内容正文:
第37讲 化学反应速率及影响因素
【课标指引】
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。
考点一 化学反应速率及计算
1.化学反应速率
(1)表示及计算
快
慢
减小
增大
mol·L-1·s-1
mol·L-1·min-1
必备知识•梳理
关键能力•提升
特别提醒 ①不能用固体或纯液体来表示化学反应速率,因为固体或纯液体的浓度视为常数。
②化学反应速率一般指平均速率而不是瞬时速率,且无论用反应物还是生成物表示均取正值。
③同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的化学反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。
必备知识•梳理
关键能力•提升
(2)化学反应速率与化学计量数的关系
①同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率的数值之比等于对应物质的______________之比。
②示例:在反应mA(g)+nB(g)═pC(g)+qD(g)中,存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D) = ___________________。
化学计量数
m∶n∶p∶q
对于一个化学反应:mA+nB═pC+qD,可用任一种物质的物质的量浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率。且有:
。
应用:比较速率快慢
必备知识•梳理
关键能力•提升
反应 A(g) + 3B(g) = 2C(g) + 2D (g) 在四种不同情况下的反应速率为:①v(A)=0.15mol·L-1·s-1 , ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1, ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1, ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1,则该反应在不同条件下速率的快慢顺序为:
④>③=②>①
②v(B)=0.6mol·L-1·s-1
③v(C)=0.4mol·L-1·s-1
④v(D)=0.45mol·L-1·s-1
v(A)=0.2mol·L-1·s-1
v(A)=0.2mol·L-1·s-1
v(A)=0.225mol·L-1·s-1
v(A)
1
①
=0.15mol·L-1·s-1
v(B)
3
②
=0.2mol·L-1·s-1
v(C)
2
③
=0.2mol·L-1·s-1
v(D)
2
④
=0.225mol·L-1·s-1
①v(A)=0.15mol·L-1·s-1
方法二:比值法
方法一:归一法
注意:换算成同一物质、同一
单位表示,再比较数值的大小
(选择性必修1·P30练习与应用T3)
已知:4NH3+5O2═4NO+6H2O。若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示,则下列关系正确的是( )
A.v(NH3)=v(O2) B.v(O2)=v(H2O)
C.v(NH3)=v(H2O) D.v(O2)=v(NO)
D
必备知识•梳理
关键能力•提升
一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A. 反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
B. 反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0%
C. t1 s时Z和X的浓度相等,达到了化学平衡状态
D. 反应的化学方程式为X(g)+Y(g)⇌Z(g)
B
考向1 化学反应速率及其计算
典题1(2024·广东深圳检测)一定温度下,在1 L的密闭容器中发生反应: xA(g)+B(g) 2C(g),A、C的物质的量随时间变化的关系如图。下列有关说法不正确的是( )
C
A.反应进行到1 min时,速率v(A)=v(C)
B.1 min时速率v正(A)大于2 min时v逆(A)
C.1 min内用物质B表示的平均反应速率为0.15 mol·L-1·min-1
D.2 min时,压缩容器至0.5 L,正、逆反应速率均增大
必备知识•梳理
关键能力•提升
考向2 速率常数和速率方程的应用
典题2一定条件下,反应H2(g)+Br2(g)═2HBr(g)的速率方程为v=k·cα(H2)·cβ(Br2)·cγ(HBr),某温度下,该反应在不同浓度下的反应速率如下:
反应速率
0.1 0.1 2 v
0.1 0.4 2 8v
0.2 0.4 2 16v
0.4 0.1 4 2v
0.2 0.1 c 4v
根据表中的测定结果,下列结论错误的是( )
A.表中c的值为1
B.α、β、γ的值分别为1、2、-1
C.反应体系的三种物质中,Br2(g)的浓度对反应速率影响最大
D.在反应体系中保持其他物质的浓度不变,增大HBr(g)的浓度,会使反应速率降低
B
必备知识•梳理
关键能力•提升
考点二 影响化学反应速率的因素
1.影响化学反应速率的因素
(1)内因(主要因素)
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
必备知识•梳理
关键能力•提升
(2)外因(次要因素)
增大
减小
增大
减小
增大
减小
增大
增大固体表面积
正逆速率都增大!
必备知识•梳理
关键能力•提升
Na2S2O3 + H2SO4 =Na2SO4 + SO2 ↑ + S↓ + H2O
[探究Ⅰ]选择实验用品,设计实验定性探究影响化学反应速率的因素。
影响因素 实验步骤 实验现象比较 结论
浓度
加5mL0.5mol/L硫酸溶液的试管中出现浑浊快
其他条件不变,增大反应物浓度,加快化学反应速率
S2O32- + 2H+ = SO2↑ + S↓ + H2O
量取两份5mL0.1mol/LNa2S2O3溶液分别于两支洁净的试管中,再量取5mL0.1mol/L硫酸溶液和5mL 0.5mol/L硫酸溶液,同时分别加以上两支试管中。
1.1 定性探究浓度对化学反应速率的影响
硫代硫酸钠
控制变量法
影响因素 实验步骤 实验现象比较 结论
温度
其他条件不变,增大反应物浓度,加快化学反应速率
加入热的5mL0.1mol/L硫酸溶液的试管中出现浑浊快
1.2 定性探究温度对化学反应速率的影响
量取两份5mL 0.1mol/LNa2S2O3溶液分别于两支试管中,再量取两份5mL 0.1mol/L硫酸溶液,将一份硫酸溶液置入水浴中加热一段时间,然后同时将温度不同的两份硫酸溶液分别加以上两支试管中。
影响因素 实验步骤 实验现象比较 结论
催化剂
加入FeCl3溶液的试管中产生气体速率快,加蒸馏水的试管中几乎看不到现象
其他条件不变,加入催化剂,大幅加快化学反应速率
1.3 定性探究催化剂对化学反应速率的影响
量取两份5mL5%H2O2溶液分别于两支试管中,其中一支试管中加入3滴蒸馏水,另一支加3滴FeCl3溶液同时分别加以上两支试管中。
注意:①没特别指明一般指正催化剂
②催化剂具有一定的选择性
讨论:增大有气体参加反应的压强 (即缩小容器体积),反应速率会怎样变化?
缩体增压,相当于增加反应物浓度, 反应加快;增体减压,相当于减小反应反应浓度,反应减慢。
1.4 探究压强对化学反应速率的影响
只适用于气体(必须引起气体浓度改变)
1.适用范围:
★注意:
2.恒容时加入稀有气体使压强增大,但是反应物和生成物的浓度都没改变,所以化学反应速率不变。
3.恒压时加入稀有气体使体积增大,反应物和生成物的浓度都减小,所以化学反应速率减小。
恒容装置
恒压装置
稀有气体
稀有气体
体积不变浓度不变
压强对速率的影响是通过改变气体的浓度来改变的;若压强变化之后,气体的浓度未变,其化学反应速率不变。
体积增大浓度变小
【实例分析】一定温度下,反应H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)在密闭容器中进行,分析下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“无影响”)。
①缩小容器容积增大压强:__________;
②恒容充入氢气:__________;
③恒容充入氮气:__________;
④恒压充入氮气:__________。
增大
增大
无影响
减小
必备知识•梳理
关键能力•提升
实验探究Ⅱ:定量比较锌粒和1mol/L H2SO4 溶液、4 mol/L H2SO4 溶液化学反应速率的大小?
反应原理:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
定量测定:C(H+)、C(Zn2+)、V(H2)、m(Zn)
2.1 定量探究浓度对化学反应速率的影响
1、有效碰撞
:能够发生化学反应的碰撞
2、活化分子:
具有足够能量,能发生有效碰撞的分子。
3、化学反应过程:
普通分子
活化分子
有效碰撞
新物质
能量
活化能
合理取向
注意:对于某一反应来说,在一定条件下,同一反应活化分子在反应物中所占的百分数是一定的。
理论解释——有效碰撞理论
22
活化分子(过渡态)
反应过程
ΔH
E1
E生成物
E反应物
O
E2
E2表示活化分子变成生成物分子放出的能量
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
E反应物:反应物分子的能量
E生成物:生成物分子的能量
E1表示反应的活化能
ΔH=E1-E2
4.活化能:
图2-3 化学反应中反应物、生成物的能量与活化能的关系
(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
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
★特别注意:使用催化剂能改变反应速率,但反应热没变。
改变反应历程,降低活化能
必备知识•梳理
关键能力•提升
(选择性必修1·P30练习与应用T2)
下列对化学反应速率增大原因的分析错误的是( )
A.对有气体参加的化学反应,增大压强使容器容积减小,单位体积内活化分子数增多
B.向反应体系中加入相同浓度的反应物,使活化分子百分数增大
C.升高温度,使反应物分子中活化分子百分数增大
D.加入适宜的催化剂,使反应物分子中活化分子百分数增大
B
必备知识•梳理
关键能力•提升
科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时,得到甲醇在Pd(Ⅲ)表面发生解离时四个路径与相对能量关系如图所示,其中附在Pd(Ⅲ)表面的物种用*标注。下列说法正确的是( )
A.该历程中活化能最小的反应方程式为CH2O*+2H*===CHO*+3H*B.该历程中能垒(反应活化能)最大的是④C.该历程中制约反应速率的反应方程式为CH3O*+3H*===CO*+4H*D.由此历程可知,CHO*+3H* ⇌CO*+4H* ΔH>0
A
1.(2025·八省联考四川卷)恒容反应器中,Rh和Rh/Mn均能催化反应: HCHO+H2+CO HOCH2CHO(羟基乙醛),反应历程如图所示,I1~I3为中间体,TS1~TS3为过渡态。
下列描述正确的是( )
A.“CO插入”步骤,ΔH为-17.6 kcal·mol-1
B.Rh催化作用下,“加氢”步骤为决速步骤
C.Rh/Mn催化作用下,羟基乙醛的生成速率更小
D.反应达平衡时,升高温度,羟基乙醛的浓度增大
B
2.(2024·广东卷节选)酸在多种反应中具有广泛应用,其性能通常与酸的强度密切相关。酸催化下NaNO2与NH4Cl混合溶液的反应[反应a: N(aq)+N(aq)═N2(g)+2H2O(l) ΔH ],可用于石油开采中油路解堵。
某小组研究了3种酸对反应a的催化作用。在相同条件下,向反应体系中滴加等物质的量的少量酸,测得体系的温度T随时间t的变化如图。
据图可知,在该过程中__________ (填字母)。
A.催化剂酸性增强,可增大反应焓变
B.催化剂酸性增强,有利于提高反应速率
C.催化剂分子中含H越多,越有利于加速反应
D.反应速率并不始终随着反应物浓度下降而减小
BD
(2024·广东卷节选)在非水溶剂中,将CO2转化为化合物ⅱ(一种重要的电子化学品)的催化机理示意图如图,其中的催化剂有________和________。
AcOH
KI
关注反应物和产物!
3.(2022·广东卷)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质的浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图所示,则( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,催化剂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
X的浓度减少2.0 mol·L-1,由X→2Y可知,生成物Y的浓度应增加4.0 mol·L-1,其对应的应是使用催化剂Ⅰ的曲线
4.(2024·安徽卷)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se的浓度随时间变化的关系如图。
实验
序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+═2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁的质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
C
适当减小,氢离子浓度太大,会和纳米铁反应
必备知识•梳理
关键能力•提升
5.(2024·广东湛江调研)我国科研团队打通了温和条件下草酸二甲酯[(COOCH3)2]催化加氢制乙二醇的技术难关,反应为(COOCH3)2(g)+4H2(g) HOCH2CH2OH(g) +2CH3OH(g) ΔH。如图所示,在恒容密闭容器中,反应温度为T1时,c(HOCH2CH2OH)和c(H2)随时间t的变化分别为曲线Ⅰ和Ⅱ,反应温度为T2时,c(H2)随时间t的变化为曲线Ⅲ。
下列判断正确的是( )
A.ΔH>0
B.a、b两时刻生成乙二醇的速率:v(a)=v(b)
C.在T2温度下,反应在0~t2 s内的平均速率为v(HOCH2CH2OH)=
mol·L-1·s-1
D.其他条件相同,在T1温度下,起始时向该容器中充入一定量的氮气,则反应达到平衡的时间小于t1 s
C
$