(g)+Y(g)n Z(g)+2W(g)，在5 min时已经生成0.2 mol W，若测知以Z的浓度变化表示平均反应速率为0.01 molL1min1，则上述反应中Z气体的化学计量数n的值是A1 B2 C3 D4 化学反应速率计算的三个方法（1）定义式法：v(B)=。（2）比例关系法：化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA(g)+nB(g) pC(g)中，v(A)v(B)v(C)=mnp。（3）三段式法：列起始量、转化量、最终量，再根据定义式或比例关系计算。例如：反应mA(g)+nB(g)pC(g)起始浓度(molL1) a b c转化浓度(molL1) x 某时刻浓度(molL1)ax b c+考向二 化学反应速率的比较典例1 对反应ABAB来说，常温下按以下情况进行反应：20 mL溶液中含A、B各0.01 mol50 mL溶液中含A、B各0.05 mol0.1 molL1的A、B溶液各10 mL0.5 molL1的A、B溶液各50 mL。四种情况下反应速率的大小关系是A BC D【解析】中c(A)c(B)0.5 molL1；中c(A)c(B)1 molL1；中c(A)c(B)0.05 molL1；中c(A)c(B)0.25 molL1。在其他条件一定的情况下，浓度越大，化学反应速率越大，所以反应速率由大到小的顺序为。【答案】A2反应A+3B2C+2D在四种不同情况下的反应速率分别为v(A)=0.15 molL1s1v(B)=0.6 molL1s1v(C)=0.4 molL1s1v(D)=0.45 molL1s1该反应进行的快慢顺序为ABC=D=化学反应速率大小的比较方法（1）归一法：将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。（2）比值法：将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，若，则反应速率AB。考向三 外界条件对化学反应速率的影响典例1 少量铁片与100 mL 0.01 molL1的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的加H2O加KNO3溶液滴入几滴浓盐酸加入少量铁粉加NaCl溶液滴入几滴硫酸铜溶液升高温度(不考虑盐酸挥发)改用10 mL 0.1 molL1盐酸A BC D【答案】C3下列说法中正确的是A增大反应物浓度，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大B使用合适的催化剂，能增大活化分子百分数，所以反应速率增大C对于任何反应，增大压强都可加快反应速率D升高温度，只能增大吸热反应的反应速率分析外界因素对化学反应速率的影响时要注意以下几点1对于固体和纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变用量速率不变。2压强对速率的影响有以下几种情况：（1）恒温时：增大压强体积缩小浓度增大反应速率加快。（2）恒容时：充入气体反应物浓度增大速率加快。充入惰性气体总压增大，但各气体物质的量浓度不变，反应速率不变。（3）恒压时：充入惰性气体体积增大各物质浓度减小反应速率减慢。考向四 化学反应速率的变量控制典例1 其他条件相同时，不同pH条件下，用浓度传感器测得反应2AB=3CD中产物D的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是ApH8.8时，升高温度，反应速率不变B保持外界条件不变，反应一段时间后，pH越小，D的浓度越大C为了实验取样，可以采用调节pH的方法迅速停止反应D减小外界压强，反应速率一定减小【答案】C4下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：实验序号金属质量/g金属状态c(H2SO4)/(molL1)V(硫酸)/mL溶液温度/金属消失的时间/s反应前反应后10.10丝0.550203450020.10粉末0.55020355030.10丝0.750203625040.10丝0.850203520050.10粉末0.85020362560.10丝1.050203512570.10丝1.05035505080.10丝1.150203410090.10丝1.150304440分析上述数据，回答下列问题：（1）由实验可推知，反应物的总能量(填“”或“=”)产物的总能量。（2）实验4和5表明，对反应速率有影响，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有(填实验序号)。（3）仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有(填实验序号)。（4）本实验中影响反应速率的其他因素还有 ，其实验序号是。利用“控制变量法”的解题策略考向五 化学反应速率的图象问题典例1 图甲、图乙分别表示反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H0在t1时刻达到平衡，在t2时刻因改变某个条件而发生变化的情况，下列说法正确的是A图甲中t2时刻发生改变的条件是增大反应物的浓度B图甲中t2时刻发生改变的条件可能是增大压强C图乙中t2时刻发生改变的条件是升高温度D图乙中t2时刻发生改变的条件是从体系中分离出水蒸气【答案】B5某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段，分别改变反应的一个条件，测得容器中各物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图所示：下列说法中正确的是A3040 min间该反应使用了催化剂B反应方程式中的x1，正反应为吸热反应C30 min时降低温度，40 min时升高温度D30 min时减小压强，40 min时升高温度练后总结外界条件改变后，化学反应速率的变化图象可分为以下几类：（1）渐变型：在图象上呈现为反应速率从平衡速率逐渐发生变化，则改变的条件一定是浓度。速率增大则为增大浓度；速率减小则为减小浓度。（2）突变型：在图象上呈现为反应速率从平衡速率跳跃性发生变化，然后逐渐到达平衡，改变的条件是温度或压强。速率增大，则为升高温度或增大压强；速率减小，则为降低温度或减小压强。（3）平变型：在图象上呈现为正、逆反应速率同等程度地增大或减小，平衡不变。增大则是使用了催化剂或反应前后气体体积不变的反应增大了压强(容器体积减小)；减小则是反应前后气体体积不变的反应减小了压强(容器体积增大)。1反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是增加C的量将容器的体积缩小一半保持体积不变，充入N2使体系压强增大保持压强不变，充入N2使容器体积变大ABC D2一定条件下，在容积固定的某密闭容器中发生反应N23H22NH3。在10 s内N2的浓度由5 mol/L降至4 mol/L，下列说法正确的是A用NH3表示的化学反应速率为0.1 mol/(Ls)B使用合适的催化剂，可以加快该反应的速率C增加H2的浓度或降低温度都会加快该反应的速率D反应足够长时间，N2、H2中至少有一种物质浓度降为零3为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响，某同学设计了如下一系列实验。表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。下列说法正确的是实验混合溶液ABCDEF4 molL1 H2SO4溶液/mL30V1V2V3V4V5饱和CuSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100AV130，V610B反应一段时间后，实验A、E中的金属呈暗红色C加入MgSO4与Ag2SO4可以起到与硫酸铜相同的加速作用D硫酸铜的量越多，产生氢气的速率肯定越快4可逆反应A(g)3B(g) 2C(g)2D(g)在4种不同情况下反应速率分别如下，其中反应速率v最大的是Av(A)0.15 molL1min1Bv(B)0.6 molL1min1Cv(C)0.3 molL1min1Dv(D)0.1 molL1min15对可逆反应：A(g)B(s)C(s)D(g)H0。如图所示为正、逆反应速率(v)与时间(t)关系的示意图，如果在t1时刻改变条件：加入A；加入催化剂；加压；升温；减少C，符合图示条件的是A BC D6某温度下，在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)bB(g)cC(g)HQ kJmol1(Q0)，12 s时反应达到平衡，生成C的物质的量为0.8 mol，反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是A前12 s内，A的平均反应速率为0.025 molL1s1B12 s后，A的消耗速率等于B的生成速率C化学计量数之比bc12D12 s内，A和B反应放出的热量为0.2Q kJ7已知图一表示的是可逆反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系，图二表示的是可逆反应2NO2(g)N2O4(g) H0的浓度(c)随时间(t)的变化情况。下列说法中正确的是图一 图二A图一t2时改变的条件可能是升高了温度B图一t2时改变的条件是增大了反应物的浓度C图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强D若图二t1时改变的条件是增大压强，则混合气体的平均相对分子质量将减小8一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H=。4【答案】（1）（2）固体的表面积固体的表面积越大1和2（3）1、3、4、6、8或2、5（4）溶液的温度6和7、8和9【解析】（1）根据表中数据知，反应后溶液温度升高，说明该反应是放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量。（2）实验4和5的不同点为反应物的接触面积，5的反应速率大于4，说明反应物接触面积越大，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有1和2。（3）仅表明反应物浓度对反应速率产生影响，说明该实验中只有反应物浓度不同，其他因素完全相同，符合条件的有1、3、4、6、8或2、5。（4）影响反应速率的因素还有溶液的温度，如实验6和7、8和9。5【答案】D【解析】A项，若使用催化剂，则化学反应速率加快，A不正确。由第一个图可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的计量数相同，都为1，由第二个图可知，30 min时改变的条件为降压，40 min时改变的条件为升温，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。B、C项不正确，D项正确。1【答案】C【解析】增大固体的量、恒容时充入惰性气体对化学反应速率均无影响；中体积缩小一半，反应物浓度变大，化学反应速率增大；中体积变大，反应物浓度变小，化学反应速率减小。2【答案】B【解析】根据题意v(N2)0.1 mol/(Ls)，则v(NH3)0.2 mol/(Ls)，A项错误；使用合适的催化剂能加快合成氨的反应速率，B项正确；降低温度，反应速率减慢，C项错误；N2、H2合成氨的反应为可逆反应，延长反应时间不能改变平衡状态，N2、H2的浓度不可能降为0，D项错误。4【答案】B【解析】反应速率的单位相同，用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，数值大的反应速率快。A项，v(A)/10.15 molL1min1；B项，v(B)/30.2 molL1min1；C项，v(C)/20.15 molL1min1；D项，v(D)/20.05 molL1min1，所以反应速率v(B)v(A)v(C)v(D)。5【答案】A【解析】加入A，因为A为气体，因此加入A平衡向正反应方向移动，v(正)v(逆)，故错误；催化剂对化学平衡无影响，只加快反应速率，故正确；反应前后气体系数相等，因此加压平衡不移动，化学反应速率增大，故正确；升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，故错误；C为固体，浓度视为常数，对化学平衡移动无影响，对化学反应速率无影响，故错误。6【答案】C【解析】分析图像可知12 s内A的浓度变化为(0.80.2)molL10.6 molL1，反应速率v(A)0.05 molL1s1，A项错误；分析图像，12 s内B的浓度变化为(0.50.3)molL10.2 molL1，v(B) molL1s1，速率之比等于化学计量数之比，3b0.05，b1，3c0.05，c2，A、B的化学计量数不同，12 s后达到平衡状态，A的消耗速率不等于B的生成速率，B项错误，C项正确；消耗3 mol A放热Q kJ,12 s内消耗A的物质的量为0.6 molL12 L1.2 mol，消耗1.2 mol A放出的热量为0.4Q kJ，D项错误。7【答案】A【解析】图一中纵坐标为反应速率，t2瞬间，曲线是断开的，因此条件的改变不可能是由某一物质的浓度引起的，t2瞬间，正、逆反应速率均加快，且v(正)v(逆)，可知化学平衡正向移动，因此外界条件的改变可能是升高了温度，选项A正确，B错误；图二中纵坐标为浓度，t1瞬间，曲线是断开的，因此外界条件的改变不可能是温度的变化。由于此刻NO2和N2O4的浓度均增大，显然改变的条件是给体系增压。压强增大，平衡向正反应方向移动，N2O4的体积分数增加，因此混合气体的平均相对分子质量应增大，选项C和D均错。9【答案】（1）0.75 molL1 0.05 molL1min1 2（2）0.25 molL1min10.25 molL1min1前2 min在其他条件不变时，随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，因而反应速率随之减小【解析】（1）D的反应速率v(D)0.1 molL1min1，又因C的平均反应速率为0.1 molL1min1，根据反应速率之比等于相应的化学计量数之比可知，x2，v(B)v(C)0.05 molL1min1。 3A(g)B(g)2C(g)2D(g)起始浓度(molL1) aa0 0转化浓度(molL1) 0.75 0.25 0.5 0.55 min后浓度(molL1) a0.75 a0.25 0.5 0.5由于c(A)c(B)35，所以(a0.75)(a0.25)35，得a1.5，则5 min末A的浓度为1.5 molL10.75 molL10.75 molL1。（2）反应开始至2 min末，收集到1.12 L(标准状况)氢气，则氢气的物质的量是0.05 mol。根据方程式2HClFe=FeCl2H2，生成氯化亚铁0.05 mol，其浓度是0.5 molL1，所以用氯化亚铁表示的反应速率是0.5 molL12 min0.25 molL1min1。氯化氢的物质的量是0.4 mol，而铁是0.1 mol，所以在后4 min内消耗氯化氢的物质的量是(0.1 mol0.05 mol)20.1 mol，所以用氯化氢表示的反应速率是1.0 molL14 min0.25 molL1min1。根据可知，前2 min 与后4 min相比，反应速率较快的是前2 min。这是由于随着反应的进行，