专题突破05化学反应速率及其影响因素-高二化学重难点专题突破（人教版2019选择性必修1）

2023-2024学年选择性必修1(人教版2019)第二章化学反应速率与化学平衡化学反应速率及其影响因素突破一:化学反应速率的计算和比较一、化学反应速率的计算重难归纳1.定义式法。利用公式v=计算化学反应速率。2.关系式法。利用化学反应速率之比=相同时间内物质的量浓度变化之比=化学计量数之比。(3)“三段式”法计算模板。例如:反应mA+

nB

pC起始浓度/(mol·L-1)

a

b

c转化浓度/(mol·L-1)

x

t时刻浓度/(mol·L-1)

a-x

计算中注意以下量的关系:①对于反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻);②对于生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻)。3.求解化学反应速率计算题的一般步骤。(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计算。【归纳提升】

理解化学反应速率要注意的几个问题:(1)化学反应速率的计算公式:。单位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1。(2)无论是反应物还是生成物,其化学反应速率的值都取正值。1.正确理解化学反应速率(4)由于一个化学反应里各物质之间的化学计量数不一定相同,所以在同一个化学反应里,不同物质所表示的化学反应速率数值不一定相同。虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同,但是它们的实际意义却完全相同,即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的反应速率。表示化学反应速率时,应注明是用哪种物质表示的化学反应速率。(5)对于给定的化学反应,aA+bB===cC+dD,各物质的化学计量数之比=发生变化的物质的量之比=各物质的化学反应速率之比,即a∶b∶c∶d=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)。(6)在一定温度下,纯固态和纯液态物质,单位体积里的物质的量保持不变,因此液态或固态纯物质的物质的量浓度可以看成常数,所以不能用纯固态和纯液态的物质来表示化学反应的反应速率。典例剖析【典例2】一定条件下,向2L密闭容器中加入2molN2和10molH2,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),2min时测得剩余N21mol,下列化学反应速率不正确的是(

)A.v(N2)=0.25mol·L-1·min-1

B.v(H2)=0.75mol·L-1·min-1C.v(NH3)=1mol·L-1·min-1

v(H2)=3v(NH3)答案:Cv(H2

mol·L-1·min-1,v(NH3

mol·L-1·min-1。【典例2】

在一定温度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(

)。A.0~6min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1B.6~10min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2mol·L-1·min-1C.反应至6min时,c(H2O2)=0.30mol·L-1D.反应至6min时,H2O2分解了50%t/min0246810V(O2)/mL0.09.917.222.426.529.9答案:C解析:由2H2O22H2O+O2↑知,0~6

min,产生V(O2

mL,消耗n(H2O2)=2.0×10-3

mol,v(H2O2)=≈3.3×10-2

mol·L-1·min-1,A项正确;随着反应的进行,反应物浓度减小,平均反应速率逐渐减小,故6~10

min平均反应速率v(H2O2)<3.3×10-2

mol·L-1·min-1,B项正确;反应至6

min时,消耗n(H2O2)=2.0×10-3

mol,则剩余H2O2浓度为

mol·L-1,C项错误;反应至6

min,4.0×10-3

mol的H2O2分解了2.0×10-3

mol,分解了50%,D项正确。[变式训练1]反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在2L的密闭容器中进行,1min后,NH3减少了0.12mol,则下列选项中正确的是(

)。A.v(NO)=0.002mol·L-1·s-1

B.v(H2O)=0.002mol·L-1·s-1C.v(NH3)=0.002mol·L-1·s-1

D.v(O2)=0.00125mol·L-1·s-1答案:D化学反应速率计算的误区在做有关反应速率的计算题目时，由于粗心大意及对反应速率概念理解不够透彻，部分学生会出现以下失误：误区一忽视反应容器的容积某些试题不是直接给出反应物或生成物的物质的量浓度，而是给出物质的量及容器的容积。解答这类题目时，部分学生想当然地认为容器容积为1L，从而导致出错。误区二忽视统一单位部分涉及反应速率计算的题目中，时间单位（s、min）与反应速率的单位（mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1）不统一，如给出的时间单位为min，要求的反应速率单位为mol·L－1·s－1，此时就需要将min换算为s，否则就会出现计算错误。

2.化学反应速率的测量方法与快慢的比较【实验探究】某活动小组用大理石(所含杂质视为与稀盐酸不反应)与100mL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)。【问题探究】

1.能根据公式

计算F点的速率吗?提示:不能。化学反应速率是平均速率,不是瞬时速率。2.哪一段表示的平均速率最快?提示:由图可知,在1~2

min,EF段生成二氧化碳的体积最多,故EF段反应速率最快。3.EF段,用HCl表示该反应的平均反应速率为多少?提示:由图可知EF段生成的二氧化碳体积为672

mL-224

mL=448

mL,二氧化碳的物质的量为

mol,根据化学方程式CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O可知,Δn(HCl)=2n(CO2

mol,故用HCl表示该反应的平均反应速率为

mol·L-1·min-1。4.下列都是测定气体产物(一定时间内)反应速率的装置图,哪些不能达到目的?为什么?提示:AD。A项中装置选用长颈漏斗,会造成气体从长颈漏斗上口逸出;D项中装置产生的CO2会被饱和Na2CO3溶液吸收。【归纳提升】1.测定化学反应速率的一般方法。(1)对于有气体生成的反应,可测定相同时间内收集气体的体积或测定收集等量气体所消耗的时间。(2)对于有固体参加的反应,可测定相同时间内消耗固体的质量。(3)对于有酸或碱参加的反应,可测定溶液中c(H+)或c(OH-)的变化。(4)在溶液中,当反应物或产物本身有比较明显的颜色时,常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。【典例3】

某温度下按如图安装好实验装置,在锥形瓶内盛6.5g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗加入40mL2.5mol·L-1的H2SO4溶液,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10s时恰好收集到气体的体积为50mL(折合成0℃、101kPa条件下H2的体积为44.8mL)。在该温度下,下列说法不正确的是(

)。A.用锌粒来表示10s内该反应的速率为0.013g·s-1B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+来表示10s内该反应的速率为0.01mol·L-1·s-1C.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+来表示10s内该反应的速率为0.01mol·L-1·s-1D.用H2来表示10s内该反应的速率为0.0002mol·s-1答案:C解析:10

s时产生的H2为

mol。Zn

+

H2SO4===ZnSO4

+

H2↑1

1

1

1

mol

mol

mol

mol反应掉的m

mol×65

g·mol-1

g用碳酸钙与一定浓度的稀盐酸反应,除了测定相同时间内收集CO2的体积表示化学反应速率,还可根据下列量的变化测定其反应速率:(1)测定收集相同体积CO2的时间长短。(2)测定一段时间内溶液中c(H+)的变化。(3)测定一段时间内碳酸钙质量的变化。2.化学反应速率数值大小的比较方法（1）定性比较通过明显的实验现象（如反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢等）来定性判断化学反应的快慢。（A）定性描述——通过在相同时间点，不同的实验现象来判断反应的快慢。①观察产生气泡的快慢；

②观察试管中剩余锌粒的多少；③用手接触试管，感受试管外壁温度的高低。（B）定量描述——通过实验测量来判断反应的快慢。①测定气体的体积或体系的压强；

②测定物质的物质的量的变化；③测定物质或离子的浓度变化；

④测定体系的温度或反应的热量变化。若有多种测量方案时，一般采取易操作，现象明显的实验方案。（2）定量比较①归一法:先统一单位,再依据用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比,将同一反应中的用不同物质表示的反应速率转化成用同一种物质表示的反应速率,然后直接依据数值进行比较。例如:对于反应2SO2+O22SO3,如果a.v(SO2)=2mol·L-1·min-1,b.v(O2)=3mol·L-1·min-1,c.v(SO3)=4mol·L-1·min-1,比较上述反应的快慢,可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。经换算可得:a.v(O2)=1mol·L-1·min-1,c.v(O2)=2mol·L-1·min-1,则反应的快慢关系为b>c>a。解析:解法一:将以不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的速率,再比较速率数值的大小。若以物质A为标准,根据用不同物质表示同一反应的速率时,速率之比等于各物质的化学计量数之比,将②③④的反应速率换算为用物质A表示的反应速率,则有:②v(A)=v

mol·L-1·s-1×60

s·min-1

mol·L-1·min-1,【典例4】反应A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.15mol·L-1·min-1

②v(B)=0.01mol·L-1·s-1③v(C)=0.40mol·L-1·min-1

④v(D)=0.45mol·L-1·min-1则该反应在不同情况下进行的快慢顺序为

。

答案:④>③=②>①③v(A)=v

mol·L-1·min-1

mol·L-1·min-1,④v(A)=v

mol·L-1·min-1

mol·L-1·min-1,故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③=②>①。解法二:首先将反应速率单位统一为mol·L-1·min-1,则②v

mol·L-1·min-1,然后根据反应速率与对应物质化学计量数之比的大小进行判断。由化学方程式A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)得出:①

mol·L-1·min-1 ②

mol·L-1·min-1③

mol·L-1·min-1 ④

mol·L-1·min-1故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③=②>①。[变式训练2]反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率,其中表示反应进行最快的是(

)。A.v(D)=0.4mol·L-1·min-1

B.v(A)=0.5mol·L-1·min-1C.v(B)=0.6mol·L-1·min-1

D.v(C)=0.5mol·L-1·min-1答案:B[变式训练3]已知反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g），某温度下，在2L密闭容器中投入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。（1）从反应开始到12s时，用A表示的反应速率为_______________。（2）经测定，前4s内v（C）＝0.05mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为____________________。0.05mol·L－1·s－13A(g)＋B(g)⇌2C(g)解析：(1)0～12s内，Δc(A)＝0.8mol·L－1

－0.2mol·L－1＝0.6mol·L－1，v(A)＝0.6mol·L－1÷12s＝0.05mol·L－1·s－1。(2)前4s内，Δc(A)＝0.8mol·L－1－0.5mol·L－1＝0.3mol·L－1，v(A)＝0.3mol·L－1÷4s＝0.075mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075mol·L－l·s－1∶0.05mol·L－1·s－1＝3∶2；由图像知，0～12s内Δc(A)∶Δc(B)＝0.6mol·L－1∶0.2mol·L－1＝3∶1＝a∶b，则a∶b∶c＝3∶1∶2，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)⇌2C(g)。（3）请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。（4）若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经相同时间后，测得三个容器中的反应速率分别为甲：v（A）＝0.3mol·L－1·s－1，乙：v（B）＝0.12mol·L－1·s－1，丙：v（C）＝9.6mol·L－1·min－1。则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为

。乙>甲>丙解析：(3)生成物C的浓度从0开始增加，到12s时达到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝2×0.6mol·L－1÷3＝0.4mol·L－1，则该曲线如图所示。(4)丙容器中v(C)＝9.6mol·L－1·min－1＝0.16mol·L－1·s－1，则丙容器中v(B)＝0.08mol·L－1·s－1，甲容器中v(B)＝0.1mol·L－1·s－1，乙容器中v(B)＝0.12mol·L－1·s－1，故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。[变式训练4]某学生设计如图甲装置，测定2mol·L－1的硫酸溶液分别与锌粒、锌粉反应的速率。请回答：（1）图甲中盛放硫酸溶液的仪器名称是

。（2）按照图甲装置实验时，已限定了两次实验时间均为10min，还需要测定的另一个数据是

。（3）实验结束后，得到的结论是

。（4）该学生又将图甲装置中的气体收集装置改为图乙，实验完毕待冷却后，该学生准备读取水准管上液面所在处的刻度数，发现水准管中液面高于干燥管中液面，应首先采取的操作是

。分液漏斗收集到气体的体积其他条件相同时，锌粉与硫酸反应的速率比锌粒与硫酸反应的速率快调节水准管的高度使得两侧液面相平突破二:化学反应速率影响因素类题的分析方法重难归纳1.外界因素对化学反应速率的影响。影响因素影响结果(其他条件不变)浓度反应物为固体或纯液体浓度为常数,一般情况下,增大反应物的量,反应速率不变(改变固体物质的表面积会影响反应速率)反应物为气体或溶液增大反应物的浓度,化学反应速率增大影响因素影响结果(其他条件不变)升高温度化学反应速率增大增大压强(减小容器的容积)对于气体,化学反应速率增大;对于非气体物质,影响不大使用催化剂化学反应速率增大2.压强对化学反应速率的影响。对于有气体参加的化学反应,通过改变反应容器的容积而导致压强变化,同时改变了反应物的浓度(如图所示),反应速率改变。当其他条件不变时,增大压强(减小反应容器的容积),反应速率增大;减小压强(增大反应器的容积),反应速率减小。改变压强,对化学反应速率的影响的根本原因是引起浓度改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因。压强对化学反应速率影响的几种情况。(1)对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强后,反应物浓度变化很小,可忽略不计,因此一般认为对化学反应速率无影响。(2)对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况。②恒温时,对于恒容密闭容器:③恒温、恒压时:方法技巧分析压强改变对化学反应速率的影响时,关键看气体反应物浓度是否有变化:若气体反应物浓度有变化,化学反应速率一定改变;若气体反应物浓度无变化,化学反应速率不改变。通常所说的增大压强是指减小容积。利用“控制变量法”的解题策略【归纳总结】

1．控制变量法当某种物质发生化学反应时，反应速率的大小不仅取决于物质的本质特性，还受反应物的浓度、温度、压强、催化剂等外界因素的影响。当研究其中某个因素对化学反应速率的影响时，常常先控制其他几个因素不变，这种方法称为控制变量法。【例题1】某探究小组用测量硝酸与大理石反应过程中固体质量减少的方法,研究影响反应速率的因素。c(HNO3)分别为1.00mol·L-1、2.00mol·L-1,大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格,实验温度为298K、308K,每次实验硝酸用量为25.00mL、大理石用量为10.00g。【典型例题】

请完成以下实验设计表。

实验编号T/K大理石规格实验目的①298粗颗粒2.00(Ⅰ)实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响;(Ⅱ)实验①和③探究温度对该反应速率的影响;(Ⅲ)实验①和④探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响②

③

④

298粗颗粒308粗颗粒298细颗粒解析:实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响,其他条件应相同而HNO3浓度不同,故实验②HNO3浓度应为

mol·L-1。实验①和③探究温度对反应速率的影响,除了温度不同,其他条件要保持一样。实验①和④探究大理石规格(粗、细)对反应速率的影响,因此要求两者大理石的规格不同,一个用粗颗粒,另一个用细颗粒。【例题2】

在反应C(s)+CO2(g)

2CO(g)中,可使反应速率增大的措施有(

)。①缩小容器的容积②增加碳的量③恒容时通入CO2

④恒压下充入N2

⑤恒容下充入N2A.①③⑤

B.②④

C.①③

D.③⑤答案:C解析:①缩小容器的容积,体系压强增大,反应物的浓度增大,反应速率增大;②碳是固体,浓度为常数,增加碳的量对反应速率无影响;③恒容时通入CO2使反应物的浓度增大,反应速率增大;④恒压下充入N2,容器的容积增大,反应物的浓度减小,反应速率减小;⑤恒容下充入N2,不影响反应物的浓度,对反应速率无影响。[例题3]某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。编号反应物催化剂Ⅰ10mL2%H2O2溶液＋1mL水无Ⅱ10mL5%H2O2溶液＋1mL水无Ⅲ10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液Ⅳ10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液Ⅴ10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液（1）实验Ⅰ和实验Ⅱ的目的是_______________________________。（2）写出实验Ⅲ中发生反应的化学方程式：______________________。（3）实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的起始反应速率由大到小的顺序为

（用实验编号表示）。探究反应物浓度对反应速率的影响2H2O2FeCl32H2O＋O2↑Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ

解析：本题考查化学反应速率的影响因素及化学反应速率的计算。(1)实验Ⅰ和Ⅱ均未使用催化剂，混合液的总体积均为11mL，c(H2O2)不同，则实验目的是探究反应物浓度对反应速率的影响。(2)实验Ⅲ为H2O2在FeCl3催化作用下分解生成H2O和O2的反应，据此写出化学方程式。(3)实验Ⅰ中，c(H2O2)最小且未使用催化剂，则实验Ⅰ中起始反应速率最小；实验Ⅱ和Ⅲ中c(H2O2)相同，实验Ⅲ中加入FeCl3溶液，则实验Ⅲ的起始反应速率大于实验Ⅱ，故反应速率的大小顺序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。（4）实验Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，测得生成氧气的体积（折算成标准状况）随时间变化的关系如图所示。①分析图示能够得出的结论是__________________________________________________。②实验Ⅲ在t1～t2时间内，以H2O2表示的反应速率为__________________。碱性环境能加快H2O2分解的速率，酸性环境能减慢H2O2分解的速率

一个化学反应同时受多个因素影响时，可控制多个变量不变，只改变某一变量来设置对比实验，通过实验现象及数据来分析该单一变量对化学反应的影响。

[变式训练1]在一初始容积为2L的密闭容器中充入1molH2和1molI2,压强为p(单位为Pa),并在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)══2HI(g)ΔH<0。(1)若在2min后测得I2的浓度为0.4mol·L-1,则用H2表示的化学反应速率为

,用HI表示的化学反应速率为

。

(2)若保持容器容积不变,向其中再加入1molH2,化学反应速率

,理由是

。

(3)若保持容器容积不变,向其中再加入1molAr,容器内压强

,化学反应速率

,理由是