内容正文:
第01讲 化学反应速率及其影响因素
目录
01
02 体系构建·思维可视
03 核心突破·靶向攻坚
考点一 化学反应速率的概念及计算
知识点1 化学反应速率
知识点2 化学反应速率的计算
知识点3 化学反应速率的大小比较
知识点4 化学反应速率的测定
考向1 考查化学反应速率概念的理解
考向2 考查化学反应速率的计算
考向3 考查化学反应速率大小比较
思维建模 定量法比较化学反应速率的大小
考向4 考查化学反应速率的测定
考点二 影响化学反应速率的因素
知识点1 影响化学反应速率的因素
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”
知识点3 速率常数和速率方程
知识点4 速率-时间(vt)图像
考向1 考查影响化学反应速率的因素
考向2 考查催化剂、活化能与转化效率的关系
考向3 考查“控制变量”探究影响化学反应速率的因素
思维建模 控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略
考向4 考查速率常数及其应用
考向5 考查速率图像分析
思维建模 化学反应速率图像分析模型
04
考点要求
考查形式
2025年
2024年
2023年
化学反应速率的概念及计算
选择题
非选择题
T19,2分
影响化学反应速率的因素
选择题
非选择题
T16,4分
T15,4分
T19,4分
T15,4分
T18,2分
考情分析:
从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,主要考查一段时间内化学反应速率的计算、反应速率快慢判断、影响化学反应的因素等。
2.从命题思路上看,侧重以化工生产或新信息为背景,与反应热或化学平衡相结合,考查反应速率的计算、比较及影响因素。
(1)选择题
结合化学平衡图像、图表考查化学反应速率的简单计算、外界条件对化学反应速率的影响、化学反应速率与化学平衡的综合应用,结合反应历程,考查决速步、活化能等相关知识。
(2)非选择题
常常与基本理论、工业生产相联系,通过图像或表格提供信息进行命题,主要考查化学反应速率的计算、速率的影响因素等。
3.根据高考命题特点和规律,复习时要注意以下几个方面:
(1)反应速率的定量计算;
(2)反应速率的影响因素的理论解释;
(3)提高图像类信息的分析能力,关注化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的应用。
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 化学反应速率的概念及计算
知识点1 化学反应速率
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。
2.数学表达式及单位
v=,单位为mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。
3.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)中,存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d
得分速记
(1)一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
(2)由v=计算得到的是一段时间内的平均速率,用不同物质表示时,其数值可能不同,但意义相同。
(3)化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。这里所说的化学反应速率指的是平均反应速率,而不是瞬时反应速率。一定温度下,锌粒在1 mol/L的稀盐酸中反应的反应速率与反应时间的关系如图所示,图中A点的斜率就是在t1时刻的瞬时反应速率。
(3) 同一反应在不同反应阶段的反应速率一般是不同的。主要原因:反应物浓度的不断变化;而且反应所引起的热量变化对反应速率也有较大影响。
知识点2 化学反应速率的计算
1.化学反应速率计算的4个方法
(1)定义式法:v=。
(2)比例关系式法: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。对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
得分速记
同一化学反应用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,因此,一定要标明是哪种具体物质的反应速率。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
(4)从图像中获取计算的数据及依据图像求反应速率的步骤
①从图像中获取计算的数据
纵坐标可以是物质的量,也可以是物质的量浓度,横坐标是时间。
例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算:
A.求某物质的平均速率、转化率,如:v(X)= mol/(L·s),Y的转化率=×100%。
B. 确定化学方程式中的化学计量数之比,如:X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为(n1-n3)∶(n2-n3)∶n2。
②依据图像求反应速率的步骤
第一步:找出横、纵坐标对应的物质的量;
第二步:将图中的变化量转化成相应的浓度变化量;
第三步:根据公式v=进行计算。
2.化学反应速率计算的万能方法——三段式法
(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。
如对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t1/(mol·L-1) a-x b-
则:v(A)= mol·L-1·s-1,v(B)= mol·L-1·s-1,v(C)= mol·L-1·s-1,v(D)= mol·L-1·s-1。
知识点3 化学反应速率的大小比较
1.定性比较
通过明显的实验现象(如气泡产生快慢、沉淀生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
2.定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
(1)归一法
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
(2)比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率大。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若>,则A表示的化学反应速率较大。
3.由图像比较反应速率大小的方法:根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越短,对应的反应的温度、浓度或压强就越大,则对应的反应速率越大。
知识点4 化学反应速率的测定
1.定性描述:(根据实验现象,以锌与硫酸反应为例)
①观察产生气泡的快、慢;
②观察试管中剩余锌粒的质量的多、少;
③用手触摸试管,感受试管外壁温度的高、低;
2.定量描述:(根据实验测量,单位时间内:)
①测定气体的体积;
②测定物质的物质的量的变化;
③测定物质或离子的浓度变化;
④测定体系的温度或测定反应的热量变化。
3.测量化学反应速率的常见方法
(1)量气法
(2)比色法
(3)电导法
(4)激光技术法
4.化学反应速率的测量——实验
(1)反应原理:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
(2)实验装置
(3)测量数据
①单位时间内收集氢气的体积;
②收集相同体积氢气所需要的时间;
③有pH计测相同时间内pH变化,即△c(H+)。
④用传感器测△c(Zn2+)变化。
⑤测相同时间内△m(Zn)。
⑥相同时间内恒容压强变化;
⑦相同时间内绝热容器中温度变化。
考向1 考查化学反应速率概念的理解
例1 下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
B.化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1
C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显
D.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
【答案】D
【解析】A.化学反应速率一般以某物质单位时间内的浓度变化量来表示,A项错误;B.反应速率为0.8mol·L-1·s-1表示1s内某物质的浓度平均变化了0.8mol·L-1,而不是1s时的瞬时浓度,B项错误;C.反应速率有时不一定能察觉,如酸碱中和反应瞬间即能完成,但几乎没有明显现象发生,C项错误;D.化学反应速率正是用于衡量一段时间内化学反应进行快慢的物理量,D项正确;答案选D。
【变式训练1】(2025·广东茂名·模拟)在恒温恒容条件下,发生反应,随时间的变化如图中曲线所示,其中表示的初始浓度。下列说法不正确的是
A.a点的瞬时速率大于b点的瞬时速率
B.对应的时间为
C.从a、b两点坐标可求得从到时间间隔内该化学反应的平均速率
D.在不同时刻都存在关系:
【答案】B
【解析】A.a点的斜率大于b点,则a点的瞬时速率大于b点的瞬时速率,A正确;
B.随着反应进行,物质浓度减小,反应速率减慢,由图中信息可推测,对应的时间为,B错误;
C.根据可知,从a、b两点坐标可求得从到时间间隔内该化学反应的平均速率,C正确;
D.反应速率比等于方程式中系数比,故在不同时刻都存在关系:,D正确;
故选B。
【变式训练2】已知反应:,生成的初始速率与、的初始浓度的关系可表示为,为速率常数,在800℃时测定相关数据如下表:
实验
初始浓度
生成的初始速率
序号
1
2
3
下列说法不正确的是
A.式中,
B.800℃时,
C.当其他条件不变时,升高温度,速率常数增大
D.若起:始,则
【答案】D
【解析】A .将 3 组实验数据代入 ,中有:k(2.00×10-3) x×(6.00×10-3)y=1.92×10-3,k (1.00×10-3)x ×(6.00×10-3)y=4.80×10-4,k (2.00×10-3)x×(3.00×10-3)y=9.60×10-4,解得: x=2 , y=1 ,故 A正确;
B.得 800 ℃时,由A可知,x=2,y=1,代入k(2.00×10-3)x×(6.00×10-3)y=1.92×10-3,解得,故 B正确;
C.当其他条件不变时,升高温度,反应速率增大,速率常数增大,故C正确;
D.结合 B ,始=c2(NO)c(H2),由于c(NO)和c(H2)的关系未知,无法计算c(NO)和c(H2),故D错误;
故选D。
考向2 考查化学反应速率的计算
例2(2025·山东·模拟预测)一定温度下,在恒温恒容容器内发生反应:,实验测得的数据如下表:
时间/s
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
5.00
3.52
2.40
1.75
1.23
0.87
0.61
下列说法错误的是
A.向容器中通入氧气,平衡逆向移动,K不变
B.时,分解的平均反应速率为
C.时,生成的瞬时反应速率为
D.该反应的速率常数
【答案】C
【解析】A.一定温度下,在恒温恒容容器内发生反应:,向容器中通入氧气,平衡逆向移动,温度不变,K不变,A正确;
B.时,分解的平均反应速率为=,B正确;
C.0-时,生成的平均反应速率为,不能计算时,生成的瞬时反应速率,C错误;
D.该反应的反应物只有且系数为1,则,该反应的速率常数,D正确;
故选C。
【变式训练1】(2025·辽宁沈阳·一模)在金表面分解的实验数据如下表。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期。下列说法错误的是
0
20
40
60
80
A.消耗一半时的反应速率为
B.100min时消耗完全
C.该反应的速率与的浓度有关
D.该反应的半衰期与起始浓度的关系满足
【答案】C
【解析】A.从表中可知,20min时,浓度为,而在60min时,浓度变为原来的一半,因此消耗一半时的反应速率==,A正确;
B.由表中数据可知,每20min浓度消耗0.020mol/L,因此当100min时消耗完全,B正确;
C.由表中数据可知,该反应匀速进行,与起始浓度无关,C错误;
D.结合选项A的解析,起始浓度为时,40分钟达到半衰期,代入关系式验证,可得:40min=500×0.080,D正确。
因此,本题选C。
【变式训练2】丙酮的溴代反应()的速率方程为:,其中k为速率常数,与温度有关;“”为反应级数。某温度时,获得如下实验数据:
实验序号
初始浓度
溴颜色消失所需时间t/s
HCl
①
0.80
0.20
0.0010
200
②
1.60
0.20
0.0010
100
③
0.80
0.40
0.0010
100
④
0.80
0.20
0.0020
400
分析该组实验数据所得出的结论错误的是
A.增大,能延长溶液颜色消失的时间
B.实验②和③的平均速率相等
C.实验①在200s内的平均速率
D.反应级数为2
【答案】C
【解析】A.对比实验①④中的丙酮和HCl的浓度是相同的,而实验④中的溴比实验①的大,说明增大,能延长溶液颜色消失的时间,A正确;
B.对比实验②和③的数据,相等,溴颜色消失所需的时间也相等,所以溴的反应速率是相等的,B正确;
C.实验①在200s内的平均速率,C错误;
D.对比实验①和②的数据可知,的浓度增大2倍,速率增大2倍,则m=1,对比实验①和③的数据可知,HCl的浓度增大2倍,速率增大2倍,则p=1,对比实验①和④的数据可知,Br2的浓度增大2倍,溴颜色消失所需时间为2倍,则n=0,m+n+p=2,反应级数为2,D正确;
故选C。
考向3 考查化学反应速率大小比较
例3对于可逆反应 A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下, 其中表示的反应速率最快的是
A.v(A)=0.5 mol·L-1·min-1 B.v(B)=1.2 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.1 mol·L-1·s-1 D.v(D)=0.4 mol·L-1·min-1
【答案】C
【分析】同一反应中,不同物质表示的反应速率,数值可能不同,所以比较同一反应在不同条件下反应速率快慢时,应转化为同一种物质。我们以C为参照,将其他物质表示的反应速率都转化为C物质表示的反应速率。
【解析】A.v(A)=0.5 mol·L-1·min-1,v(C)=1.0 mol·L-1·min-1;
B.B呈固态,不能用浓度变化表示反应速率;
C.v(C)=0.1 mol·L-1·s-1,v(C)=6.0 mol·L-1·min-1;
D.v(D)=0.4 mol·L-1·min-1,v(C)=0.4 mol·L-1·min-1;
从数值上可以看出,选项C中用C表示的反应速率最快,故选C。
【变式训练1】近年来,研究者开发出新工艺利用乙酸合成乙酸乙酯,使生产成本明显降低。向密闭容器中充入等物质的量的乙烯(g)与乙酸(g),发生的反应为,测得在不同压强下乙酸乙酯的平衡产率随温度(T)的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.正反应速率:
B.a、c、d点对应的压强平衡常数之比为
C.该反应在任何温度下都不能自发进行
D.该反应的正反应活化能大于逆反应的活化能
【答案】B
【分析】已知,根据图像可知,升高温度,乙酸乙酯产率增大,说明升高温度化学平衡正向移动,正反应吸热,另根据化学方程式可知,增大压强化学平衡正向移动,乙酸乙酯产率增大,所以p1>p2>p3,且该反应,回答下列问题;
【解析】A.根据分析可知:b、c、d三点温度相同,但压强b>c>d,温度相同时,压强越大,正反应速率越快,所以正反应速率:b>c>d,A不符合题意;
B.起始时通入等物质的量的乙烯(g)与乙酸(g),发生,a、c两点乙酸乙酯的产率相同,也就是反应物转化率相同,那么a、c两点有相同的三段式如下:,可以得到a点,c点,所以a、c两点的压强平衡常数之比为,c、d两点的温度相同,相同,所以a、c、d三点压强平衡常数之比为:,B符合题意;
C.根据分析可知,该反应,,该反应在任何温度下都不能自发进行,C不符合题意;
D.根据分析可知,该反应为吸热反应,,,所以正反应活化能>逆反应活化能,D不符合题意;
故答案选B。
【变式训练2】恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应①、②。反应①的速率,反应②的速率,式中、为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图乙为反应①和②的关系曲线。下列说法错误的是
A.曲线Ⅱ表示随时间的变化曲线
B.内,
C.提高反应温度有利于提高Z的产率
D.当温度时,总反应速率由反应②决定
【答案】D
【分析】向密闭容器中加入一定量X,X发生反应①生成Y,Y再发生反应②生成Z。由图中的信息可知,曲线Ⅰ浓度随时间变化逐渐减小的代表的是X,曲线Ⅲ浓度随时间变化逐渐增大的代表的是Z,曲线Ⅱ浓度随时间变化先增大后减小的代表的是Y;由图乙中的信息可知,反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。
【解析】A.由分析可知,曲线Ⅱ表示随时间的变化曲线,A正确;
B.内,曲线II的斜率大于曲线III的斜率,因为化学反应速率v =,在相同时间间隔内,,所以,B正确;
C.由图乙可知,温度升高,减小,lnk1和lnk2都增大,即k1和k2都增大,反应速率加快,温度升高利于反应①、②正向进行,有利于提高Z的产率,C正确;
D.由图乙信息可知,温度时,k1<k2,说明反应①为慢反应,因此,总反应速率由反应①决定,D错误;
故答案选D。
思维建模 定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法:按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)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表示时的反应速率比用B表示时大。
考向4 考查化学反应速率的测定
例4(2025·广东湛江·模拟预测)下列叙述正确的是
A.图①装置可用于测定锌与稀硫酸反应的速率
B.图②装置可用作制备氯气的发生装置
C.图③装置可用作蒸馏装置
D.图④标识表示腐蚀类物质
【答案】D
【解析】A.测定锌与稀硫酸反应的速率时,图装置中的长颈漏斗应换成分液漏斗,且实验时还需要用到秒表, A项错误;
B.二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气时需要加热, 图装置缺少加热仪器,B项错误;
C.图③装置中尾部的接 收部分不应密封(蒸馏装置不能是密闭体系),且温度计水银球应位于支管口处,另外,蒸馏时一般使用直形冷凝管,C项错误;
D.由图可知,图④标识表示腐蚀类物质,D正确;
故选D。
【变式训练1】下列实验操作或处理方法错误的是
A.在中和反应反应热测定实验中,为了保证盐酸完全被中和,采用稍过量的NaOH溶液
B.在燃烧热测定实验中,必须使用1mol可燃物进行实验
C.在化学反应速率测定实验中,可以用固体物质的质量变化率来衡量反应进行的快慢
D.在沉淀转化实验中,向盛有2 mL0.1mol/LMgCl2溶液的试管中滴加2~4滴2mol/L NaOH溶液,再滴加4滴0.1 mol/LFeCl3溶液,观察现象
【答案】B
【解析】A.中和反应反应热的测定实验中,通常需要让一种反应物(如NaOH)稍过量,以确保另一种反应物(如盐酸)完全反应,从而准确测定反应热,A正确;
B.燃烧热的定义是1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物的热效应。实验中实际使用量可能不足1 mol,但需通过数据换算为1 mol对应的热量,因此“必须使用1 mol可燃物”的说法错误,B错误;
C.化学反应速率通常通过浓度变化衡量。但是也可以用固体质量变化或气体体积的变化来衡量反应进行的快慢,C正确;
D.在沉淀转化实验中,向盛有2 mL0.1mol/LMgCl2溶液的试管中滴加2~4滴2mol/L NaOH溶液,量不足,完全生成了白色沉淀,再滴加4滴0.1 mol/LFeCl3溶液,若观察到红褐色沉淀说明生成了,说明,D正确;
故选B。
【变式训练2】下列实验装置及描述正确的是
A.利用图甲可测量锌与稀硫酸反应的反应速率
B.利用图乙可验证FeCl3与KI的反应是可逆反应
C.利用图丙可制得SO2
D.利用图丁可测醋酸的浓度
【答案】A
【解析】A .图甲中装置为密闭体系,恒压滴液漏斗中液体能够顺利滴下,且稀硫酸与锌粒反应生成氢气会使注射器活塞右移,能准确测量反应速率,A符合题意;
B. 向FeCl3溶液中加入少量KI溶液,发生反应2Fe3++2I-=2Fe2++I2,反应后溶液中加入硫氰化钾固体,若溶液变红,说明溶液中仍有Fe3+,由于反应物中FeCl3过量,即不能说明FeCl3与KI的反应不能进行完全,是可逆反应,B不合题意;
C .铜与浓硫酸在加热条件下才反应生成SO2,图丙中没有加热装置,不能制得SO2,C不合题意;
D. NaOH与醋酸恰好完全反应生成醋酸钠和水,滴定终点时溶液呈碱性,应选用酚酞作指示剂,而甲基橙的变色范围是3.1 - 4.4,在酸性范围内变色,不能准确指示滴定终点,D不合题意;
故答案为:A。
考点二 影响化学反应速率的因素
知识点1 影响化学反应速率的因素
1.内因(决定因素):反应物本身的性质是主要因素。反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为F2>Cl2>Br2>I2;镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为Mg>Al>Zn>Fe。
【名师点睛】内因包括组成、结构、性质等物质自身因素。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
(1)浓度:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率增大;降低反应物的浓度,化学反应速率减小。
(2) 压强:对有气体参加的反应,在其他条件不变时,改变压强同样可以改变化学反应速率。
(3) 温度:升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减小。大量实验证明,温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的2~4倍。
(4) 催化剂:催化剂也可以改变化学反应速率(不作特殊强调,一般指正催化剂)。
(5) 其他因素:除了上述浓度、温度、压强、催化剂这四大影响因素外,反应物颗粒的大小、构成微小原电池、光、超声波、激光等也能影响反应速率。
得分速记
(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数,故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时,其表面积增大将导致反应速率增大。
(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的,所以分析压强的改变对反应速率的影响时,要从反应物浓度是否发生改变的角度来分析。若改变总压强而各物质的浓度不改变,则反应速率不变。
(3)改变温度,使用催化剂,反应速率一定发生变化,其他外界因素的改变,反应速率则不一定发生变化。
(4)其他条件一定,升高温度,不论正反应还是逆反应,不论放热反应还是吸热反应,反应速率都要增大,只不过正、逆反应速率增加的程度不同。
(5)稀有气体对有气体参与的反应速率的影响
①恒温恒压
②恒温恒容
3.控制变量法探究外界条件对速率的影响
探究
变量
举例
备注
温度
温度不同
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
③ 探究不同催化剂对反应速率的影响时,加入催化剂的体积相同可保证加入催化剂后过氧化氢的浓度相同;对比实验中加入相同体积的水也是为了保证过氧化氢的浓度相同
④ 若探究温度对反应速率的影响,则必须在 将溶液加热(或降温)到所需要的温度
浓度
浓度不同
催化剂
催化剂不同
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”
1.基元反应:一个化学反应往往经过多个步骤才能实现,每一步反应都称为基元反应。
2.活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子:有足够的能量,能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。活化分子百分数 =×100%。
②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E1-E2。(注:E2为逆反应的活化能)
③有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞为有效碰撞。化学反应发生的先决条件是反应物分子间必须发生碰撞。有效碰撞必须具备两个条件:一是发生碰撞的分子具有较高的能量,二是碰撞时要有一定的方向。
3.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
4.利用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响——活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率
条件变化
微观因素变化
化学反应速率变化
活化分子百分数
单位体积内活化分子数目
有效碰撞
浓度
增大
不变
增加
增加
加快
压强
增大
不变
增加
增加
加快
温度
升高
增加
增加
增加
加快
催化剂
使用
增加
增加
增加
加快
知识点3 速率常数和速率方程
1.基元反应与反应历程
(1)定义:基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,又称为简单反应。大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。反应历程又称反应机理。例如H2(g)+I2(g)2HI(g),它的反应历程可能是如下两步基元反应:
①I2I+I(快)
②H2+2I2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
(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
(3)活化能(能垒)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。
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:aA+bB===gG+hH
则v=kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。
如:①SO2Cl2SO2+Cl2 v=k1c(SO2Cl2)
②2NO22NO+O2 v=k2c2(NO2)
③2H2+2NON2+2H2O v=k3c2(H2)·c2(NO)
3.速率常数含义
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。
4.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。
5.速率常数与化学平衡常数之间的关系
一定温度下, 可逆反应:aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g),达到平衡状态时,v正=k正 ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cg(G)·ch(H),由于平衡时 v正=v逆,则k正ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H),所以==K。
知识点4 速率-时间(vt)图像
1.图像类型
由图像变化分析外界条件对其影响,已知反应为mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1。
(1)“渐变”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大,v′逆逐渐增大;v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小,v′逆逐渐减小;v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大,v′正逐渐增大;v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小,v′正逐渐减小;v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
(2)“断点”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
t1时v′正、v′逆均突然减小,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
t1时v′逆、v′正均突然减小,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
(3)“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m+n=p+q(反应前后气体体积无变化)
t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n=p+q(反应前后气体体积无变化)
2.常见v-t图像分析方法
(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。
(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。
考向1 考查影响化学反应速率的因素
例1 在水溶液中进行的反应:,已知该反应速率方程为(k为常数),为探究反应速率(v)与反应物浓度的关系,在20℃进行实验,所得的数据如下表:
①
②
③
④
⑤
0.008
0.008
0.004
0.008
0.008
0.001
0.001
0.001
0.002
0.001
0.10
0.20
0.20
0.10
0.40
v1
下列结论正确的是
A.反应体系的三种物质中,H+(aq)的浓度对反应速率影响最大
B.速率常数的数值为0.03
C.a、b、c的值分别为1、5、6
D.实验⑤中,
【答案】A
【解析】A.由①②数据得b=1, 由①④数据得a=1,由②③数据得c=2,则反应体系的三种物质中,H+(aq)的浓度对反应速率影响最大,A正确;
B.结合A分析,将①中数据代入中,则,=3.75,B错误;
C.由A分析可知,abc分别为1、1、2,C错误;
D.实验⑤中,,D错误;
故选A。
【变式训练1】已知的速率方程为(k为速率常数,只与温度、催化剂有关)。实验测得,在催化剂X表面反应的变化数据如下:
t/min
0
10
20
30
40
50
60
70
0.100
0.080
0.040
0.020
0
下列说法正确的是
A.,
B. min时,
C.相同条件下,增大的浓度或催化剂X的表面积,都能加快反应速率
D.保持其他条件不变,若起始浓度为0.200 mol·L,当浓度减至一半时共耗时50 min
【答案】D
【分析】根据表中数据分析,该反应的速率始终不变,的消耗是匀速的,说明反应速率与无关,故速率方程中n=0;
【解析】A.由分析可知,n=0,与浓度无关,为匀速反应,每10min一氧化二氮浓度减小0.02,则,A错误;
B.由分析可知,n=0,与浓度无关,为匀速反应,t=10min时瞬时速率等于平均速率==≠,B错误;
C.速率方程中n=0,反应速率与的浓度无关,C错误;
D.保持其他条件不变,该反应的反应速率不变,即为,若起始浓度,减至一半时所耗时间为=50min,D正确;
答案选D。
【变式训练2】下列实验操作可实现对应实验目的的是
实验目的
实验操作
A
探究浓度对反应速率的影响
向两支均盛有1mL0.1mol/LNa2SO3溶液的试管中,分别加入等体积的5%和10%的H2O2溶液
B
萃取溴水中的溴
向溴水中加入裂化汽油,充分振荡,分液,从下口依次放出混合液体
C
验证菠菜中含有铁元素
将新鲜菠菜剪碎、研磨、溶解、过滤,向滤液中加入几滴KSCN溶液
D
比较AgCl、AgI的Ksp大小
向2mL0.1mol/LNaCl溶液中加入2滴0.1mol/L的AgNO3溶液,充分反应后,再加入2滴0.1mol/L的NaI溶液
【答案】D
【解析】A.Na2SO3溶液和H2O2溶液反应,无明显实验现象,无法得出结论,A错误;
B.裂化汽油中含有不饱和烃,会与溴发生加成反应,不能作萃取剂,且分液时,下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出,B错误;
C.向滤液中加入几滴KSCN溶液,只能验证溶液中是否含有Fe3+,不能验证是否含有铁元素,因为可能含有Fe2+,Fe2+不能使KSCN溶液变红,C错误;
D.NaCl过量,NaCl溶液与AgNO3溶液充分反应产生AgCl白色沉淀,再加入2滴等浓度的NaI溶液,白色沉淀AgCl转化为黄色沉淀AgI,说明AgCl的Ksp大于AgI的,可达到实验目的,D正确;
故选D。
考向2 考查催化剂、活化能与转化效率的关系
例2在光照条件下,空气中的二氧化硫二氧化钛颗粒物表面发生催化氧化生成硫酸气溶胶,下列说法不正确的是
A.受到光激发产生的空穴()带正电,能将氧化成·OH
B.在颗粒物表面形成有多种途径,其中一种为
C.上述形成硫酸气溶胶的总反应为
D.空气的湿度越大,硫酸气溶胶的形成速率越快
【答案】D
【解析】A.观察可知,受到光激发产生的空穴带正电,中氧元素为-2价,具有还原性,空穴能将氧化成,A选项正确;
B.从图中反应过程可以看出,在颗粒物表面形成有多种途径,其中一种途径中,具有强氧化性,能将氧化,根据得失电子守恒和原子守恒可得反应为,B选项正确;
C.由图中整个反应过程可知,二氧化硫、氧气和水在作催化剂、光激发的条件下反应生成硫酸根离子和氢离子,总反应为,C选项正确;
D.空气中湿度大时,水的含量高,可能会稀释反应体系中的反应物浓度,导致硫酸气溶胶的形成速率减慢,而不是越快,D选项错误;
故答案为:D。
【变式训练1】一定温度下在特种催化剂(cat)表面分解生成和与催化剂表面积、时间的关系如图所示。一定条件下,反应的速率。关于该反应的说法错误的是
A.其他条件相同时,压强越大,反应速率越快
B.体系压强一定时,加入氩气,分解率增大
C.浓度一定,催化剂表面积越大,反应速率越快
D.温度一定,使用更优质催化剂,的值不变
【答案】A
【解析】A.由图可知,催化剂表面积越大,反应速率越快,催化剂表面积一定,图中曲线斜率不变,表明浓度变化时,速率不变,其他条件相同时,改变压强,即改变浓度,反应速率不变,A错误;
B.体系压强一定时,加入氩气,相当于减压,平衡正向移动,分解率增大,B正确;
C.浓度一定,催化剂表面积越大,反应速率越快(图中曲线斜率的绝对值),C正确;
D.反应的速率,平衡时,则(平衡常数),即温度一定,使用更优质催化剂,的值不变,D正确;
故选A。
【变式训练2】甲醇()在催化剂表面分解的反应涉及多个过渡态(TS1~TS5)和中间体,反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是
A.在催化剂表面解离的五个路径中,制约反应速率的是路径⑤
B.不能由图确定甲醇分解为和是吸热还是放热反应
C.该历程中路径③的能垒(反应活化能)为
D.该过程包含键和键的断裂,以及键的形成
【答案】C
【解析】A.决速步骤为能垒最高的路径⑤,A正确;
B.由图只能得出 ,为吸热反应,B正确;
C.路径③的能垒为,C错误;
D.由反应历程可知,反应涉及、键断裂和键形成,D正确;
故选C。
考向3 考查“控制变量”探究影响化学反应速率的因素
例3某小组用、HI和KI探究外界条件对化学反应速率的影响。室温下,按下列初始浓度进行实验。
实验Ⅰ.
实验编号
①
②
③
④
⑤
0.1
0.1
0.1
0.2
0.3
0.1
0.2
0.3
0.1
0.1
出现棕黄色的时间/s
13
6.5
4.3
6.6
4.4
实验Ⅱ.用KI替代HI做上述5组实验,观察到有无色气体产生,一段时间内溶液均未见棕黄色。
下列说法不正确的是
A.由实验Ⅰ可知,氧化HI的反应速率与和的乘积成正比
B.实验①中反应继续进行,20s时测得为,则0~20s的平均反应速率:
C.实验Ⅱ中的现象可能是因为分解的速率大于氧化KI的速率
D.对比实验Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ-的还原性随酸性减弱而减弱
【答案】D
【解析】A.对比实验①、②、③:HI浓度增加反应速率增加,对比实验①、④、⑤:H2O2浓度增加反应速率增加,因此,H2O2氧化HI的反应速率与和的乘积成正比,故A正确;
B.0~20s的平均反应速率:,故B正确;
C.实验II向H2O2加入KI产生氧气,而未产生I2,说明H2O2分解的速率大于H2O2氧化KI的速率,故C正确;
D.实验II引入了K+,K+对H2O2的分解有影响,不能说明酸性对I-还原性的影响,故D错误;
故答案为D。
【变式训练1】工业制硝酸的过程中涉及反应。一定条件下NO和进入合成塔发生反应,其他条件相同时测得的实验数据如下表。下列关于该反应的说法错误的是
压强/(Pa)
温度/℃
达到所列转化率需要的时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2830
90
25
510
5780
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
A.,
B.增大的量,能提高的平衡转化率
C.根据上述表格,升高温度该反应速率加快
D.在、90℃下,6s时反应的
【答案】C
【解析】A.是气体体积减小的反应,,该反应在一定条件下能够自发进行,说明在一定条件下成立,则,A正确;
B.增大的量,正向进行,能提高的平衡转化率,B正确;
C.表格中,升高温度后,相同压强下达到相同转化率所需时间延长(如1.0×105Pa下50%转化率时间从12s增至25s),说明升温导致反应速率减慢,C错误;
D.在、90℃下,6s后NO的转化率仍然会增大,说明此时反应还未达到平衡,,D正确;
故选C。
【变式训练2】在相同条件下研究催化剂I、II对反应的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则下列说法不正确的是
A.催化剂I、II相比,I使反应活化能更低
B.使用催化剂I,反应时间为时,X的转化率为
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II时,内,
【答案】C
【分析】结合化学方程式,由图可知,0~2min 内,a曲线的变化量为Ⅰ变化量的一半,则a为X浓度、Ⅰ为Y的浓度变化;
【解析】A.由图可知,催化剂I比催化剂II催化效果好,说明催化剂I使反应活化能更低,反应更快,故A正确;
B.使用催化剂I时,在0~2min 内,X的浓度变化了4.0mol/L-2.0mol/L=2.0mol/L,X的转化率为,故B正确;
C.由分析可知,a曲线表示使用催化剂Ⅰ时X的浓度随t的变化,故C错误;
D.使用催化剂I时,在0~2min 内,Y的浓度变化了2.0mol/L,则,由速率之比等于系数比,v(X) =v(Y) =×,故D正确;
故选C。
思维建模 控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略
(1)确定变量:理清影响实验探究结果的所有因素。
(2)定多变一:在探究时,先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与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,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)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,否则无法作出正确判断。
考向4 考查速率常数及其应用
例4庚醛(N)与亚硫酸氢钠(P)可发生加成反应生成羟基磺酸钠(Q),正、逆反应速率可以表示为和和分别为正,逆反应的速率常数,和分别为正,逆反应的活化能。与关系如图所示。下列说法正确的是
A.< B.升高温度,平衡正向移动
C.加入催化剂可以提高N的平衡转化率 D.达到平衡时
【答案】A
【分析】从与关系图所示,随着温度升高,逐渐增大,且增大更多,说明升高温度,逆反应速率增加更多,平衡应逆向移动,则该反应正向应为放热反应。
【解析】A.根据分析可知该反应为放热反应,所以正反应活化能更小,即<,A正确;
B.该反应正向为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,B错误;
C.加入催化剂可加快反应速率,但不影响平衡移动,不会提高N的平衡转化率, C错误;
D. 达到平衡时,正逆反应速率相等,则有,所以,D错误;
故选A。
【变式训练1】(2025·广东清远·模拟预测)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为;。反应的速率,反应的速率,式中、为速率常数。图甲为该体系中、、浓度随时间变化的曲线,图乙为反应和的曲线。下列说法不正确的是
A.随的减小,反应的速率不断下降,而反应的速率不断增大
B.由图甲可知,某时间段体系中可能存在如下关系:
C.欲提高的产率,需降低反应温度并控制反应时间
D.温度高于时,总反应速率由反应决定
【答案】A
【解析】A.由图甲中信息可知,随的减小,先增大后减小,增大,故反应的速率随的减小而减小,反应的速率先增大后减小,A项错误;
B.由图甲可知,整个过程的,即平均反应速率,但依据反应关系,在Y的浓度达到最大值之前的时间段内,X按物质的量1:1转化为Y,生成的Y按物质的量1:1转化为Z,进一步使X转化为Y,则此段时间内X的减少量等于Y和Z的增加量的和,因此;在Y的浓度达到最大值之后的时间段,Y的浓度减小,说明反应②消耗的Y的物质的量大于反应①生成的Y,Y的变化量为其消耗量-生成量,Y的消耗量=Z的变化量,Y的生成量=X的变化量,所以Y的变化量等于Z、X的变化量的差值,则此段时间内Y的变化量等于Z的增加量和X的减少量的差值,即,故,所以在Y的浓度达到最大值之后的时间段内体系中存在如下关系:,B项正确;
C.由图可知,随着温度降低,k1、k2均减小,但k2减小的幅度更大且温度低于T1后k2小于k1,温度低于T1后继续降温,反应②速率降低的更多,因此,欲提高Y的产率,即要反应①的速率大于反应②,需降低反应温度并控制反应时间,C项正确;
D.由图乙中信息可知,温度低于T1时,,反应为慢反应,总反应速率由反应决定,温度高于T1时,,反应为慢反应,总反应速率由反应决定,D项正确;
故选A。
【变式训练2】(2025·广东·模拟预测)在恒温恒容密闭容器中充入一定量,发生如下反应:
反应②和③的反应速率分别满足和,其中、分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得的浓度随时间的变化如下表。
0
1
2
3
4
5
0.160
0.113
0.080
0.056
0.040
0.028
下列说法正确的是
A.0~2min内,W的平均反应速率为
B.若增大容器容积,平衡时Z的产率增大
C.若,平衡时
D.若升高温度,平衡时减小
【答案】D
【解析】A.由表知内∆c(W)=0.16-0.08=0.08mol/L,则v(W)<,故A错误;B.过程①是完全反应,过程②是可逆反应,若增大容器容积相当于减小压强,对反应平衡向气体体积增大的方向移动,即逆向移动,X的浓度增大,平衡时Y的产率减小,故B错误;C.由速率之比等于系数比,平衡时2v逆(X)=v正(Z),即,2=,若,平衡时,故C错误;D.反应③的活化能大于反应②,∆H=正反应活化能-逆反应活化能<0,则,该反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则平衡时减小,故D正确;故选D。
考向5 考查速率图像分析
例5异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
A.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的1,失水山梨醇
B.反应的活化能:①<②
C.时刻,反应①和③趋于彻底
D.3h时,瞬时速率(异山梨醇)
【答案】D
【解析】A.根据图示,反应开始主要生成1,失水山梨醇,选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的1,失水山梨醇,故A正确;
B.根据图示,先生成1,失水山梨醇,t1内有一阵子1,失水山梨醇和异山梨醇均有所增加而前者增加幅度大,说明反应速率①>②,则反应的活化能:①<②,故B正确;
C.时刻,1,失水山梨醇开始减少,副产物达到最大值,反应①和③趋于彻底,故C正确;
由图可知,3h内异山梨醇的浓度变化量为0.042mol/kg,则3h内异山梨醇的平均速率,故D错误;
选D。
【变式训练1】往某密闭容器中按物质的量之比1:3,充入M、N,发生反应 ∆H,M的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A. B.
C. D.a点Q的体积分数为
【答案】B
【解析】A.温度升高,M的转化率降低,表明平衡逆向移动,,A项错误;
B.温度相同时,增大压强,平衡正向移动,M的转化率增大,则从,的平衡转化率减小,可确定,B项正确;
C.a点与b点的温度相同,压强b点大于a点,(正):,C项错误;
D.设初始态,,在a点,M的平衡转化率为20%,则可建立如下三段式:
则平衡时,,,的体积分数,D项错误;
故选B。
【变式训练2】一定条件下,与反应生成:。在密闭容器中加入、,发生上述反应,测得平衡体系中的物质的量分数在不同压强、温度下的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A.该反应的
B.压强:
C.平衡常数:
D.正反应速率:
【答案】C
【分析】升高温度,CH3OH的体积分数减小,说明正反应是放热反应,所以;增大压强,平衡正向移动,甲醇的体积分数增大,相同温度下,p1、p2、p3对应的甲醇的体积分数依次减小,所以 ,据此分析;
【解析】A.根据分析可知,,A正确;
B.根据分析可知,压强:,B正确;
C.平衡常数是温度函数,e、b、f压强相同温度不同,升高温度,甲醇的体积分数依次减小,平衡逆向移动,平衡常数减小,故平衡常数:,C错误;
D.a、b、c温度相同压强不同,压强增大,速率加快,故,D正确;
故选C。
思维建模 化学反应速率图像分析模型
(1)看起点:分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。
(2)看变化趋势:分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。升高温度时,△V吸热>△V放热。
(3)看终点:分清消耗浓度和增生浓度。反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方程式中各物质的计量数之比。
(4)对于时间—速度图象,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大变”和“小变”。比如增大反应物浓度V正突变,V逆渐变;升高温度,V吸热大增,V放热小增;使用催化剂,V正和V逆同等程度突变。
1. (2025·北京卷)乙烯、醋酸和氧气在钯()催化下高效合成醋酸乙烯酯()的过程示意图如下。
下列说法不正确的是
A.①中反应为
B.②中生成的过程中,有键断裂与形成
C.生成总反应的原子利用率为
D.催化剂通过参与反应改变反应历程,提高反应速率
【答案】C
【解析】A.①中反应物为CH3COOH、O2、Pd,生成物为H2O和Pd(CH3COO)2,方程式为:,A正确;
B.②中生成的过程中,有C-H断开和C-O的生成,存在键断裂与形成,B正确;
C.生成总反应中有H2O生成,原子利用率不是,C错误;
D.是反应的催化剂,改变了反应的历程,提高了反应速率,D正确;
答案选C。
2. (2025·安徽卷)恒温恒压密闭容器中,时加入,各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是
A.该条件下
B.时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,增大,不变,则和均变大
D.若和均为放热反应,升高温度则变大
【答案】C
【解析】A.①的,②,②-①得到,则K=,A正确;
B.由图可知,时间段,生成M和N的物质的量相同,由此可知,成M和N的平均反应速率相等,B正确;
C.若加入催化剂,增大,更有利于生成M,则变大,但催化剂不影响平衡移动,不变,C错误;
D.若和均为放热反应,升高温度,两个反应均逆向移动,A的物质的量分数变大,即变大,D正确;
故选C。
3.(2024·甘肃卷)下列措施能降低化学反应速率的是
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂 B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释 D.石墨合成金刚石时增大压强
【答案】C
【解析】A.催化剂可以改变化学反应速率,一般来说,催化剂可以用来加快化学反应速率,故催化氧化氨制备硝酸时加入铂可以加快化学反应速率,A项不符合题意;B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶,可以让反应物快速接触,可以加快化学反应速率,B项不符合题意;C.锌粉和盐酸反应时加水稀释会降低盐酸的浓度,会降低化学反应速率,C项符合题意;D.石墨合成金刚石,该反应中没有气体参与,增大压强不会改变化学反应速率,D项不符合题意;故选C。
4.(2024·浙江6月)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
I.
II.
向容积为的密闭容器中投入和,不同温度下,测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是
温度()
400
500
600
乙烷转化率()
2.2
9.0
17.8
乙烯选择性()
92.6
80.0
61.8
注:乙烯选择性
A.反应活化能:
B.时,反应I的平均速率为:
C.其他条件不变,平衡后及时移除,可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比投料,平衡后可提高乙烷转化率
【答案】D
【解析】A.由表可知,相同温度下,乙烷在发生转化时,反应Ⅰ更易发生,则反应活化能:Ⅰ<Ⅱ,A正确;
B.由表可知,500℃时,乙烷的转化率为9.0%,可得转化的乙烷的总物质的量为2mol×9.0%=0.18mol,而此温度下乙烯的选择性为80%,则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18mol×80%=0.144mol,根据方程式可得,生成乙烯的物质的量为0.144mol,则反应I的平均速率为:,B正确;
C.其他条件不变,平衡后及时移除,反应Ⅰ正向进行,可提高乙烯的产率,C正确;
D.其他条件不变,增大投料比投料,平衡后CO2转化率提高,C2H6转化率降低,D错误;
答案选D。
5.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的,发生下列反应:,,测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】由图可知,反应初期随着时间的推移X的浓度逐渐减小、Y和Z的浓度逐渐增大,后来随着时间的推移X和Y的浓度逐渐减小、Z的浓度继续逐渐增大,说明X(g)Y(g)的反应速率大于Y(g)Z(g)的反应速率,则反应X(g)Y(g)的活化能小于反应Y(g)Z(g)的活化能。
【解析】A.X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的∆H都小于0,而图像显示Y的能量高于X,即图像显示X(g)Y(g)为吸热反应,A项不符合题意;
B.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的∆H都小于0,且X(g)Y(g)的活化能小于Y(g)Z(g)的活化能,B项符合题意;
C.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的∆H都小于0,但图像上X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,C项不符合题意;
D.图像显示X(g)Y(g)和Y(g)Z(g)的∆H都大于0,且X(g)Y(g)的活化能大于Y(g)Z(g)的活化能,D项不符合题意;
选B。
6.(2023·辽宁卷)一定条件下,酸性溶液与发生反应,(Ⅱ)起催化作用,过程中不同价态含粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是
A.(Ⅲ)不能氧化
B.随着反应物浓度的减小,反应速率逐渐减小
C.该条件下,(Ⅱ)和(Ⅶ)不能大量共存
D.总反应为:
【答案】C
【分析】开始一段时间(大约13min前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至达到最大值,结合图像,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ)后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大约13min后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大;据此作答。
【解析】A.由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化H2C2O4,A项错误;B.随着反应物浓度的减小,到大约13min时开始生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅱ)对反应起催化作用,13min后反应速率会增大,B项错误;C.由图像可知,Mn(Ⅶ)的浓度为0后才开始生成Mn(Ⅱ),该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,C项正确;D.H2C2O4为弱酸,在离子方程式中应以化学式保留,总反应为2+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O,D项错误;答案选C。
7.(2022·辽宁卷)某温度下,在恒容密闭容器中发生反应,有关数据如下:
时间段/
产物Z的平均生成速率/
0~2
0.20
0~4
0.15
0~6
0.10
下列说法错误的是
A.时,Z的浓度大于
B.时,加入,此时
C.时,Y的体积分数约为33.3%
D.时,X的物质的量为
【答案】B
【解析】A.反应开始一段时间,随着时间的延长,产物Z的平均生成速率逐渐减小,则内Z的平均生成速率大于内的,故时,Z的浓度大于,A正确;
B.时生成的Z的物质的量为,时生成的Z的物质的量为,故反应在时已达到平衡,设达到平衡时生了,列三段式:
根据,得,则Y的平衡浓度为,Z的平衡浓度为,平衡常数,时Y的浓度为,Z的浓度为,加入后Z的浓度变为,,反应正向进行,故,B错误;C.反应生成的Y与Z的物质的量之比恒等于1∶2,反应体系中只有Y和Z为气体,相同条件下,体积之比等于物质的量之比,,故Y的体积分数始终约为33.3%,C正确;D.由B项分析可知时反应处于平衡状态,此时生成Z为,则X的转化量为,初始X的物质的量为,剩余X的物质的量为,D正确;故答案选B。
8.(2022·浙江卷)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:,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
A.实验①,,
B.实验②,时处于平衡状态,
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
【答案】C
【解析】A.实验①中,0~20min,氨气浓度变化量为2.4010-3mol/L-2.0010-3mol/L=4.0010-4mol/L,v(NH3)==2.0010-5mol/(L·min),反应速率之比等于化学计量数之比,v(N2)=v(NH3)=1.0010-5mol/(L·min),A正确;B.催化剂表面积大小只影响反应速率,不影响平衡,实验③中氨气初始浓度与实验①中一样,实验③达到平衡时氨气浓度为4.0010-4mol/L,则实验①达平衡时氨气浓度也为4.0010-4mol/L,而恒温恒容条件下,实验②相对于实验①为减小压强,平衡正向移动,氨气浓度减小,因此实验②60min时处于平衡状态,根据等效平衡可以判断x<0.2,即x≠0.4,B正确;C.实验①、实验②中0~20min、20min~40min氨气浓度变化量都是4.0010-4mol/L,实验②中60min时反应达到平衡状态,实验①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,实验①60min时反应未达到平衡状态,相同条件下,增加氨气浓度,反应速率并没有增大,C错误;D.对比实验①和实验③,氨气浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,实验③的反应速率大,说明相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,D正确;答案选C。
/
学科网(北京)股份有限公司
$$
第01讲 化学反应速率及其影响因素
目录
01
02 体系构建·思维可视
03 核心突破·靶向攻坚
考点一 化学反应速率的概念及计算
知识点1 化学反应速率
知识点2 化学反应速率的计算
知识点3 化学反应速率的大小比较
知识点4 化学反应速率的测定
考向1 考查化学反应速率概念的理解
考向2 考查化学反应速率的计算
考向3 考查化学反应速率大小比较
思维建模 定量法比较化学反应速率的大小
考向4 考查化学反应速率的测定
考点二 影响化学反应速率的因素
知识点1 影响化学反应速率的因素
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”
知识点3 速率常数和速率方程
知识点4 速率-时间(vt)图像
考向1 考查影响化学反应速率的因素
考向2 考查催化剂、活化能与转化效率的关系
考向3 考查“控制变量”探究影响化学反应速率的因素
思维建模 控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略
考向4 考查速率常数及其应用
考向5 考查速率图像分析
思维建模 化学反应速率图像分析模型
04
考点要求
考查形式
2025年
2024年
2023年
化学反应速率的概念及计算
选择题
非选择题
T19,2分
影响化学反应速率的因素
选择题
非选择题
T16,4分
T15,4分
T19,4分
T15,4分
T18,2分
考情分析:
从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,主要考查一段时间内化学反应速率的计算、反应速率快慢判断、影响化学反应的因素等。
2.从命题思路上看,侧重以化工生产或新信息为背景,与反应热或化学平衡相结合,考查反应速率的计算、比较及影响因素。
(1)选择题
结合化学平衡图像、图表考查化学反应速率的简单计算、外界条件对化学反应速率的影响、化学反应速率与化学平衡的综合应用,结合反应历程,考查决速步、活化能等相关知识。
(2)非选择题
常常与基本理论、工业生产相联系,通过图像或表格提供信息进行命题,主要考查化学反应速率的计算、速率的影响因素等。
3.根据高考命题特点和规律,复习时要注意以下几个方面:
(1)反应速率的定量计算;
(2)反应速率的影响因素的理论解释;
(3)提高图像类信息的分析能力,关注化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的应用。
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 化学反应速率的概念及计算
知识点1 化学反应速率
1.表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的 或生成物浓度的 来表示。
2.数学表达式及单位
v=,单位为 或 。
3.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 ,但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的 之比。
如在反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)中,存在
得分速记
(1)一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
(2)由v=计算得到的是一段时间内的平均速率,用不同物质表示时,其数值可能不同,但意义相同。
(3)化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。这里所说的化学反应速率指的是平均反应速率,而不是瞬时反应速率。一定温度下,锌粒在1 mol/L的稀盐酸中反应的反应速率与反应时间的关系如图所示,图中A点的斜率就是在t1时刻的瞬时反应速率。
(3) 同一反应在不同反应阶段的反应速率一般是不同的。主要原因:反应物浓度的不断变化;而且反应所引起的热量变化对反应速率也有较大影响。
知识点2 化学反应速率的计算
1.化学反应速率计算的4个方法
(1)定义式法:v=。
(2)比例关系式法: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。对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
得分速记
同一化学反应用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,因此,一定要标明是哪种具体物质的反应速率。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
(4)从图像中获取计算的数据及依据图像求反应速率的步骤
①从图像中获取计算的数据
纵坐标可以是物质的量,也可以是物质的量浓度,横坐标是时间。
例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算:
A.求某物质的平均速率、转化率,如:v(X)= ,Y的转化率= 。
B. 确定化学方程式中的化学计量数之比,如:X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为 。
②依据图像求反应速率的步骤
第一步:找出横、纵坐标对应的 ;
第二步:将图中的变化量转化成相应的 ;
第三步:根据公式v= 进行计算。
2.化学反应速率计算的万能方法——三段式法
(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。
如对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反应进行至t1s时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t1/(mol·L-1) a-x b-
则:v(A)= mol·L-1·s-1,v(B)= mol·L-1·s-1,v(C)= mol·L-1·s-1,v(D)= mol·L-1·s-1。
知识点3 化学反应速率的大小比较
1.定性比较
通过明显的实验现象(如 产生快慢、 生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
2.定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
(1)归一法
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为 。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成 的化学反应速率。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越 ,反应速率越 。
(2)比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率 。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若 ,则A表示的化学反应速率较 。
3.由图像比较反应速率大小的方法:根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越 ,对应的反应的温度、浓度或压强就越 ,则对应的反应速率越 。
知识点4 化学反应速率的测定
1.定性描述:(根据实验现象,以锌与硫酸反应为例)
①观察产生气泡的 ;
②观察试管中剩余锌粒的质量的 ;
③用手触摸试管,感受试管外壁温度的 ;
2.定量描述:(根据实验测量,单位时间内:)
①测定气体的 ;
②测定物质的 ;
③测定物质或离子的 ;
④测定体系的温度或测定反应的 。
3.测量化学反应速率的常见方法
(1)量气法
(2)比色法
(3)电导法
(4)激光技术法
4.化学反应速率的测量——实验
(1)反应原理:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
(2)实验装置
(3)测量数据
①单位时间内收集氢气的 ;
②收集相同体积氢气所需要的 ;
③有pH计测相同时间内pH变化,即 。
④用传感器测 变化。
⑤测相同时间内 。
⑥相同时间内 变化;
⑦相同时间内绝热容器中 变化。
考向1 考查化学反应速率概念的理解
例1 下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
B.化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1
C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显
D.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
【变式训练1】(2025·广东茂名·模拟)在恒温恒容条件下,发生反应,随时间的变化如图中曲线所示,其中表示的初始浓度。下列说法不正确的是
A.a点的瞬时速率大于b点的瞬时速率
B.对应的时间为
C.从a、b两点坐标可求得从到时间间隔内该化学反应的平均速率
D.在不同时刻都存在关系:
【变式训练2】已知反应:,生成的初始速率与、的初始浓度的关系可表示为,为速率常数,在800℃时测定相关数据如下表:
实验
初始浓度
生成的初始速率
序号
1
2
3
下列说法不正确的是
A.式中,
B.800℃时,
C.当其他条件不变时,升高温度,速率常数增大
D.若起:始,则
考向2 考查化学反应速率的计算
例2(2025·山东·模拟预测)一定温度下,在恒温恒容容器内发生反应:,实验测得的数据如下表:
时间/s
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
5.00
3.52
2.40
1.75
1.23
0.87
0.61
下列说法错误的是
A.向容器中通入氧气,平衡逆向移动,K不变
B.时,分解的平均反应速率为
C.时,生成的瞬时反应速率为
D.该反应的速率常数
【变式训练1】(2025·辽宁沈阳·一模)在金表面分解的实验数据如下表。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期。下列说法错误的是
0
20
40
60
80
A.消耗一半时的反应速率为
B.100min时消耗完全
C.该反应的速率与的浓度有关
D.该反应的半衰期与起始浓度的关系满足
【变式训练2】丙酮的溴代反应()的速率方程为:,其中k为速率常数,与温度有关;“”为反应级数。某温度时,获得如下实验数据:
实验序号
初始浓度
溴颜色消失所需时间t/s
HCl
①
0.80
0.20
0.0010
200
②
1.60
0.20
0.0010
100
③
0.80
0.40
0.0010
100
④
0.80
0.20
0.0020
400
分析该组实验数据所得出的结论错误的是
A.增大,能延长溶液颜色消失的时间
B.实验②和③的平均速率相等
C.实验①在200s内的平均速率
D.反应级数为2
考向3 考查化学反应速率大小比较
例3对于可逆反应 A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下, 其中表示的反应速率最快的是
A.v(A)=0.5 mol·L-1·min-1 B.v(B)=1.2 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.1 mol·L-1·s-1 D.v(D)=0.4 mol·L-1·min-1
【变式训练1】近年来,研究者开发出新工艺利用乙酸合成乙酸乙酯,使生产成本明显降低。向密闭容器中充入等物质的量的乙烯(g)与乙酸(g),发生的反应为,测得在不同压强下乙酸乙酯的平衡产率随温度(T)的变化关系如图所示。下列说法错误的是
A.正反应速率:
B.a、c、d点对应的压强平衡常数之比为
C.该反应在任何温度下都不能自发进行
D.该反应的正反应活化能大于逆反应的活化能
【变式训练2】恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应①、②。反应①的速率,反应②的速率,式中、为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图乙为反应①和②的关系曲线。下列说法错误的是
A.曲线Ⅱ表示随时间的变化曲线
B.内,
C.提高反应温度有利于提高Z的产率
D.当温度时,总反应速率由反应②决定
思维建模 定量法比较化学反应速率的大小
(1)归一法:按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)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表示时的反应速率比用B表示时大。
考向4 考查化学反应速率的测定
例4(2025·广东湛江·模拟预测)下列叙述正确的是
A.图①装置可用于测定锌与稀硫酸反应的速率
B.图②装置可用作制备氯气的发生装置
C.图③装置可用作蒸馏装置
D.图④标识表示腐蚀类物质
【变式训练1】下列实验操作或处理方法错误的是
A.在中和反应反应热测定实验中,为了保证盐酸完全被中和,采用稍过量的NaOH溶液
B.在燃烧热测定实验中,必须使用1mol可燃物进行实验
C.在化学反应速率测定实验中,可以用固体物质的质量变化率来衡量反应进行的快慢
D.在沉淀转化实验中,向盛有2 mL0.1mol/LMgCl2溶液的试管中滴加2~4滴2mol/L NaOH溶液,再滴加4滴0.1 mol/LFeCl3溶液,观察现象
【变式训练2】下列实验装置及描述正确的是
A.利用图甲可测量锌与稀硫酸反应的反应速率
B.利用图乙可验证FeCl3与KI的反应是可逆反应
C.利用图丙可制得SO2
D.利用图丁可测醋酸的浓度
考点二 影响化学反应速率的因素
知识点1 影响化学反应速率的因素
1.内因(决定因素):反应物本身的性质是主要因素。反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。如在相同条件下卤素单质与H2反应的速率大小关系为 ;镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应的速率大小关系为 。
【名师点睛】内因包括组成、结构、性质等物质自身因素。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
(1)浓度:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率 ;降低反应物的浓度,化学反应速率 。
(2) 压强:对有气体参加的反应,在其他条件不变时,改变压强同样可以改变化学反应速率。
(3) 温度:升高温度,化学反应速率 ;降低温度,化学反应速率 。大量实验证明,温度每升高10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的 倍。
(4) 催化剂:催化剂也可以 化学反应速率(不作特殊强调,一般指正催化剂)。
(5) 其他因素:除了上述浓度、温度、压强、催化剂这四大影响因素外,反应物颗粒的大小、构成微小原电池、光、超声波、激光等也能影响反应速率。
得分速记
(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数,故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时,其表面积增大将导致反应速率增大。
(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的,所以分析压强的改变对反应速率的影响时,要从反应物浓度是否发生改变的角度来分析。若改变总压强而各物质的浓度不改变,则反应速率不变。
(3)改变温度,使用催化剂,反应速率一定发生变化,其他外界因素的改变,反应速率则不一定发生变化。
(4)其他条件一定,升高温度,不论正反应还是逆反应,不论放热反应还是吸热反应,反应速率都要增大,只不过正、逆反应速率增加的程度不同。
(5)稀有气体对有气体参与的反应速率的影响
①恒温恒压
②恒温恒容
3.控制变量法探究外界条件对速率的影响
探究
变量
举例
备注
温度
温度不同
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:“ ”,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
③ 探究不同催化剂对反应速率的影响时,加入催化剂的体积相同可保证加入催化剂后过氧化氢的浓度相同;对比实验中加入相同体积的水也是为了保证过氧化氢的浓度相同
④ 若探究温度对反应速率的影响,则必须在 将溶液加热(或降温)到所需要的温度
浓度
浓度不同
催化剂
催化剂不同
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”
1.基元反应:一个化学反应往往经过多个步骤才能实现,每一步反应都称为基元反应。
2.活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子:有足够的能量,能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。活化分子百分数 =×100%。
②活化能:如图
图中:E1为 ,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为 。(注:E2为逆反应的活化能)
③有效碰撞:能够发生 的碰撞为有效碰撞。化学反应发生的先决条件是反应物分子间必须发生碰撞。有效碰撞必须具备两个条件:一是发生碰撞的分子具有 ,二是碰撞时要有 。
3.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
4.利用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响——活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率
条件变化
微观因素变化
化学反应速率变化
活化分子百分数
单位体积内活化分子数目
有效碰撞
浓度
增大
压强
增大
温度
升高
催化剂
使用
知识点3 速率常数和速率方程
1.基元反应与反应历程
(1)定义:基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,又称为简单反应。大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。反应历程又称 。例如H2(g)+I2(g)2HI(g),它的反应历程可能是如下两步基元反应:
①I2I+I(快)
②H2+2I2HI(慢)
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
(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 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(能垒)越 ,此步基元反应速率越 ]。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
(3)活化能(能垒)与反应机理
使用催化剂,可以改变 ,改变 ,在反应机理中每一步反应的活化能 ,且均比总反应的活化能 ,故一般使用催化剂可以 反应活化能, 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。
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:aA+bB===gG+hH
则v=kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。
如:①SO2Cl2SO2+Cl2 v=
②2NO22NO+O2 v=
③2H2+2NON2+2H2O v=
3.速率常数含义
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 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。
4.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 的函数,同一反应,温度不同,速率常数将有不同的值,但 不影响速率常数。
5.速率常数与化学平衡常数之间的关系
一定温度下, 可逆反应:aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g),达到平衡状态时,v正=k正 ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cg(G)·ch(H),由于平衡时 v正=v逆,则k正ca(A)·cb(B)=k逆·cg(G)·ch(H),所以== 。
知识点4 速率-时间(vt)图像
1.图像类型
由图像变化分析外界条件对其影响,已知反应为mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1。
(1)“渐变”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大,v′逆逐渐增大;v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小,v′逆逐渐减小;v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大,v′正逐渐增大;v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小,v′正逐渐减小;v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
(2)“断点”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
t1时v′正、v′逆均突然减小,且v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
t1时v′逆、v′正均突然减小,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
(3)“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变使用催化剂
t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m+n=p+q(反应前后气体体积无变化)
t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正=v′逆,平衡不移动
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n=p+q(反应前后气体体积无变化)
2.常见v-t图像分析方法
(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。
(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。
考向1 考查影响化学反应速率的因素
例1 在水溶液中进行的反应:,已知该反应速率方程为(k为常数),为探究反应速率(v)与反应物浓度的关系,在20℃进行实验,所得的数据如下表:
①
②
③
④
⑤
0.008
0.008
0.004
0.008
0.008
0.001
0.001
0.001
0.002
0.001
0.10
0.20
0.20
0.10
0.40
v1
下列结论正确的是
A.反应体系的三种物质中,H+(aq)的浓度对反应速率影响最大
B.速率常数的数值为0.03
C.a、b、c的值分别为1、5、6
D.实验⑤中,
【变式训练1】已知的速率方程为(k为速率常数,只与温度、催化剂有关)。实验测得,在催化剂X表面反应的变化数据如下:
t/min
0
10
20
30
40
50
60
70
0.100
0.080
0.040
0.020
0
下列说法正确的是
A.,
B. min时,
C.相同条件下,增大的浓度或催化剂X的表面积,都能加快反应速率
D.保持其他条件不变,若起始浓度为0.200 mol·L,当浓度减至一半时共耗时50 min
【变式训练2】下列实验操作可实现对应实验目的的是
实验目的
实验操作
A
探究浓度对反应速率的影响
向两支均盛有1mL0.1mol/LNa2SO3溶液的试管中,分别加入等体积的5%和10%的H2O2溶液
B
萃取溴水中的溴
向溴水中加入裂化汽油,充分振荡,分液,从下口依次放出混合液体
C
验证菠菜中含有铁元素
将新鲜菠菜剪碎、研磨、溶解、过滤,向滤液中加入几滴KSCN溶液
D
比较AgCl、AgI的Ksp大小
向2mL0.1mol/LNaCl溶液中加入2滴0.1mol/L的AgNO3溶液,充分反应后,再加入2滴0.1mol/L的NaI溶液
考向2 考查催化剂、活化能与转化效率的关系
例2在光照条件下,空气中的二氧化硫二氧化钛颗粒物表面发生催化氧化生成硫酸气溶胶,下列说法不正确的是
A.受到光激发产生的空穴()带正电,能将氧化成·OH
B.在颗粒物表面形成有多种途径,其中一种为
C.上述形成硫酸气溶胶的总反应为
D.空气的湿度越大,硫酸气溶胶的形成速率越快
【变式训练1】一定温度下在特种催化剂(cat)表面分解生成和与催化剂表面积、时间的关系如图所示。一定条件下,反应的速率。关于该反应的说法错误的是
A.其他条件相同时,压强越大,反应速率越快
B.体系压强一定时,加入氩气,分解率增大
C.浓度一定,催化剂表面积越大,反应速率越快
D.温度一定,使用更优质催化剂,的值不变
【变式训练2】甲醇()在催化剂表面分解的反应涉及多个过渡态(TS1~TS5)和中间体,反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是
A.在催化剂表面解离的五个路径中,制约反应速率的是路径⑤
B.不能由图确定甲醇分解为和是吸热还是放热反应
C.该历程中路径③的能垒(反应活化能)为
D.该过程包含键和键的断裂,以及键的形成
考向3 考查“控制变量”探究影响化学反应速率的因素
例3某小组用、HI和KI探究外界条件对化学反应速率的影响。室温下,按下列初始浓度进行实验。
实验Ⅰ.
实验编号
①
②
③
④
⑤
0.1
0.1
0.1
0.2
0.3
0.1
0.2
0.3
0.1
0.1
出现棕黄色的时间/s
13
6.5
4.3
6.6
4.4
实验Ⅱ.用KI替代HI做上述5组实验,观察到有无色气体产生,一段时间内溶液均未见棕黄色。
下列说法不正确的是
A.由实验Ⅰ可知,氧化HI的反应速率与和的乘积成正比
B.实验①中反应继续进行,20s时测得为,则0~20s的平均反应速率:
C.实验Ⅱ中的现象可能是因为分解的速率大于氧化KI的速率
D.对比实验Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ-的还原性随酸性减弱而减弱
【变式训练1】工业制硝酸的过程中涉及反应。一定条件下NO和进入合成塔发生反应,其他条件相同时测得的实验数据如下表。下列关于该反应的说法错误的是
压强/(Pa)
温度/℃
达到所列转化率需要的时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2830
90
25
510
5780
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
A.,
B.增大的量,能提高的平衡转化率
C.根据上述表格,升高温度该反应速率加快
D.在、90℃下,6s时反应的
【变式训练2】在相同条件下研究催化剂I、II对反应的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则下列说法不正确的是
A.催化剂I、II相比,I使反应活化能更低
B.使用催化剂I,反应时间为时,X的转化率为
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II时,内,
思维建模 控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略
(1)确定变量:理清影响实验探究结果的所有因素。
(2)定多变一:在探究时,先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与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,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)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,否则无法作出正确判断。
考向4 考查速率常数及其应用
例4庚醛(N)与亚硫酸氢钠(P)可发生加成反应生成羟基磺酸钠(Q),正、逆反应速率可以表示为和和分别为正,逆反应的速率常数,和分别为正,逆反应的活化能。与关系如图所示。下列说法正确的是
A.< B.升高温度,平衡正向移动
C.加入催化剂可以提高N的平衡转化率 D.达到平衡时
【变式训练1】(2025·广东清远·模拟预测)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为;。反应的速率,反应的速率,式中、为速率常数。图甲为该体系中、、浓度随时间变化的曲线,图乙为反应和的曲线。下列说法不正确的是
A.随的减小,反应的速率不断下降,而反应的速率不断增大
B.由图甲可知,某时间段体系中可能存在如下关系:
C.欲提高的产率,需降低反应温度并控制反应时间
D.温度高于时,总反应速率由反应决定
【变式训练2】(2025·广东·模拟预测)在恒温恒容密闭容器中充入一定量,发生如下反应:
反应②和③的反应速率分别满足和,其中、分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得的浓度随时间的变化如下表。
0
1
2
3
4
5
0.160
0.113
0.080
0.056
0.040
0.028
下列说法正确的是
A.0~2min内,W的平均反应速率为
B.若增大容器容积,平衡时Z的产率增大
C.若,平衡时
D.若升高温度,平衡时减小
考向5 考查速率图像分析
例5异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
A.选择相对较短的反应时间,及时分离可获得高产率的1,失水山梨醇
B.反应的活化能:①<②
C.时刻,反应①和③趋于彻底
D.3h时,瞬时速率(异山梨醇)
【变式训练1】往某密闭容器中按物质的量之比1:3,充入M、N,发生反应 ∆H,M的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A. B.
C. D.a点Q的体积分数为
【变式训练2】一定条件下,与反应生成:。在密闭容器中加入、,发生上述反应,测得平衡体系中的物质的量分数在不同压强、温度下的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A.该反应的
B.压强:
C.平衡常数:
D.正反应速率:
思维建模 化学反应速率图像分析模型
(1)看起点:分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物多数以原点为起点。
(2)看变化趋势:分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。升高温度时,△V吸热>△V放热。
(3)看终点:分清消耗浓度和增生浓度。反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方程式中各物质的计量数之比。
(4)对于时间—速度图象,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大变”和“小变”。比如增大反应物浓度V正突变,V逆渐变;升高温度,V吸热大增,V放热小增;使用催化剂,V正和V逆同等程度突变。
1. (2025·北京卷)乙烯、醋酸和氧气在钯()催化下高效合成醋酸乙烯酯()的过程示意图如下。
下列说法不正确的是
A.①中反应为
B.②中生成的过程中,有键断裂与形成
C.生成总反应的原子利用率为
D.催化剂通过参与反应改变反应历程,提高反应速率
2. (2025·安徽卷)恒温恒压密闭容器中,时加入,各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是
A.该条件下
B.时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,增大,不变,则和均变大
D.若和均为放热反应,升高温度则变大
3.(2024·甘肃卷)下列措施能降低化学反应速率的是
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂 B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释 D.石墨合成金刚石时增大压强
4.(2024·浙江6月)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
I.
II.
向容积为的密闭容器中投入和,不同温度下,测得时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是
温度()
400
500
600
乙烷转化率()
2.2
9.0
17.8
乙烯选择性()
92.6
80.0
61.8
注:乙烯选择性
A.反应活化能:
B.时,反应I的平均速率为:
C.其他条件不变,平衡后及时移除,可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比投料,平衡后可提高乙烷转化率
5.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的,发生下列反应:,,测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应进程示意图符合题意的是
A. B.
C. D.
6.(2023·辽宁卷)一定条件下,酸性溶液与发生反应,(Ⅱ)起催化作用,过程中不同价态含粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是
A.(Ⅲ)不能氧化
B.随着反应物浓度的减小,反应速率逐渐减小
C.该条件下,(Ⅱ)和(Ⅶ)不能大量共存
D.总反应为:
7.(2022·辽宁卷)某温度下,在恒容密闭容器中发生反应,有关数据如下:
时间段/
产物Z的平均生成速率/
0~2
0.20
0~4
0.15
0~6
0.10
下列说法错误的是
A.时,Z的浓度大于
B.时,加入,此时
C.时,Y的体积分数约为33.3%
D.时,X的物质的量为
8.(2022·浙江卷)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:,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
A.实验①,,
B.实验②,时处于平衡状态,
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
/
学科网(北京)股份有限公司
$$