2021-2022学年新教材苏教版高中化学选择性必修1专题2化学反应速率与化学平衡学案-知识点考点汇总及配套习题

专题二化学反应速率与化学平衡学案第一单元化学反应速率 1第一课时化学反应速率的表示方法 1第二课时影响化学反应速率的因素 13专题突破化学反应速率影响因素及其图像分析 30第二单元化学反应的方向与限度 37第一课时化学反应的方向 37第二课时化学平衡状态 46第三课时化学平衡常数及应用 53第三单元化学平衡的移动 62第一课时浓度、压强变化对化学平衡的影响 62第二课时温度变化对化学平衡的影响 73第三课时化学反应速率与化学平衡图像的常见类型 86第一单元化学反应速率第一课时化学反应速率的表示方法明课程标准扣核心素养1.知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。2.能进行化学反应速率的简单计算。变化观念与平衡思想：能从原子、分子水平分析化学变化的内因和变化的本质，能理解化学反应的历程。证据推理与模型认知：能认识物质及其变化的理论模型与研究对象之间的异同，能对模型和原型的关系进行评价并改进模型；能说明模型的使用条件和适用范围。突破点1化学反应速率及其表示方法室温下，有少量催化剂存在时，过氧化氢在水溶液中发生分解反应：2H2O2eq\o(=,\s\up7(催化剂))2H2O＋O2↑，反应过程中过氧化氢的物质的量浓度变化如下表所示。表1H2O2分解过程中浓度随时间的变化t/min020406080c(H2O2)/(mol·L－1)0.800.400.200.100.05表2Δt/min0～2020～4040～6060～80Δc(H2O2)/(mol·L－1)0.400.200.100.05[问题探讨]1．请结合教材P41观察思考中绘制的H2O2分解反应的浓度—时间曲线及表2数据分析，如何表示化学反应速率？提示：曲线的斜率eq\f(Δc,Δt)可以表示化学反应速率，其数学表达式为v＝eq\f(Δc,Δt)。2．化学反应速率有无单位？不同单位之间如何换算？提示：化学反应速率的常用单位是mol·L－1·min－1、mol·L－1·s－1等。1mol·L－1·s－1＝eq\f(1mol,L·\f(1,60)min)＝60mol·L－1·min－1。3．能否用液态水表示化学反应速率？提示：不能用固体和纯液体表示化学反应速率，因为其浓度可视为不变的常数。4．一定条件下，在2L的密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，5分钟内生成了6.8gNH3，试求出用NH3、N2、H2表示的化学反应速率。提示：n(NH3)＝eq\f(6.8g,17g·mol－1)＝0.4mol，则v(NH3)＝eq\f(Δc（NH3）,Δt)＝eq\f(\f(0.4mol,2L),5min)＝0.04mol·L－1·min－1，v(N2)＝eq\f(Δc（N2）,Δt)＝eq\f(\f(0.2mol,2L),5min)＝0.02mol·L－1·min－1，v(H2)＝eq\f(Δc（H2）,Δt)＝eq\f(\f(0.6mol,2L),5min)＝0.06mol·L－1·min－1。5．通过4的计算，在合成氨的反应中，用N2、H2、NH3表示的反应速率数值之间有何关系？提示：v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝0.02mol·L－1·min－1∶0.06mol·L－1·min－1∶0.04mol·L－1·min－1＝1∶3∶2，即化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。归纳总结(1)由公式v＝eq\f(Δc,Δt)计算得到的化学反应速率，是某一时间段的平均速率而不是瞬时速率。(2)不论是反应物还是生成物，用其表示的化学反应速率的值都取正值。(3)固体或纯液体(不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。(4)同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率的意义完全相同，但它们表示的数值可能不同。因此，要在反应速率v后标明具体的物质。应用练习1．下列有关化学反应速率的说法正确的是()A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显B．化学反应速率可用任何一种反应物或任何一种生成物来表示C．若某化学反应中用某反应物表示的反应速率为0.5mol·L－1·s－1，就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5mol·L－1D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度解析：选DA项，中和反应速率很快，但有的没有明显现象，错误；B项，在化学反应中，由于固体和纯液体的浓度视为常数，其浓度变化值为零，不能用其表示化学反应速率，错误；C项，由于化学计量数不一定相同，在该时间段内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5mol·L－1，错误。2．某温度下，N2O5在CCl4中发生反应：2N2O5=4NO2＋O2，N2O5的浓度随反应时间(t)的变化数据如下表。在0～10s内，平均反应速率为()t/s051015N2O5/(mol·L－1)0.820.400.320.28A.v(N2O5)＝0.032mol·L－1B．v(N2O5)＝0.050mol·L－1C．v(N2O5)＝0.050mol·L－1·s－1D．v(N2O5)＝0.032mol·L－1·s－1解析：选C根据化学反应速率的数学表达式知，v(N2O5)＝eq\f(0.82－0.32,10)mol·L－1·s－1＝0.050mol·L－1·s－1。突破点2化学反应速率的测定方法及化学反应速率的计算与大小比较比较通过实验测定化学反应速率的方法有多种。下面是实验室测定锌粒与稀硫酸反应的化学反应速率的装置图。[问题探讨]1．如何设计实验方案测定上述反应的化学反应速率？提示：方案1：测定一定时间(如1分钟)内产生H2的体积；方案2：测定产生一定体积的H2所需的时间。2．你还能想到哪些测定化学反应速率的方法？提示：通过一定时间内气体压强的变化来测定化学反应速率；利用科学仪器测量(如用于比色分析的分光光度计)。3．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2L密闭容器中充入4molNH3和3molO2，4min后，测得生成的H2O(g)占混合气体体积的40%，则此段时间内该反应的平均速率如何计算？提示：设4min后NH3转化的物质的量为xmol，列三段式为4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)起始量/mol4300变化量/molxeq\f(3,4)xeq\f(1,2)xeq\f(3,2)xeq\a\vs4\al(4min后的,量/mol)4－x3－eq\f(3,4)xeq\f(1,2)xeq\f(3,2)x由题意知，eq\f(\f(3,2)x,4－x＋3－\f(3,4)x＋\f(1,2)x＋\f(3,2)x)×100%＝40%。解得x＝2，则v(O2)＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)×2))mol,2L),4min)＝0.1875mol·L－1·min－1。4．对于反应A(g)＋3B(g)2C(g)，在三种不同条件下的反应速率分别为①v(A)＝0.01mol·L－1·s－1；②v(B)＝0.60mol·L－1·min－1；③v(C)＝1.0mol·L－1·min－1。在这三种不同条件下的化学反应速率大小顺序是怎样的？提示：先统一单位，①v(A)＝0.60mol·L－1·min－1，eq\f(v（A）,1)＝0.60mol·L－1·min－1；②eq\f(v（B）,3)＝0.20mol·L－1·min－1；③eq\f(v（C）,2)＝0.50mol·L－1·min－1；故化学反应速率大小顺序为①>③>②。归纳总结1．化学反应速率的测定(1)测定原理：利用化学反应中与某一种物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。(2)测定方法：①利用能够直接观察的某些性质测定：如通过测量释放出一定体积气体的时间来测定化学反应速率，或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定化学反应速率。②利用科学仪器测量：如在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅与显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量化学反应速率。2．化学反应速率的计算方法——“三段式”法(1)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。例如mA＋nBpC起始浓度/mol·L－1abc转化浓度/mol·L－1xeq\f(nx,m)eq\f(px,m)某时刻浓度/mol·L－1a－xb－eq\f(nx,m)c＋eq\f(px,m)v(B)＝eq\f(转化浓度,Δt)＝eq\f(nx,mΔt)(2)计算中注意以下量的关系：①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)③转化率＝eq\f(c（转化）,c（起始）)×100%3．化学反应速率大小的比较方法同一化学反应中，用不同物质来表示化学反应速率时，数值可能不同，需要进行转化。常用以下两种方法：(1)归一法(2)比值法通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较，比值大的化学反应速率大。如对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，若eq\f(v（A）,a)>eq\f(v（B）,b)，则用A表示的化学反应速率较大。应用练习1．一定条件下，向2L密闭容器中加入2molN2和10molH2，发生反应：N2＋3H22NH3，2min时测得剩余的N2为1mol，下列化学反应速率不正确的是()A．v(N2)＝0.25mol·L－1·min－1B．v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1C.v(NN3)＝1mol·L－1·min－1D．v(NH3)＝0.5mol·L－1·min－1解析：选Cv(N2)＝eq\f(（2－1）mol,2L×2min)＝0.25mol·L－1·min－1。因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5mol·L－1·min－1。2．在不同条件下，分别测得反应2SO2＋O22SO3的化学反应速率如下，其中表示该反应进行得最快的是()A．v(SO2)＝4mol·L－1·min－1B．v(O2)＝3mol·L－1·min－1C．v(SO2)＝0.1mol·L－1·s－1D．v(O2)＝0.1mol·L－1·s－1解析：选D本题考查的是化学反应速率的比较。以SO2为标准，并将单位进行统一，将A、B、C、D选项换算成以SO2表示的化学反应速率分别为A中v(SO2)＝4mol·L－1·min－1；B中v(SO2)＝2v(O2)＝6mol·L－1·min－1；C中v(SO2)＝(0.1×60)mol·L－1·min－1＝6mol·L－1·min－1；D中v(SO2)＝2v(O2)＝(2×0.1×60)mol·L－1·min－1＝12mol·L－1·min－1。则D项符合题意。3．通过实验测定反应速率的方法有多种，如(1)比较锌粒与不同浓度硫酸溶液反应时的速率，可通过测定收集等体积H2需要的________来实现。(2)在KMnO4溶液与H2C2O4溶液的反应中，KMnO4与H2C2O4__________________，可通过观察__________________来测定该反应的速率。解析：(1)比较锌粒与不同浓度的硫酸溶液反应的速率，可通过测定收集等体积H2需要的时间来实现，所需时间越短，说明反应速率越快。(2)KMnO4与H2C2O4发生氧化还原反应，离子方程式为2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，反应完全后溶液由紫红色变为无色，故可通过观察溶液褪色所需时间的长短来测定该反应的速率。答案：(1)时间(2)2MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))＋5H2C2O4＋6H＋=2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O溶液褪色所需时间能力培养一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是()A．反应开始到10s时，用Z表示的化学反应速率为0.158mol·L－1·s－1B．反应开始到10s时，X的物质的量浓度减小了0.79mol·L－1C．反应到达10s时，c(Y)＝0.105mol·L－1·s－1D．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)提示：由图可知，0～10s，n(X)由1.20mol减少到0.41mol，n(Y)由1.00mol减少到0.21mol，n(Z)由0增加到1.58mol，故v(Z)＝1.58mol÷2L÷10s＝0.079mol·L－1·s－1，A项错误；反应开始到10s时，X的物质的量浓度减小了eq\f(1.20mol－0.41mol,2L)＝0.395mol·L－1，B项错误；10s时，c(Y)＝eq\f(0.21mol,2L)＝0.105mol·L－1，单位有误，C项错误；相同时间内X、Y、Z的物质的量的变化值之比为0.79mol∶0.79mol∶1.58mol＝1∶1∶2，故反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，D项正确。[反思归纳]由图像确定化学方程式的方法①反应物和生成物的确定方法根据图像中曲线的变化趋势，物质的量(或浓度)减小的是反应物，物质的量(或浓度)增加的是生成物。②各物质化学计量数的确定方法一段时间内，各物质的物质的量(或浓度)变化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。③若反应最后浓度不随时间改变，书写化学方程式时应以“”连接。迁移应用1．一定温度下，某纯气体反应在密闭容器中进行，各物质的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是()A．该反应的化学方程式为5Y3XB．t1min时，Y的浓度是X的浓度的1.5倍C．t2min时，正、逆反应速率相等D．t3min时，逆反应速率大于正反应速率解析：选B由图可知，反应达到平衡时，Y减少了6mol，X增加了3mol，因此该反应的化学方程式为2YX，故A项错误；t1min时，Y的物质的量为6mol，X的物质的量为4mol，则c(Y)＝1.5c(X)，B项正确；由图可知，t2min时，X、Y两物质的物质的量相等，但不表示正、逆反应速率相等，故C项错误；t3min时，反应达到平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，故D项错误。2．某温度时，在VL密闭容器中，A、B、C三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：(1)反应的化学方______________________________________。(2)从开始到t1min末，用物质C表示的反应速率为__________________。解析：根据图像可知，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝(12－4)mol∶(8－4)mol∶(6－0)mol＝4∶2∶3，所以该反应的化学方程式为4A＋2B3C；根据反应速率的定义式可知，v(C)＝eq\f(6mol,VL·t1min)＝eq\f(6,Vt1)mol·L－1·min－1。答案：(1)4A＋2B3C(2)eq\f(6,Vt1)mol·L－1·min－1课堂巩固1．下列说法正确的是()A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比C．由v＝eq\f(Δc,Δt)计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率D．在反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值解析：选B化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示，A错误；由v＝eq\f(Δc,Δt)计算所得化学反应速率为平均速率，C错误；化学反应速率均为正值，不出现负值，因为Δc(变化量)不能为负，D错误。2．在铝与稀硫酸的反应中，已知10s末硫酸的浓度减少了0.6mol·L－1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10s内生成硫酸铝的平均反应速率是()A．0.02mol·L－1·min－1 B．1.8mol·L－1·min－1C．1.2mol·L－1·min－1 D．0.18mol·L－1·min－1解析：选Cv(H2SO4)＝eq\f(0.6mol·L－1,10s)＝0.06mol·L－1·s－1，v[Al2(SO4)3]＝eq\f(1,3)v(H2SO4)＝eq\f(1,3)×0.06mol·L－1·s－1＝0.02mol·L－1·s－1×60s·min－1＝1.2mol·L－1·min－1。3.某温度时，在2L恒容密闭容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。由图中数据分析，该反应的化学方程式和反应开始至2min末Z的平均反应速率分别为()A．X＋3Y=2Z0.1mol·L－1·min－1B．2X＋Y2Z0.1mol·L－1·min－1C．X＋2Y=Z0.05mol·L－1·min－1D．3X＋Y2Z0.05mol·L－1·min－1解析：选D由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到2min时，Δn(X)＝0.3mol，Δn(Y)＝0.1mol，Δn(Z)＝0.2mol，则Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝3∶1∶2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则该反应的化学方程式为3X＋Y2Z；反应开始至2min末，Z的平均反应速率v(Z)＝eq\f(\f(0.2mol,2L),2min)＝0.05mol·L－1·min－1，故D正确。4．化学反应速率是通过实验测定的，测定下列化学反应的速率时，其测量依据不合理的是()选项化学反应测量依据(单位时间内)ACO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)压强变化BZn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑H2体积C2NO2(g)N2O4(g)颜色深浅DCa(OH)2＋Na2CO3=CaCO3↓＋2NaOH沉淀质量解析：选AA项，该反应是气体分子数不变(反应前后的化学计量数之和相等)的反应，反应前后压强不变，A项不合理；B项，若单位时间内H2的体积变化大，则反应速率快，B项合理；C项，2NO2N2O4，NO2是红棕色气体，N2O4是无色气体，可以用单位时间内气体颜色的变化来衡量反应的快慢，C项合理；D项，单位时间内产生的沉淀的质量越大，反应速率越快，D项合理。5.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2L的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)反应从开始到12s时，用A表示的平均反应速率为______________。(2)经测定前4s内，用C表示的平均反应速率v(C)＝0.05mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为_________________________________________________________________________________________________________。(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，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__________________。解析：(1)从0到12s，Δc(A)＝0.8mol·L－1－0.2mol·L－1＝0.6mol·L－1，v(A)＝eq\f(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)＝eq\f(0.3mol·L－1,4s)＝0.075mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075mol·L－1·s－1∶0.05mol·L－1·s－1＝3∶2。由图像知，在12s时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)丙容器中v(C)＝9.6mol·L－1·min－1＝0.16mol·L－1·s－1。甲容器中v＝eq\f(v（A）,3)＝eq\f(0.3mol·L－1·s－1,3)＝0.1mol·L－1·s－1，乙容器中v＝eq\f(v（B）,1)＝eq\f(0.12mol·L－1·s－1,1)＝0.12mol·L－1·s－1，丙容器中v＝eq\f(v（C）,2)＝eq\f(0.16mol·L－1·s－1,2)＝0.08mol·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。答案：(1)0.05mol·L－1·s－1(2)3A(g)＋B(g)2C(g)(3)乙>甲>丙第二课时影响化学反应速率的因素明课程标准扣核心素养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.知道化学反应是有历程的，认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响。3.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。4.能通过实验探究分析不同组分浓度的改变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。变化观念与平衡思想：形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对化学反应速率的影响，能运用相关原理分析影响化学反应速率的因素，形成并发展变量控制的实验思想。证据推理与模型认知：能依据证据从不同视角分析问题，推理并得出合理的结论；能建构、理解、描述并应用影响化学反应速率的模型。突破点1浓度对化学反应速率的影响硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应：Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O。向A、B、C三支试管中各加入2mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液，浓度依次为0.1mol·L－1、0.05mol·L－1、0.01mol·L－1，再同时各加入2mL0.2mol·L－1稀硫酸，观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。[问题探讨]1．你观察到哪些实验现象？提示：三支试管中均逐渐出现浑浊，出现浑浊由快到慢的顺序为A、B、C。2．依据实验现象，你能得出哪些实验结论？提示：实验中仅改变了Na2S2O3的物质的量浓度，故可得出结论：在其他条件不变时，增大Na2S2O3的浓度，反应速率增大；减小Na2S2O3的浓度，反应速率减小。3．如何运用“碰撞理论”解释上述实验现象？提示：化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。当增加反应物的浓度时，单位体积内反应物的活化分子数目增多，反应物发生有效碰撞的次数增多，反应速率增大。4．化学反应是有历程的，反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应(一步完成反应)称为基元反应。那么H2(g)＋I2(g)=2HI(g)反应的历程是什么？每个基元反应都有对应的活化能，活化能与活化分子所占比例有什么关系？对化学反应速率有哪些影响？决定化学反应速率大小的是活化能大的还是活化能小的基元反应？提示：反应历程：I2=2I、H2＋2I=2HI，反应的活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例也就越小，故化学反应速率越小；活化能大的基元反应决定整个反应的化学反应速率的大小。归纳总结1．浓度对化学反应速率的影响对于气体或在溶液中发生的化学反应，其他条件不变时，增大反应物的浓度可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度可以减小化学反应速率。2．浓度对化学反应速率影响的注意点(1)若质量、物质的量、体积等的改变不能使浓度改变，则化学反应速率不变。(2)由于固体或纯液体的浓度可视为常数，所以改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响。(3)增大固体的表面积能加快化学反应速率，如用锌粒与盐酸反应制氢气比用锌片与盐酸反应制氢气的速率快。(4)若为可逆反应，增大反应物浓度，正反应速率增大，在此瞬间生成物浓度不变，逆反应速率不变。但随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，生成物的浓度逐渐增大，故正反应速率逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大，直到二者相等。3．有效碰撞理论与活化能如图所示：图中E1指反应的活化能，E1－E2是反应热。4．化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。如图所示：[拓展]反应物的浓度与化学反应速率之间的定量关系(1)反应速率方程反应速率方程可定量地表示参与反应的反应物浓度与化学反应速率之间的关系。有关反应速率方程的注意点①化学反应的反应速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，反应速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质化学式前的系数无确定关系。如H2＋Cl2=2HCl，v＝kc(H2)·ceq\f(1,2)(Cl2)。②对于有固体或纯液体参加的化学反应，固体或纯液体的浓度可视为常数，不能出现在反应速率方程中。如C(s)＋O2(g)=CO2(g)，v＝kc(O2)。(2)反应速率常数(k)含义表示单位浓度下的化学反应速率单位不同的反应速率方程中k的单位不同意义通常，反应速率常数k越大，反应进行得越快影响因素与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响应用练习1．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是()实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀H2SO4H2OV/mLc/(mol·L－1)V/mLc/(mol·L－1)V/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210解析：选D多个外界条件不同时，要对比找出其他相同条件，然后比较不同条件。影响化学反应速率的因素很多，本题从浓度和温度两个因素考查，结合选项知混合液体的体积都为20mL，根据浓度越大、温度越高，反应速率越快，可以推知D选项正确。2．已知反应2NO＋2H2=N2＋2H2O的反应速率方程为v＝kc2(NO)·c(H2)(k为反应速率常数)，其反应历程如下：①2NO＋H2→N2＋H2O2慢②H2O2＋H2→2H2O快下列说法不正确的是()A．增大c(NO)，可提高总反应的反应速率B．c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度相同C．该反应的快慢主要取决于反应①D．减小c(H2)，可降低总反应的反应速率解析：选B根据反应速率方程v＝kc2(NO)·c(H2)知，增大c(NO)，可提高总反应的反应速率，减小c(H2)，可降低总反应的反应速率，故A、D项正确；根据反应速率方程v＝kc2(NO)·c(H2)知，c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度不同，如c(NO)变为原来的2倍，v则变为原来的4倍，而c(H2)变为原来的2倍，v变为原来的2倍，故B项错误；反应速率由最慢的一步决定，该反应的快慢主要取决于反应①，故C项正确。突破点2压强对化学反应速率的影响在化学反应中，若反应物分别以气体、液体或固体三种状态存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度是否都发生变化呢？对化学反应速率有哪些影响？提示：改变体系的压强对液体、固体的浓度几乎没有任何影响，但会影响气体的浓度。对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强，气体体积减小，相当于增大反应物的浓度，反应速率增大；减小压强，气体体积增大，相当于减小反应物的浓度，反应速率减小。[问题探讨]1．恒温恒容时，向反应体系中充入反应气体(如向合成氨反应中充入N2)，化学反应速率如何变化？提示：总压强增大，该反应物浓度增大，反应速率增大。2．恒温恒容时，充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与反应也不干扰反应的气体)，体系总压强增大，反应速率也增大吗？提示：总压强增大，但反应混合物中各组分的浓度没有改变，反应速率不变。3．恒温恒压时，向反应体系中充入“无关气体”，反应速率如何变化？提示：体积增大，反应混合物中各组分的浓度减小，反应速率减小。4．经过研讨，你对“压强对化学反应速率的影响”有哪些新的认识？提示：压强对化学反应速率的影响是通过改变物质的浓度实现的，若压强改变，反应体系中物质的浓度不变，则对化学反应速率无影响。若压强增大，反应体系中物质的浓度增大，则反应速率增大；若压强减小，反应体系中各物质的浓度减小，则反应速率减小。归纳总结改变压强，对化学反应速率产生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。1．对于没有气体参与的化学反应，改变压强，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。(1)恒温恒容时①充入气体反应物eq\o(→,\s\up7(引起))总压强增大eq\o(→,\s\up7(引起))浓度增大eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率加快。②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar、N2等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)eq\o(→,\s\up7(引起))总压强增大，但各反应物浓度不变，则反应速率不变。(2)恒温恒压时①同等程度地充入相应的气体反应物eq\o(→,\s\up7(引起))体积增大，但各反应物浓度不变，则反应速率不变。②充入“无关气体”eq\o(→,\s\up7(引起))体积增大eq\o(→,\s\up7(引起))各反应物浓度减小eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率减慢。应用练习1．在一定条件下的密闭容器中存在下列四个化学反应，增大容器的容积对化学反应速率没有影响的是()A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)B．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)C．CO2(g)＋H2O(l)H2CO3(aq)D．Fe3＋(aq)＋3SCN－(aq)Fe(SCN)3(aq)解析：选D压强只对有气体参加或生成的反应的反应速率有影响，对于没有气体参加或生成的反应的反应速率无影响，D项符合题意。2．反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施能使该反应的反应速率减慢的是()A．缩小体积使压强增大B．压强不变充入He使体积增大C．体积不变充入He使压强增大D．体积不变充入NO使压强增大解析：选BA项，反应体系中物质的浓度增大，反应速率加快；B项，反应体系中物质的浓度减小，反应速率减小；C项，反应体系中物质的浓度不变，反应速率不变；D项，反应体系中物质的浓度增大，反应速率加快。突破点3温度对化学反应速率的影响酸性高锰酸钾溶液与草酸(H2C2O4)发生下列反应：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2取3支试管(分别标记为A、B、C)，向试管中分别加入2mL0.01mol·L－1酸性高锰酸钾溶液，再向试管中分别加入2mL0.1mol·L－1草酸溶液。将3支试管分别放入冰水中、室温下及80℃[问题探讨]1．你预测3支试管中会出现哪些现象？提示：三支试管中酸性KMnO4溶液均逐渐褪色，褪色先后顺序为C、B、A。2．实验中你观察到哪些现象？提示：与预测现象相同。3．通过实验，你得出哪些结论？提示：其他条件相同时，升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小。4．运用“碰撞理论”，如何解释上述现象？提示：随着温度的升高，反应物的活化分子数目增多，分子运动加快，活化分子有效碰撞的次数增多，反应速率增大。归纳总结1．温度对化学反应速率的影响其他条件相同时，升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小。2．温度对化学反应速率影响的理论解释其他条件相同时，升高温度可以提高反应物分子的能量，反应物的活化分子数目增多，分子运动加快，活化分子有效碰撞的次数增多，反应速率增大。3．所有化学反应的反应速率都与温度有关一般来说，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易于控制，加热是实验室最常用的加快化学反应速率的方法。科学研究表明对于许多反应而言，一般温度每升高10K，其反应速率可增加2～4倍。应用练习1．升高温度能加快化学反应速率的主要原因是()A．增加活化分子百分数B．降低活化分子的能量C．活化分子的能量明显增加D．降低反应所需的能量解析：选A升高温度，活化分子的百分数增加，有效碰撞的次数增加，所以化学反应速率加快。2.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中，影响该反应速率的主要因素是()①盐酸的浓度②镁条的表面积③溶液的温度④Cl－的浓度A．①④ B．③④C．①③ D．②③解析：选C由题图可知，该反应速率先增大后减小，该反应为放热反应，放出热量，温度升高，则反应速率加快，后来盐酸浓度减小，则反应速率逐渐减小，即前一阶段温度对反应速率的影响起主要作用，后一阶段盐酸的浓度对反应速率的影响起主要作用。因Cl－不参与反应，Cl－的浓度增大或减小都不影响化学反应速率，且该反应中Cl－的浓度可视为不变，另外镁条的表面积会影响反应速率，但在该反应中不是主要因素，即影响该反应速率的主要因素为①③，答案选C。突破点4催化剂对化学反应速率的影响向A、B、C3支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液，再向试管中分别加入2～3滴洗涤剂。向试管A中加入2～3滴FeCl3溶液，向试管B中加入少量MnO2粉末，C试管留作比较用。观察、比较3支试管中发生的实验现象。提示：3支试管中均产生气泡，B试管中气泡最多，A试管中气泡较少，C试管中气泡很少。[问题探讨]1．通过实验得出的实验结论是什么？提示：催化剂对化学反应速率有显著影响，一般来说，使用催化剂可以加快化学反应速率。2．如何用常用的反应速率理论(过渡态理论)解释催化剂对化学反应速率的影响？提示：使用催化剂可以改变反应历程，降低反应的活化能，活化能越低，反应速率越快。3．如表所示列出了一些反应在使用催化剂前后的活化能数据以及反应速率常数之比。化学反应催化剂Ea/(kJ·mol－1)eq\f(k（催）,k（无）)无催化剂有催化剂C12H22O11(蔗糖)＋H2O=C6H12O6(葡萄糖)＋C6H12O6(果糖)蔗糖酶107369.2×1011(310K)2HI=H2＋I2金1841051.6×108(503K)CH3CHO=CH4↑＋CO↑碘2101367.5×104(793K)2H2O2=2H2O＋O2↑过氧化氢酶75255.8×108(298K)分析表中数据，你能得出哪些结论？提示：(1)分析表中数据可以得出：有催化剂时，反应的活化能降低，反应速率常数增大，化学反应速率增大。(2)与其他因素相比，催化剂对化学反应速率影响的程度更大，这是因为催化剂能通过参与反应改变反应历程，降低反应的活化能。归纳总结1．催化剂对化学反应速率的影响催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率的。2．催化剂的催化原理(1)由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变，反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应，又包括使催化剂再生成的反应。(2)催化剂通过参与反应改变反应历程，较大幅度地降低反应的活化能来提高化学反应速率。(3)催化剂的催化机理使用催化剂→改变反应历程→降低反应的活化能(如下图所示臭氧分解反应的历程)→使更多的反应物分子成为活化分子→增加活化分子百分数→加快化学反应速率：3．催化剂的特点(1)选择性：某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。催化剂只能在一定的条件下，才能催化某个或某几个反应。(2)高效性：可以较大幅度地降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。[名师点拨](1)催化剂可同等程度地改变可逆反应的正、逆反应速率。(2)催化剂只有在一定温度下才能最大程度地显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一定相同。(3)有的催化剂能加快化学反应速率，有的催化剂能减慢化学反应速率。能加快化学反应速率的催化剂叫做正催化剂；能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂。在实践中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。(4)催化剂中毒：催化剂的催化性能往往因接触某些物质而明显下降甚至失效，这种现象叫做催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒而把原料进行净化，除去杂质。应用练习1．下列关于催化剂的说法正确的是()A．催化剂能使不发生反应的物质发生反应B．催化剂的化学性质在反应前后发生改变，但质量不变C．催化剂能改变化学反应速率D．任何化学反应都需要催化剂解析：选C催化剂能改变化学反应速率，但不能使不发生反应的物质发生反应，A项错误，C项正确；催化剂的质量及化学性质在反应前后均不发生变化，B项错误；很多化学反应不需要催化剂就能发生，如酸碱中和反应，D项错误。2．过二硫酸钾(K2S2O8)是一种无色结晶，不溶于乙醇，有强氧化性，易分解。在Ag＋催化下，Cr3＋被S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(8))氧化为Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))的机理为：S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(8))＋2Ag＋=2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2Ag2＋慢2Cr3＋＋6Ag2＋＋7H2O=6Ag＋＋14H＋＋Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))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．v(Cr3＋)＝v(S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(8)))解析：选A慢反应中Ag＋参与反应，快反应中又生成了Ag＋，则Ag＋起到催化剂的作用，催化剂可降低反应的活化能，但不能改变焓变。Ag＋浓度越大，反应速率越大，A正确，C错误；Ag2＋为中间产物，不是催化剂，B错误；反应总方程式为3S2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(8))＋2Cr3＋＋7H2O=6SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋14H＋＋Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))，反应速率之比等于化学计量数之比，D错误。3．为探究Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，某同学分别设计了如图中甲、乙所示的实验。下列叙述不正确的是()A．甲实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小B．若甲实验中反应速率①>②，则一定可以说明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果好C．乙实验可通过测定相同状况下产生气体的体积与反应时间来比较反应速率的大小D．乙实验中关闭A处活塞，将注射器活塞向外拉，松开后注射器活塞复原说明装置气密性良好解析：选B可以通过观察产生气泡的快慢来比较甲实验中反应速率的大小，故A正确；若甲实验中反应速率①>②，则能说明FeCl3比CuSO4对H2O2分解反应的催化效果好，但不一定是Fe3＋和Cu2＋起催化作用，也可能是SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))和Cl－起催化作用，故B错误；可以通过测定相同状况下产生气体的体积与反应时间来比较乙实验中反应速率的大小，故C正确；乙实验中关闭A处活塞，将注射器活塞向外拉出一定距离，若装置气密性良好，松开后注射器活塞会复原，故D正确。突破点5其他因素对化学反应速率的影响其他因素对化学反应速率的影响(1)增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大。固体物质的反应速率与表面积有关，颗粒越小，表面积越大，反应速率就越快，故块状固体可通过研磨来增大表面积，从而加快化学反应速率。如在三氧化硫的吸收阶段，吸收塔里装填瓷环，增大气液接触面积，使气体的吸收速率增大。(2)光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。应用练习1．用纯净的碳酸钙和稀盐酸反应制取CO2气体。下列措施对改变该反应的反应速率几乎没有影响的是()①改用等浓度的硝酸与碳酸钙反应②增大反应体系的压强或减小反应体系的压强③改用相同质量的粉末状碳酸钙代替块状碳酸钙④改用含有相同H＋浓度的稀硫酸A．①② B．②③C．③④ D．①④解析：选A因硝酸与盐酸的浓度相同，故对反应速率无影响。压强对反应速率的影响是通过改变气体的浓度来改变反应速率的，而该反应为固体碳酸钙与液体盐酸的反应，反应物中没有气体，故改变压强对该反应的反应速率几乎没有影响；粉末状碳酸钙的表面积较大，反应速率增大；尽管强调了稀硫酸与原盐酸中的H＋浓度相同，但稀硫酸与碳酸钙反应生成的CaSO4微溶，会覆盖在碳酸钙表面，从而使碳酸钙与H＋的接触面积减小，导致反应速率减小。2．在四支试管中发生反应：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑，生成H2的速率最大的是()试管等质量镁的形状盐酸的浓度/(mol·L－1)温度/℃A条状0.130B条状0.140C粉末状0.140D粉末状0.540解析：选D浓度越大，温度越高，固体的表面积越大，则反应速率越大，对比表中数据可知，D中盐酸浓度最大，固体呈粉末状，温度也是最高，则反应速率最大。能力培养Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2＋浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。某校化学兴趣小组现运用该方法降解有机污染物p－CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。【实验设计】控制p－CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表)，设计如下对比实验：实验编号实验目的T/KpHc/(10－3mol·L－1)H2O2Fe2＋①为以下实验作参考29836.00.30②探究温度对降解反应速率的影响③298106.00.30(1)请完成上述实验设计表(表中不要留空格)。提示：②31336.00.30③探究pH对降解反应速率的影响【数据处理】实验测得p－CP的浓度随时间变化的关系如图。(2)请根据如图实验①曲线，计算降解反应在50～150s内的反应速率v(p－CP)。提示：v(p－CP)＝eq\f(（1.2×10－3－0.4×10－3）mol·L－1,100s)＝8×10－6mol·L－1·s－1。【解释与结论】(3)实验①②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因。提示：温度过高，H2O2分解使c(H2O2)降低。(4)实验时需在不同时间点从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法。提示：根据曲线③可以得出，该反应在pH＝10的溶液中停止，故可在反应液中加入碱溶液，使溶液的pH迅速增大，从而使反应停止。[反思归纳]化学反应速率影响因素类题的分析方法1．变量控制法当物质发生化学反应时，化学反应速率的大小不仅取决于物质的本质特性，还受浓度、温度、压强、催化剂等外界因素的影响。当研究某个因素对化学反应速率的影响时，常常先控制其他因素不变，这种方法称为变量控制法。2．分清主次法当多个因素同时影响化学反应速率时，要分清哪个是主要因素。如锌与稀硫酸反应时，氢气的生成速率先由小变大，再由大变小，这是因为锌与稀硫酸反应时放热，体系温度逐渐升高，此时温度对反应速率的影响占主导地位，所以氢气的生成速率由小变大；一段时间后，反应体系中H＋的浓度减小，此时浓度对反应速率的影响占主导地位，所以氢气的生成速率又由大变小。迁移应用1．下表为某学生进行的两组实验：反应物Na2S2O3溶液H2SO4溶液水甲0.1mol·L－110mL0.1mol·L－110mL5mL乙0.2mol·L－15mL0.2mol·L－15mL20mL若其他条件均相同，上述两组实验中，对应反应的反应速率关系为()A．甲>乙 B．甲<乙C．甲＝乙 D．无法判断解析：选A甲组溶液的总体积是25mL，混合溶液中，甲组反应物的浓度c(Na2S2O3)＝c(H2SO4)＝eq\f(0.1mol·L－1×10mL,25mL)＝0.04mol·L－1；乙组溶液的总体积是30mL，混合溶液中，乙组反应物的浓度c(Na2S2O3)＝c(H2SO4)＝eq\f(0.2mol·L－1×5mL,30mL)≈0.033mol·L－1。由于甲组中反应物的浓度较大，故在其他条件相同时，其反应速率较大，即甲组的反应速率大于乙组的反应速率，A项正确。2．某同学做探究浓度对化学反应速率的影响的实验时，将3支试管分别编号为①②③，实验结束后记录的数据如表所示。试管编号加3%Na2S2O3溶液加H2O溶液加H2SO4出现浑浊的时间①3mL3mL5滴33s②amL2mL5滴28s③5mLbmL5滴16s下列叙述不正确的是()A．反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2OB．Na2S2O3的浓度越大，反应速率越快C．a＝4D．b＝2解析：选DNa2S2O3中S元素的化合价为＋2，Na2S2O3具有氧化性和还原性，在酸性条件下会发生氧化还原反应，反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，A项正确；在其他条件不变时，反应物的浓度越大，反应速率越快，B项正确；该实验是研究浓度对化学反应速率的影响，根据①可知，反应溶液的总体积为6mL，则a＝4，b＝1，C项正确，D项错误。课堂巩固1．反应3Fe(s)＋4H2O(g)eq\o(,\s\up7(高温))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．压强不变，充入N2使容器容积增大B．将容器的容积缩小一半C．容积不变，充入水蒸气使体系压强增大D．增加Fe的量解析：选D压强不变，充入N2使容器容积增大，则H2O(g)、H2(g)的浓度减小，反应速率减慢；将容器的容积缩小一半，反应体系中H2O(g)、H2(g)的浓度增大，反应速率加快；容积不变，向容器中充入反应物H2O(g)，H2O(g)的浓度增大，反应速率加快；增加固体Fe的量，对反应速率不会产生影响。2．增大压强对下列反应的速率无影响的是()A．CO2(g)＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2OB．H2(g)＋I2(g)=2HI(g)C．NaCl＋AgNO3AgCl↓＋NaNO3D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)解析：选C对于反应前后没有气体参与或生成的反应，如选项C中的反应，压强对其化学反应速率无影响。3．在一氧化碳变换反应CO＋H2Oeq\o(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2中，有关反应条件改变使反应速率增大的原因分析不正确的是()A．使用催化剂，活化分子百分数增大，有效碰撞概率增加B．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞概率增加C．增大压强，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞概率增加D．增大c(CO)，活化分子百分数增大，有效碰撞概率增加解析：选D催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子的百分数，增大反应速率，所以使用催化剂，活化分子百分数增大，有效碰撞概率增加，故A正确；温度升高，活化分子的百分数增大，有效碰撞概率增加，反应的速率加快，故B正确；增大压强，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞概率增加，故C正确；浓度变大，活化分子百分数不变，但单位体积内活化分子数增多，有效碰撞概率增加，反应速率加快，故D错误。4．反应2SO2＋O22SO3ΔH＜0，当其他条件不变时，只改变一个反应条件，将生成SO3的反应速率的变化填入空格里(填写“增大”“减小”或“不变”)。编号改变的条件生成SO3的速率①升高温度②降低温度③增大氧气的浓度④使用V2O5作催化剂⑤压缩体积⑥保持压强不变，充入N2⑦保持气体总体积不变，充入N2解析：升高温度，反应速率增大，反之反应速率减小；增大反应物的浓度，反应速率增大；使用适当催化剂，反应速率增大；压缩体积，浓度增大，反应速率增大；恒容条件下通入无关气体，反应物、生成物的浓度不变，反应速率不变；恒压条件下通入无关气体，容器容积增大，反应物、生成物的浓度减小，反应速率减小。答案：①增大②减小③增大④增大⑤增大⑥减小⑦不变专题突破化学反应速率影响因素及其图像分析突破一控制变量法分析化学反应速率的影响因素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，故为搞清某个因素对化学反应速率的影响需控制其他因素均相同或不变，再进行实验。因此，常用控制变量思想解决该类问题。(1)探究流程(2)注意事项①要选择合适的化学反应，所选择的反应不能太灵敏，也不能太迟钝。②反应物的浓度要适当，不能太大，而探索浓度变量时，浓度间的差别也不能太大。③要有规律地设计不同的反应体系的温度，也要注意物质的相应性质，不能选择会引起反应体系发生变化的温度。④对变量要进行适当的组合，组合的一般原则是“变一定多”，即保持其他变量不变，改变其中一个变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对反应的影响。应用练习1．某学习小组用测定稀HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，探究影响反应速率的因素，所用稀HNO3的浓度为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，每次实验稀HNO3的用量为25.00mL、大理石的用量为10.00g。实验设计如表：编号T/K大理石规格HNO3浓度①298粗颗粒2.00mol·L－1②298粗颗粒1.00mol·L－1③308粗颗粒2.00mol·L－1④298细颗粒2.00mol·L－1将相应的实验目的填入下列空格中：(1)实验①和②探究________对该反应速率的影响；(2)实验①和③探究________对该反应速率的影响；(3)实验①和④探究________对该反应速率的影响。答案：(1)浓度(2)温度(3)固体物质的表面积2．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液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。分组实验催化剂①10mL5%H2O2溶液无②10mL2%H2O2溶液无③10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液④10mL5%H2O2溶液＋少量盐酸1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液⑤10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是___________________________________________________________________________________________。(2)实验①和②的目的是探究________对反应速率的影响。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_____________________________。(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图。分析图像能够得出的实验结论①________环境能增大H2O2分解的速率；②________环境能减小H2O2分解的速率。解析：(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是催化剂降低了反应的活化能，从而增大了活化分子的百分数。(2)实验①和②的差别是H2O2溶液的浓度不同，故目的是探究浓度对反应速率的影响；由于通常条件下H2O2稳定，不易分解，所以为了加快反应速率，可向反应物中加入等量的同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中。(3)据图可以看出在碱性条件下反应最快，在酸性条件下反应最慢。答案：(1)催化剂降低了反应的活化能，增大了活化分子的百分数(2)浓度向反应物中加入等量的同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)(3)碱性酸性突破二化学反应速率图像分析化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。此类图像主要包括反应速率与浓度、压强、温度、催化剂等外界条件的关系以及反应过程中的速率变化等。1．定性型图像的分析(1)速率—时间图像如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化如图所示。AB段：Zn与盐酸的反应是放热反应，溶液的温度升高，化学反应速率逐渐增大。BC段：随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，化学反应速率逐渐减小。(2)速率—温度图像其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大，随着温度的降低而减小。如图A所示。(3)速率—压强图像对于有气体参与的反应，其他条件一定，增大压强(缩小容器的容积)，反应速率增大；减小压强(增大容器的容积)，反应速率减小。如图B所示。2．定量型图像分析化学反应速率的定量型图像主要反映物质的量(或物质的量浓度、反应速率)与反应时间t的定量关系。该类图像所能解决的问题主要有①反应物、生成物的确定；②反应起始时进行方向的确定；③可逆或不可逆反应的确定；④反应化学方程式的确定；⑤某时间段内平均反应速率的计算；⑥化学反应达到平衡的时刻及各量之间的关系。解答此类问题时应先根据曲线图弄清反应物以及生成物，并依据物质的量的变化量之比等于物质化学式前的系数之比写出反应的化学方程式，然后依据化学反应速率的定义进行相关计算和判断。例如：某温度时，在一容积恒定(VL)的容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化如图所示。①据图可进行如下计算：a．用某物质表示的平均反应速率，如v(X)＝eq\f(n1－n3,Vt3)mol·L－1·s－1。b．某物质的转化率(转化量占起始量的百分比)，如Y的转化率为eq\f(n2－n3,n2)×100%。②据图可确定反应的化学方程式：X、Y为反应物，Z为生成物，且X、Y、Z三种物质的化学式前的系数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2，最终反应物不能完全转化，说明该反应为可逆反应，故图示反应的化学方程式可表示为(n1－n3)X＋(n2－n3)Yn2Z。3．定性与定量相结合的图像分析此类图像通常既包括反应速率的定性比较，如曲线的趋势等，也包括反应速率、物质的量或物质的量浓度的计算和定量比较，需要依据相关的计算公式和外界条件影响反应速率的规律从定量和定性两个方面加以分析。[名师点拨]有关化学反应速率图像题的解题方法分析有关化学反应速率的图像，要注意分析图像的变化趋势，弄清影响化学反应速率的因素。一般要从以下几个方面分析：1．明确坐标轴含义，首先要知道横轴和纵轴所代表的物理量。2．看起点和变化趋势，分清反应物和生成物。与起始时相比，浓度或物质的量减小的是反应物，浓度或物质的量增大的是生成物。反应物以高于原点的点为起点，生成物多以原点为起点。3．看终点，分清消耗的浓度和增加的浓度，反应物的消耗浓度和生成物的增加浓度之比等于化学方程式中相应物质化学式前的系数之比。4．看变化条件，如升高温度或降低温度、增大压强或减小压强等，注意浓度、温度、压强等的改变对化学反应速率的影响。5．对于速率—时间图像，看清曲线是连续的还是跳跃的，分清“渐变”“突变”“大变”和“小变”。应用练习1．一定质量的锌粒与1.0L稀盐酸反应(放热反应)，生成H2的物质的量与反应时间的关系如图所示，下列结论不正确的是()A．若将锌粒改为锌粉，可以加快产生H2的速率B．反应前4min内温度对反应速率的影响比浓度大C．反应前4min内平均速率v(HCl)＝0．18mol·L－1·min－1D．反应时加入大量的CuSO4固体，会使生成氢气的速率加快解析：选D若将锌粒改成锌粉，增大了固体物质的表面积，即增大了反应物的接触面积，可以加快产生H2的速率，A正确；该反应为放热反应，由曲线变化趋势可知前4min内温度对反应速率的影响比较大，B正确；反应前4min内生成H2的物质的量为0.36mol，则消耗HCl的物质的量为0.72mol，反应前4min内平均速率v(HCl)＝0.18mol·L－1·min－1，C正确；反应时加入大量的CuSO4固体，锌置换出的铜附着在锌粒表面，阻止锌与盐酸的进一步反应，使生成氢气的速率减小，D错误。2．实验测得某反应在不同pH下产物A的浓度随时间变化的关系如图所示(其他条件相同)。则下列说法不正确的是()A．若增大压强，该反应的反应速率可能不变B．pH＝7.5时，随着反应的进行反应速率逐渐增大C．一定pH范围内，溶液中H＋浓度越大，反应速率越快D．可采取调节pH的方法使反应停止解析：选B图像没有给出压强对反应速率的影响，因此增大压强，反应速率可能不变，A正确；pH＝7.5时，随着反应的进行，曲线斜率先逐渐增大，后逐渐减小，说明反应速率先增大后减小，B错误；由图像可知，一定pH范围内，溶液中H＋浓度越大，反应速率越快，C正确；当pH＝8.8时，反应速率接近0，所以可采取调节pH的方法使反应停止，D正确。3．某温度下，在4L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。该反应的化学方程式是_________________________________________。解析：由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，且最终反应物、生成物共存，则该反应为可逆反应。当反应进行到5min时，Δn(Y)＝0.2mol，Δn(Z)＝0.4mol，Δn(X)＝0.6mol，则Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(X)＝1∶2∶3，参加反应的物质物质的量的变化量之比等于物质化学式前的系数之比，则反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g)2Z(g)。答案：3X(g)＋Y(g)2Z(g)第二单元化学反应的方向与限度第一课时化学反应的方向明课程标准扣核心素养1.知道化学反应是有方向的。2.知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。变化观念与平衡思想：能运用焓变和熵变分析影响化学反应方向的因素，初步学会用焓变和熵变研究化学反应进行的方向。证据推理与模型认知：能从定性与定量结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算推出合理的结论，推断化学反应进行的方向。突破点1自发过程与自发反应将白色CuSO4粉末溶于水得到蓝色的CuSO4溶液，然后插入锌片，有何现象？提示：锌片表面逐渐析出红色固体。[问题探讨]1．上述实验中存在哪些自发过程、自发反应？提示：CuSO4固体的溶解是自发过程，锌片与CuSO4溶液的反应既是自发过程，又是自发反应。2．若将铜片置于ZnSO4溶液中，会发生反应吗？如何让反应发生？提示：不反应。若让反应发生可设计成电解池，Cu作阳极，石墨作阴极，ZnSO4溶液作离子导体，然后通电能让上述反应得以发生。3．你是如何理解自发过程与自发反应的？提示：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程为自发过程，在一定条件下可以自发进行的化学反应为自发反应，自发过程可能是物理过程，不一定是自发反应，但自发反应一定是自发过程。归纳总结1．自发过程与自发反应自发过程自发反应含义在一定条件下，不需要借助外力就能自发进行的过程在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下肯定是不能自发进行的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功，如水力发电(2)可用来实现化学能转化为电能，如H2燃烧可设计成原电池(3)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O22．自发过程的特点(1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态。(2)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。[名师点拨](1)一定条件下，如果一个过程是自发的，则其逆过程在相同条件下就是非自发的。(2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程。应用练习1．在图①中的A、B两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都充满了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法不正确的是()A．此过程是体系从无序程度小向无序程度大变化的过程，即熵增大的过程B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出C．此过程从有序到无序，无序程度增大D．此过程是自发可逆的解析：选D由题意可知，此过程为不伴随能量变化的自发过程，是体系无序程度增大的过程。自发过程是不可逆的。2．下列说法中正确的是()A．能自发进行的反应一定能迅速发生反应B．非自发进行的反应一定不可能发生反应C．能自发进行的反应实际可能没有发生反应D．常温下，2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应解析：选C自发反应为在温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所以A不正确；非自发不含有“不可能”之意，例如，水的分解在常温常压下是非自发的，但在通直流电条件下，水会电解生成氢气和氧气，只不过消耗了其他功，所以B不正确；水在常温常压下电解才发生分解，即环境对它做功才能使它发生，所以是非自发反应，所以D不正确。突破点2化学反应进行方向的判据汽车尾气中的污染物是NO和CO，它们是现代城市中的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气的设想。2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.8kJ·mol－1，ΔS＝－197.5J·mol－1·K－1，请判断该设想是否可行，并说明理论依据。[问题探讨]1．你对S、ΔS是如何理解的？提示：衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。反应前后熵值的变化称为反应的熵变(ΔS)。若发生变化后体系的混乱度增大，则该过程的ΔS>0；反之，ΔS<0。2．反应熵变与反应方向有怎样的关系？提示：熵变是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不能直接用熵增大(ΔS>0)或熵减小(ΔS<0)来判断化学反应能否自发进行。3．反应焓变与反应方向之间的关系是什么？提示：大多数自发进行的反应是放热反应，有些吸热反应也能自发进行，所以反应焓变是与反应能否自发进行有关的因素之一。4．如何判断一个反应能否自发进行？提示：利用综合判据，若ΔH－TΔS<0，则反应正向能自发进行，若ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态，若ΔH－TΔS>0，反应正向不能自发进行。5．请利用综合判据分析上述反应在298K、100kPa下能否自发进行？提示：ΔH－TΔS＝－746.8kJ·mol－1－298K×(－197.5×10－3)kJ·mol－1·K－1≈－687.9kJ·mol－1<0。因此该反应在室温下正向能自发进行。归纳总结1．焓变与反应方向(1)大多数放热反应是可以自发进行的，例如，酸碱中和反应、H2的燃烧反应、Zn与CuSO4溶液的置换反应等放热反应都是能自发进行的。因此，放热反应具有自发进行的倾向，可以用焓变来判断反应进行的方向。(2)有些吸热反应也可以自发进行。实例：①Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体