第3节化学反应的速率第2课时影响反应速率的因素（讲义）

第2章化学反应的方向、限度与速率第3节化学反应的速率第2课时影响反应速率的因素教学目标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.通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。3.通过“外界条件对化学反应速率影响”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。重点和难点重点：掌握温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。难点：解释温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率。◆知识点一浓度对化学反应速率的影响1.基本规律：其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；减小反应物的浓度，反应速率减慢。2.反应速率与反应物浓度的定量关系（1）速率方程：对于反应H2O2＋2HI=2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中，k为反应速率常数。（2）反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越快。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。（3）反应速率与参与反应的物质浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。【【特别提醒】一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中各物质化学式前的系数并无确定关系。即学即练1．在一密闭容器中充入1molH2和1molI2，在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)ΔH＜0。下列说法正确的是()A．保持容器容积不变，向其中加入1molH2(g)，反应速率加快B．保持容器容积不变，向其中加入1molN2(N2不参加反应)，反应速率一定加快C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1molN2(N2不参加反应)，反应速率一定加快D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1molH2(g)和1molI2(g)，再次平衡时反应速率一定加快【答案】A【解析】增大反应物的浓度，反应速率加快，A项正确；加入氮气，因为容器容积不变，体系中各气体的浓度不变，故反应速率不变，B项错误；保持容器中压强不变，加入氮气，容器容积增大，反应体系中各气体的浓度减小，反应速率减慢，C项错误；保持压强不变，再次充入1molH2(g)和1molI2(g)，则容器容积增大为原来的2倍，再次平衡时反应体系中各气体的浓度不变，反应速率不变，D项错误。◆知识点二压强对化学反应速率的影响1.基本规律(对于气体参与的反应)2.解释压强增大→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(气体体积缩小,↓,反应物浓度增大))→化学反应速率加快；反之，压强减小，化学反应速率减慢。【特别提醒】【特别提醒】压强对反应速率的影响，本质是引起浓度的变化：(1)恒温时，压缩体积→压强增大→气体浓度增大→反应速率增大。(2)恒温恒容时①充入气体反应物→压强增大→气体反应物浓度增大→反应速率增大。②充入惰性气体→总压强增大→气体浓度不变→反应速率不变。(3)恒温恒压时，充入惰性气体→压强不变→容器体积增大→气体浓度减小→反应速率减小。即学即练1．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不能改变化学反应速率的是()A．缩小容器容积使压强增大B．恒容，充入N2C．恒容，充入HeD．恒压，充入He【答案】C【解析】缩小容器容积，各物质的浓度增大，反应速率增大，A不符合题意；恒容，充入氮气，氮气的浓度增大，反应速率增大，B不符合题意；恒容，充入惰性气体，对参加反应的各物质的浓度无影响，反应速率不改变，C符合题意；恒压，充入惰性气体，容器的容积增大，参与反应的各物质的浓度减小，反应速率减小，D不符合题意。◆知识点三温度对化学反应速率的影响1.基本规律2.经验规律——范托夫规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10K，反应速率提高到原来的2～4倍。3.过渡态及活化能①过渡态：一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。②活化能：a．定义：过渡态的能量与反应物的平均能量之间的差值。b．符号：Ea。c．单位：kJ·mol－1或J·mol－1。4.解释：升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，故升高温度可以提高化学反应的速率。即学即练1．某化学课外小组的同学通过实验探究温度和浓度对反应速率的影响。实验原理及方案：在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘，反应原理是：2IOeq\o\al(－,3)＋5SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O，生成的碘可用淀粉溶液检验，根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。实验序号0.01mol·L－1KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL0.01mol·L－1Na2SO3溶液的体积/mL水的体积/mL实验温度/℃出现蓝色的时间/s①55V15t1②554025t2③5V23525t3下列判断不正确的是()A．最先出现蓝色的一组是实验③B．实验①③中V1＝40，V2＝10C．探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①②D．出现蓝色的时间：t3>t2>t1【答案】D【解析】①②浓度相同，②温度高，②的反应速率比①快，③反应温度与②相同，但浓度比②大，因此最先出现蓝色的一组是实验③，A正确；根据混合后溶液体积一样，实验①③中V1＝40，V2＝10，B正确；①②浓度相同，温度不同，因此探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①②，C正确；出现蓝色的时间：t1>t2>t3，D错误。◆知识点四催化剂对化学反应速率的影响1.催化剂：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.催化原理：通过参与反应改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。3.催化剂的特点【特别提醒】催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。即学即练1．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验②的反应物应为()实验编号反应物催化剂①10mL2%H2O2溶液无②无③10mL5%H2O2溶液MnO2固体A.5mL2%H2O2溶液 B．10mL2%H2O2溶液C．10mL5%H2O2溶液 D．5mL10%H2O2溶液【答案】C【解析】本实验的目的是运用控制变量法，探究浓度、催化剂对反应速率的影响，表中已有数据中，①和③两组实验有两个反应条件不同，二者无法达到实验目的；实验②和③中，应是探究催化剂对反应速率的影响，所以实验②中双氧水浓度和体积必须与③相同，即反应物为10mL5%H2O2溶液；实验①和②中都没有使用催化剂，可以探究双氧水浓度对反应速率的影响，实验②的反应物为10mL5%H2O2溶液时符合条件，C正确。◆知识点五有效碰撞理论1．基元反应发生的先决条件反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次碰撞都能发生化学反应。2．有效碰撞3．活化能和活化分子(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。(2)活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。4．反应物、生成物的能量与活化能的关系图5．有效碰撞理论影响化学反应速率因素的解释(1)浓度反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。(2)压强增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。(3)温度升高温度，反应物分子的能量增加→使一部分原来能量较低的分子变成活化分子→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小。(4)催化剂使用催化剂→改变了反应历程(如下图)，反应的活化能降低→更多的反应物分子成为活化分子→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大。【特别提醒】【特别提醒】活化分子、有效碰撞与反应速率的关系即学即练1．下列说法正确的是()A．活化分子的每一次碰撞都能发生化学反应B．能够发生有效碰撞的分子是活化分子C．反应物用量增加后，有效碰撞次数增多，反应速率增大D．催化剂能提高活化分子的活化能，从而增大反应速率【答案】B【解析】发生有效碰撞时才能发生化学反应，所以活化分子的碰撞不一定能发生化学反应，故A错误；分子发生有效碰撞时发生化学反应，此时的分子为活化分子，故B正确；反应物为固体或纯液体，用量增加，反应速率不变，故C错误；加入催化剂可降低反应的活化能，提高活化分子百分数，反应速率增大，故D错误。◆知识点六催化机理与反应历程1．催化剂特点(1)催化剂具有高效性和选择性，某种催化剂对某一反应可能催化活性很强，但对其他反应不一定具有催化作用，可以选用合适的催化剂来调控反应。(2)催化剂的催化活性除了与自身成分有关外，还与粒径、合成方法等因素以及温度、压强等条件有关，催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内，温度过高，催化活性降低。2．催化剂与反应历程(1)催化反应历程可表示为扩散→吸附→断键→成键→脱附。(2)催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来加快反应速率。活化能越大，反应越难进行。(3)复杂反应中的速度控制步骤决定反应的速率，各步基元反应活化能(能垒)大的慢反应是决定整个反应速率的关键步骤。故改变温度，活化能大的反应速率改变程度越大。【特别提醒】对催化剂的选择性的理解(1)同一反应，不同催化剂对该反应的催化效果不同。(2)同一催化剂，对不同反应催化效果也不同。(3)催化剂的催化活性还与温度、酸碱度等因素有关，使用催化剂时需选择适宜条件。即学即练1．平流层中氟氯烃对臭氧层的破坏是由于含氯化合物的催化作用改变了臭氧分解反应的历程，其反应过程的能量变化如图。总反应：O3＋O→2O2。催化反应：①O3＋Cl→O2＋ClO；②ClO＋O→Cl＋O2。下列说法正确的是()A．Ea＝Ea1＋Ea2B．反应①为吸热反应，反应②为放热反应，因此反应速率：反应①＜反应②C．对于加了催化剂的反应：反应速率主要由反应①决定D．对于总反应，反应物的键能之和大于生成物的键能之和【答案】C【解析】催化剂能降低反应的活化能，并且催化效率越强，活化能降低越多，所以图中Ea与(Ea1＋Ea2)之间没有等量关系，A错误；由图可知，反应①为吸热反应，反应②为放热反应，反应①的活化能大于反应②，所以反应速率：反应①＜反应②，与反应是吸热反应还是放热反应无关，B错误、C正确；由图可知，总反应为放热反应，焓变＝反应物的总键能－生成物的总键能，所以反应物的键能之和小于生成物的键能之和，D错误。一、外界条件对化学反应速率的影响1．纯液体和固体的反应速率的影响因素分析纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。2．压强对化学反应速率影响的分析(1)恒温时增大压强eq\o(→,\s\up8(引起))体积缩小eq\o(→,\s\up8(引起))反应速率增大。(2)恒温恒容时①充入反应气体eq\o(→,\s\up8(引起))该物质浓度增大eq\o(→,\s\up8(引起))该反应速率迅速增大。②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)eq\o(→,\s\up8(引起))总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。(3)恒温恒压时充入“无关气体”eq\o(→,\s\up8(引起))体积增大eq\o(→,\s\up8(引起))反应混合物各组分的浓度减小eq\o(→,\s\up8(引起))反应速率减小。3．温度对化学反应速率影响的分析升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞频率，因此升高温度可以加快化学反应的速率。反之，降低温度可以减小化学反应的速率。4．催化剂对化学反应速率的影响(1)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间，但催化剂不能改变反应物的浓度和反应的平衡常数，所以催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。(2)理论解释：使用催化剂→降低反应所需的能量→更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→成千成万倍地增大化学反应速率。(3)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。实践应用1．下列实验中将水、试剂1、试剂2混合后褪色最快的是()选项温度水试剂1试剂2A25℃4mL4mL0.01mol·L－1KMnO42mL0.1mol·L－1H2C2O4B25℃2mL4mL0.01mol·L－1KMnO44mL0.1mol·L－1H2C2O4C35℃2mL4mL0.01mol·L－1KMnO44mL0.1mol·L－1H2C2O4D35℃2mL4mL0.01mol·L－1KMnO44mL0.1mol·L－1H2C2O4、少量MnSO4固体【答案】D【解析】根据水、试剂1和试剂2三者混合后溶液总体积为10mL，B、C、D中草酸的物质的量比A中草酸物质的量多，又因B的温度比C、D的温度低，再根据D中加入了催化剂，因此D的反应速率最快，则褪色最快，故D符合题意。2．下列关于化学反应速率的说法中，正确的是()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1min末的化学反应速率为v(NO)＝0.06mol·L－1·min－1②H2(g)＋S(s)H2S(g)恒压条件下充入He，化学反应速率不变③恒容条件下充入气体，增大压强，一定能加快化学反应速率④一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，为减缓反应速率，可向其中加入CH3COONa溶液⑤煅烧黄铁矿时将矿石磨成粉末可以加快反应速率⑥用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用98%的浓硫酸可以加快产生氢气的速率⑦光是影响某些化学反应速率的外界条件之一A．①④⑤⑦ B．①②⑤C．④⑤⑦ D．③④⑥【答案】C【解析】化学反应速率为平均反应速率，不是瞬时反应速率，①错误；H2(g)＋S(s)H2S(g)该反应为等体反应，恒压条件下充入稀有气体，相当于容器的体积增大，反应速率减小，②错误；恒容条件下充入无关气体(如惰性气体)，容器的总压增大，分压不变，则反应速率不变，③错误；加入CH3COONa溶液，与硫酸反应生成醋酸，则氢离子的浓度减小，减缓反应速率，④正确；将矿石磨成粉末可增大接触面积，加快反应速率，⑤正确；98%的浓硫酸具有强氧化性，冷的浓硫酸与铁发生钝化，则不产生氢气，⑥错误；光是影响某些化学反应速率的外界条件之一，如氢气和氯气在光照条件下可反应生成氯化氢，⑦正确；综上所述，正确的为④⑤⑦。二、可逆反应的速率—时间(v­t)图像平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线任一平衡体系增大反应物的浓度v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆)正向移动减小反应物的浓度v(正)、v(逆)均减小，且v′(逆)＞v′(正)逆向移动增大反应产物的浓度v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)逆向移动减小反应产物的浓度v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆)正向移动正反应方向为气体体积增大的放热反应增大压强或升高温度v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)逆向移动减小压强或降低温度v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆)正向移动任意平衡或反应前后气体系数和相等的平衡正催化剂或增大压强v(正)、v(逆)同等倍数增大平衡不移动负催化剂或减小压强v(正)、v(逆)同等倍数减小实践应用1．用纯净的CaCO3与足量稀盐酸反应制CO2，实验过程记录如图所示。下列分析判断正确的是()A．OE段表示的反应速率最大B．EF段表示的反应速率最大C．随反应进行溶液温度逐渐升高，所以反应速率最大的应是FG段D．OG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大【答案】B【解析】由题图可知，EF段时间内二氧化碳的体积变化最大，则EF段表示的反应速率最大；开始一段时间内，反应放热，溶液温度升高，反应速率增大，随着反应进行盐酸的浓度减小，反应速率减小，B正确。2．在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，其中①加入MnO2催化，②不加MnO2催化。如图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是()【答案】A【解析】由图像知，横坐标为时间，纵坐标为V(O2)，只要H2O2的量相同，两种情况下最终产生O2的体积相同，①中加入MnO2作催化剂，加快了H2O2的分解速率，在相同时间内产生O2的体积比②大，反应结束时所用时间短，故选A。考点一影响化学反应速率的因素【例1】下列说法正确的是()A．对于反应A(s)＋B(g)C(g)＋D(g)，加入A，反应速率加快B．2NO2N2O4(正反应放热)，升高温度，反应速率减慢C．一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(g)在密闭容器中进行，恒压时充入He，不改变反应速率D．100mL2mol·L－1稀盐酸与锌反应时，加入少量硫酸铜固体，生成氢气的速率加快【答案】D【解析】对于反应A(s)＋B(g)C(g)＋D(g)，A为固体，加入A，A的浓度不变，反应速率不变，故A错误；2NO2N2O4(正反应放热)，升高温度，反应速率加快，故B错误；一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3(g)在密闭容器中进行，恒压时充入He，容器的体积增大，反应物和生成物的浓度减小，反应速率减慢，故C错误；100mL2mol·L－1稀盐酸与锌反应时，加入少量硫酸铜固体，锌与硫酸铜发生置换反应析出铜，形成原电池，生成氢气的速率加快，故D正确。【变式11】反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在一密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是()A．增大体积使压强减小B．保持体积不变，充入N2使压强增大C．保持体积不变，充入氦气使压强增大D．保持压强不变，充入氦气【答案】B【解析】A项，增大体积引起各物质的浓度减小，反应速率减小；B项，体积不变，充入N2，N2的浓度增大，反应速率增大；C项，体积不变，充入氦气，各物质的浓度并没有改变，反考点二实验探究影响化学反应速率的因素【例2】H2SO4溶液反应研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如表：实验编号温度/℃V(Na2S2O3)/mLV(H2SO4)/mLV(H2O)/mL出现浑浊时间/s①205.010.00t1②205.05.0at2③505.010.00t3下列说法不正确的是()A．实验②中a＝5.0B．t2>t1>t3C．实验①、②、③均应先将溶液混合好后再置于不同温度的水浴中D．实验探究了浓度和温度对化学反应速率的影响【答案】C【解析】由控制变量法可知，溶液总体积相同，则实验②中加入H2O的体积为5.0mL，才能保持c(Na2S2O3)与实验①一致，故A正确；温度越高、浓度越大，反应速率越快，实验①中硫酸的浓度大，实验③中的温度又比①高，因此反应速率③＞①＞②，则出现浑浊需要的时间t2＞t1＞t3，故B正确；由控制变量法可知，实验①、②、③中需要将各组实验H2SO4溶液和Na2S2O3溶液置于一定温度的水浴中，再将H2SO4溶液迅速滴入Na2S2O3溶液中实验，故C错误；实验①②中硫酸浓度不同，实验①③中温度不同，可以探究温度和浓度对化学反应速率的影响，故D正确。【变式21】实验室利用下列方案探究影响化学反应速率的因素，有关说法不正确的是()实验编号温度/℃酸性KMnO4溶液乙醛(CH3CHO)溶液①254mL0.01molL－12mL0.01molL－1②a4mL0.01molL－12mL0.02molL－1③504mL0.01molL－12mL0.01molL－1④bc2mL0.01molL－1A.a＝25B．实验①③探究的是温度对化学反应速率的影响C．实验中需记录溶液颜色变化所需时间D．若b＝25，c＝4mL0.02molL－1，则实验①④也可用于化学反应速率影响因素的探究【答案】D【解析】①与②相比，CH3CHO的浓度不同，则温度应相同；①与③相比，两种反应物的浓度相同，则温度不同；①与④相比，其他条件相同，KMnO4的浓度应不同。由分析知，①与②相比，CH3CHO的浓度不同，温度应相同，则a＝25，A正确；实验①③两种反应物的浓度都相同，则探究的是温度对化学反应速率的影响，B正确；外界条件已经确定，比较反应速率的快慢，应通过时间来判断，所以实验中需记录溶液颜色变化所需时间，C正确；若b＝25，c＝4mL0.02molL－1，则实验①④的温度相同、CH3CHO的体积和浓度相同，KMnO4的浓度不同，但KMnO4过量，溶液颜色不发生明显变化，所以不能用于化学反应速率影响因素的探究，D不正确。考点三化学反应速率影响因素的图像分析【例3】用如图所示的实验装置进行实验X及Y时，每隔半分钟分别测定反应放出气体的体积。下列选项能正确表示实验X及Y的结果的是()实验所用盐酸X25mL0.2mol·L－1Y50mL0.1mol·L－1【答案】A【解析】由镁和盐酸反应的化学方程式知，两组实验中镁均过量，n(H＋)相等，故二者产生氢气的体积相等，排除选项C和D；根据其他条件相同时，反应物浓度越大，化学反应速率越大可知，实验X产生氢气的速率大，体现在图像上即实验X对应的曲线的斜率比实验Y的大，结合以上两点可知，选项A符合题意。【变式31】用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果，设计如下对比实验探究温度、浓度、pH对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间关系如图所示，下列说法错误的是()实验编号温度/℃pH①251②451③257④251A.实验②在前15min内，M的降解速率最快B．实验①②说明升高温度，M的降解速率增大C．实验①③说明pH越高，越不利于M的降解D．实验②④说明M的浓度越小，降解的速率越慢【答案】D【解析】从图中可以看出，在15min内，实验②中Δc(M)的数值最大，则M的降解速率最快，A正确；从表中可知实验①②的单一变量是温度，且实验②的温度高于实验①，在相同时间内，曲线②的下降幅度大于曲线①，起始M的浓度相同，故说明升高温度，M的降解速率增大，B正确；从表中可知实验①③的单一变量是pH，且实验③的pH高于实验①，在相同时间内，曲线③的下降幅度小于曲线①，起始M的浓度相同，故说明pH越高，越不利于M的降解，C正确；实验②④的温度和起始M的浓度均不相同，不符合单一变量的对照要求，不能说明M的浓度越小，降解的速率越慢，D错误。考点四有效碰撞理论【例4】下列有关活化分子与活化能的说法正确的是()A．活化分子间所发生的碰撞均为有效碰撞B．活化分子的平均能量称为活化能C．增大压强可使活化分子数增多，反应速率加快D．升高温度可使活化分子百分数增加，反应速率加快【答案】D【解析】只有发生化学反应时，活化分子间所发生的碰撞才为有效碰撞，故A错误；活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差称为活化能，故B错误；增大压强，使单位体积内活化分子百分数增多，只针对于气体，不是气体，则不成立，故C错误；升高温度，反应物分子的能量增加，活化分子数增加，单位体积内活化分子的百分数也大大增加，有效碰撞机会增大，反应速率加快，故D正确。【变式41】过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)=CO2(g)＋NO(g)的反应历程如下，下列有关说法正确的是()A．第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞B．活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快C．第一步反应需要吸收能量D．该反应的反应速率主要取决于第二步反应【答案】C【解析】活化分子之间的碰撞不一定能发生反应，不一定是有效碰撞，故A项错误；活化配合物的能量越高，单位体积内的活化分子数目越少，有效碰撞的几率越小，第一步反应速率越慢，故B项错误；反应速率主要取决于第一步慢反应的速率，故D项错误。考点五化学反应机理或反应历程【例5】已知反应S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)＋2I－(aq)2SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋I2(aq)，若向该溶液中加入含Fe3＋的某溶液，反应机理如下：①2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)I2(aq)＋2Fe2＋(aq)②2Fe2＋(aq)＋S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)2Fe3＋(aq)＋2SOeq\o\al(2－,4)(aq)下列有关该反应的说法不正确的是()A．增大S2Oeq\o\al(2－,8)的浓度，反应②的反应速率加快B．Fe3＋是该反应的催化剂C．该反应是放热反应D．Fe3＋降低了该反应的活化能，也减小了该反应的焓变【答案】D【解析】增大S2Oeq\o\al(2－,8)的浓度，反应②的反应速率加快，A正确；若向该溶液中加入含Fe3＋的某溶液，发生的总反应为S2Oeq\o\al(2－,8)(aq)＋2I－(aq)2SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋I2(aq),Fe3＋为该反应的催化剂，B正确；反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应是放热反应，C正确；催化剂不改变反应的焓变，D错误。【变式51】某种含二价铜微粒[CuⅡ(OH)(NH3)]＋的催化剂可用于汽车尾气脱硝，催化机理如图1，反应过程中不同态物质体系所含的能量如图2。下列说法正确的是()A．总反应焓变ΔH>0B．由状态②到状态③是铜元素被氧化的过程C．状态③到状态④的变化过程中有O—H的形成D．该脱硝过程的总反应方程式为4NH3＋2NO＋2O2=6H2O＋3N2【答案】C【解析】根据图2可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，则总反应焓变ΔH＜0，A错误；由状态②到状态③，发生[CuⅡ(OH)(NH3)3]＋＋NO→[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋＋H2O，Cu元素的化合价降低，被还原，B错误；状态③到状态④的变化过程为[CuI(H2NNO)(NH3)2]＋→[CuI(NH3)2]＋＋N2＋H2O，有O—H的形成，C正确；根据图1，该脱硝过程的总反应方程式为4NH3＋4NO＋O2=6H2O＋4N2，D错误。基础达标此时X与盐酸缓慢地进行反应，其中反应速率最大的是()A．20mL3mol·L－1 B．20mL2mol·L－1C．10mL4mol·L－1 D．10mL2mol·L－1【答案】A【解析】本题中反应速率的大小是由混合后反应物浓度的大小决定的，由于最后溶液体积相同，所以混合前X的物质的量越大，混合后其浓度越大，反应速率越快。2．对于反应COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)ΔH＞0。改变下列条件一定不能使反应速率增大的是()A．压缩体积 B．增加CO浓度C．加入催化剂 D．恒容下通入惰性气体【答案】D【解析】压缩体积，物质的量浓度增大，能增大反应速率，故A不符合题意；增加CO浓度，能增大反应速率，故B不符合题意；加入催化剂，能增大反应速率，故C不符合题意；恒容下通入惰性气体，反应体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，故D符合题意。3.把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生H2的速率如图所示。在下列因素中，影响反应速率的因素是()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．①②③ D．②③【答案】C【解析】Mg＋2H＋=H2↑＋Mg2＋，实质是镁与H＋间的反应，与Cl－无关，在镁条的表面有一层氧化膜，当将镁条投入盐酸中时，随着氧化膜的不断溶解，镁与盐酸接触的面积不断增大，产生H2的速率会加快；溶液的温度对该反应也有影响，反应放出热量，使温度升高，则反应速率会逐渐加快。4．金属Zn与酸反应产生H2的反应速率最大的是()选项温度金属酸A25℃Zn粒0.1mol·L－1盐酸B50℃Zn粉0.1mol·L－1硫酸C50℃Zn粒0.1mol·L－1盐酸D25℃Zn粉0.1mol·L－1硫酸【答案】B【解析】Zn与酸反应的实质是Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。B、C项温度比A、D项的温度高，反应速率大，B项中的c(H＋)和反应物的表面积均比C项中的大，反应速率大，故选B。5．氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O→2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：第一步：I2(g)2I(g)(快反应)；第二步：I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋IO(g)(慢反应)；第三步：IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)。下列说法错误的是()A．第二步对分解反应速率起决定作用B．I2的浓度与N2O的分解速率无关C．慢反应的活化能大于快反应的活化能D．第二步反应中I(g)作还原剂【答案】B【解析】化学反应速率的快慢取决于慢反应，则第二步对分解反应速率起决定作用，故A正确；N2O分解反应中，I2是反应物，碘蒸气的浓度与N2O的分解速率有关，故B错误；活化能越大反应速率越慢，则慢反应的活化能大于快反应的活化能，故C正确；第二步反应中I(g)→IO(g)，I元素化合价升高，作还原剂，故D正确。6．在有气体参加的反应中，能使反应物中活化分子总数和活化分子百分数都增大的措施有()①增大反应物浓度 ②增大压强③升高温度 ④加入催化剂A．①②B．②④C．①③D．③④【答案】D【解析】①增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增加，活化分子百分数不变；②增大压强，单位体积内活化分子数目增加，活化分子百分数不变；③升高温度，活化分子数目增加，活化分子百分数增大；④加入催化剂，降低反应所需活化能，活化分子数目增加，活化分子百分数增大；综上所述，答案为D。7．对于水煤气转换反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＜0，下列条件的改变，能增大活化分子百分数的是()A．降低温度 B．增大反应物浓度C．恒容条件下，充入稀有气体 D．使用催化剂【答案】D【解析】降低温度，分子能量降低，活化分子数减少，因此活化分子百分数减小，故A不选；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，但活化分子百分数不变，故B不选；恒容条件下，充入稀有气体，反应物浓度不变，因此活化分子百分数不变，故C不选；使用催化剂能降低反应的活化能，活化分子数增多，进而提高活化分子百分数，故D选。8．亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂，在常温、不见光条件下可保存一年，在酸性条件下发生反应：5ClOeq\o\al(－,2)＋4H＋=4ClO2↑＋Cl－＋2H2O，开始时，反应非常慢，一段时间后，反应速率增大。对于该反应速率增大的原因，下列猜测最合理的是()A．ClOeq\o\al(－,2)起催化作用 B．H＋起催化作用C．Cl－起催化作用 D．ClO2的逸出【答案】C【解析】反应开始时溶液中就有ClOeq\o\al(－,2)、H＋，但是反应却非常慢，说明ClOeq\o\al(－,2)、H＋都不起催化作用，A、B错误；随着反应的进行，反应产生Cl－，使溶液中Cl－浓度逐渐增大，反应速率增大，故说明可能是Cl－对化学反应起催化作用，C正确；逸出ClO2会导致物质浓度减小，不会出现反应速率突然增大的现象，D错误。9．NO催化O3分解的反应机理如下：第一步：O3(g)＋NO(g)=O2(g)＋NO2(g)第二步：NO2(g)=NO(g)＋O(g)第三步：O(g)＋O3(g)=2O2(g)总反应：2O3(g)=3O2(g)其能量与反应历程的关系如图所示。下列叙述正确的是()A．三步反应的ΔH均小于0B．第一步反应为速率最大的反应历程C．第二步反应断裂的化学键只有共价键D．NO改变了总反应的反应历程和焓变【答案】C【解析】由反应历程图可知，第一步和第二步反应为吸热反应，ΔH大于0，A错误；由反应历程图可知，第一步反应的活化能最大，第一步为速率最小的反应历程，B错误；第二步反应为NO2(g)=NO(g)＋O(g)，反应断裂的化学键只有共价键，C正确；NO为该反应的催化剂，只能改变总反应的反应历程，不能改变总反应的焓变，D错误。10．对于100mL1mol·L－1盐酸与铁片的反应，采取下列措施：①升高温度；②改用100mL3mol·L－1盐酸；③改用300mL1mol·L－1盐酸；④用等量铁粉代替铁片；⑤改用98%的硫酸。其中能使反应速率增大的是()A．①③④ B．①②④C．①②③④ D．①②③⑤【答案】B【解析】盐酸与铁片反应的实质是Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。①升高温度，化学反应速率增大，①符合题意；②改用100mL3mol·L－1盐酸，c(H＋)增大，化学反应速率增大，②符合题意；③改用300mL1mol·L－1盐酸，由于c(H＋)不变，反应速率不变，③不符合题意；④用等量铁粉代替铁片，固体表面积增大，反应物接触面积增大，反应速率增大，④符合题意；⑤改用98%的硫酸，由于浓硫酸具有强氧化性，在室温下遇铁会发生钝化，⑤不符合题意，故选B。综合应用11．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行，下列条件的改变能使反应速率增大的是()①增加铁的量②将容器的容积缩小一半③保持容积不变，充入N2使体系压强增大④保持容积不变，充入水蒸气使体系压强增大A．①④ B．②③C．③④ D．②④【答案】D【解析】①铁是固体，增加铁的量，浓度不变，反应速率不变，①不符合题意；②将容器的容积缩小一半，反应体系中气体物质的浓度增大，则反应速率增大，②符合题意；③容积不变，充入N2使体系压强增大，但各物质的浓度不变，所以反应速率不变，③不符合题意；④保持容积不变，充入水蒸气使体系压强增大，反应物浓度增大，反应速率增大，④符合题意。12．从下列实验事实所得出的相应结论正确的是()选项实验事实结论A其他条件相同，Na2S2O3溶液浓度越大，析出硫单质所需时间越短当其他条件不变时，增大反应物浓度，化学反应速率增大B在化学反应前后，催化剂的质量和化学性质都不变催化剂一定不参与化学反应CH＋浓度相同的盐酸和硫酸分别与形状相同的等质量的锌粒反应反应开始时速率不同D在容积可变的密闭容器中发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，把容积缩小一半反应速率不变【答案】A【解析】反应物浓度越大，单位体积内活化分子数目越多，化学反应速率越大，A正确；催化剂参与化学反应，降低反应的活化能，从而增大反应速率，但反应前后催化剂的质量和化学性质都不变，B错误；H＋浓度相同，则二者产生氢气的速率相同，C错误；把容积缩小一半，反应物浓度增大，反应速率增大，D错误。13．某实验小组利用0.1mol/LNa2S2O3溶液与0.2mol/LH2SO4溶液反应研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如下表：实验编号温度/℃V(Na2S2O3)/mLV(H2SO4)/mLV(H2O)/mL出现浑浊时间/s①205.010.00t1②205.05.0at2③505.010.00t3下列说法不正确的是()A．实验②中a＝5.0B．t2＞t1＞t3C．实验①②③均应先将溶液混合后再置于不同温度的水浴中D．实验探究了浓度和温度对化学反应速率的影响【答案】C【解析】由控制变量法可知，溶液总体积相同，则实验②中加入H2O的体积为5.0mL，故A正确；温度越高、浓度越大，反应速率越大，实验①③中硫酸的浓度大，实验③中的温度又比实验①高，因此反应速率③＞①＞②，则出现浑浊需要的时间t2＞t1＞t3，故B正确；由控制变量法可知，实验①②③中需要将各组实验H2SO4溶液和Na2S2O3溶液置于一定温度的水浴中，再将H2SO4溶液迅速滴入Na2S2O3溶液中进行实验，故C错误；实验①②中硫酸浓度不同，实验①③中温度不同，可以探究浓度和温度对化学反应速率的影响，故D正确。14.下列说法不正确的是()A．图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能B．图乙中HI分子发生了有效碰撞C．盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零D．增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加【答案】B【解析】催化剂可降低反应的活化能，A正确；能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，由图乙可知碰撞后没有生成新物质，即没有发生化学反应，不是有效碰撞，B错误；盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水，在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态，因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零，C正确；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，D正确。15．下列装置或操作能达到目的的是()A．装置①用于测定生成氢气的速率B．装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响C．装置③依据U形管两边液面的高低判断Na和水反应的热效应D．装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响【答案】C【解析】装置①生成的氢气会从长颈漏斗中逸出，不能根据生成氢气的体积测定生成氢气的速率，A错误；装置②依据褪色快慢比较浓度对反应速率的影响，应保证高锰酸钾溶液的浓度相同，用不同浓度的草酸溶液来做实验，B错误；Na和水反应放热，广口瓶内气体受热膨胀，U形管左侧液面下降，右侧液面上升，所以装置③能达到目的，C正确；装置④中物质的浓度、温度都不同，无法判断温度对反应速率的影响，D错误。16．科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。下列说法正确的是()A．该历程中活化能最小的反应方程式为CH2O*＋2H*=CHO*＋3H*B．该历程中能垒(反应活化能)最大的是④C．该历程中制约反应速率的反应方程式为CH3O*＋3H*=CO*＋4H*D．由此历程可知，CHO*＋3H*CO*＋4H*ΔH＞0【答案】A【解析】由题图可知，过渡态3发生的反应活化能最小，该过程的反应方程式为CH2O*＋2H*=CHO*＋3H*，A正确；由题图可知，过渡态1发生的反应活化能最大，故该历程中能垒(反应活化能)最大的是①，B错误；总反应速率由反应速率最慢的一步历程决定，由题图可知，历程中能垒(反应活化能)最大的为①，所以制约反应速率的反应方程式为CH3OH*=CH3O*＋H*，C错误；由题图可知CHO*和3H*的总能量大于CO*和4H*的总能量，则该反应的ΔH＜0，D错误。17．为了探究外界条件对H2O2分解反应速率的影响，某同学在4支试管中分别加入3mLH2O2溶液，测量并收集VmL气体时所需的时间，实验记录如下：实验序号H2O2溶液浓度H2O2溶液温度/℃催化剂所用时间①5%202滴1mol/LFeCl3t1②5%402滴1mol/LFeCl3t2③10%202滴1mol/LFeCl3t3④5%20不使用t4下列说法不正确的是()A．实验①②探究温度对反应速率的影响B．实验②④探究催化剂对反应速率的影响C．实验①③比较：t1＞t3D．实验③④比较：t3<t4【答案】B【解析】实验①②中只有温度不同，故是探究温度对反应速率的影响，故A正确；实验②④中反应温度不同，不能探究催化剂对反应速率的影响，故B错误；实验①③比较，实验③中过氧化氢溶液浓度大，反应速率大，若获得相同体积的氧气，实验①用时长，故C正确；实验③④比较，实验③中过氧化氢溶液浓度大，并且使用催化剂，故反应速率大，若获得相同体积的氧气，实验③用时短，故D正确。18．在一定条件下，N2O分解的化学方程式为2N2O(g)=2N2(g)＋O2(g)ΔH>0。学习小组探究浓度、温度、催化剂对N2O分解速率的影响，得到如下实验数据和图像。实验1：t℃无催化剂条件下，浓度对N2O分解速率的影响如表。反应时间/min0102030405060708090100c(N2O)/(mol·L－1)0.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010.00实验2：t℃不同催化剂条件下生成O2体积(V)与时间(t)的关系如图。下列说法正确的是()A．增大N2O的浓度，提高了单位体积内N2O的活化分子数，N2O分解的速率增大B．保持温度不变，缩小反应容器的体积，N2O分解的速率增大C．t℃无催化剂条件下，生成O2的速率：v(O2)＝5×10－4mol·L－1·min－1D．其他条件相同下，用Cat1催化N2O分解的活化能比用Cat4催化N2O分解的活化能高【答案】C【解析】由题表数据可知，在反应温度相同、无催化剂的条件下，10min内浓度的变化量都是0.01mol·L－1，反应速率都相同，说明N2O的浓度变化不影响化学反应速率，故A错误；在反应温度相同、无催化剂的条件下，改变N2O的浓度，化学反应速率不变，则保持温度不变，缩小反应容器的体积，N2O的浓度增大，但化学反应速率不变，故B错误；在反应温度相同、无催化剂的条件下，不管N2O的浓度如何变化，10min内N2O浓度的变化量都是0.01mol·L－1，则由化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，v(O2)＝eq\f(0.01mol·L－1,10min)×eq\f(1,2)＝5×10—4mol·L－1·min－1，故C正确；化学反应活化能越大，反应速率越小，由题图可知，用Cat1催化N2O分解的反应速率比用Cat4催化的反应速率大，则用Cat1催化N2O分解的活化能比用Cat4催化N2O分解的活化能低，故D错误。19．一定温度下，将1molA和2molB放入5L的密闭容器中发生如下反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋2D(g)，经5min后，测得容器内B的浓度减少了0.2mol/L。下列叙述正确的是()A．加入少量A，反应速率增大B．在5min内，用C的浓度改变量表示的反应速率为0.02mol/(L·min)C．保持容积不变，向容器中充入一定量氦气，压强增大，反应速率增大D．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大【答案】B【解析】固体的浓度为定值，增加固体的量，反应速率不变，故A错误；由容器内反应物B的浓度减少了0.2mol/L可知，生成物C的浓度增加了0.2mol/L×eq\f(1,2)＝0.1mol/L，则在5min内用C的浓度改变量表示的反应速率为eq\f(0.1mol/L,5min)＝0.02mol/(L·min)，故B正确；保持容积不变，向容器中充入一定量氦气，压强增大，但参加反应的气体的浓度不变，反应速率不变，故C错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，故D错误。20.在实验Ⅰ和实验Ⅱ中，用一定量、一定浓度的盐酸与足量的石灰石反应，并在一定的时间内测量反应放出CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石，实验Ⅱ用的是粉末状的石灰石。下图中能正确反映这两种实验结果的图像是()【答案】B【解析】在其他条件相同的情况下，粉末状石灰石与盐酸的接触面积比块状的大，所以粉末状石灰石与盐酸的反应速率大，表现在图像上应是曲线Ⅱ的斜率大于曲线Ⅰ的斜率，又由于盐酸中n(H＋)一定，故实验Ⅰ、Ⅱ中生成CO2的体积相同。拓展培优21．某化学课外小组的同学通过实验探究温度和浓度对反应速率的影响。实验原理及方案：在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生反应生成碘，反应原理是：2IOeq\o\al(－,3)＋5SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O，生成的碘可用淀粉溶液检验，根据出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。实验序号0.01mol·L－1KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL0.01mol·L－1Na2SO3溶液的体积/mL水的体积/mL实验温度/℃出现蓝色的时间/s①55V15t1②554025t2③5V23525t3下列判断不正确的是()A．最先出现蓝色的一组是实验③B．实验①③中V1＝40，V2＝10C．探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①②D．出现蓝色的时间：t3>t2>t1【答案】D【解析】实验①②浓度相同，实验②温度高，实验②的反应速率比实验①快，实验③反应温度与实验②相同，但浓度比实验②大，因此最先出现蓝色的一组是实验③，A正确；根据混合后溶液体积一样，实验①③中V1＝40，V2＝10，B正确；实验①②浓度相同，温度不同，因此探究温度对化学反应速率的影响应该选择实验①②，C正确；出现蓝色的时间：t1>t2>t3，D错误。22．CO与N2O在铁催化剂表面进行如下两步反应，第一步：Fe*＋N2O=FeO*＋N2(慢)，第二步：FeO*＋CO=Fe*＋CO2(快)。相对能量与反应历程如图，下列说法正确的是()A．整个反应中有极性键的断裂和生成B．总反应的反应速率由第二步反应决定C．第一步为吸热反应D．FeO*也是该反应的催化剂【答案】A【解析】整个反应中有氮氧键断裂、碳氧键生成，故A正确；慢反应决定总反应速率，总反应的反应速率由第一步反应决定，故B错误；根据图示，FeO*和N2的总能量小于Fe*和N2O的总能量，第一步为放热反应，故C错误；根据图示，FeO*是中间产物，故D错误。23．反应2NO(g)＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2，放出166kJ热量，该反应的速率表达式为v＝k·cm(NO)·cn(H2)(k、m、n待测)，其反应包含下列两步：①2NO＋H2=N2＋H2O2(慢)；②H2O2＋H2=2H2O(快)，T℃时测得有关实验数据如下：序号c(NO)/(mol·L－1)c(H2)/(mol·L－1)速率/(mol·L－1·min－1)Ⅰ0.00600.00101.8×10－4Ⅱ0.00600.00203.6×10－4Ⅲ0.00100.00603.0×10－5Ⅳ0.00200.00601.2×10－4下列说法错误的是()A．H2O2是该反应的中间产物B．该反应的快慢主要取决于第①步反应C．该反应速率表达式：v＝5000c2(NO)·c2(H2)D．该反应的热化学方程式为2NO(g)＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－664kJ·mol－1【答案】C【解析】由题干信息可知，H2O2是该反应的中间产物，A正确；反应历程中反应慢的步骤决定反应速率，整个反应速率由第①步反应决定，B正确；比较Ⅰ、Ⅱ数据，NO浓度不变，氢气浓度增大一倍，反应速率增大一倍，根据Ⅲ、Ⅳ数据分析，H2浓度不变，NO浓度增大一倍，反应速率增大4倍，据此得到速率表达式v＝k·c2(NO)·c(H2)，依据Ⅰ中数据计算k＝5000，则速率表达式v＝5000c2(NO)·c(H2)，C错误；反应2NO(g)＋2H2(g)=N2(g)＋2H2O(g)中，每生成7gN2放出1