2025届高三化学一轮复习 化学反应速率、催化剂反应、反应机理 课件

反应速率、催化剂与反应机理 速率求算； 速率的影响因素 【2021河北13】．室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应： ① M + N = X + Y； ② M + N = X + Z。 反应①的速率可表示为v1 = k1c2(M)， 反应②的速率可表示为v2 = k2c2(M)，（k1、k2为速率常数）。 反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况。下列说法错误的是 A．0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为 6.67×10-3 mol•L-1•min-1 B．反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变 C．如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为Z D．反应①的活化能比反应②的活化能大 速率方程 催化剂与反应历程 目录 课 程 标 准 核 心 素 养 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. 认识化学反应速率的调控在生产、生活和科学研究中的作用；知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率有重要意义。 1．证据推理与模型认知：根据图像、表格、实验数据等信息，建立化学反应速率的计算和比较等题目的解答模型，培养图像分析和数据处理的基本能力。 2．科学态度与社会责任：结合具体生活生产实例，探究外界条件对化学学反应速率影响，形成变量控制的实验思想和调控化学反应快慢的基本思路。 3．宏观辨识与微观探析：以碰撞理论和过渡态理论的简单要点为基础，从微观层面了解化学反应是怎样进行的，加深对化学反应速率影响因素的认识，逐步掌握宏观和微观相结合分析问题的方法。 “三段式”法计算反应速率 催化剂的催化机理是高考热点 活化能越小，反应速率越大 “变量控制法”在生产、生活中应用。 一　化学反应速率及影响因素 1. 化学反应速率 （1）概念与公式 2、理解化学反应速率时的注意事项 （1）化学计算中用到的化学反应速率是平均速率，且均取正值。但在时间－速率图像中某时刻对应的速率为瞬时速率。 (2)对于纯固体或纯液体参加的化学反应，因其浓度不改变，故通常不用它们表示反应速率，所以改变它们的量对反应速率基本无影响，但改变固体的表面积时，则反应速率要改变。 在浓度--时间曲线上某一时刻的斜率的绝对值代表该时刻的瞬时速率。 1）v正= k·c2(HI) 2）v净 = v正 - v逆 （3）同一反应中，如 m A(g)+n B(g) = p C(g)+q D(g)， 用不同的物质来表示的速率，数值可能不同，但意义相同。因此表示反应速率时一定要指明反应物和生成物中哪种物质做标准。 (4)各种物质表示的速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，也等于相应物质在同一段时间内的浓度（物质的量）变化量之比。 v (A) ︰v (B) ︰v (C) ︰v (D)= m ︰ n ︰ p ︰ q =△c(A) ︰ △c(B) ︰ △c(C) ︰ △c(D) =△n(A) ︰ △n(B) ︰ △n(C) ︰ △n(D) 3. 化学反应速率大小的比较方法 （1）先换算成用同一物质、同一单位表示的反应速率，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： a A（g）＋ b B（g） c C（g）＋ d D（g），比较 ，若 ，则用A表示的反应速率比用B 表示的大。 (比值法) (归一法) 1、化学反应速率的多角度计算 1）利用定义式或关系式直接计算 反应4A（s）＋3B（g） 2C（g）＋D（g），经2 min后，B的浓度减少了0.6 mol·L－1。下列反应速率的表示正确的是（　　） A. 在这2 min内用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1 B. 在这2 min内用C表示的反应速率是0.2 mol·L－1·min－1 C. 2 min末时的反应速率，用B表示是0.3 mol·L－1·min－1 D. 在这2 min内用B表示的反应速率为负值，用C表示的反应速率为正值 B 一定条件下，在容积为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. t 1 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 A 2)利用图像信息进行计算 现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2，发生反应：4NH3（g）＋3O2（g） 2N2（g）＋6H2O（g），4 min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40％，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是（　　） A. v （N2）＝0.125 mol·L－1·min－1 B. v （H2O）＝0.375 mol·L－1·min－1 C. v （O2）＝0.225 mol·L－1·min－1 D. v （NH3）＝0.250 mol·L－1·min－1 C 3)利用“三段式”进行计算 【题后归纳】 化学反应中反应速率 v （X）、转化率α（X）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、某一时刻量。 v （A）＝ ， v （B）＝ ， v （C）＝ ，α（A）＝ ×100％。 （3）根据题给信息列式求算。 例如，反应 m A（g）＋ n B（g） p C（g） ① t 0 s浓度/（mol·L－1） a b 0 ②转化浓度/（mol·L－1） x ③ t 1 s浓度/（mol·L－1） a － x b － 2、用分压变化表示的化学反应速率的计算 4. CO2催化加氢合成甲酸是一种很有前景的方法，反应原理为CO2 （g）＋H2（g） HCOOH（g）　Δ H 。恒温、恒容的密闭容器中 充入1 mol CO2、2 mol H2和1 mol N2（不参与反应）发生反应合成 甲酸，测得反应过程中体系压强随时间的变化曲线如图所示。 （1）0～20 min，用H2表示的化学反应速率为 MPa·min－1； 0.03 p 　 （2）反应达到平衡时CO2的转化率为 ⁠。 60％　 4. 影响化学反应速率的因素 （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 目录 （3）. 惰性气体对反应速率的影响 对于化学反应：A（g）＋B（g） C（g），恒温恒容，充入氦气 等惰性气体，对反应速率的影响： 恒温恒压，充入氦气等惰性气体，对反应速率的影响： 注：此处惰性气体指不参加反应的气体。 目录 (1) 该实验①、②可探究_______对反应速率的影响，因此V1＝_____，V2＝_____，V3＝_____。 (2) 实验①、③可探究 ____________对反应速率的影响，因此V4＝______，V5＝______。 (3) 下列有关该实验的说法中正确的是______(填标号)。 A. 选择实验①和实验③，测定混合液变浑浊的时间，可探究c(H2SO4)对化学反应速率的影响 B. 可以通过单位时间内SO2的体积变化来表示化学反应速率的快慢 C.已知实验①10min后沉淀达到最大量，Na2S2O3的反应速率为0.01mol·L-1·min-1 化 学 反 应 速 率 及 其 影 响 因 素 例1：已知：Na2S2O3＋H2SO4==Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，某同学 探究影响Na2S2O3与稀硫酸反应速率的因素时，设计了如下系列实验： 实验序号 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀硫酸 H2O V/mL c/mol/L V/mL c/mol/L V/mL ① 20 10.0 0.10 10.0 0.50 0 ② 40 V1 0.10 V2 0.50 V3 ③ 20 V4 0.10 4.0 0.50 V5 温度 10.0 10.0 0 浓度或c(H+) 10.0 6.0 A SO2易溶于水，无法准确测量其体积 “变量控制法”分析速率的影响因素 目录 思维建模 解答“变量控制”实验题的思维模型 目录 二、催化剂及其特点 现代化学理论认为催化剂是一种存在少量就能显著改变一个化学反应的反应速度，却不
改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗，反应结束时，其自身的质量、组成和化学性质基本不变的物质。催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应，催化的目标是使化学反应沿着精确制定的反应路径进行。 催化剂的特点:
 ①高效性：可以大大地加快反应速率。
 ②选择性：反应不同，催化剂不同。
 ③同等程度地加快正、逆反应的速率。
 ④不改变反应可能性和平衡常数。 催化剂影响反应历程和速率的思继建模 目录 催化剂及其特点 催化剂及其特点 目录 目录 不同场景下的催化剂影响率的思维模型建构 目录 均相化和非均相催化 目录 与催化剂有关的问题 目录 （1）基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实 现，每一步反应都被称为基元反应；先后进行的基元反应反 映了反应历程，反应历程又称为反应机理。 （2）有效碰撞 ①基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。 ②并不是反应物分子间的每一次碰撞都能发生反应，能够发 生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。发生有效碰撞的两个条件 是反应物分子能量足够和取向合适。 三. 有效碰撞理论 目录 （3）活化分子、活化能 ①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。 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。 目录 图中： E 1为 ， E 2为活化分子变成生成物 分子放出的能量，使用催化剂时的活化能为 ，反应热 为 ⁠。 正反应的活化能　 E 3　 E 1－ E 2　 目录 （4）活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 目录 ①基元反应过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。AB＋C—→[A…B…C]—→A＋BC反应物　　　过渡态　　　产物 四、过渡态理论 1. 过渡态理论 ②过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。如：一溴甲烷与NaOH溶液反应的历程可以表示为CH3Br＋OH－—→[Br…CH3…OH]—→Br－＋CH3OH反应物　　　　 　过渡态　　　　　 产物 一溴甲烷与NaOH溶液反应历程示意图 四、过渡态理论 1. 过渡态理论 如图所示是两步完成的化学反应。 （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。 A、B　 C　 D　 吸　 放　 放　 慢　 快　 一　 目录 例3【 2021年山东卷14】18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应 历程可表示为： ,能量变化如图所示．已 知 为快速平衡，下列说法正确的是（ ） A．反应Ⅱ、Ⅲ为决速步 B．反应结束后，溶液中存在18OH- C．反应结束后，溶液中存在CH318OH D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变 B Ea1 Ea2 Ea3 Ea4 Ⅰ、Ⅳ ΔH = (Ea1+Ea3)-(Ea2+Ea4) 目录 例【2019·全国卷Ⅰ】我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。 可知水煤气变换的ΔH _____ 0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能) E正＝ _____ eV，写出该步骤的化学方程式_____________________________ 小于 2.02 COOH*＋H*＋H2O*==COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*==H*＋OH*) H2O与CO2被吸附到催化剂上放热，能量降低 用✱表示微粒在催化剂表面吸附 H2O脱附，吸热，能量降低升高 目录 吸附脱附在催化剂表面上分为物理吸附脱附和化学吸附脱附 1、物理吸附脱附无键的断裂或形成，每个基元步骤都不视为基元反应 2、化学吸附脱附存在键的断裂或形成，每个基元步骤则视为基元反应 1.水煤气变换【CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)】是重要的化工过程，我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物质用*标注。 吸附 脱附 表面反应（基元反应） 目录 武汉9月调考 化学吸附 活性中间体（每步势能凹谷处） 活化络合物（每步势能顶峰处） 物理脱附 目录 化学吸附脱附 物理脱附 目录 武汉9月调考 目录 （1）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： a A＋ b B g G＋ h H 则 v ＝ k · ca （A）· cb （B）（其中 k 为速率常数）。 如：SO2Cl2 SO2＋Cl2 v ＝ k 1· c （SO2Cl2）； 2. 速率常数与速率方程 目录 （2）速率常数 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。在相同浓度的条件下，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。 目录 （2）速率常数的影响因素 速率常数的影响因素:与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，但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通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 目录 例6【2020山东等级考模拟】NO2可发生二聚反应生成N2O4，化学方程式为2NO2(g) ⇋ N2O4(g)，上述反应达到平衡后，升高温度可使体系颜色加深①，则该反应的ΔH_______0(填“>”或“<”)。已知该反应的正反应速率方程为v正=k正·c2(NO2)，逆反应速率方程为v逆=k逆·c(N2O4)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数②。则图(lgk表示速率常数的对数; 表示温度的倒数)所示①、②、③、④四条斜线中，能表示lgk正随 变化关系的是斜线_______，能表示lgk逆随 变化关系的是斜线____。  逆向 放热 < 增大 减小 减小 正向 > lgk逆 ③ ④ 目录 (2020山东) AD 目录 目录 目录 真题·体验品悟 02 目录 1. （2022·广东高考15题）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（ 　） 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，0～2 min内， v （X）＝1.0 mol·L－1·min－1 D 目录 2. （2022·辽宁高考10题）某温度下，在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X 发生反应2X（s） Y（g）＋2Z（g），有关数据如下： 时间段/min 产物Z的平均生成速率/（mol·L－1·min－1） 0～2 0.20 0～4 0.15 0～6 0.10 下列说法错误的是（　　） A. 1 min时，Z的浓度大于0.2 mol·L－1 B. 2 min时，加入0.20 mol Z，此时 v 正（Z）＜ v 逆（Z） C. 3 min时，Y的体积分数约为33.3％ D. 5 min时，X的物质的量为1.4 mol B 目录 3. （2022·浙江6月选考20题）恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应： 2NH3（g） N2（g）＋3H2（g），测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示，下列说法不正确的是（　　） 编 号 　 　　　　 时间/min c （NH3）/　　　　　　 （10－3 mol·L－1）　　　 表面积/cm2　 　　　　 0 20 40 60 80 ① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80 ② a 1.20 0.80 0.40 x ③ 2 a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40 A. 实验①，0～20 min， v （N2）＝1.00×10－5mol·L－1·min－1 B. 实验②，60 min时处于平衡状态， x ≠0.40 C. 相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大 D. 相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大 C 目录 4. （2023·浙江6月选考19题节选）在催化剂活性温度范围内，水煤气 变换反应： CO（g）＋H2O（g） CO2（g）＋H2（g）　 Δ H ＝－41.2 kJ·mol－1 其历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附（快速）、反应及产物 分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减 小，其速率减小的原因是 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠。 温度过高时，不利于反应物分子在催化 剂表面的吸附，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓 度降低，反应速率减小；温度过高还会导致催化剂的活性降低，从 而使化学反应速率减小 目录 感谢您的观看！ $$