2022年高考化学一轮复习 第7章 第33讲 化学反应速率
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1、 第第 33 讲讲 化学反应速率化学反应速率 复习目标 1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。2.了解反应活化能的概念,了解催 化剂的重要作用。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相 关理论解释其一般规律。4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要 作用。 考点一考点一 化学反应速率的概念及计算化学反应速率的概念及计算 1化学反应速率 2化学反应速率与化学计量数的关系 同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值之比等 于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。 如在反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g
2、)中,存在 v(A)v(B)v(C)v(D)abcd。 3化学反应中各物质浓度的计算模式“三段式” (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式计算。 例如:反应 mA(g) nB(g) pC(g) 起始浓度/mol L 1 a b c 转化浓度/mol L 1 x nx m px m 某时刻浓度/mol L 1 ax bnx m c px m (1)对于任何化学反应来说,都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反 应速率() 错因:对于一些化学反应,也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变 化量来表示
3、化学反应速率。 (2)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率 () 错因:单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加均表示正反应速率。 (3)化学反应速率为 0.8 mol L 1 s1 是指 1 s 时某物质的浓度为 0.8 mol L 1() 错因:0.8 mol L 1 s1 是指一段时间内的平均反应速率,不是即时速率。 (4)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越 快() 错因:化学反应速率数值的大小和化学计量数有关,化学计量数越大,数值越大,速率之比 等于化学计量数之比,但都表示该反应的反应速率。 1一定
4、温度下,在密闭容器中发生反应:3A(g)B(g)2C(g)。已知 v(A)0.6 mol L 1 s 1,则 v(B)_mol L1 s1,v(C)_mol L1 s1。 答案 0.2 0.4 2 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v(A)0.45 mol L 1 s1, v(B)0.6 mol L 1 s1,v(C)0.4 mol L1 s1,v(D)0.45 mol L1 s1。则有关反应速 率大小顺序为_。 答案 解析 可用比值法进行反应速率大小比较,vA 1 0.45 mol L 1 s1;vB 3 0.6 mol L 1 s1 3 0.2 m
5、ol L 1 s1;vC 2 0.4 mol L 1 s1 2 0.2 mol L 1 s1;vD 2 0.45 mol L 1 s1 2 0.225 mol L 1 s1, 故。 3如图安装好实验装置(装置气密性良好),在锥形瓶内盛有 6.5 g 锌粒(Zn 的相对原子质量为 65),通过分液漏斗加入 40 mL 2.5 mol L 1 的稀硫酸,将产生的 H2收集在注射器中,10 s 时 恰好收集到标准状况下的 H2 44.8 mL。 回答下列问题 (1)根据装置图,还缺少的实验用品为_。 (2)用 H 表示 10 s 内该反应的反应速率为_。 (3)用 H2表示 10 s 内该反应的反应
6、速率为_mol s 1。 (4)用锌粒表示 10 s 内该反应的反应速率为_ g s 1。 (5)用 H 或 H 2表示的化学反应速率比实际偏大,其原因是什么,怎样改正。 _。 答案 (1)秒表 (2)0.01 mol L 1 s1 (3)0.000 2 (4)0.013 (5)由于滴入的稀硫酸占体积,造 成进入注射器内的气体体积偏大,H2的体积偏大;可以把分液漏斗换成恒压滴液漏斗 解析 Zn 2H = Zn2 H 2 65 g 2 mol 1 mol 22.4 L 0.13 g 0.004 mol 0.002 mol 0.044 8 L v(H ) 0.004 mol 0.04 L 10 s
7、 0.01 mol L 1 s1; 用锌粒表示10 s 内该反应的反应速率为0.13 g 10 s 0.013 g s 1; 用 H2表示 10 s 内该反应的反应速率为 0.044 8 L 22.4 L mol 1 10 s 0.000 2 mol s 1。 1化学反应速率计算的一般方法 (1)定义式法: 找出各物质的起始量、 某时刻量, 求出转化量, 利用定义式 v(A)cA t nA Vt 来计算。 (2)用已知物质的反应速率,计算其他物质表示的反应速率关系式法。 化学反应速率之比物质的量浓度变化之比物质的量变化之比化学计量数之比。 2比较化学反应速率大小的常用方法 (1)先换算成同一物
8、质、同一单位表示,再比较数值的大小。 (2)比较化学反应速率与化学计量数的比值,即对于一般反应 aA(g)bB(g)=cC(g)dD(g), 比较vA a 与vB b ,若vA a vB b ,则不同情况下,用 A 表示的反应速率比用 B 表示的大。 题组一 速率计算中图表信息的提取 1一定条件下,在体积为 10 L 的固定容器中发生反应:N2(g)3H2(g)2NH3(g),反应过 程如下图。下列说法不正确的是( ) At1 min 时正、逆反应速率相等 BX 曲线表示 NH3的物质的量随时间的变化关系 C08 min,H2的平均反应速率 v(H2)0.011 25 mol L 1 min1
9、 D1012 min,N2的平均反应速率 v(N2)0.002 5 mol L 1 min1 答案 A 解析 t1时刻没有达到平衡状态,正、逆反应速率不相等,A 项错误;根据图像,X 的物质 的量增加, 属于生成物, 因此 X 为 NH3的曲线, B 项正确; 08 min 时, v(NH3) 0.6 mol 10 L8 min 0.007 5 mol L 1 min1,根据化学反应速率之比等于化学计量数之比 v(H 2)vNH 33 2 0.011 25 mol L 1 min1, C 项正确; 1012 min, v(NH 3)0.70.6 mol 10 L2 min 0.005 mol
10、L 1 min1, v(N2)vNH3 2 0.002 5 mol L 1 min1,D 项正确。 2硝基苯甲酸乙酯在 OH 存在下发生水解反应: O2NC6H4COOC2H5OH O2NC6H4COO C 2H5OH,两种反应物的初始浓度均为 0.050 mol L 1,15 时测得 O 2NC6H4COOC2H5的转化率 随时间变化的数据如表所示, 回答下列问 题: t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800 /% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0 (1)列式计算该反应在120180 s与180240 s区间
11、的平均反应速率: _、 _。 (2)比较两者大小可得出的结论是_。 答案 (1)v0.050 mol L 141.8%33.0% 180120 s 7.310 5 mol L1 s1 v0.050 mol L 148.8%41.8% 240180 s 5.810 5 mol L1 s1 (2)随反应的进行,反应物浓度降低,反应速率减慢 解析 (1)注意“列式计算”的要求是既要列出规范的计算式,又要计算出结果。 (2)120180 s 时间段速率大是因为反应物浓度大,180240 s 时间段速率小是因为反应物浓 度小,即随着反应的进行,反应物浓度降低,反应速率减慢。 题组二 用其他物理量改变表示
12、的化学反应速率 3.合金贮氢材料具有优异的吸氢性能,在配合氢能的开发中起到重要作用。温度为 T1时,2 g 某合金 4 min 内吸收氢气 240 mL,吸氢速率 v_mL g 1 min1。 答案 30 解析 吸氢速率 v 240 mL 2 g4 min30 mL g 1 min1。 4 在新型 RuO2催化剂作用下, 使 HCl 转化为 Cl2的反应 2HCl(g)1 2O2(g) H2O(g)Cl2(g) 具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中 n(Cl2)的数据如下: t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/10 3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.
13、2 计算 2.06.0 min 内以 HCl 的物质的量变化表示的反应速率(以 mol min 1 为单位,写出计算 过程)。 答案 解法一 2.06.0 min 时间内,n(Cl2)5.410 3 mol1.8103 mol3.6103 mol, v(Cl2)3.610 3 mol 4 min 9.010 4 mol min1 所以 v(HCl)2v(Cl2)29.010 4 mol min11.8103 mol min1。 解法二 设 HCl 转化的物质的量为 n,则 2HCl(g)1 2O2(g) H2O(g)Cl2(g) 2 1 n (5.41.8)10 3 mol 解得 n7.210
14、 3 mol, 所以 v(HCl)7.210 3 mol 6.02.0 min1.810 3 mol min1。 5工业制硫酸的过程中,SO2(g)转化为 SO3(g)是关键的一步,550 时,在 1 L 的恒温容器 中,反应过程中部分数据见下表: 反应时间/min SO2(g)/mol O2(g)/mol SO3(g)/mol 0 4 2 0 5 1.5 10 2 15 1 若在起始时总压为 p0 kPa,反应速率若用单位时间内分压的变化表示,而气态物质分压总 压气态物质的物质的量分数,则 10 min 内 SO2(g)的反应速率 v(SO2)_ kPa min 1。 答案 p0 30 解析
15、 列出“三段式” 2SO2(g)O2(g)2SO3(g) 初始/mol 4 2 0 转化/mol 2 1 2 10 min/mol 2 1 2 气体总压之比等于气体物质的量之比,所以 10 min 时体系总压 p10 min满足p0kPa p10 min 6 mol 5 mol,即 p10 min5 6p0 kPa,p 初始(SO2)2 3p0 kPa,p10 min(SO2) 5 6p0 2 5 1 3p0 kPa,故 v(SO2)( 2 3p0 kPa 1 3p0 kPa) 10 min 1 30p0 kPa min 1。 题组三 速率常数的应用 6工业上利用 CH4(混有 CO 和 H2
16、)与水蒸气在一定条件下制取 H2,原理为 CH4(g) H2O(g)CO(g)3H2(g)该反应的逆反应速率表达式为 v逆k c(CO) c3(H2),k 为速率常数, 在某温度下测得实验数据如表所示: CO 浓度/(mol L 1) H2浓度/(mol L 1) 逆反应速率/(mol L 1 min1) 0.1 c1 8.0 c2 c1 16.0 c2 0.15 6.75 由上述数据可得该温度下,c2_mol L 1,该反应的逆反应速率常数 k_L3 mol3 min1。 答案 0.2 1.0104 解析 根据 v逆k c(CO) c3(H2),由表中数据可得: c 3 1 8.0 mol
17、L 1 min1 0.1 mol L 1k,c2 6.75 mol L 1 min1 0.15 mol L 13k,所以有 k8.0 mol L 1 min1 0.1 mol L 1k6.75 mol L 1 min1 0.15 mol L 13k16.0 mol L 1 min1, 解得 k1.0104 L3 mol 3 min1,带入 c 2的等式可得 c20.2 mol L 1。 7300 时,2NO(g)Cl2(g)2ClNO(g)的正反应速率表达式为 v正k cn(ClNO),测得速 率和浓度的关系如下表: 序号 c(ClNO)/(mol L 1) v/(mol L 1 s1) 0.
18、30 3.6010 9 0.60 1.4410 8 0.90 3.2410 8 n_;k_。 答案 2 4.010 8 L mol1 s1 解析 根据表格中的数据,带入速率公式然后做比值: 3.6010 9 1.4410 8k0.3 n k0.6n,解得 n2, 将 n 代入中得 k410 8 L mol1 s1。 1速率常数的含义 速率常数(k)是指在给定温度下,反应物浓度皆为 1 mol L 1 时的反应速率。在相同的浓度条 件下,可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。 化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比,而速率常数是其比例常数,在恒温条件 下,速率常数不随反应物浓度的变化
19、而改变。因此,可以应用速率方程求出该温度下任意浓 度时的反应速率。 2速率方程 一定温度下,化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。 对于反应:aAbB=gGhH 则 vk ca(A) cb(B)(其中 k 为速率常数)。 如:SO2Cl2SO2Cl2 vk1 c(SO2Cl2) 2NO22NOO2 vk2 c2(NO2) 2H22NON22H2O vk3 c2(H2) c2(NO) 3速率常数的影响因素 温度对化学反应速率的影响是显著的,速率常数是温度的函数,同一反应,温度不同,速率 常数将有不同的值,但浓度不影响速率常数。 考点二考点二 影响化学反应速率的因素影响化学反应
20、速率的因素 1内因 反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下 Mg、Al 与稀盐酸反应的速率大小关系为 Mg Al。 2外因 3用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响 图像 图像分析 (1)其他反应条件一定,化学反应速率随反应物浓度的增大而增大 (2)其他反应条件一定,化学反应速率随温度的升高而增大 (3)有气体参加的反应,化学反应速率随着压强的增大而增大 (4)有气体参加的反应,化学反应速率随着容器体积的增大而减小 (5)分别在较低温度和较高温度下反应,化学反应速率随着压强的增 大及温度的升高而增大 4.理论解释有效碰撞理论 (1)活化分子、活化能、有效碰撞 活化分子:能够发生有效碰
21、撞的分子。 活化能:如图 图中:E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为 E3,反应热为 E1E2。(注:E2为逆 反应的活化能) 有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 5稀有气体对反应速率的影响 A(g)B(g)C(g),恒温恒容,充入氦气,对反应速率有何影响?恒温恒压,充入氦气, 对反应速率又有何影响? (1)催化剂参与化学反应,改变了活化能,但反应前后的性质保持不变() 错因:催化剂反应前后的化学性质不变,物理性质发生改变。 (2)升温时吸热反应速率增大,放热反应速率减小() 错因:升温时,吸热反应、放热反应速率均增大。 (3)一定
22、量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气,滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率 () 错因: 加入 CuSO4形成原电池, 使化学反应速率加快, 而加入 CH3COONa, 会生成 CH3COOH, c(H )减小,反应速率减慢。 (4)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加 CaCO3固体,可以加快反应速率() 错因:CaCO3的浓度为常数,化学反应速率保持不变。 (5)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分数,所以反应速率增大() 错因:增大反应物的浓度,能增大活化分子的浓度,其百分数保持不变。 (6)100 mL 2 mol L 1 盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变() 错因:
23、加入氯化钠溶液,相当于对溶液稀释,c(H )减小,反应速率应减小。 一定温度下,反应 N2(g)O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,回答下列措施对化学反应速 率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。 (1)缩小体积使压强增大:_,原因是_。 (2)恒容充入 N2:_。 (3)恒容充入 He:_,原因是_。 (4)恒压充入 He:_。 答案 (1)增大 单位体积内,活化分子数目增加,有效碰撞的次数增多 (2)增大 (3)不变 单位体积内活化分子数不变 (4)减小 题组一 化学反应速率影响因素的基本应用 1某温度下,在容积一定的密闭容器中进行如下反应:2X(g)Y(g)Z(g)W(s) H0
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