第十六章 化学反应速率.docx
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第十六章化学反应速率
第十六章化学反应速率
一、考纲要求
1.了解化学反应速率的概念,反应速率的定量表示方法。
2.理解浓度、温度、压强、催化剂影响化学反应速率的一般规律。
3.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
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。
二、知识梳理
1.化学反应速率
(1)概念。
用来衡量化学反应进行____________程度的物理量。
(2)表示方法。
通常用单位时间内__________或__________来表示。
符号为______,单位为________或mol/(L·s)或mol/(L·h)。
(3)表达式。
v=________。
(4)同一反应中用不同物质表示的反应速率的关系。
对于反应aA+bB
cC+dD在同一时间段内用不同物质表示的化学反应速率的关系为:
v
A.:
v
B.:
v
C.:
v
D.=____________,数值有可能______同,但表示的意义______。
答案:
(1)快慢
(2)反应物浓度的减小生成物浓度的增加vmol/(L·min)(3)
(4)a:
b:
c:
d 不相同
2.影响化学反应速率的因素
(1)化学反应速率理论。
①有效碰撞。
反应物分子间能________的碰撞。
发生条件:
①发生碰撞的分子具有较高的能量;②分子在________发生碰撞。
②活化分子。
化学反应中,能量较高、有可能发生________的分子。
③活化能。
指化学反应中,由反应物分子到达________所需的最小能量,等于活化分子________与所有分子的________之差。
如图:
图中:
E1________使用催化剂时的活化能为______,反应热为______。
(2)影响化学反应速率的因素。
①内因(主要因素)。
反应物本身的____,如金属与水反应的速率:
Na_Mg_Al。
②外因(其他条件不变,改变一个条件)。
③外界条件对化学反应速度影响的原因分析。
答案:
(1)①发生反应一定的方向上②有效碰撞
③活化分子平均能量平均能量反应的活化能E3E1-E2
(2)①性质>>②增大减小增大减小增大减小相同接触面积
三、要点精析
1.化学反应速率的计算和比较方法
(1)数学表达式:
v=
。
(2)对某一具体的化学反应来说,用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率时,数值往往不同,其数值之比等于化学方程式中化学计量数之比,如:
aA+bB===dD+eE
。
化学反应速率的计算
求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤:
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根据已知反应条件列方程式计算。
例如:
反应 mA+nB
pC
起始浓度/(mol·L-1) a b c
转化浓度/(mol·L-1) x
某时刻浓度/(mol·L-1) a-x b-
c+
(3)化学反应速率大小的比较
①同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同,但比较反应速率的快慢不能只看数值的大小,而要通过转化换算成同一物质表示且单位相同,再比较数值的大小。
②比较化学反应速率与化学方程式中化学计量数的比值,即比较
,若
,则A表示的反应速率比B大。
③注意反应速率单位的一致性。
④注意外界条件对化学反应速率的影响规律。
2.[区警示]
有关化学反应速率认识的误区
(1)化学反应速率一般指的是单位时间内浓度的变化而不是物质的量变化。
(2)化学反应速率不能用固、液体表示,其浓度为一常数。
(3)化学反应快慢相同,但用不同物质表示的速率值可能不同。
(4)对于有气体参加和生成的可逆反应,增大压强(体积缩小)v正、v逆均增大,但增大的倍数可能不同。
(5)对于任何可逆反应,升高温度,v正、v逆均增大,但增大的倍数不同
(6)使用催化剂,可增大可逆反应的两向速率,但增大的倍数相同。
(7)在一定温度下,向密闭容器中通入“惰气”,反应速率可能减小也可能不变。
3.反应速率图象及影响因素
平衡体系
条件变化
速率变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正增大,且v正>v逆
增大生成物的浓度
v逆增大,且v逆>v正
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
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小,且v正>v逆
任一反应体系
使用催化剂
v正、v逆同倍数增大
说明:
浓度改变时反应速率图象的变化中,v′正或v′逆是连续的,无跳跃性;温度、压强改变时其图象中v′正和v′逆均是不连续的,有跳跃性。
4.关键提醒
气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时,在恒温条件下对反应速率的影响:
(1)恒容:
充入“隋性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒压:
充入“隋性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减慢。
四、典型例题
1.(2015上海化学)对于合成氨反应,达到平衡后,以下分析正确的是
A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大
B.增大压强,对正反应的反应速率影响更大
C.减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大
D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大
【答案】B
【解析】A.合成氨反应的正反应是放热反应,升高温度,正反应、逆反应的反应速率都增大,但是温度对吸热反应的速率影响更大,所以对该反应来说,对逆速率影响更大,错误。
B.合成氨的正反应是气体体积减小的反应。
增大压强,对正反应的反应速率影响更大,正反应速率大于逆反应速率,所以平衡正向移动,正确。
C.减小反应物浓度,使正反应的速率减小,由于生成物的浓度没有变化,所以逆反应速率不变,逆反应速率大于正反应速率,所以化学平衡逆向移动,错误。
D.加入催化剂,使正反应、逆反应速率改变的倍数相同,正反应、逆反应速率相同,化学平衡不发生移动,错误。
2.(2015福建理综化学)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。
下列判断不正确的是
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
【答案】D
【解析】A.根据表格的数据可知:
温度不变时,蔗糖的浓度越大,水解的速率越快。
根据浓度与速率的变化关系可知:
在328.2T时,蔗糖的浓度每减小0.100mol/L,水解速率减小1.50mmol/(L∙min),所以在温度是328.2T、浓度是0.400mol/L时,水解的速率是a=7.50-1.50="6.00"mmol/(L∙min),正确。
B.根据表格数据可知:
升高温度,水解速率增大,增大浓度,水解速率也增大,若同时改变反应物的浓度和反应的温度,则二者对水解反应速率的影响因素可能相互抵消,使反应速率可能不发生改变,正确。
C.在物质的浓度不变时,升高温度,水解速率增大,降低温度,水解速率减小。
由于在物质的浓度是0.600mol/L时,温度是318.2T时水解速率是3.60mmol/(L∙min),现在该反应的速率是2.16mmol/(L∙min)<3.60mmol/(L∙min),说明反应温度低于318.2T。
即b<318.2,正确。
D.不同温度时,蔗糖浓度减少,所以速率减慢,但是温度不同,在相同的浓度时的反应速率不相同,错误。
3.(2014·新课标全国卷Ⅰ·9)已知分解1molH2O2放出热量98kJ,在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为
H2O2+I-
H2O+IO-慢
H2O2+IO-
H2O+O2+I-快下列有关该反应的说法正确的是
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
【答案】A
【解析】由题意可知I-为反应的催化剂,反应的反应热是反应物能量和生成物能量的差值,反应的反应热为-98kJ·mol-1,所以B、C错误;反应速率与浓度有关,所以I-浓度越大,速率越快,A正确;速率比等于化学计量数比,反应的总方程式为2H2O2
2H2O+O2,水不能用来表示反应的速率,且过氧化氢和氧气速率比为2∶1。
4.(2015福建省厦门市期末)(12分)为探究铜与稀硝酸反应的产物及影响反应速率的主要因素,进行如下实验。
实验一探究铜和稀硝酸反应的产物。
实验装置如图,气密性已检查。
已知:
FeSO4+NO=[Fe(NO)]SO4,该反应较缓慢,待生成一定量[Fe(NO)]2+时突显明显棕色。
(1)实验开始时先将Y形试管向盛有碳酸钙的支管倾斜,缓慢滴入稀硝酸,该实验操作的目的是 。
(2)铜片和稀硝酸反应的化学方程式为 。
(3)本实验A生成的气体中,若有NO2,B的实验现象为 ;若只有NO生成,B的实验现象是 。
实验二探究铜和稀硝酸反应速率先慢后快的原因
经过实验一,测得硝酸的浓度<6mol•L-1,只有NO生成。
当铜片与5mol•L-1硝酸反应时,开始时反应非常缓慢,一段时间后反应速率明显加快。
为探究此反应的反应速率先慢后快的原因,进行如下探究:
探究一:
研究反应过程的温度变化对反应速率的影响
实验所得曲线和现象记录如下图表。
时间/min
现象
0~15
铜表面出现气泡,但速度很慢
25
溶液有很浅的蓝色,气泡生成速度加快
30
气泡生成速度较快,均匀冒出
45
洗气瓶中可见少量淡棕色的物质
50
溶液中蓝色明显变深,洗气瓶中突显明显棕色
(4)获得图2数据所需的测量仪器有____________________。
(5)从上述图表分析可得到的结论是 。
序号
温度
铜片/g
硝酸/mL
硝酸铜/g
1
25℃
①
②
③
2
25℃
5
20
0.5
3
25℃
5
20
1.0
探究二:
研究化学反应产物对反应速率的影响设计了如下实验,利用图1装置测定溶液突显明显棕色的时间。
(6)请将上表中将实验1的实验条件填写完整
① ② ③
(7)通过实验发现实验1、2、3的反应速率并无明显变化,为达到实验目的还需要继续进行的实验是 。
【答案】
(1)利用生成的CO2将整个装置内的空气赶尽,避免NO和O2反应生成NO2对气体产物的观察产生干扰
(2)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)B瓶溶液出现棕黄色;B瓶溶液出现棕色
(4)温度计和秒表(或使用pH传感器)
(5)反应溶液温度升高不是使反应速率加快的主要因素
(6)5;20;0
(7)研究NO对反应速率的影响
【解析】
(1)实验开始时先将Y形试管向盛有碳酸钙的支管倾斜,缓慢滴入稀硝酸,碳酸钙与稀硝酸生成CO2,将整个装置内的空气赶尽,避免NO和O2反应生成NO2对气体产物的观察产生干扰
(2)在常温下,铜片和稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮和水,化学方程式:
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)实验A生成的气体中,若有NO2,NO2溶于水生成硝酸,把Fe2+氧化成Fe3+,B瓶溶液出现棕黄色;若只有NO生成,FeSO4+NO═[Fe(NO)]SO4,该反应较缓慢,待生成一定量[Fe(NO)]2+时突显明显棕色。
(4)图2是铜与稀硝酸反应的温度变化、时间变化的曲线图,需要测定温度与时间
(5)由图2曲线和表一可知,反应30min时,反应速率较快,再升高温度,反应速率增大有限,可知反应溶液温度升高不是使反应速率加快的主要因素。
(6)表二,研究化学反应产物硝酸铜对反应速率的影响,实验1作为对照试验,铜片的质量、硝酸的体积应该与试验2、3完全一样,硝酸铜的质量是0。
(7)通过实验发现实验1、2、3的反应速率并无明显变化,说明硝酸铜没有催化作用,需要研究另一种产物NO对反应速率是否有影响。
五、针对训练
1.(2015海南化学)10mL浓度为1mol/L的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的下列溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成的是
A.K2SO4
B.CH3COONa
C.CuSO4
D.Na2CO3
【答案】AB
【解析】Zn与稀盐酸发生反应:
Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑,若加入物质是反应速率降低,则c(H+)减小。
但是不影响产生氢气的物质的量,说明最终电离产生的n(H+)不变。
A、K2SO4是强酸强碱盐,不发生水解,溶液显中性,溶液中的水对盐酸起稀释作用,使c(H+)减小,但没有消耗H+,因此n(H+)不变,符合题意,正确;B、CH3COONa与HCl发生反应:
CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl,使溶液中c(H+)减小,反应速率降低,当反应进行到一定程度,会发生反应:
2CH3COOH+Zn=(CH3COO)2Zn+H2↑,因此最终不会影响产生氢气的物质的量,正确;C、加入CuSO4溶液会与Zn发生置换反应:
CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4,产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池。
会加快反应速率,与题意不符合,错误;D、若加入Na2CO3溶液,会与盐酸发生反应:
Na2CO3+2HCl=2NaCl2+H2O+CO2↑,使溶液中溶液中的c(H+)减小,但由于逸出了CO2气体,因此使n(H+)也减小,产生氢气的物质的量减小,不符合题意,错误。
2.(2015湖北省襄阳市期末)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。
下列判断正确的是
A.在0~50min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20~25min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04mol·L-1·min-1
【答案】A
【解析】根据图示可知:
在0-50min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率是相等的,故A正确;溶液酸性越强,即pH越小,线的斜率越大,可以知道R的降解速率越大,故B错误;图中无法比较同一pH条件下,R的起始浓度与降解速率的关系,故C错误;在20-25min之间,pH=10时R的平均降解速率为(0.6-0.4)/5×10-4=4×10-6mol•L-1•min-1,故D错误。
3.合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图:
下列说法正确的是
A.t1时升高了温度
B.t2时使用了催化剂
C.t3时增大了压强
D.t4时降低了温度
【答案】B
【解析】A项,升温,v逆>v正,逆向移动;B项,使用催化剂,v正、v逆同倍数增大;C项,增压,v正增大;D项,降温,v正瞬间减小。
4.(2014·浙江温州八校联考)下列有关化学反应速率的说法中正确的是
A.100mL2mol·L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的氯化钠溶液,生成氢气的速率不变
B.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C.二氧化硫的催化氧化是一个放热反应,所以升高温度,反应速率减慢
D.汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强,反应速率减慢
【答案】D
【解析】A项,加入氯化钠溶液,相当于对盐酸稀释,盐酸浓度降低,反应速率减慢;B项,改用铁片和浓硫酸反应时,如常温则发生钝化,如加热则反应生成二氧化硫气体,得不到氢气;C项,不论该化学反应是放热反应还是吸热反应,升温,化学反应速率必然加快;D项,对有气体参与的反应,减小压强,气体的浓度降低,反应速率减慢。
5.(2014·甘肃省河西部分普通高中高三第一次联合)可逆反应2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH<0,在一定条件下达到平衡状态。
在t1时刻改变某一条件,化学反应速率与反应时间的关系如图所示。
下列说法正确的是
A.维持温度、反应体系容积不变,t1时充入SO3(g)
B.维持压强不变,t1时升高反应体系温度
C.维持温度、容积不变,t1时充入一定量Ar
D.维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g)
【答案】D
【解析】充入SO3(g)时正反应速率不变,A错;升温正逆反应速率都加快,B错;C中充入一定量Ar,各物质的浓度不变,反应速率不变,C错;D中充入SO3(g)其浓度增大,维持恒压则容积变大,反应物的浓度变小,正反应速率就变小,逆反应速率变大,正确。
6.向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按反应速率由大到小顺序排列正确的是
甲:
500℃时,10molSO2和5molO2反应
乙:
500℃时,用V2O5作催化剂,10molSO2和5molO2反应
丙:
450℃时,8molSO2和5molO2反应丁:
500℃时,8molSO2和5molO2反应
A.甲、乙、丙、丁
B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙
D.丁、丙、乙、甲
【答案】C
【解析】反应速率的比较要综合考虑浓度、温度、催化剂三方面的因素。
7.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。
对于密闭容器中的反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)(正反应为放热反应),673K、30MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系示意图如图所示。
下列叙述中正确的是
A.c点处正反应速率和逆反应速率相等
B.a点的正反应速率比b点处的大
C.t2时刻,正反应速率大于逆反应速率
D.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)v正(N2)不同
【答案】B
【解析】图象中c点尚未建立平衡,反应继续向生成NH3的方向进行,正反应速率大于逆反应速率,A项错误;反应物H2的浓度a点大于b点,反应物的浓度越大,反应速率越快,B项正确;d、e两点为同一平衡状态,反应速率不再变化,相同,故C、D项错误。
8.一定温度下,在固定体积的密闭容器中发生下列反应:
2HI(g)
H2(g)+I2(g)。
若c(HI)由0.1mol·L-1降到0.07mol·L-1时,需要15s,那么c(HI)由0.07mol·L-1降到0.04mol·L-1时,所需时间为
A.等于15s
B.大于15s
C.小于15s
D.等于10s
【答案】B
【解析】化学反应速率与物质的浓度有关,浓度越大,反应速率越快。
题干中随反应的进行,物质的浓度逐渐降低,当由0.1mol·L-1降至0.07mol·L-1时,需15s,则由0.07mol·L-1降至0.04mol·L-1时,所需时间肯定大于15s。
9.(2014·马鞍山质检)下列关于化学反应速率的说法中正确的是
A.同时改变两个变量来研究反应速率的变化,能更快得出有关规律
B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C.一定条件下,使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率
D.相同温度下,H2(g)+CO2(g)
CO(g)+H2O(g)中,密闭容器中两种反应物浓度为0.020mol/L的反应速率大于两种反应物浓度为0.010mol/L的反应速率
【答案】D
【解析】A项,同时改变两个变量,无法确定化学反应速率是受哪种变量影响;B项,反应速率与放热、吸热反应无关;C项,催化剂不能改变转化率。
10.在一密闭容器中充入一定量的N2和O2,在电火花作用下发生反应N2+O2===2NO,经测定前3s用N2表示的反应速率为0.1mol·L-1·s-1,则6s末NO的浓度为
A.1.2mol·L-1
B.大于1.2mol·L-1
C.小于1.2mol·L-1
D.不能确定
【答案】C
【解析】本题考查化学反应速率的计算,意在考查学生对化学反应速率计算公式的灵活运用能力。
前3s用N2表示的反应速率为0.1mol·L-1·s-1,即用NO表示的反应速率为0.2mol·L-1·s-1,如果3~6s的反应速率仍为0.2mol·L-1·s-1,则NO浓度为1.2mol·L-1,由于随着反应进行,反应物浓度减小,速率减慢,故应小于1.2mol·L-1。
11.(2015·陕西省渭南市一模)NaHSO3可被过量KIO3氧化,当NaHSO3完全消耗时即有I2析出。
某课题组用淀粉作指示剂,通过测定溶液变蓝所用时间来探究影响化学反应速率的因素。
(1)写出NaHSO3溶液与过量KIO3溶液反应生成I2的离子方程式:
。
(2)调节反应物浓度和温度进行对比实验,记录结果如下:
编号
0.02mol/LNaHSO3溶液/mL
0.02mol/LKIO3溶液/mL
H2O/mL
反应温度/℃
溶液变蓝的时间t/s
①
10
15
a
10
t1
②
10
40
0
10
t2
③
10
b
0
20
t3
表中a= ,b= 。
(3)改变反应温度,重复实验③,得到温度(T)与溶液浓度变蓝所需时间(t)的关系如下图所示(“xxx”表示超过50℃后溶液不会变蓝。
①在30℃下,若溶液变蓝时,I2的物质的量为nmol,则从反应开始至溶液变蓝,IO3-的平均反应速率为 (写出表达式即可,不要化简)。
②根据图像,请你分析温度低于50℃时,溶液变蓝所需时间与反应温度的关系
(4)将NaSO3溶液与KIO3溶液混合(预先加入可溶性淀粉为指示剂),用速率检测仪检测
出起始阶段反应速率逐渐增大,一段时间后反应速率又逐渐减小。
课题组对起始阶段反应逐渐增大的原因提出如下假设,请你完成假设二:
假设一:
反应生成的I2对反应起催化作用;
假设二:
。
(5)请你设计实验验证上述假设,完成下表中内容(反应速率可用测速仪测定)。
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验现象和结论
【答案】
(1)2IO3-+5HSO3-=5SO42-+I2+3H++H2O
(2)25 40
(3)①
②温度低于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越短;温度高于30℃时,温度越高,溶液变蓝所需时间越长
(4)反应生成的H+对反应起催化作用,H+浓度越大反应速率越快;或反应生成的SO42-对反应起催化作用,SO42-浓度越大反应速率越快;或该反应是放热反应,温度升高导致反应速率越快。
(5)
实验方案(不要求写具体操作过程)
预期实验现象和结论
在烧杯甲中将NaHSO3溶液与过量KIO3溶液混合,用测速仪测定起始时的反应速率v(甲);在烧杯乙中进行同一反应(不同的是乙烧杯中预先加入少量I2,其他反应条件均完全相同),测定起始阶段的相同时间内的反应速率v(乙)
若v(甲)=v(乙),则假设一不成立;若v(甲) 【解析】 (1)2IO3-→I2碘的化合价降低10价,HSO3-→S
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- 第十六章 化学反应速率 第十六 化学反应 速率