2027届高三化学一轮复习：第44讲 化学反应速率及影响因素

第十一章 化学反应速率与化学平衡 第44讲 化学反应速率及影响因素 课标要求 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、反应历程的概念，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。 高考题型 反应速率的定量计算； 反应速率的影响因素及其理论解释； 图像类信息的分析能力，化学反应速率的调控在生活、生产和科研领域中的应用。 选择题、填空题 结合图像与表格， ①考查一段时间内化学反应速率的计算、速率快慢判断、影响速率的因素等。 ②结合化学平衡，考查对反应速率方程、速率常数的理解及计算。 (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。 减少 增加 (2) 数学表达式及单位 ，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。 不同 化学计量数 一. 化学反应速率 如在反应 中，存在____________________ v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D) ＝a∶b∶c∶d 1. 化学反应速率 【特别提醒】 (1)一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。 (2)由 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)化学反应速率指的是平均反应速率，而不是瞬时反应速率； (4)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。 一. 化学反应速率 一. 化学反应速率 (1) 方法一：“三段式” 例1：列起始量、转化量、某时刻量，再根据定义式或比例关系计算。 对于反应mA(g)＋nB(g) ⇌pC(g)，起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1，C的浓度为c mol·L－1，反应进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则化学反应速率的计算如下： 　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g) ⇌ pC(g) 起始浓度/(mol·L－1) 　a 　　 b 　　 c 转化浓度/(mol·L－1) 　x 　　 ____　　 ___　 t1 s时浓度/(mol·L－1) a－x 　______　 ______ 则v(A)＝___________，v(B)＝_____________，v(C)＝______________。 最常用方法 2. 化学反应速率的计算 (2)方法二：c-t图或n-t图法 例2: 最直观方法 一. 化学反应速率 2. 化学反应速率的计算 某温度下，在2L恒容密闭容器中投入一定量的A、B发生反应：3A(g)+bB(g) =cC(g)，12s时生成C的物质的量为0.6mol(反应过程如图所示)。下列说法中正确的是 A．图中交点时A的消耗速率等于A的生成速率 B．2s时，用A表示的反应速率为0.15mol•L﹣1•s﹣1 C．化学计量数之比b：c=1：3 D．12s时的压强与起始时的压强之比为8：13 3. 化学反应速率的比较 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。 气泡 沉淀 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。 ③“三比较”：标准统一后比较数值大小，数值越____，反应速率越____。 大 大 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。 同一物质 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。 (1)归一法 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____。 若，则A表示的反应速率较______。 大 3. 化学反应速率的比较 (3)由图像比较：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______。 短 大 大 9 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________； 快、慢 多、少 高、低 (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__________。 体积 物质的量的变化 浓度变化 热量变化 (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有计测相同时间内变化，即________。 ④用传感器测____________变化。 ⑤测相同时间内_________。 ⑥相同时间内__________变化； 恒容压强 ⑦相同时间内绝热容器中______变化。 温度 化学反应速率的测量实验 (1)反应原理： (2)实验装置 11 例1： 变式： 例2： C (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______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_________________。 性质 内因包括组成、结构、性质等物质自身因素。 二. 影响化学反应速率的因素 （一）化学反应速率的影响因素 (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______。 增大 减小 【特别提醒】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。 【特别提醒】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，若改变总压强而各物质的浓度不改变，则反应速率不变。 【特别提醒】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 18 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，化学反应速率通常增大为原来的______倍。 增大 减小 4) 催化剂：催化剂也可以______化学反应速率(一般指正催化剂)。 改变 【特别提醒】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。 【特别提醒】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。 (2)外因 (其他条件不变，只改变一个条件) 19 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。 (2)外因 (其他条件不变，只改变一个条件) 20 例.(2024甘肃卷)下列措施能降低化学反应速率的是( ) C 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 课堂练习 变式1.(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 变式2.(2021·辽宁卷)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。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(　　) A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大 B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大 C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1 D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min B (二)有效碰撞理论 1. 基元反应与反应历程 (1)定义：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 ，它的反应历程可能是如下两步基元反应： 反应机理 ① (快) ② (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 ]。   最高能量 活化能 高 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 26 3.有效碰撞理论 (1)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反应物分子的每一次碰撞并不是都能发生反应，__________________的碰撞叫做有效碰撞。有效碰撞发生的两个条件__________和__________。 能够发生化学反应 能量足够 取向合适 (2)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。 (3)活化能及意义 __________具有的平均能量与____________具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。活化能越小，反应速率______。 活化分子 反应物分子 越大 活化能的大小对化学反应的反应热不产生任何影响！ 27 (4)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： 活化能 反应机理 不同 低 降低 加快 为总反应的活化能，为使用催化剂反应机理中各步的活化能。 3. 有效碰撞理论 使用正催化剂同等程度的降低了正逆反应的活化能，所以可以同等程度的增大正逆反应速率，从而缩短反应到达平衡所需时间。 单位体积内活化分子数增多 归 纳：有效碰撞理论与化学反应速率的关系 活化能越低 普通分子越易变成活化分子 单位时间内有效碰撞次数增多 化学反应速率加快 能够发生化学反应的碰撞 结论：单位时间内有效碰撞的次数越多，该反应的速率越快。 29 3. 活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多 增大化学 反应速率 增大反应物的浓度 单位体积内分子总数不变，活化分子百分数增加，活化分子数增加 吸收能量 单位体积内分子总数增加，活化分子百分数不变，活化分子数增加 增大气体压强 降低活化能 升高反应体系的温度 使用催化剂 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 3. 活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 思考 下列说法正确的是 ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应　②普通分子有时也能发生有效碰撞　③升高温度会加快反应速率，原因是增加了活化分子的有效碰撞次数　④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多　⑤使用催化剂能提高反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大　⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 A.①②⑤ B.③④⑥ C.③④⑤⑥ D.②③④ √ 例题 （2025·海南·高考真题）恒温下，反应物A与Q按图示计量关系，同时发生三个基元反应，分别生成产物B、C、D，反应速率 。 下列说法正确的是 A．反应的活化能①>②>③ B．提高温度仅提高反应②中活化分子百分数 C．加入催化剂，使反应③的活化能变小，D的产量降低 D．总反应速率 D (三）阿伦尼乌斯公式、速率常数和速率方程 1889年，阿伦尼乌斯在大量实验的基础上，提出了反应速率常数与温度之间的关系的经验公式： 其中，k为反应速率常数；A为比例系数；e为自然对数的底；R为理想气体常数；Ea为活化能，单位为J·mol-1或 kJ·mol-1 由该公式可知，Ea越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大。该经验公式表明，当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大。 1、阿伦尼乌斯公式 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：①SO2Cl2 SO2＋Cl2  v＝ ； ②2NO2 2NO＋O2     v＝ ； ③2H2＋2NO N2＋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。 k1c(SO2Cl2) k2c2(NO2) k3c2(H2)·c2(NO) 质量作用定律 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K。 提醒 对于反应：aA＋bB gG＋hH，则v＝kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。基元反应的a、b可直接写出，非基元反应的a、b必须通过实验测定，无法直接写出。 温度 浓度 例题：235页5题 题型一 速率方程、阿伦尼乌斯公式与范特霍夫方程 变式1： 变式2 已知阿仑尼乌斯公式是反应速率常数随温度变化关系的经验公式，可写作为反应速率常数，为反应活化能，R和C为大于0的常数)，为探究两种催化剂对某反应的催化效能，进行了实验探究，依据实验数据获得曲线如图所示。下列说法正确的是( ) A.在m催化剂作用下，该反应的活化能 B.对该反应催化效能较高的催化剂是m C.不改变其他条件，升高温度，会降低反 应的活化能 D.可以根据该图像判断升高温度时平衡移动的方向 A 变式3 -27  a 注意:溶液总体积为4ml 例. 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 0.01mol/L酸性KMnO4溶液体积/mL 0.1mol/L 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)=0.01mol/(L·min) Δc(KMnO4)=0.005mol·L－1 C 题型二 “控制变量”探究影响化学反应速率的因素 42 “控制变量法”题目的解题策略 (2025·北京丰台二模)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。 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 13 6.5 4.3 6.6 4.4 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，时测得为，则的平 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 下列说法不正确的是( ) D 【变式1】 44 【变式2】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 ( ) C A. 实验①，0~20min，v(N2）=1.00×10-5 mol•L-1•min-1 B. 实验②， 60min时处于平衡状态，则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 对比③，初始浓度小，平衡浓度小 对比①②，相同t，氨气的变化量相同 1.常考影响化学反应速率的因素：浓度、温度、压强、催化剂的活性、接触面积、原电池原理、副反应等。 2.随着时间的推移，反应物浓度减小，反应速率减小。 3.绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随温度升高，反应速率逐渐增大，物质转化率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。 题型三 多因素影响下的速率图像分析 4.速率图像分析的一般方法 (1)看清关键点：起点、终点和变化点。 (2)看清变化趋势。 (3)综合分析反应原理，如有的反应放热造成温度升高，反应速率加快；有的反应生成的金属与原金属形成原电池，反应速率加快；有的反应物浓度减小，反应速率减慢；有的反应生成物中有催化剂，反应速率加快；有的反应温度过高，造成催化剂失去活性，反应速率减慢等。 角度一 温度与浓度的双重影响 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。 回答下列问题： 铝的表面有一层致密的Al2O3薄膜，能与H＋反应得到 (1)O→a段不生成氢气的原因是_______________________________________________ ____________________。 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___________________________ _________________________________________________。 (3)t＞c时生成氢气的速率降低的主要原因是___________________________________ ___________。 应速率加快(或反应产生的铝离子是该反应的催化剂) 反应放热，溶液温度升高，反 随着反应的进行，溶液中氢离子的浓度 逐渐降低 角度二、温度与选择性的双重影响 2.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_______________________________________。 温度升高，催化剂活性增强，反应 速率加快 (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”)。 Ⅳ > 50 题型四 化学反应机理(历程)及分析 一．催化剂的“四能”和“四不能” 51 1、循环模型 二、化学反应机理 52 2、微观原子模型 53 3．能量-历程图像分析 54 物质类别的判断 (1)催化剂的判断：一般地，催化剂在机理图中多是以完整的循环出现的，往往参与第一步反应。 (2)反应物的判断：通过一个箭头进入整个历程的物质是反应物。 (3)中间体的判断：转化历程中生成，随之又参与下一步反应，一般不脱离整个历程。 (4)生成物的判断：通过一个箭头最终脱离整个历程的物质一般多是生成物。 化学反应机理 56 例2.硼氢化钠(NaBH4)可用作还原剂和塑料发泡剂。如图为它在催化剂作用下与水反应制取氢气的微观过程示意图，下列说法不正确的是 A.水在此过程中作还原剂 B.若用D2O代替H2O，反应 后生成的气体中含有D2 C.通过控制催化剂的用量 和表面积，可以控制氢 气的产生速率 D.NaBH4与水反应的离子方程式为 √ 57 例3.(2021·山东，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： 下列说法正确的是 能量变化如图所示。 为快速平衡， 已知 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 Ⅰ、Ⅳ →分析反应Ⅱ →分析反应Ⅲ 1. 2.分层作业：复习本节知识、整理错题 课后作业 下节计划    b－ c＋ mol·L-1·s-1 mol·L-1·s-1 mol·L-1·s-1            BH＋4H2O===B(OH)＋4H2↑ $