2025届高三化学一轮复习 原理-化学反应速率 课件

高三一轮复习·化学反应原理 化学反应速率 1. 这部分知识难度较大，选择题常常出现反应机理或反应循环图。 2. 主观题常常与化学平衡内容结合起来命题。近几年高考常出现催化能垒图，合理地解释基元反应活化状态的快反应和慢反应。 一、化学反应速率的表示和计算 化学反应4A(s) + 3B(g) ⇋ 2C(g) + D(g)， 经2 min，B的浓度减少0.6 mol/L，对此反应速率的表示正确的是( ) A.用A表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1 B.分别用B、C、D表示的反应速率其比值是3 :2 : 1 C.2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L-1·min-1 D.2 min内，v正(B)和v逆(C )表示的反应速率的值都是逐渐减小的 速率的计算 物质速率之间的关系 v-t图 基于上述反应，请分析以下情况速率的快慢 ： ①v(B)=1.5 mol·L-1·min-1；②v(C)=1.2 mol·L-1·min-1；③v(D)=0.01 mol·L-1·s-1 以下速率关系式正确 ：①3v(B)=2v(C)；②v(C)=2v(D)； B ③=②＞① ② (3)注意事项 ①化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬时速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。 ②同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。 ③固体或纯液体的浓度视为常数，不能用固体或纯液体的浓度变化计算化学反应速率。 一、化学反应速率的表示和计算（利用三段式解决） 在一定温度下，将2molX 和2molY充入2L密闭容器中发生反应： X(g) + 3Y(g) ⇋2Z(g) + aQ(g)。2min后达到平衡时生成0.8molZ，测得Q的浓度为0.6mol/L。 ①a= ； ②平衡时X的浓度是 ； ③平衡时Y的转化率是 ； ④0-2min的v(Y)= ； ⑤2 min时体系的压强为原来压强的 倍； ⑥该反应的平衡常数 列计算式； 一、化学反应速率的表示和计算（利用三段式解决） NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应： 4NH3(g)＋3O2(g) ⇋2N2(g)＋6H2O(g)。现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2，4 min平衡后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%。 请计算4min内该反应的平均速率v(N2)＝ 并计算N2的产率。 常用的四个公式   公式 备注 反应物的转化率 ①平衡量可以是物质的量、气体的体积； ②某组分的体积分数，也可以是物质的量分数 生成物的产率 平衡时混合物组分的百分含量 某组分的体积分数 P197 例1：在1L的密闭容器中，加入8molN2和20mol H2，发生 N2 + 3H2 ⇋2NH3，在5min末时，测得容器中含有6mol的N2，求 （1）该反应的化学反应速率v(N2)、v(H2) 、v(NH3) （2） 5min末时，N2 的转化率，NH3 的产率 （3） 5min末时，各成分的体积分数是多少 例2：在 2 L的密闭容器中，充入 1 mol N2 和 3 mol H2，在一定的条件下反应，2 分钟时，相同温度下混合气体的压强是反应前混合气体压强的 9/10倍。求： （1）2分钟时混合气体中三种气体的物质的量比 （2）N2 的转化率 （3）2分钟内， NH3 的平均反应速率 作业： 真题演练 P188 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 (2022·广东·T15) D 真题演练 反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 A．a为c(X)随t的变化曲线B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率 D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y) (2021·广东·T14) D 真题演练 (2023·广东·T19) HNO2 5.0×10－5mol·L－1·min－1 在新型RuO2催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应 2HCl(g)＋ O2(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 7.2 计算2.0～6.0 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)。 真题演练 (2015·广东·T19) 1.8×10-3 mol·min－1 CO2甲烷化的过程中，保持CO2与H2的体积比为1：4，反应气的总流量控制在40 mL·min-1，320 ℃时测得CO2转化率为80%，则CO2反应速率为______mL·min-1。 真题演练 (2021·广东适应性考试·T19) 6.4 （2022·广州二模）物质X能发生如下反应：①X→mY；②X→nZ（m、n均为正整数）。恒容体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示，下列说法不正确的是（　D　） A. m＝n＝1 B. t1时，c（X）＝c（Y） C. 反应的活化能：①＜② D. t2时，X的消耗速率等于Z的生成速率 D 练一练 【解析】　由图可知，最终X的浓度变为0，全部反应，反应生成Y、Z的浓度之和等于X的起始浓度，则反应均为气体分子数不变的反应，故m＝n＝1，A正确；由图可知，t1时，X、Y的浓度曲线相交，c（X）＝c（Y），B正确；两个反应同时发生，反应结束是Y含量更高，反应速率更快，说明反应①活化能较低，故活化能：①＜②，C正确；t2时，因为X要同时发生反应①和②，故X的消耗速率大于Z的生成速率，D错误。 二、影响化学反应速率的因素 例1.已知下列各组反应的反应物及温度，则反应开始时，放出H2速率最快的是 选项 金属的物质的量 （大小、形状相同的粉末） 酸的浓度及体积 反应温度/℃ A Mg 0.1mol 6mol/L的硝酸 10mL 60 B Mg 0.1mol 3mol/L的盐酸 10mL 30 C Fe 0.1mol 3mol/L的盐酸 10mL 60 D Mg 0.1mol 3mol/L的盐酸 10mL 60 影响化学反应速率因素——内因（主要因素）和外因 二、影响化学反应速率的因素 例2.铁片与稀盐酸反应制取氢气时，请判断下列操作对反应一开始生成氢气速率的影响。 ①升高温度； ②增大盐酸的浓度； ③增加铁片的质量； ④增大盐酸的体积； ⑤将铁片替换成铁粉； ⑥加入几滴CuSO4溶液； ⑦加入氯化钠固体； ⑧加入醋酸钠固体； ⑨加入硝酸钠固体； ⑩加入一定体积的硫酸钠溶液。 影响化学反应速率因素—— 内因（主要因素）和外因（T.c.p.催化剂.原电池…） ①得有浓度；②浓度的改变不引起反应本质的改变。 ①压强与体积关联；②注意稀有气体的影响。 二、影响化学反应速率的因素 理论解释——有效碰撞理论 ①有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞。 ②活化分子：能量较高，有可能发生有效碰撞的分子。 P186 活化分子百分数=活化分子数/分子总数 二、影响化学反应速率的因素 P186 ③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 条件改变 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大反应物浓度 _____ _____ _____ _____ _____ 增大压强 ______ _____ _____ _____ _____ 升高温度 ______ _____ _____ _____ ______ 加催化剂 ______ ______ _____ _____ ______ 增加 增加 不变 增加 增大 增加 增加 不变 增加 增大 不变 增加 增加 增加 增大 不变 增加 增加 增加 增大 活化分子百分数=活化分子数/分子总数 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：______。 P187 增大 单位体积内，活化分子数目增加，有效碰撞的次数增多 增大 不变 单位体积内活化分子数不变 ①恒温时:增大压强→体积缩小→浓度增大→反应速率增大。 ②恒温恒容时:a.充入气体反应物→反应物浓度增大→反应速率增大。 b.充入稀有气体(或非反应气体)→总压强增大，但各参与反应的物质的浓度不变，反应速率不变。 ③恒温恒压时:充入稀有气体(或非反应气体)→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减小。 减小 练一练 在一密闭容器中充入1 mol H2和1molI2，压强为p（Pa），并在一定温度下使其发生反应H2(g)+I2(g)=2HI(g)，下列说法正确的是 A．保持容器容积不变，向其中加入1molH2，化学反应速率不变 B．保持容器容积不变，向其中加入1molAr，化学反应速率增大 C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1molAr，化学反应速率不变 D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1molI2(g)，化学反应速率不变 练一练 D 三、用控制变量法探究影响化学反应速率的因素 P188 1．常见考查形式： (1)常以表格的形式给出多组实验数据，让学生通过对比两组数据，找出唯一的变化量，确定该组实验探究的是哪种因素对化学反应速率的影响。 (2)给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析某一种因素对化学反应速率的影响。 2．解题策略： ①确定变量：先弄清楚影响反应速率的因素有哪些（浓度、温度、压强、催化剂、固体物质的表面积等） ②控制变量：“ 　定多变一　⁠”，仅要探究的因素（如催化剂）不同，其余的因素（浓度、温度、压强、固体物质的表面积等）要完全相同  其他条件不变，温度对H2O2分解速率的影响 其他条件不变，比较FeCl3溶液和MnO2作为催化剂对H2O2分解反应速率影响的差异； 练一练 反应产生气泡的快慢 控制阴离子相同，排除阴离子的干扰 收集40 mL气体所需要的时间 练一练 催化剂 B 练一练 研究温度对尾气转化速率的影响 50 温度越高，尾气转化速率越快 ＞ 4.已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。某化学小组欲探究H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行了如下实验(忽略溶液体积变化)： 编号 0.01 mol·L－1酸性KMnO4溶液体积/mL 0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液体积/mL 水的体积/mL 反应温度/℃ 反应时 间/min Ⅰ 2 2 0 20 2.1 Ⅱ V1 2 1 20 5.5 Ⅲ V2 2 0 50 0.5 下列说法不正确的是 A.V1＝1，V2＝2 B.设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响 C.实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束 D.实验Ⅲ中用酸性KMnO4溶液的浓度变化表示的反应速率 v(KMnO4)＝0.01 mol·L－1· min－1 C 实验Ⅰ和实验Ⅱ反应温度相同，实验Ⅱ中加入了1 mL水，根据控制变量法的原则，溶液总体积应保持不变，因而V1＝1，类比分析可得V2＝2，A正确； 实验Ⅰ、Ⅲ的温度不同，其他条件相同，因而设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响，B正确； 酸性KMnO4溶液呈紫红色，由表中数据可知，草酸溶液过量，KMnO4可反应完全，因而可以用颜色变化来判断反应终点，即实验计时是从溶液混合开始，溶液紫红色刚好褪去时结束，C错误； 1.大多数的化学反应不能一步完成，在微观上是分几步完成的，每一步反应都叫一个基元反应。（基元反应：指反应物分子在碰撞过程中相互作用直接转化为生成物分子的反应，又称简单反应。） 如反应：H2O2＋2Br－＋2H＋===Br2＋2H2O，通过大量实验提出它们微观过程如下： (1)H2O2 ＋ H＋ === H3O2＋ (2)H3O2＋ ＋ Br－ === H2O ＋ HOBr (3)HOBr ＋ H＋ ＋ Br－ === H2O ＋ Br2。 四、反应历程/机理 四、反应历程/机理 2.基元反应过渡状态理论 基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到生成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　　 生成物 过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢]。 例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为 CH3Br＋OH－→[Br…CH3…OH]→Br－＋CH3OH 四、反应历程/机理 3.活化能与反应机理 使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，如图所示： E1为总反应的活化能，E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。 (2020·天津一中调研)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，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98 kJ·mol－1 D.v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2) 反应速率由慢反应决定 中间产物：无→有→无 催化剂：有→无→有 A 练一练 ❀快反应与慢反应 已知反应：2NO（g）＋Br2（g）2NOBr（g）ΔH＝－akJ/mol（a＞0），其反应机理如下： ①NO（g）＋Br2（g）NOBr2（g） ΔH1 快反应 ②NO（g）＋NOBr2（g）2NOBr（g） ΔH2 慢反应 下列说法正确的是 A. NOBr2是该反应的催化剂 B. 该反应的速率主要取决于反应① C. ΔH＝ΔH1＋ΔH2 D. 活化能反应①大于反应② C 练一练 ❀快反应与慢反应 【解析】　催化剂是在第一个反应中是反应物，在第二个反应中为生成物的物质，而NOBr2（g）在第一个反应中为生成物，在第二个反应中为反应物，因此NOBr2不是催化剂，A错误；总化学反应的化学反应速率由慢反应决定，所以该反应的速率主要取决于反应②，B错误；根据盖斯定律，将①＋②，整理可得：2NO（g）＋Br2（g）2NOBr（g） 所以ΔH＝ΔH1＋ΔH2，C正确；反应越慢，活化能越大，D错误。 下列有关说法错误的是 A.①的逆反应速率大于②的正反应速率 B.②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效 C.N2O2和N2O是该反应的催化剂 D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大 （2022·深圳一调）气相离子催化剂（Fe＋、Co＋、Mn＋等）具有优良的催化效果。其中，在Fe＋催化下乙烷氧化反应的机理如图所示（图中⁠为副反应）。下列说法正确的是 A. FeO＋、N2均为反应中间体 B. X既含极性共价键也含非极性共价键 C. 该机理涉及的反应均为氧化还原反应 D. 每生成1 mol CH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2 mol D 练一练 ❀反应机理循环图 【解析】　FeO＋先生成后消耗，是反应中间体，N2由N2O转化得到，是产物，A错误；由原子守恒可知X是H2O，O与H形成极性共价键，B错误；该机理中C2H6＋FeO＋[（C2H5）Fe（OH）]＋，该反应无元素化合价变化，不是氧化还原反应，C错误；该反应总反应化学方程式为C2H6＋2N2OCH3CHO＋2N2＋H2O，由于发生副反应[（C2H5）Fe（OH）]＋→Fe＋，则每生成1 mol CH3CHO，消耗N2O的物质的量大于2 mol，D正确。 （2022·重庆永川北山中学）Ni可活化C2H6放出CH4，其反应历程如图所示。下列关于活化历程的说法正确的是 A. 决速步骤：中间体1→中间体2 B. 在此反应过程中Ni的成键数目没有发生变化 C. 涉及非极性键的断裂和生成 D. 总反应为Ni(s)＋C2H6(g) NiCH2(s)＋CH4(g)ΔH＝－6.57 kJ/mol D 练一练 ❀催化机理与能垒图 【解析】　活化能大，化学反应速率慢，是决速步骤，根据历程图可知，中间体2→中间体3活化能最大，是决速步骤，A错误；中间体1中Ni的成键数目为4，过渡态1、中间体2中Ni的成键数目为2，过渡态2中Ni的成键数目为3，因此在此反应过程中Ni的成键数目在不断发生变化，B错误；反应过程中涉及C—C断裂和C—H的形成，没有非极性键的形成，C错误。 催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应 R(g) ⇌ P(g)。反应历程中，M 为中间产物。其它条件相同时，下列说法不正确的是 A. 使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分 4 步进行 B. 反应达平衡时，升高温度，R 的浓度增大 C. 使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡 D. 使用Ⅰ时，反应过程中 M 所能达到的最高浓度更大 P192 C 真题演练 2023·广东·T15 2024·广东卷·T15 A 真题演练 五、速率方程 速率的计算——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。 对于基元反应：aA＋bB===gG＋hH 则v＝k·ca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。 如：①SO2Cl2 ⇋ SO2＋Cl2　v＝k1·c(SO2Cl2) ②2NO2 ⇋ 2NO＋O2　v＝k2·c2(NO2) ③2H2＋2NO ⇋ N2＋2H2O　v＝k3·c2(H2)·c2(NO) P189 工业上利用CH4(混有CO和H2)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： 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·mol－3·min－1。 CO浓度/(mol·L－1) H2浓度/(mol·L－1) 逆反应速率/(mol·L－1·min－1) 0.1 c1 8.0 c2 c1 16.0 c2 0.15 6.75 练一练 五、速率方程 (2017江苏)温度为Ti时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) = 2NO(g)+O2(g) (正反应吸热)。实验测得： v正=v (NO2)消耗= k正c2(NO2)， v逆= v(NO)消耗= 2v (O2)消耗= k逆c2 (NO)c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。 推导：平衡常数K与k正 、k逆之间的关系 P198 ×100% ×100% ×100%＝×100% ×100% $$