第41讲 化学反应速率与应用（学案）-2025年新高考化学一轮复习考点逐点突破经典学案（新高考专用）

第41讲 化学反应速率与应用 问题的态度：问则少；辩则明 2025届高三化学第一轮复习 第41讲 化学反应速率与应用 凡在小事上对真理持轻率态度的人，在大事上也是不可信任的。——爱因斯坦 复习目标 1．知道化学反应速率的表示方法，会计算给定条件下的化学反应速率。 2．知道外界条件对化学反应速率的影响规律，并能解释其在生产中的应用。 3．能从活化能角度理解影响反应速率的本质原因，能判断反应速率的相关图象。 教学重点难点 1．外界条件对化学反应速率的影响。 2．有关反应机理图像的判断。 化学反应速率和化学平衡计算题的模板——“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：反应式 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＋ 活化能与有效碰撞 1．活化能：如右图，E1为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，焓变ΔH＝E1－E2。 2．有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 气体反应体系中充入“惰性气体”(不参与反应)时，对反应速率的影响 1．恒容：充入“惰性气体”―→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“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。 认识催化剂的四大误区 误区1 催化剂 不参加化学反应 实际上，催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，催化剂的化学性质基本不变。例如在铜催化乙醇生成乙醛的反应中，铜参与反应的原理如下：第一步为2Cu＋O22CuO，第二步为CuO＋CH3CH2OH→Cu＋CH3CHO＋H2O，这两步反应方程式的加和为O2＋2CH3CH2OHCH3CHO＋2H2O。显然催化剂参与了化学反应 误区2 一种反应 只有一种催化剂 实际上一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高的，对环境污染小，成本低的催化剂，如双氧水分解的催化剂可以是二氧化锰，也可以是氯化铁，当然还可以硫酸铜等 误区3 催化剂都是加快化学反应速率 实际上，催化剂有正催化剂与负催化剂，正催化剂加快化学反应速率，负催化剂是减慢化学反应速率的 误区4 催化剂的效率与催化剂的量无关 实际上，催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的表面积，催化剂的浓度大小必然影响化学反应速率。比如用酵母催化剂做食品，酵母量大自然面就膨大快。催化剂的用量是会改变催化效率的 关于“控制变量法”题目的解题策略 变量内容 影响化学反应速率的外界因素主要有：浓度、温度、压强、催化剂 确定变量 依据实验目的，搞清某个外界因素对化学反应速率的影响时，均需控制其他因素不变，再进行实验，从而理清影响实验探究结果的因素，确定出变量和定量 定多变一 探究时，先确定只变化一种因素，其他因素不变，看这种因素和探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，从而得出相应的实验结论 数据有效 解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确的判断 基元反应 过渡态理论 1 基元反应：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应都称为基元反应 2 对于基元反应aA＋bB＝gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律 3 许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。例如H2(g)＋I2(g)＝2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：①I2＝I＋I(快) ②H2＋2I＝2HI(慢)。其中慢反应为整个反应的决速步骤 4 过渡态理论——如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。 1 该反应的反应物为________，中间体为____，生成物为____。 2 由A、B生成C的反应为____(填“吸”或“放”，下同)热反应，由C生成D的反应为____热反应，总反应为____热反应。 3 第一步为____(填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为____反应，决定总反应快慢的是第____步反应。 【问题解决1】 1．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成氢气的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。完成右图。 2．（2023·如皋期末）铁系纳米复合材料可以去除水体中的硝酸盐污染物。 Fe－Ag金属复合材料去除某pH＝2的废水中NO的反应历程如图所示(吸附在金属复合材料表面的物种用“*”标注)。 其他条件一定，反应相同时间，溶液的pH越大，NO的去除率越低的原因是________________________________________________________________________。 影响化学反应速率因素 内因 _____________________是决定化学反应速率的主要因素。 外因 浓度 增大反应物的浓度，可使反应速率_______ 压强 对于气体反应，_______压强，可使反应速率增大 温度 一般升高温度，可使反应速率_______ 催化剂 使用催化剂，可使反应速率_______ 其他 如固体表面积越_____，反应反应速率越快；光照、搅拌、形成原电池 温馨提醒 ①气体反应压强的变化，其本质是气体的________变化。 如恒容时通不参加反应的气体，虽压强增大，但反应速率_______；如恒压下通不参加反应的气体，虽总压不变，但反应速率________ ②对可逆反应，升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，正、逆反应速率均________，反之均________ ③对可逆反应，使用催化剂，正、逆反应速率均_____________的增大 催化剂的活性 ①催化剂的活性除与自身成分有关外，还受到粒子直径、合成方法等因素以及反应温度、压强等条件的影响。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，即催化剂中毒。 ②催化剂催化时需要适宜的温度，温度过低，活性低；温度升高，活性增强，但温度过高，催化剂可能失去活性。 多因素影响下的速率变化 常见影响反应速率的因素 浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、原电池原理、副反应等 反常速率加快常见情况 ①温度升高；②形成原电池；③反应生成物对反应有催化作用；④温度升高，催化剂活性增强；⑤反应物浓度增大等 反应速率减慢常见情况 反应物浓度减小；②反应温度过高，催化剂失去活性；③析出的晶体或沉淀覆盖在固体表面，阻碍反应的进行；④竞争吸附等 1．判断以下说法或操作是否正确： (1) （2023·常州金坛期中）用右图装置定量测定H2O2的分解速率 (2) （2022·如东期中）用两支试管各取5 mL 0.1 mol/L KMnO4溶液，分别加入3 mL 0.1 mol/L草酸溶液和3 mL 0.2 mol/L草酸溶液，记录溶液褪色所需的时间，探究浓度对化学反应速率的影响 (3) （2022·常州期中）向两支试管中各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，再同时各加入2 mL 0.1 mol/L稀硫酸和2 mL 0.2 mol/L稀硫酸，比较试管中出现浑浊现象的快慢，探究浓度对反应速率的影响 (4) （2023·扬州期初）室温下，向0.1 mol/L HCl溶液中加入少量镁粉，产生大量气泡，测得溶液温度上升，说明镁与盐酸反应放热 (5) （2023·南京二模）向两支试管中各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，分别放入盛有冷水和热水的两只烧杯中，再同时分别向两支试管中加入2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，振荡，观察现象，探究温度对化学反应速率的影响 (6) （2023·盐城三模）向两支盛有5 mL 4% H2O2溶液中分别加入2滴0.1 mol/L CuSO4溶液和2滴0.1 mol/L Fe2(SO4)3溶液，观察气泡生成的快慢，比较Fe3＋、Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果 (7) （2022·连云港期中）在相同条件下，向一支试管中加入2 mL 5% H2O2和1 mL H2O，向另一支试管中加入2 mL 5% H2O2和1 mL CuSO4溶液，观察并比较实验现象，探究CuSO4对H2O2分解速率的影响 (8) （2022·扬州中学）相同温度下，将等质量的大理石块和大理石粉分别加入等体积的盐酸中，反应速率：粉状大理石＞块状大理石 (9) （2022·扬州中学）相同温度下，向盛有足量稀硫酸的甲、乙两支试管中分别加入等质量的锌粒，并向甲中加入少量胆矾固体，产生氢气的速率和体积：甲＞乙 2．（2023·福州质检）某温度下，在体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s) ΔH＞0，下列叙述正确的是 A．加入少量W，逆反应速率增大 B．升高温度，正反应和逆反应速率都增大 C．在容器中加入氦气，压强增大，反应速率增大 D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大 3．汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]： Ⅰ．NO＋Pt(s)＝NO* Ⅱ．CO＋Pt(s)＝CO* Ⅲ．NO*＝N*＋O* Ⅳ．CO*＋O*＝CO2＋Pt(s) Ⅴ．N*＋N*＝N2＋Pt(s) Ⅵ．NO*＋N*＝N2O＋Pt(s) 经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。 （1）图1中温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是______________________________ __________________。 （2）图2中T2℃时反应Ⅴ的活化能________(填“＜”“＞”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。 【问题解决2】 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)，反应过程如图。下列说法不正确的是 A．t1 min时，正、逆反应速率相等 B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系 C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.011 25 mol·L－1·min－1 D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.002 5 mol·L－1·min－1 化学反应速率概念及计算 ① 表示方法 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（有时可用物质的量或固体厚度） ② 表达式 v＝（Δc为物质浓度的改变量，Δt为时间的改变量，v为化学反应速率。） ③ 单位 （由浓度单位和时间单位构成）：mol·L－1·s－1，mol·L－1·min－1，mol·L－1·h－1 ④ 对于反应 mA＋nB＝pC＋qD，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 温馨提醒 分类角度 从测定时间分 从反应方向分 类型 瞬时速率：某一时刻的反应速率 平均速率：某段时间内的反应速率的平均值 正反应速率：可逆反应中正反应方向的反应速率 逆反应速率：可逆反应中逆反应方向的反应速率 注意点 通常所计算的是平均速率 通常所计算的是正逆反应抵消后的总反应速率 化学反应速率大小的比较方法 归一法 按照化学计量数关系换算为同一物质、同一单位表示，再比较数值大小 比值法 比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，即比较与，若＞，则用A表示的化学反应速率比用B表示的大 1．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·min－1。 2．（2022·如皋一调）一定条件下，向5 L恒容密闭容器中加入6 mol A和2 mol B，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)；2 min时，剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为0.32 mol·L－1。下列说法正确的是 A．x＝3 B．0～2 min内，v(A)＝0.48 mol·L－1·min－1 C．当剩余0.4 mol B时，反应时间为4 min D．其他条件相同，若起始时向2.5 L容器中充入6 mol A和2 mol B，当剩余1.2 mol B时，消耗时间小于2 min 【问题解决3】 1．图1为从废钼催化剂(主要成分为MoO3、MoS2，含少量NiS、NiO、Fe2O3等)中回收利用金属的部分流程。 “焙烧”时将纯碱和废钼催化剂磨成粉末后采取如图2所示的“多层逆流焙烧”，其目的是__________________________________________ _________________________________________。 2．（2020·江苏卷）CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。 CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－，其离子方程式：________________________________________；其他条件不变，HCO转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40～80℃范围内，HCO催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是________________________________ ______________________________________________________。 化学反应速率应用 影响化学反应速率的答题方向 （1）解释影响反应速率的因素 条件变化 正常 反常 举例解释 加热 速率增大 速率减小 ①有酶参与的反应，温度高酶会失去活性 ②有气体参与的反应，升高温度，气体的溶解度减小 ③加热易分解的物质(H2O2、NH3·H2O等)分解 ④有催化剂参与的反应，升高温度，催化剂活性降低 ⑤加热易挥发的物质(浓硝酸、浓盐酸)大量挥发 加压 速率增大 不变 ②恒温恒容条件下的气相反应，充入稀有气体 （2）催化剂(绝大多数催化剂都有其活性温度范围，温度过高，易使催化剂活性降低) 反应速率 原因 活化能 增大 催化剂改变反应的历程，使活化能降低 温度 增大 随着温度升高，催化剂的活性增大 减小 随着温度升高，催化剂的活性减小 接触面积 增大 催化剂与反应物接触面积增大 1．（2022·如皋一调）一种还原酸性废水中Cr(Ⅵ)的方法是加入铁屑。实验发现，在不改变铁屑总量的情况下，加入一定量的烟道灰(一种细小的炭粒)，铬(Ⅵ)还原速率加快。加入烟道灰后铬(Ⅵ)还原速率加快的原因是_____________________________________________________________________________。 2．（江苏卷）将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_________________________________________。 【问题解决4】 对反应：aA(g)＋bB(s)＝cC(s)，请填写下表（其他条件不发生变化） 条件的改变 反应速率 理论解释 活化能 活化分子数 活化分子百分数 单位体积活化分子数 增大A的浓度 增加 不变 增加 不变 增加 升高温度 改变压强 恒容条件下，通入A 增加 恒容条件下，通入He 恒压条件下，通入He 不变 使用适当的催化剂 把B(s)粉碎成粉末 不变 化学反应速率理论——有效碰撞理论 1．活化分子、活化能、有效碰撞 活化分子 能够发生有效碰撞的分子(必须具有足够的能量) 活化能 E1表示反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，焓变为E1－E2(注：E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量) 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 条件→活化分子→有效碰撞→反应速率变化 1．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)，①A＋K―→AK Ea1，②AK＋B―→AB＋K Ea2。下列说法错误的是 A．第①步为决速步骤 B．升高温度，该反应的速率加快 C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1 D．催化剂降低了活化能，加快了反应速率 2．（2022·南京学情调研）将模拟烟气(一定比例NOx、NH3、O2和N2)以一定流速通过装有Fe/Zr催化剂的反应管，测得NOx转化率随温度变化的曲线如图所示。 温度低于350 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，其可能原因是________________________________________________________________________ ______________________________________________________。 【问题解决5】 （2023·扬州高三质检）二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的“清洁能源”，科学家研究在酸性条件下，用甲醇可合成二甲醚，反应历程中相对能量变化如图所示。 下列叙述错误的是 A．循环过程中，催化剂参与了中间反应 B．该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为1.31 kJ·mol－1 C．制约总反应速率关键步骤的基元反应方程式为―→CH3OCH3＋H＋ D．总反应方程式为2CH3OHCH3OCH3＋H2O 反应历程中的能量变化图像 三步突破能量变化能垒图 （2023·南通期末）20世纪初，德国化学家哈伯首次用锇作催化剂在1.75×107 Pa、550 ℃的条件下以N2和H2为原料合成了NH3：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。我国最新报道的氨催化合成反应的机理如图所示(“*”代表微粒吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是 A．整个历程中，反应速率最慢的反应的化学方程式为N＋H＝N*＋3H* B．催化剂吸附N2(g)和H2(g)会吸收能量 C．在转化过程中有非极性键的断裂和形成 D．使用该催化剂，降低了合成氨反应的活化能，提高了合成氨的平衡转化率 1．（2024·海南三模）下列做法的目的与改变化学反应速率无关的是 A．牛奶放在冰箱里保存 B．向玻璃中加入Cu2O C．高炉炼铁前先将铁矿石粉碎 D．在糕点包装内放置小包铁粉 2．（2023·无锡期末）反应物(X)转化为产物(Y)时的能量变化与反应进程的关系如图曲线①所示，在反应中仅改变一种外界条件，可得到如图曲线②。下列说法正确的是 A．该反应是吸热反应 B．X·M为反应所加的催化剂 C．改变该条件后，降低了反应的焓变 D．该条件的改变增大了单位体积内活化分子百分数 3．（2024·河南省六市重点高中高三调研考试）X→Y反应分两步进行，在催化剂Cat1、Cat2作用下能量变化如图所示。下列叙述正确的是 A．Cat1作用下，第二步反应为决速反应 B．两种催化剂不改变总反应能量变化 C．催化剂可以改变生成物Y的平衡浓度 D．升高温度，第一步反应加快，第二步反应减慢 4．（2022·如皋期初）C10H18在催化剂作用下，发生脱氢反应的过程如图所示。下列说法不正确的是 A．反应C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)的ΔH＝(E1－E2) kJ·mol－1 B．反应C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)的ΔS＞0 C．C10H18(l)到C10H8(l)的反应速率快慢主要由第2步反应决定 D．使用催化剂不会改变反应的ΔH 5．（2022·辽宁实验中学模拟）均相芬顿反应原理是高级氧化技术的经典工艺之一，如图所示(k1和k2为速率常数)。下列说法错误的是 A．相同条件下，基元反应Ⅰ比Ⅱ的活化能低 B．基元反应Ⅰ中氧元素的化合价没有发生变化 C．基元反应Ⅱ的化学方程式为H2O2＋Fe3＋＝HO2·＋Fe2＋＋H＋ D．芬顿反应进行的过程中，整个体系的pH会发生变化(忽略体积变化) 2 细节决定成败 目标成就未来 找出试题的“命题点”、“关键点”、“易错点” 2 请每天用5分钟预习下一讲的复习内容！ 学科网（北京）股份有限公司 $$第41讲 化学反应速率与应用 问题的态度：问则少；辩则明 2025届高三化学第一轮复习 第41讲 化学反应速率与应用 凡在小事上对真理持轻率态度的人，在大事上也是不可信任的。——爱因斯坦 复习目标 1．知道化学反应速率的表示方法，会计算给定条件下的化学反应速率。 2．知道外界条件对化学反应速率的影响规律，能解释其在生产中的应用。 3．能从活化能角度理解影响反应速率的本质原因，能判断反应速率的相关图象。 教学重点难点 1．外界条件对化学反应速率的影响。 2．有关反应机理图像的判断。 教学方法 讨论、归纳 教学过程 化学反应速率和化学平衡计算题的模板——“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：反应式 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＋ 活化能与有效碰撞 1．活化能：如右图，E1为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，焓变ΔH＝E1－E2。 2．有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 气体反应体系中充入“惰性气体”(不参与反应)时，对反应速率的影响 1．恒容：充入“惰性气体”―→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“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。 认识催化剂的四大误区 误区1 催化剂 不参加化学反应 实际上，催化剂不是不参加化学反应，而是在化学反应前后，催化剂的化学性质基本不变。例如在铜催化乙醇生成乙醛的反应中，铜参与反应的原理如下：第一步为2Cu＋O22CuO，第二步为CuO＋CH3CH2OH→Cu＋CH3CHO＋H2O，这两步反应方程式的加和为O2＋2CH3CH2OHCH3CHO＋2H2O。显然催化剂参与了化学反应 误区2 一种反应 只有一种催化剂 实际上一个反应可以有多种催化剂，只是我们常选用催化效率高的，对环境污染小，成本低的催化剂，如双氧水分解的催化剂可以是二氧化锰，也可以是氯化铁，当然还可以硫酸铜等 误区3 催化剂都是加快化学反应速率 实际上，催化剂有正催化剂与负催化剂，正催化剂加快化学反应速率，负催化剂是减慢化学反应速率的 误区4 催化剂的效率与催化剂的量无关 实际上，催化剂参与了化学反应，是第一反应物。既然是反应物，催化剂的表面积，催化剂的浓度大小必然影响化学反应速率。比如用酵母催化剂做食品，酵母量大自然面就膨大快。催化剂的用量是会改变催化效率的 关于“控制变量法”题目的解题策略 变量内容 影响化学反应速率的外界因素主要有：浓度、温度、压强、催化剂 确定变量 依据实验目的，搞清某个外界因素对化学反应速率的影响时，均需控制其他因素不变，再进行实验，从而理清影响实验探究结果的因素，确定出变量和定量 定多变一 探究时，先确定只变化一种因素，其他因素不变，看这种因素和探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，从而得出相应的实验结论 数据有效 解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确的判断 基元反应 过渡态理论 1 基元反应：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应都称为基元反应 2 对于基元反应aA＋bB＝gG＋hH，其速率方程可写为v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k称为速率常数，恒温下，k不因反应物浓度的改变而变化)，这种关系可以表述为基元反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。有时称其为质量作用定律 3 许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。例如H2(g)＋I2(g)＝2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：①I2＝I＋I(快) ②H2＋2I＝2HI(慢)。其中慢反应为整个反应的决速步骤 4 过渡态理论——如图所示是两步完成的化学反应，分析并回答下列问题。 ①该反应的反应物为A、B，中间体为C，生成物为D。 ②由A、B生成C的反应为吸(填“吸”或“放”，下同)热反应，由C生成D的反应为放热反应，总反应为放热反应。 ③第一步为慢(填“快”或“慢”，下同)反应，第二步为快反应，决定总反应快慢的是第一步反应。 【问题解决1】 1．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1盐酸的烧杯中，该铝片与盐酸反应生成氢气的速率v与反应时间t可用如图的坐标曲线来表示。完成右图。 【分析】 1．O→a段不生成氢气的原因是铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到盐和水，无氢气放出。 2．b→c段生成氢气的速率增加较快的主要原因可能是反应放热，溶液温度升高，反应速率加快(或反应产生的铝离子是该反应的催化剂)。 3．t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度逐渐降低。 【追问】反应现象变化快慢可用化学反应速率表示，还有那些量也可以表示反应速率？ （单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度变化规律或气体体积的变化或颜色变化） 2．（2023·如皋期末）铁系纳米复合材料可以去除水体中的硝酸盐污染物。 (1) Fe－Ag金属复合材料去除某pH＝2的废水中NO的反应历程如图1所示(吸附在金属复合材料表面的物种用“*”标注)。 其他条件一定，反应相同时间，溶液的pH越大，NO的去除率越低的原因是_____________________________ ________________________________________________________________________________。 【答案】pH越大，H＋浓度越小，得到的H原子浓度越小，H原子还原NO、NO的速率越小 影响化学反应速率因素 内因 _____________________是决定化学反应速率的主要因素。反应物的性质 外因 浓度 增大反应物的浓度，可使反应速率_______ 压强 对于气体反应，_______压强增大，可使反应速率增大 温度 一般升高温度，可使反应速率_______ 催化剂 使用催化剂，可使反应速率_______ 其他 如固体表面积越_____大，反应反应速率越快；光照、搅拌、形成原电池 温馨提醒 ①气体反应压强的变化，其本质是气体的________浓度变化。 如恒容时通不参加反应的气体，虽压强增大，但反应速率_______不变；如恒压下通不参加反应的气体，虽总压不变，但反应速率________降低 ②对可逆反应，升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，正、逆反应速率均________增大，反之均________降低 ③对可逆反应，使用催化剂，正、逆反应速率均_____________同等程度的增大 催化剂的活性 ①催化剂的活性除与自身成分有关外，还受到粒子直径、合成方法等因素以及反应温度、压强等条件的影响。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，即催化剂中毒。 ②催化剂催化时需要适宜的温度，温度过低，活性低；温度升高，活性增强，但温度过高，催化剂可能失去活性。 多因素影响下的速率变化 常见影响反应速率的因素 浓度、温度、压强、催化剂活性、接触面积、原电池原理、副反应等 反常速率加快常见情况 ①温度升高；②形成原电池；③反应生成物对反应有催化作用；④温度升高，催化剂活性增强；⑤反应物浓度增大等 反应速率减慢常见情况 反应物浓度减小；②反应温度过高，催化剂失去活性；③析出的晶体或沉淀覆盖在固体表面，阻碍反应的进行；④竞争吸附等 1．判断以下说法或操作是否正确： (1) （2023·常州金坛期中）用右图装置定量测定H2O2的分解速率 × (2) （2022·如东期中）用两支试管各取5 mL 0.1 mol/L KMnO4溶液，分别加入3 mL 0.1 mol/L草酸溶液和3 mL 0.2 mol/L草酸溶液，记录溶液褪色所需的时间，探究浓度对化学反应速率的影响 × (3) （2022·常州期中）向两支试管中各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，再同时各加入2 mL 0.1 mol/L稀硫酸和2 mL 0.2 mol/L稀硫酸，比较试管中出现浑浊现象的快慢，探究浓度对反应速率的影响 √ (4) （2023·扬州期初）室温下，向0.1 mol/L HCl溶液中加入少量镁粉，产生大量气泡，测得溶液温度上升，说明镁与盐酸反应放热 √ (5) （2023·南京二模）向两支试管中各加入2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液，分别放入盛有冷水和热水的两只烧杯中，再同时分别向两支试管中加入2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液，振荡，观察现象，探究温度对化学反应速率的影响 √ (6) （2023·盐城三模）向两支盛有5 mL 4% H2O2溶液中分别加入2滴0.1 mol/L CuSO4溶液和2滴0.1 mol/L Fe2(SO4)3溶液，观察气泡生成的快慢，比较Fe3＋、Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果 × (7) （2022·连云港期中）在相同条件下，向一支试管中加入2 mL 5% H2O2和1 mL H2O，向另一支试管中加入2 mL 5% H2O2和1 mL CuSO4溶液，观察并比较实验现象，探究CuSO4对H2O2分解速率的影响 √ (8) （2022·扬州中学）相同温度下，将等质量的大理石块和大理石粉分别加入等体积的盐酸中，反应速率：粉状大理石＞块状大理石 × (9) （2022·扬州中学）相同温度下，向盛有足量稀硫酸的甲、乙两支试管中分别加入等质量的锌粒，并向甲中加入少量胆矾固体，产生氢气的速率和体积：甲＞乙 × 2．（2023·福州质检）某温度下，在体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s) ΔH＞0，下列叙述正确的是 A．加入少量W，逆反应速率增大 B．升高温度，正反应和逆反应速率都增大 C．在容器中加入氦气，压强增大，反应速率增大 D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大 【答案】B 【解析】升温，正、逆反应速率均增大，B正确；体积一定时加入氦气，物质的量浓度不变，不影响反应速率，C错误；压缩体积，单位体积内的活化分子数增大，但活化分子百分数不变，D错误。 3．温度与选择性的双重影响汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]： Ⅰ．NO＋Pt(s)＝NO* Ⅱ．CO＋Pt(s)＝CO* Ⅲ．NO*＝N*＋O* Ⅳ．CO*＋O*＝CO2＋Pt(s) Ⅴ．N*＋N*＝N2＋Pt(s) Ⅵ．NO*＋N*＝N2O＋Pt(s) 经测定汽车尾气中反应物浓度及生成物浓度随温度T变化关系如图1和图2所示。 （1）图1中温度从Ta升至Tb的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是______________________________ __________________。 （2）图2中T2℃时反应Ⅴ的活化能________(填“＜”“＞”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3℃时发生的主要反应为________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。 【答案】（1）温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快 （2）＞ Ⅳ 【解析】（1）由图1可知，温度升高，反应物的消耗量增大，说明催化剂的活性增强，反应速率加快；（2）由图2可知，T2℃时，N2的浓度小于N2O的浓度，说明反应Ⅴ的反应速率小于反应Ⅵ的反应速率，则反应Ⅴ的活化能大于反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时，生成物二氧化碳的浓度最大，说明发生的主要反应为反应Ⅳ。 【问题解决2】 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)，反应过程如图。下列说法不正确的是 A．t1 min时，正、逆反应速率相等 B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系 C．0～8 min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.011 25 mol·L－1·min－1 D．10～12 min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.002 5 mol·L－1·min－1 【答案】A 【解析】】A项，t1 min时，反应没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，错误；B项，根据图像可知，在0～8 min内，X增加了0.6 mol，Y减少了0.9 mol，X、Y变化的物质的量之比为2∶3，则X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系，Y曲线表示H2的物质的量随时间的变化关系，正确；C项，0～8 min，v(H2)＝＝0.011 25 mol·L－1·min－1，正确；D项，10～12 min，v(NH3)＝＝0.005 mol·L－1·min－1，v(N2)＝＝0.002 5 mol·L－1·min－1，正确。 化学反应速率概念及计算 ① 表示方法 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（有时可用物质的量或固体厚度） ② 表达式 v＝（Δc为物质浓度的改变量，Δt为时间的改变量，v为化学反应速率。） ③ 单位 （由浓度单位和时间单位构成）：mol·L－1·s－1，mol·L－1·min－1，mol·L－1·h－1 ④ 对于反应 mA＋nB＝pC＋qD，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 温馨提醒 分类角度 从测定时间分 从反应方向分 类型 瞬时速率：某一时刻的反应速率 平均速率：某段时间内的反应速率的平均值 正反应速率：可逆反应中正反应方向的反应速率 逆反应速率：可逆反应中逆反应方向的反应速率 注意点 通常所计算的是平均速率 通常所计算的是正逆反应抵消后的总反应速率 化学反应速率大小的比较方法 归一法 按照化学计量数关系换算为同一物质、同一单位表示，再比较数值大小 比值法 比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，即比较与，若＞，则用A表示的化学反应速率比用B表示的大 1．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·min－1。 【答案】30 【解析】由单位可知v＝＝30 mL·g－1·min－1。 2．（2022·如皋一调）一定条件下，向5 L恒容密闭容器中加入6 mol A和2 mol B，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)；2 min时，剩余1.2 mol B，并测得C的浓度为0.32 mol·L－1。下列说法正确的是 A．x＝3 B．0～2 min内，v(A)＝0.48 mol·L－1·min－1 C．当剩余0.4 mol B时，反应时间为4 min D．其他条件相同，若起始时向2.5 L容器中充入6 mol A和2 mol B，当剩余1.2 mol B时，消耗时间小于2 min 【答案】D 【解析】列三段式：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g) 起始/mol 6 2 0 0 变化/mol 2.4 0.8 0.8x 1.6 2 min时/mol 3.6 1.2 0.8x 1.6 A项，根据C的浓度为0.32 mol·L－1可得＝0.32 mol·L－1，x＝2，错误；B项，0～2 min内，Δc(A)＝＝0.48 mol·L－1，v(A)＝＝0.24 mol·L－1·min－1，错误；C项，随着反应进行，反应物的浓度减小，反应速率减小，故再反应0.8 mol B，剩余0.4 mol B，所需的时间超过2 min，反应需要总时间大于4 min，错误；D项，其他条件相同，缩小容器容积，反应物的浓度增大，反应速率加快，当剩余1.2 mol B时，消耗时间小于2 min，正确。 【问题解决3】 1．图1为从废钼催化剂(主要成分为MoO3、MoS2，含少量NiS、NiO、Fe2O3等)中回收利用金属的部分流程。 “焙烧”时将纯碱和废钼催化剂磨成粉末后采取如图2所示的“多层逆流焙烧”，其目的是__________________________________________________________________________。 【答案】增大反应物接触面积，提高反应速率和原料利用率 2．（2020·江苏卷）CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。 CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO－，其离子方程式：________________________________________；其他条件不变，HCO转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40～80℃范围内，HCO催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是_______________________________________________________________________________________。 【答案】HCO＋H2HCOO－＋H2O 温度升高反应速率增大，温度升高催化剂的活性增强 【解析】适当升高温度时，催化剂的活性增强，HCO催化加氢的反应速率增大，HCO催化加氢的转化率迅速上升。 化学反应速率应用 影响化学反应速率的答题方向 （1）解释影响反应速率的因素 条件变化 正常 反常 举例解释 加热 速率增大 速率减小 ①有酶参与的反应，温度高酶会失去活性 ②有气体参与的反应，升高温度，气体的溶解度减小 ③加热易分解的物质(H2O2、NH3·H2O等)分解 ④有催化剂参与的反应，升高温度，催化剂活性降低 ⑤加热易挥发的物质(浓硝酸、浓盐酸)大量挥发 加压 速率增大 不变 ②恒温恒容条件下的气相反应，充入稀有气体 （2）催化剂(绝大多数催化剂都有其活性温度范围，温度过高，易使催化剂活性降低) 反应速率 原因 活化能 增大 催化剂改变反应的历程，使活化能降低 温度 增大 随着温度升高，催化剂的活性增大 减小 随着温度升高，催化剂的活性减小 接触面积 增大 催化剂与反应物接触面积增大 1．（2022·如皋一调）一种还原酸性废水中Cr(Ⅵ)的方法是加入铁屑。实验发现，在不改变铁屑总量的情况下，加入一定量的烟道灰(一种细小的炭粒)，铬(Ⅵ)还原速率加快。加入烟道灰后铬(Ⅵ)还原速率加快的原因是_____________________________________________________________________________。 【答案】在酸性废水中，铁屑和烟道灰形成原电池，加快反应速率 2．（江苏卷）将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图1)。 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_________________________________________。 【答案】迅速上升段是催化剂活性随温度的升高增大，与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段催化剂M的活性已经达到较大值，反应速率增大主要是温度升高引起催化剂活性下降 NH3与O2反应生成了NO 【解析】温度升高，反应速率增大，同时催化剂的活性增大也会提高反应速率。一段时间后催化剂活性增大幅度变小，主要是温度升高使反应速率增大。当温度超过一定值时，催化剂的活性下降，同时氨气与氧气反应生成NO而使反应速率减小。 【问题解决4】 对反应：aA(g)＋bB(s)＝cC(s)，请填写下表（其他条件不发生变化） 条件的改变 反应速率 理论解释 活化能 活化分子数 活化分子百分数 单位体积活化分子数 增大A的浓度 增加 不变 增加 不变 增加 升高温度 改变压强 恒容条件下，通入A 增加 恒容条件下，通入He 恒压条件下，通入He 不变 使用适当的催化剂 把B(s)粉碎成粉末 不变 化学反应速率理论——有效碰撞理论 1．活化分子、活化能、有效碰撞 活化分子 能够发生有效碰撞的分子(必须具有足够的能量) 活化能 E1表示反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，焓变为E1－E2(注：E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量) 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 条件→活化分子→有效碰撞→反应速率变化 1．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)，①A＋K―→AK Ea1，②AK＋B―→AB＋K Ea2。下列说法错误的是 A．第①步为决速步骤 B．升高温度，该反应的速率加快 C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1 D．催化剂降低了活化能，加快了反应速率 【答案】C 【解析】A项，第①步的正反应活化能Ea1>第②步正反应活化能Ea2，所以反应速率：①＜②，而总反应速率取决于慢的反应，故决速步骤为①，正确；B项，温度升高，反应速率加快，正确；C项，Ea是该反应正反应的活化能，错误；D项，催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，正确。 2．（2022·南京学情调研）将模拟烟气(一定比例NOx、NH3、O2和N2)以一定流速通过装有Fe/Zr催化剂的反应管，测得NOx转化率随温度变化的曲线如图所示。 （1）温度低于350 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，其可能原因是_______________________________ _________________________________________________________________________________________________。 【答案】温度低于350 ℃时，温度升高、催化剂活性增强均使活化分子百分数增加，单位时间内活化分子有效碰撞次数增加，化学反应速率加快 【问题解决5】 （2023·扬州高三质检）二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的“清洁能源”，科学家研究在酸性条件下，用甲醇可合成二甲醚，反应历程中相对能量变化如图所示。 下列叙述错误的是 A．循环过程中，催化剂参与了中间反应 B．该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为1.31 kJ·mol－1 C．制约总反应速率关键步骤的基元反应方程式为―→CH3OCH3＋H＋ D．总反应方程式为2CH3OHCH3OCH3＋H2O 【答案】B 【解析】A项，整个过程中H＋是催化剂，先参与第一步反应，在最后一步反应生成，正确；B项，由图可知该历程中最小的能垒(基元反应活化能)为131 kJ·mol－1，错误；C项，决定总反应速率的是活化能或能垒最高的基元反应，由图可知，该基元反应为―→CH3OCH3＋H＋，正确。 反应历程中的能量变化图像 三步突破能量变化能垒图 （2023·南通期末）20世纪初，德国化学家哈伯首次用锇作催化剂在1．75×107 Pa、550 ℃的条件下以N2和H2为原料合成了NH3：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。我国最新报道的氨催化合成反应的机理如图所示(“*”代表微粒吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是 A．整个历程中，反应速率最慢的反应的化学方程式为N＋H＝N*＋3H* B．催化剂吸附N2(g)和H2(g)会吸收能量 C．在转化过程中有非极性键的断裂和形成 D．使用该催化剂，降低了合成氨反应的活化能，提高了合成氨的平衡转化率 【答案】A 【解析】A项，由图可知，N＋H＝N*＋3H*的活化能最大，反应速率最慢，正确；B项，由图可知，催化剂吸附N2(g)和H2(g)后能量降低，放出热量，错误；C项，N2和H2转化成NH3，该过程中有非极性键的断裂，没有非极性键的形成，错误；D项，使用催化剂不能提高合成氨的平衡转化率，错误。 1．（2024·海南三模）下列做法的目的与改变化学反应速率无关的是 A．牛奶放在冰箱里保存 B．向玻璃中加入Cu2O C．高炉炼铁前先将铁矿石粉碎 D．在糕点包装内放置小包铁粉 【答案】B 【解析】A项，降低温度，减缓食物变质的速率，不符合题意；B项，向玻璃中加入Cu2O是为了使玻璃呈现颜色，与反应速率无关，符合题意；C项，高炉炼铁前先将铁矿石粉碎，增大接触面积加快化学反应速率，不符合题意；D项，在糕点包装内放置小包铁粉，有吸收氧气的作用，能减慢糕点变质的速率，不符合题意。 2．（2023·无锡期末）反应物(X)转化为产物(Y)时的能量变化与反应进程的关系如图曲线①所示，在反应中仅改变一种外界条件，可得到如图曲线②。下列说法正确的是 A．该反应是吸热反应 B．X·M为反应所加的催化剂 C．改变该条件后，降低了反应的焓变 D．该条件的改变增大了单位体积内活化分子百分数 【答案】D 【解析】A项，X的能量高于Y，该反应是放热反应，错误；B项，M为反应所加的催化剂，X·M为中间产物，错误；C项，改变条件后，降低了反应的活化能，ΔH不变，错误；D项，使用催化剂能增大单位体积内活化分子百分数，正确 3．（2024·河南省六市重点高中高三调研考试）X→Y反应分两步进行，在催化剂Cat1、Cat2作用下能量变化如图所示。下列叙述正确的是 A．Cat1作用下，第二步反应为决速反应 B．两种催化剂不改变总反应能量变化 C．催化剂可以改变生成物Y的平衡浓度 D．升高温度，第一步反应加快，第二步反应减慢 【答案】B 【解析】A项，化学反应速率取决于慢反应，由图可知，Cat1作用下第一步反应的活化能大于第二步，则第一步反应为慢反应，为决速反应，错误；B项，总反应的能量变化取决于反应物的总能量和生成物总能量的差值，与催化剂无关，故两种催化剂不改变总反应能量变化，正确；C项，催化剂改变反应历程，降低反应活化能，加快化学反应速率，但是不能使平衡发生移动，故催化剂不可以改变生成物Y的平衡浓度，错误；D项，升高温度，第一步反应加快，第二步反应也加快，错误。 4．（2022·如皋期初）C10H18在催化剂作用下，发生脱氢反应的过程如图所示。下列说法不正确的是 A．反应C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)的ΔH＝(E1－E2) kJ·mol－1 B．反应C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)的ΔS＞0 C．C10H18(l)到C10H8(l)的反应速率快慢主要由第2步反应决定 D．使用催化剂不会改变反应的ΔH 【答案】C 【解析】A项，ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能，则C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)的ΔH＝(E1－E2) kJ·mol－1，正确；B项，C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g)是气体分子数增大的反应，ΔS＞0，正确；C项，活化能越大，反应速率越慢，由图可知，第1步反应的活化能大于第2步，反应速率快慢主要由第1步反应决定，错误；D项，使用催化剂可降低反应活化能，但不会改变反应的ΔH，正确。 5．（2022·辽宁实验中学模拟）均相芬顿反应原理是高级氧化技术的经典工艺之一，如图所示(k1和k2为速率常数)。下列说法错误的是 A．相同条件下，基元反应Ⅰ比Ⅱ的活化能低 B．基元反应Ⅰ中氧元素的化合价没有发生变化 C．基元反应Ⅱ的化学方程式为H2O2＋Fe3＋＝HO2·＋Fe2＋＋H＋ D．芬顿反应进行的过程中，整个体系的pH会发生变化(忽略体积变化) 【答案】B 【解析】A项，由题干信息可知，k1＞k2，说明相同条件下，基元反应Ⅰ比Ⅱ的反应速率更快，活化能越低反应速率越快，即基元反应Ⅰ比Ⅱ的活化能低，正确；B项，由题图可知，基元反应Ⅰ为H＋＋H2O2＋Fe2＋＝Fe3＋＋·OH＋H2O，故基元反应Ⅰ中氧元素的化合价发生变化，错误；C项，由题图可知，基元反应Ⅱ的化学方程式为H2O2＋Fe3＋＝HO2·＋Fe2＋＋H＋，正确；D项，由B、C分析可知，上述过程的总反应为：2H2O2HO+HO2•++H2O，H＋参加反应，反应后又生成，反应前后不变，即芬顿反应进行的过程中，整个体系的pH几乎不变，正确。 2 细节决定成败 目标成就未来 找出试题的“命题点”、“关键点”、“易错点” 2 请每天用5分钟预习下一讲的复习内容！ 学科网（北京）股份有限公司 $$