化学选修四 化学反应的速率

第二章化学反应的方向、限度与速率第三节化学反应的速率知识点一化学反应速率

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栏目链接1．化学反应速率的概念。化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。2．化学反应速率的表示方法。化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。符号为v，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1或mol·L－1·h－1。

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栏目链接3．化学反应速率的表达式。某一物质A的化学反应速率的表达式为：式中：Δc(A)——某物质A的浓度变化，常用单位为mol·L－1；Δt——时间，常用单位为s、min、h；v(A)——物质A的反应速率，常用单位是mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1等。

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栏目链接4．化学反应速率的计算规律。在同一化学反应中，若用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率，它们之间的关系是速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。如：对于化学反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，有下列恒等式：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。

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栏目链接5．有关化学反应速率的注意事项。(1)化学反应速率均为正值，没有负值。(2)化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率，而不是在某一时刻的瞬时速率。(3)由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯液体或固体参加的反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。通常固体物质间的反应是通过增大该物质的接触面积(如粉碎成细小颗粒、充分搅拌、振荡等)来达到加快反应的目的。

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(4)对于同一化学反应，在相同的反应时间段内，用不同的物质来表示其反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此，表示化学反应的速率时，必须指明是用反应体系中的何种物质作标准。6．测定化学反应速率的物理方法。(1)量气法：对于反应∶2H2O2===2H2O＋O2↑，可测量反应中唯一的气体产物氧气在温度、压强一定时的体积变化。

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(2)电导法：根据离子导电能力的差异，通过电导率的变化测定反应物中离子浓度变化，从而计算化学反应速率。例如：在乙酸乙酯皂化反应中：CH3COOC2H5＋OH－CH3COO－＋C2H5OH由于OH－的电导远大于CH3COO－的电导，可以利用电导仪测量出溶液电导的变化，据此求得OH－浓度的变化，从而求得化学反应速率。

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(3)此外，激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定。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)＝0.015

mol·L－1·s－1②v(B)＝0.06

mol·L－1·s－1③v(C)＝0.04

mol·L－1·s－1④v(D)＝2.7

mol·L－1·s－1该反应的快慢顺序为__________________(填序号)。

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栏目链接解析：在比较速率大小时，首先要注意单位是否一致，若不一致必须先换算成一致，vD＝2.7

mol·L－1·min－1＝0.045

mol·L－1·s－1。其次，根据所学知识，比较后做出判断：解法一不同条件下的同一反应，反应速率与对应物质的系数之比的值越大，速率越快。故反应进行的快慢顺序为④＞③＝②＞①。

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栏目链接解法二将不同物质表示的速率换算成为用同一物质表示的速率，再比较速率值的大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的速率。则有：①v(A)＝0.015

mol·L－1·s－1答案：④＞③＝②＞①

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栏目链接►变式训练1．反应N2＋3H2

2NH3刚开始时，N2的浓度为3

mol·L－1，H2的浓度为5

mol·L－1，3

min后测得NH3浓度为0.6

mol·L－1，则此时间内，下列反应速率表示正确的是(D)A．v(NH3)＝0.02

mol·L－1·min－1B．v(H2)＝1.0

mol·L－1·min－1C．v(H2)＝1.67

mol·L－1·min－1D．v(H2)＝0.3

mol·L－1·min－1

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栏目链接解析：v(NH3)＝＝0.2

mol·L－1·min－1。由v(NH3)∶v(H2)∶v(N2)＝2∶3∶1可知D项正确。知识点二浓度对化学反应速率的影响

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栏目链接1．规律总结。通常增大反应物的浓度可以提高化学反应速率，化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系。2．实验探究。(1)实验内容：在298

K时，测H2O2＋2HI===2H2O＋I2在不同浓度时的化学反应速率，结果如下表所示：

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栏目链接(2)实验结论：在HI浓度一定时，化学反应速率与c(H2O2)成正比；在H2O2浓度一定时，化学反应速率与c(HI)成正比；因此化学反应速率的数学表达式为：v＝k·c(H2O2)·c(HI)

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栏目链接3．反应速率常数(k)。(1)含义：表示单位浓度下的化学反应速率。(2)意义：通常反应速率常数越大，反应进行得越快。(3)影响因素：反应速率常数(k)与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。一般来说，k随温度变化很明显，温度升高，k值通常增大。

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栏目链接4．k与反应物浓度的关系。分析以下三个反应的速率方程知：H2＋Cl2===2HCl

v＝kc(H2)·c(Cl2)H2＋I2

===2HI

v＝kc(H2)·c(I2)CO＋NO2===CO2＋NO

v＝kc(NO2)总反应的化学反应速率与参加反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据化学方程式直接写出。在很多反应中，这种关系式中浓度的方次与化学反应方程式中的系数并无确定关系。

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栏目链接5．压强对化学反应速率的影响。对于气态物质，在温度、体积一定时，压强与浓度成正比。因此上述关系式中的浓度可以用分压表示。而对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。对于气体反应体系，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。

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(2)恒温恒容时：①充入反应物浓度增大总压强增大反应速率加快。②充入“惰性气体”总压增大，但反应体系中各组分分压不变，即各组分的浓度不变，反应速率不变。(3)恒温恒压时：充入“惰性气体”体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢。

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栏目链接例2下列不同条件下的化学反应A＋B===C＋D，反应速率由大到小的顺序正确的一组是(

)①常温下20

mL溶液含A和B各0.001

mol

②常温下100

mL溶液含A和B各0.01

mol③常温下10

mL溶液含A和B各0.000

5

mol的溶液再加入蒸馏水30

mL

④常温下100

mL溶液含A

0.01

mol和B

0.005

mol

A．①②③④

B．④③②①C．②④①③

D．②①④③

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栏目链接解析：根据题意可知，其他条件相同，只有A、B的浓度不同，根据浓度对反应速率的影响，浓度越大，反应速率越快。将题目给出的A、B不同的量转化为物质的量浓度进行比较。①中A、B物质的量浓度均为0.05

mol·L－1；②中A、B物质的量浓度均为0.1

mol·L－1；③中A、B物质的量浓度均为0.012

5

mol·L－1；④中A物质的量浓度为0.1

mol·L－1，B物质的量浓度为0.05

mol·L－1；即浓度的大小顺序为②＞④＞①＞③，其速率顺序与之相同，故C选项符合题意。答案：C

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栏目链接►变式训练2．在一定温度下，A、B能在溶液中发生反应生成C和D：A＋B===C＋D。则：①将0.2

mol·L－1

A溶液和0.2

mol·L－1

B溶液各20

mL混合；②将0.5

mol·L－1

A溶液和0.5

mol·L－1

B溶液各50

mL混合；③将1

mol·L－1

A溶液和1

mol·L－1

B溶液各10

mL混合，同时倒入30

mL蒸馏水；④将1

mol·L－1

A溶液20

mL和1.2

mol·L－1

B溶液60

mL混合。反应开始时，反应速率由大到小的顺序是________。

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栏目链接解析：本题需先把每种情况下混合溶液中A、B的起始浓度求出来，然后根据其浓度大小来比较化学反应速率的大小。混合后各物质的起始浓度(mol·L－1)如下表所示：混合后浓度最大的是④，其次是②，最小的是①，所以反应开始时，反应速率由大到小的顺序为④>②>③>①。答案：④＞②＞③＞①知识点三温度对化学反应速率的影响

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栏目链接1．范托夫的近似经验规律。温度每升高10

K，反应速率增加2～4倍。利用这个规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计，但这个规律的适用范围有限。2．升高温度虽然增大反应速率常数，但对不同的反应的影响程度是不一样的，即升高相同的温度，对不同的反应其反应速率常数增大的倍数是不同的。

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栏目链接例3以下是某研究小组探究影响化学反应快慢的一些因素的相关数据(常温通常指20℃)。

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栏目链接(1)通过实验①和②对比可知，化学反应快慢与__________________有关。(2)通过对比实验________和__________可知，化学反应快慢与温度的关系是________。(3)由上述实验可知，实验室用过氧化氢制取氧气的最合适的条件是________。解析：(1)从表中分析可知：①②是过氧化氢浓度不同而其它各种量均相同，可知这一过程是考查反应物的浓度与反应速度的关系，反应物浓度越大，反应速率越快；

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栏目链接(2)③④则是温度不同其它条件相同，是对温度影响化学反应速度的探究，从结果看温度高时反应所用的时间较短，即反应的速度较快，温度低时反应的速度慢；(3)实验室用过氧化氢制取氧气要求反应简便易操作，所以采用不加热而加催化剂的方法进行较合适，从易于收集的角度知，反应的速度不能太快也不能太慢，所以最合适的条件是20℃时5%过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰。答案：(1)过氧化氢浓度(2)③④温度越高反应速度越快，温度越低反应速度越慢(3)20℃时5%过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰

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栏目链接►变式训练3．已知Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2＋H2O。甲同学通过测定该反应发生时溶液变浑浊的时间，研究外界条件对化学反应速率的影响，设计实验如下(所取溶液体积均为10

mL)：

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栏目链接当其他条件不变时：(1)设计实验①和②的目的是_____________________________________________________。(2)探究温度对化学反应速率的影响，应选择______(填实验编号)。上表中______(填实验编号)组实验最先出现浑浊。解析：实验①、②的温度相等，c(Na2S2O3)相等，但c(H2SO4)不等，故实验①、②是探究浓度对化学反应速率的影响；实验①、④中c(H2SO4)和c(Na2S2O3)均相等，但温度不等，故实验①、④是探究温度对化学反应速率的影响，实验③温度较高，浓度较大，故反应速率最快。答案：(1)探究浓度对化学反应速率的影响(2)①④③知识点四催化对反应速率的影响

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栏目链接1．规律总结。催化剂能够改变化学反应速率。其中，能加快化学反应速率的催化剂叫正催化剂，能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。在实际应用中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。2．实验探究。下表列出一些反应在使用催化剂前后的活化能的数据以及化学反应速率常数之比。

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栏目链接理论解释：使用催化剂降低反应所需的能量更多的分子成为活化分子大大增加单位体积内的活化分子百分数成千上万倍地增大化学反应速率。3．催化剂的含义及对反应速率的影响。(1)催化剂是能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。(2)催化剂在整个化学反应的历程中(由于质量和化学性质不变)，必定包括有催化剂参与的反应，也包括有催化剂生成的反应。

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(3)催化剂不改变化学反应平衡常数，不能改变平衡转化率，不能使化学平衡移动。但其能大大加快化学反应速率，从而缩短达到平衡所用时间。(4)催化剂具有选择性。酶催化剂还具有催化效率高、专一、反应条件温和等特点。(5)使用催化剂的意义：采用升温、加压等往往对设备有很高的要求，增大反应物浓度又造成转化率不高。因此，研制高效催化剂来提高相关反应的化学速率具有重大的意义。

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栏目链接温馨提示①在化学工业中往往会提到催化剂中毒这一现象，它是指催化剂与杂物相接触后其活性大大降低。②除了浓度、压强、温度、催化剂等能改变化学反应速率外，反应物颗粒的大小、溶剂的性质、光、超声波、磁场等也会对化学反应速率产生影响。

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栏目链接某中学化学小组查阅资料发现金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解，且A和二氧化锰的最佳催化温度均在500℃左右，于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验。实验时均以收集500

mL氧气为准(其他可能影响实验的因素均已忽略)。用MnO2作催化剂

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栏目链接请回答：上述实验中的待测数据是________。完成此研究后，他们准备发表一篇研究报告，请你替他们拟一个报告的题目：________________________________________________________________________________________________。

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栏目链接解析：催化剂是参与化学反应但反应前后的质量和性质保持不变的物质。对A和二氧化锰的催化性能进行比较，必须进行定量对照实验，测定相同条件下收集500

mL氧气的时间为多少，计算出反应速率，从而得出两者的催化性能。答案：时间A与二氧化锰催化效果的对照研究

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栏目链接►变式训练4．2010年诺贝尔化学奖授予理查德·海克等三位科学家，以表彰他们在“钯催化交叉偶联”方面的研究。下面关于催化剂的说法正确的是(D)A．催化剂只改变反应的正反应速率B．催化剂通过升高反应的活化能来加快反应速率C．催化剂能够改变反应的反应热D．催化剂不能改变反应物的转化率

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栏目链接解析：催化剂能同等程度地改变正逆反应速率，故A项错误；催化剂在化学反应中降低反应的活化能，故B项错误；反应热只与反应的始末状态有关，与催化剂不能改变反应热，故C项错误；催化剂不能改变反应的平衡状态，则不能改变反应物的转化率，故D项正确。知识点五外界条件对可逆的化学反应速率的影响

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栏目链接1．外界条件变化对v正和v逆的影响。(1)升高温度，v正和v逆都加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降低温度，v正和v逆都减慢，吸热反应减少的倍数大于放热反应减小的倍数。

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栏目链接(2)压强改变，反应速率不一定发生变化。改变容器的体积(增大或减小)使压强改变，反应速率发生变化；加压对有气体参加的化学反应，v正和v逆都加快，气体体积之和大的一侧增加的倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数；降低压强，v正和v逆都减慢，气体体积之和大的一侧减少的倍数大于气体体积之和小的一侧减小的倍数。

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栏目链接(3)在温度一定时，充入与反应无关的气体(如惰性气体)，若保持体积不变，由于反应气体浓度不变，故对反应速率无影响；若保持压强不变，则