备考2024届高考化学一轮复习讲义第七章化学反应速率和化学平衡第1讲化学反应速率

第1讲化学反应速率课标要求核心考点五年考情核心素养对接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.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。3.知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。4.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。5.学生必做实验：化学反应速率的影响因素化学反应速率2023湖南，T13；2023上海，T22、T24；2023年6月浙江，T19；2023山东，T20；2023辽宁，T18；2023广东，T19；2022广东，T15；2022年6月浙江，T20；2021年6月浙江，T20；2021年1月浙江，T19；2021河北，T13；2021重庆，T12；2021福建，T12；2021辽宁，T12；2020山东，T14；2020全国Ⅰ，T28；2020全国Ⅱ，T28；2019全国Ⅱ，T27变化观念与平衡思想：能从反应现象中提取信息，建立物质、外界条件与化学反应方向、限度和速率的关系；能基于碰撞理论解释反应速率的影响因素；能调控化学反应，设计实验探究反应规律命题分析预测1.高考主要考查反应速率的影响因素及相关计算，在考查反应速率的相关计算时常引入反应速率常数、反应机理图像等。2.以反应速率常数为载体进行命题是考查化学反应速率的一种新形式，一般会先给出反应速率常数的相关概念和信息，然后设题，考查考生将新信息与所学知识融合应用的能力，考生要予以重视1.宏观与微观相结合视角对化学反应的快慢能从宏观（如反应条件、反应现象等）角度进行描述或判断，同时能从微观角度进行分析和解释。2.定性与定量相结合视角对化学反应快慢的描述或比较从定性进阶到定量，从粗略的估计进阶到精确的表示。在复杂情况（如多种因素同时发生变化）下，如果从定性角度无法判断或比较化学反应的快慢时，还可以从定量角度进行分析。3.瞬时与平均相结合视角化学平衡状态、化学平衡移动原理等理论问题的研究一般需基于瞬时速率，而化工生产快慢的描述则主要基于平均速率，有时则需要同时考虑瞬时速率和平均速率。4.认识思路考点化学反应速率1.基元反应与反应历程概念示例基元反应大多数化学反应都是分几步完成的，其中的[1]每一步反应称为基元反应[鲁科选必1]2HIH2＋2I·反应历程基元反应构成的[2]反应序列称为反应历程（又称反应机理）[鲁科选必1]反应2HIH2＋I2分两步：①2HIH2＋2I·②2I·I2简单反应反应物一步直接转化为反应产物，其总反应就是基元反应，这类反应又称为简单反应H＋＋OH－H2O活化能基元反应过程需经历一个高能量的中间状态，此时形成一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的过渡态，[3]过渡态的能量与反应物的平均能量之差Ea称为基元反应的活化能Ea为正反应活化能，Ea'为逆反应活化能注意同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。2.化学反应速率注意（1）对于固体和纯液体，其浓度可视为常数，不用它们表示化学反应速率。（2）为了统一起见，可将化学反应速率定义为v＝1a·｜Δc（A)|Δt＝1b·｜Δ3.影响化学反应速率的因素（1）反应速率方程：以H2O2＋2HI2H2O＋I2为例，v＝kc（H2O2）·c（HI）称为反应速率方程；k称为反应速率常数，表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。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。[鲁科选必1]（2）外界条件对化学反应速率的影响①从反应速率方程角度分析化学反应速率变化反应CO（g）＋NO2（g）CO2（g）＋NO（g），反应速率方程v＝kc2（NO2）温度升高温度，k增大，反应速率（v）[7]增大浓度c（NO2）增大，反应速率（v）[8]增大压强增大压强（减小容器的容积），反应速率（v）[9]增大催化剂使用催化剂，活化能（Ea）减小，k增大，反应速率（v）[10]增大②从有效碰撞角度分析化学反应速率变化1.易错辨析。（1）对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。（✕）（2）化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指（3）对于反应2H2O22H2O＋O2↑，加入MnO2或降低温度都能加快O2的生成速率。（✕）（4）100mL2mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠固体，反应速率不变。（√）（5）使用催化剂能够降低化学反应的活化能与反应热（ΔH）。（✕）（6）FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。（✕）2.[臭氧分解反应的历程]Cl·催化臭氧分解反应过程中的能量变化如图所示。使用催化剂的反应历程中有2个基元反应，其基元反应中反应速率慢的是①（填序号）。3.向2L恒容密闭容器中通入1.2molH2和1molI2蒸气，发生反应：H2（g）＋I2（g）⇌2HI（g），已知反应速率方程为v＝kc（H2）·c（I2）。（1）从反应速率方程角度分析化学反应速率变化。①降低温度，k减小，v减小。②充入H2，c（H2）增大，v增大。③使用催化剂，k增大，v增大。（2）从有效碰撞角度分析化学反应速率变化。①升高温度，活化分子百分数增加，v增大。②充入H2，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增加，v增大。③使用催化剂，活化能降低，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增加，v增大。（3）在一定温度下，该反应中物质的物质的量与时间的变化关系如图所示。0～10s内平均反应速率v（H2）＝0.0395mol·L－1·s－1，v（HI）＝0.079mol·L－1·s－1。（4）若该反应在一定温度的密闭容器中进行，分析下列措施对该反应的反应速率的影响（填“增大”“减小”或“无影响”）。①缩小容器容积（增大压强）：增大。②恒容充入氢气：增大。③恒容充入氩气：无影响。④恒压充入氩气：减小。研透高考明确方向命题点1化学反应速率的大小比较与计算1.对于反应A（g）＋3B（g）2C（g）＋2D（g），下列表示的反应速率最大的是（A）A.v（A）＝0.8mol·L－1·s－1B.v（B）＝0.4mol·L－1·s－1C.v（C）＝0.6mol·L－1·s－1D.v（D）＝1.8mol·L－1·min－1解析v（B）＝3v（A）＝0.4mol·L－1·s－1，则换算成以A表示的反应速率为13×0.4mol·L－1·s－1，同理，将以C、D表示的反应速率换算成以A表示的反应速率时，分别为12×0.6mol·L－1·s－1、12×1.8×160mol·L－1·s－1，则v（A）＝0.8mol·L－12.[2021浙江]一定温度下，在N2O5的四氯化碳溶液（100mL）中发生分解反应：2N2O5⇌4NO2＋O2。在不同时刻测量放出的O2体积，换算成N2O5浓度如下表：t/s06001200171022202820xc（N2O5）/（mol·L－1）1.400.960.660.480.350.240.12下列说法正确的是（D）A.600～1200s，生成NO2的平均速率为5.0×10－4mol·L－1·s－1B.反应2220s时，放出的O2体积为11.8L（标准状况）C.反应达到平衡时，v正（N2O5）＝2v逆（NO2）D.推测上表中的x为3930解析600～1200s，N2O5的浓度变化量为（0.96－0.66）mol·L－1＝0.3mol·L－1，在此时间段内NO2的浓度变化量为N2O5的2倍，即为0.6mol·L－1，故生成NO2的平均速率为0.6mol·L－1600s＝1.0×10－3mol·L－1·s－1，A项错误；反应2220s时，N2O5的浓度变化量为（1.40－0.35）mol·L－1＝1.05mol·L－1，其物质的量变化量为1.05mol·L－1×0.1L＝0.105mol，O2的物质的量变化量为0.1052mol＝0.0525mol，故放出的O2在标准状况下的体积为0.0525mol×22.4L·mol－1＝1.176L，B项错误；反应达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率，用不同物质表示该反应的速率时，其数值之比等于其对应的化学计量数之比，2v正（N2O5）＝v逆（NO2），C项错误；分析表中数据可知，该反应经过1110s（600～1710s，1710～2820s）后N2O5的浓度会变为原来的12，故可以推测N2O5的浓度由0.24mol·L－1变为0.12mol·L－1经过了1110s3.一定温度下，在2L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间的变化曲线如图所示，下列说法正确的是（A）A.反应的化学方程式为3A⇌2B＋CB.反应开始到5min，B的物质的量增加了0.20molC.a点时，v（A）＝v（B）D.反应开始到5min，v（C）＝0.04mol·L－1·min－1解析由题图可知，5min时反应达到平衡，A的物质的量减少了0.60mol，B、C的物质的量分别增加了0.40mol和0.20mol，根据各物质的物质的量的变化量之比等于其对应的化学计量数之比，可得反应的化学方程式为3A⇌2B＋C，A项正确，B项错误；a点时反应正向进行，结合反应的化学方程式知v（A）＞v（B），C项错误；反应开始到5min，v（C）＝0.20mol2L×5min＝0.02mol·L－1·min－1技巧点拨反应速率的计算根据信息：文字描述、表格、图像等命题点2速率常数及速率方程4.（1）[全国Ⅱ高考]高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4高温C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为r＝k×cCH4，其中k为反应速率常数。设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝1－α（2）[全国Ⅰ高考改编]研究表明，SO2催化氧化（放热反应）的反应速率方程为v＝k（αα'－1）0.8（1－nα'）。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图图1曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t＜tm时，v逐渐提高；t＞tm后，v逐渐下降。原因是升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。（3）[全国Ⅲ高考]三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3（g）SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图2所示。图2①343K时反应的平衡转化率α＝22％。平衡常数K343K＝0.02（保留2位小数）。②在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有改进催化剂、提高反应物压强（浓度）。③比较a、b处反应速率大小：va大于vb（填“大于”“小于”或“等于”）。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆解析（1）设CH4的起始浓度为1mol·L－1，则2CH4高温C2H6＋H2起始浓度/（mol·L－1）100转化浓度/（mol·L－1）α0.5α0.5α转化率为α时的浓度/（mol·L－1）1－α0.5α0.5αr1＝k×1，r2＝k×（1－α）＝r1×（1－α）。（3）①温度越高，反应越先达到平衡，由题图2知，左侧曲线对应的温度为343K，343K时反应的平衡转化率为22％。设开始时加入SiHCl3的浓度为amol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达到平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78amol·L－1、0.11amol·L－1、0.11amol·L－1，化学平衡常数K343K＝0.11a×0.11a（0.78a）2≈0.02。②根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。③温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，且a、b两点对应体系中各物质的浓度相等，所以a点的反应速率大于b点的反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2SiHCl3（g）⇌SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）起始浓度/（mol·L－1）y00转化浓度/（mol·L－1）0.22y0.11y0.11y平衡浓度/（mol·L－1）0.78y0.11y0.11y代入k正x2SiHCl3＝k逆xSi在a处SiHCl3的转化率为20％，根据“三段式”法得2SiHCl3（g）⇌SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）起始浓度/（mol·L－1）y00转化浓度/（mol·L－1）0.2y0.1y0.1ya处浓度/（mol·L－1）0.8y0.1y0.1y则v正v逆＝k正x2SiHCl3k逆技巧点拨正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系对于基元反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g）＋dD（g），假设v正＝k正·ca（A）·cb（B），v逆＝k逆·cc（C）·cd（D），平衡常数K＝cc（C）·cd（D）ca（命题点3反应历程中的活化能与反应速率5.（1）[2023全国甲]MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示（两者历程相似，图中以CH4示例）。直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化应为图中曲线c（填“c”或“d”）。（2）[2021全国甲]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝－49kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是A（填标号），判断的理由是ΔH1为正值，ΔH2和ΔH均为负值，反应①的活化能大于反应②的活化能。（3）[2021广东]一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分4步进行，其中，第4步的正反应活化能最大。解析（1）由题意可知，MO＋与CD4的反应比与CH4的反应慢，反应的活化能越大，反应速率越慢，故MO＋与CD4反应的能量变化对应图中曲线c。（2）根据盖斯定律可知总反应＝反应①＋反应②，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋41kJ·mol－1＋（－90kJ·mol－1）＝－49kJ·mol－1。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，B、D项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，A项正确，C项错误。（3）命题点4影响化学反应速率的因素6.[影响化学反应速率的内因][全国Ⅲ高考改编]采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对煤燃烧排放的烟气（含有SO2和NOx）进行脱硫、脱硝。在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323K，NaClO2溶液浓度为5×10－3mol/L。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如表所示。离子SOSONONOCl－c/（mol/L）8.35×10－46.87×10－61.5×10－41.2×10－53.4×10－3由实验结果可知，脱硫反应速率大于（填“大于”或“小于”）脱硝反应速率。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同外，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。解析由表中数据可以看出：经过相同的反应时间，溶液中含硫离子的浓度大于含氮离子的浓度，因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。影响反应速率的因素有外因和内因，外因有浓度、温度、压强、催化剂等，由于是相同的反应体系，所以温度、压强、催化剂等因素是相同的，有可能是SO2比NO的溶解度大而导致初始浓度不同。内因可能是脱硫反应的活化能低于脱硝反应的活化能。7.[影响化学反应速率的外因][2021辽宁]某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是（B）A.其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大B.其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大C.条件①，反应速率为0.012mol·L－1·min－1D.条件②，降冰片烯起始浓度为3.0mol·L－1时，半衰期为62.5min解析根据曲线①、②可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大，A项正确；根据曲线①、③对应的反应物浓度和反应时间，可计算出其对应的反应速率分别为3.0mol·L－1250min＝0.012mol·L－1·min－1、1.5mol·L－1125min＝0.012mol·L－1·min－1，所以反应速率与降冰片烯浓度无关，B项错误，命题点5化学反应速率图像分析8.[2022浙江]在恒温恒容条件下，发生反应A（s）＋2B（g）⇌3X（g），c（B）随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是（C）A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率C.在不同时刻都存在关系：2v（B）＝3v（X）D.维持温度、容积、反应物起始的量不变，向反应体系中加入催化剂，c（B）随时间变化关系如图中曲线乙所示解析由a、c两点的横、纵坐标可得到Δt和Δc（B），则a到c的平均反应速率v＝｜Δc（B)|Δt，A项正确；当a点无限接近b点时，b→a的平均反应速率即为b点的瞬时速率，故从b点切线的斜率可求得反应开始时的瞬时速率，B项正确；在不同时刻都有v9.[催化剂对反应的影响][2022广东]在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则（D）A.无催化剂时，反应不能进行B.与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化D.使用催化剂Ⅰ时，0～2min内，v（X）＝1.0mol·L－1·min－1解析催化剂只能决定化学反应快慢，不能决定反应是否发生，A项错误；由图像曲线变化规律可知，相同时间内，催化剂Ⅰ导致的浓度变化更大，则催化剂Ⅰ使反应活化能更低，B项错误；2min时，a曲线和使用催化剂Ⅱ时曲线浓度变化的量相等，与反应中X、Y的化学计量数的关系矛盾，a曲线表示使用催化剂Ⅰ时X的浓度随t的变化，C项错误；使用催化剂Ⅰ时，0～2min内，v（X）＝12v（Y）＝12×4.0mol·L－12min＝命题点6控制变量法的应用10.[2021福建]NaNO2溶液和NH4Cl溶液可发生反应：NaNO2＋NH4Cl△N2↑＋NaCl＋2H2O。为探究反应速率与c（NaNO2）的关系，利用下列装置（夹持仪器略去）进行实验。实验步骤：往A中加入一定体积（V）的2.0mol·L－1NaNO2溶液、2.0mol·L－1NH4Cl溶液和水，充分搅拌。控制体系温度，通过分液漏斗往A中加入1.0mol·L－1醋酸。当导管口气泡均匀稳定冒出时，开始用排水法收集气体。用秒表测量收集1.0mLN2所需的时间，重复多次取平均值（t）。回答下列问题：（1）仪器A的名称为锥形瓶。（2）检验装置气密性的方法：关闭止水夹K，通过分液漏斗往A中加水，一段时间后水难以滴入，