高考化学一轮复习第七章第一节化学反应速率及其影响因素学案含解析.doc

化学反应速率及其影响因素
第一节
化学反应速率及其影响因素

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 【精讲精练快冲关】
[知能学通]
1．化学反应速率

2．化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，或v(A)＝v(B)＝v(C)＝v(D)。
[注意]　①由公式v＝计算得到的反应速率是指某一时间段内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时反应速率。
②同一化学反应在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。
③不能用固体或纯液体物质(不是溶液)表示化学反应速率，因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。
[题点练通]

化学反应速率的计算
1.(2019·湖北八校联考)将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L的密闭容器中(温度保持不变)，发生反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0，测得H2的物质的量随时间变化如图所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在8～10 min内CO2的平均反应速率是(　　)

A．0.5 mol·L－1·min－1　 B．0.1 mol·L－1·min－1
C．0 mol·L－1·min－1 D．0.125 mol·L－1·min－1
解析：选C　由题图可知，该反应在8～10 min内，H2的物质的量在对应的c、d点都是2 mol，因此v(H2)＝＝0 mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比可得v(CO2)＝×v(H2)＝0 mol·L－1·min－1。
2．(2014·北京高考)一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(　　)
A．0～6 min的平均反应速率：
v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1
B．6～10 min的平均反应速率：
v(H2O2)<3.3×10－2mol·L－1·min－1
C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1
D．反应至6 min时，H2O2分解了50%
解析：选C　根据题目信息可知，0～6 min，生成 22.4 mL(标准状况)氧气，消耗0.002 mol H2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6 min时，剩余0.002 mol H2O2，此时c(H2O2)＝0.20 mol·L－1，C项错误；反应至6 min时，消耗0.002 mol H2O2，转化率为50%，D项正确。
[方法规律]
化学反应速率计算的3种常用方法
(1)定义式法
v＝＝。
(2)比例关系法
化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA(g)＋nB(g)===pC(g)中，v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p或v(A)＝v(B)＝v(C)。
(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。
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t1 s 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。

化学反应速率的比较
3.(2019·宿州模拟)对于反应2A(g)＋B(g) 3C(g)＋4D(g)，表示该反应的速率最快的是(　　)
A．v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1 B．v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1
C．v(C)＝0.8 mol·L－1·s－1 D．v(D)＝1.0 mol·L－1·s－1
解析：选B　均用v(B)表示。A项，v(B)＝v(A)＝0.25 mol·L－1·s－1；C项，v(B)＝v(C)＝ mol·L－1·s－1；D项，v(B)＝v(D)＝0.25 mol·L－1·s－1。
4．反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1　②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1　③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1　④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1。
上述反应速率的大小关系为____________。
解析：用比值法比较反应速率的大小，v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1；v(B)＝0.2 mol·L－1·s－1；v(C)＝0.2 mol·L－1·s－1；v(D)＝0.225 mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③。
答案：①>④>②＝③
[方法规律]
化学反应速率的2种比较方法
(1)转化同一物质法
将同一反应中用不同物质表示的反应速率转化成用同一种物质表示的反应速率，再进行比较。如对于反应2SO2＋O22SO3，如果①v(SO2)＝2 mol·L－1·min－1，②v(O2)＝3 mol·L－1·min－1，③vSO3)＝4 mol·L－1·min－1，比较反应速率的大小时，可以将三者表示的反应速率都转化为用O2表示的反应速率，再作比较。换算后①v(O2)＝1 mol·L－1·min－1，③v(O2)＝2 mol·L－1·min－1，则反应速率的大小顺序为②>③>①。
(2)比值法
用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若>，则反应速率A>B。
无论采用何种方法，都要确保所比较化学反应速率的单位统一。
考点(二)　影响化学反应速率的因素 【点多面广精细研】

1．主要因素——内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)

3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：如图

[注意]　E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，且ΔH＝E1－E2，E3为使用催化剂时正反应的活化能。
　③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

[小题练微点]
1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)可逆反应达到平衡后，增大反应物的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小(　　)
(2)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大(　　)
(3)对有气体参加的反应体系，缩小容器体积，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大(　　)
(4)铁与浓硫酸反应时，硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快(　　)
(5)对于可逆反应FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
2．(1)形状、大小相同的镁、铝、铁、铅四种金属与浓度相同的盐酸反应，生成H2的速率快慢顺序是__________________________________________
(2)对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？(填“增大”“减小”“不变”或“不产生氢气”)
①升高温度：____________；②增大盐酸浓度：___________；
③增大铁的质量：___________；④增加盐酸的体积：_________；
⑤把铁片改成铁粉：_______；⑥滴加几滴CuSO4溶液：_______；
⑦加入NaCl固体：___________；⑧增大压强：___________；
⑨将反应中的稀盐酸改为浓H2SO4：________。
(3)Zn与盐酸反应，真正影响反应速率的是________的浓度，而与________的浓度无关。
(4)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：_______；②恒容充入N2：_______；③恒容充入He：_______；④恒压充入He：_______。
答案：(1)v(Mg)>v(Al)>v(Fe)>v(Pb)
(2)①增大　②增大　③不变　④不变　⑤增大
⑥增大　⑦不变　⑧不变　⑨不产生氢气
(3)H＋　Cl－
(4)①增大　②增大　③不变　④减小

影响化学反应速率的因素
12019·贵阳模拟)在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　)
A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2(g)，反应速率一定加快
B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，反应速率一定加快
解析：选A　增大H2的物质的量且保持容器容积不变，H2的浓度增大，反应速率加快，A项正确；保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应混合物各组分的浓度不变，反应速率不变，B项错误；保持容器内气体压强不变，向其中充入1 mol N2(N2不参加反应)，容器体积增大，各组分的浓度减小，反应速率减小，C项错误；保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，因容器的体积变为原来的2倍，起始物质的量变为原来的2倍，则浓度不变，反应速率不变，D项错误。
2．(2019·福州质检)某恒容密闭容器中进行反应：SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1；某科研小组通过实验测出SO2的转化率(SO2、NO起始量一定)随条件P的变化情况如图所示，下列说法中正确的是(　　)

A．10～15 min内反应速率小于15～20 min的反应速率，P为升高温度
B．10～20 min内反应速率小于20～40 min的反应速率，P为减小SO3的浓度
C．10～15 min内反应速率大于40～50 min的反应速率，P为减小压强
D．该反应中，随着反应物浓度的减小，反应速率一直减小
解析：选A　在相同时间内，转化率变化值越大，表明反应中消耗的反应物越多，反应速率越大。由题图数据知，10～15 min、15～20 min内，反应物转化率变化值分别为3.7%、4.5%，故后一个时间段内反应速率较快，随着反应的进行，反应物浓度减小，又因容器容积不变，故改变的条件只能是升温，A正确，C、D项错误；10～20 min、20～40 min 内，反应物转化率变化值分别为8.2%、10.3%(时间间隔不同)，故10～20 min内消耗的反应物比20～40 min消耗的多，反应速率快，B项错误。
[归纳拓展]　影响化学反应速率的因素
(1)升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。
(2)催化剂能同等程度的改变正、逆化学反应速率，但不能改变反应进行的程度。
(3)增大反应物浓度或生成物浓度，正、逆反应速率均加快。
(4)压强及“惰性气体”对化学反应速率的影响
①充入“惰性气体”对化学反应速率的影响：
恒温
恒容
充入“惰性气体”总压强增大，但各物质的浓度不变(活化分子浓度不变)，反应速率不变
恒温
恒压
充入“惰性气体”体积增大各反应物浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率变慢
②对于没有气体参加的反应，改变体系压强，反应物的浓度不变，则化学反应速率不变。
(5)固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固体反应物的表面积改变才能改变化学反应速率。

“控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
3.(2017·江苏高考)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：选D　由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；由图乙可知，OH－的浓度越大，pH越大，曲线下降越快，即H2O2分解越快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1 mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最快，0 mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最慢，而1.0 mol·L－1NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋浓度越大，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率影响较大，D项正确。
[方法规律]　“控制变量法”的解题策略

利用“断点”突破v­t图像
4.(2019·天津质检)向1 L的密闭容器中加入1 mol X、0.3 mol Z 和一定量的Y三种气体。一定条件下发生反应，各物质的浓度随时间的变化如图甲所示。图乙为t2时刻后改变反应条件，平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件。下列说法不正确的是(　　)

A．Y的起始物质的量为0.5 mol
B．该反应的化学方程式为2X(g)＋Y(g) 3Z(g)　ΔH<0
C．若t0＝0，t1＝10 s，则t0～t1阶段的平均反应速率为v(Z)＝0.03 mol·L－1·s－1
D．反应物X的转化率t6点比t3点高
解析：选B　t4～t5阶段反应速率降低，但平衡不移动，说明t4时刻改变的条件为减小压强，即反应前后气体化学计量数之和相等，X的浓度减小，为反应物，变化为(1－0.8)mol·L－1＝0.2 mol·L－1，Z的浓度增大，为生成物，变化为(0.6－0.3)mol·L－1＝0.3 mol·L－1，则X和Z的化学计量数之比为2∶3，则Y的化学计量数为1，Y的浓度变化为0.2 mol·L－1×＝0.1 mol·L－1，Y为反应物，因此起始时Y的物质的量为(0.1＋0.4)mol·L－1×1 L＝0.5 mol，A项正确；根据选项A的分析，反应方程式为2X(g)＋Y(g) 3Z(g)，根据图乙，t5时刻改变的条件应为温度，正、逆反应速率均升高，因此应是升高温度，因v正>v逆反应向正反应方向进行，说明正反应是吸热反应，即ΔH>0，B项错误；根据化学反应速率表达式可知，v(Z)＝＝0.03 mol·L－1·s－1，C项正确；t5～t6 阶段，平衡向正反应方向移动，X的转化率升高，而t3～t5 阶段，平衡不移动，所以X的转化率为t6点比t3点高，D项正确。
[归纳拓展]
1．速率—时间图像“断点”分析

当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率—时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图，t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
2．常见含“断点”的速率变化图像分析
图像

t1时
刻所
改变
的条
件

温
度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压
强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应

1．下列各组反应(表内物质均为反应物)在刚开始时，产生H2速率最快的是(　　)
编号
金属
物质的量
酸的浓度
酸的体积
温度
A
Al
0.1 mol

10 mL
60 ℃
B
Mg
0.1 mol
3 mol·L－1 H2SO4
10 mL
30 ℃
C
Fe
0.1 mol
3 mol·L－1 H2SO4
10 mL
60 ℃
D
Mg
0.1 mol
3 mol·L－1 H2SO4
10 mL
60 ℃

点拨：常温下，Al遇浓H2SO4发生钝化，加热条件下可以反应生成SO2。　　　　
解析：选D　Al与18.4 mol·L－1 H2SO4溶液(浓硫酸)在加热条件下发生反应生成SO2，不能产生H2；Mg的活泼性比Fe强，相同温度下，与3 mol·L－1 H2SO4溶液反应时，Mg产生H2的速率更快；升高温度，反应速率加快，故产生H2速率最快的是D项。
2．下列操作中，未考虑化学反应速率影响因素的是(　　)
A．实验室由乙醇生成乙烯，温度控制在170 ℃而不是140 ℃
B．KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应时加入MnSO4
C．铜与浓硫酸反应时将铜丝绕成螺旋状
D．实验室制备氢气时滴入几滴CuSO4溶液
解析：选A　乙醇与浓硫酸加热反应时，反应温度不同，所得产物不同，170 ℃时生成乙烯，而140 ℃时生成乙醚，A项未考虑化学反应速率影响因素；KMnO4溶液与H2C2O4反应时，MnSO4作催化剂，加入其中可加快反应速率，B项考虑了化学反应速率影响因素；铜与浓硫酸反应时，将铜丝绕成螺旋状，可增大铜丝与浓硫酸的接触面积，加快反应速率，C项考虑了化学反应速率影响因素；制备H2时滴入CuSO4 溶液能形成原电池反应，加快反应速率，D项考虑了化学反应速率影响因素。
3．对水样中溶质进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据如表。
时间
c (M)
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是(　　)
A．在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1
B．水样酸性越强，M的分解速率越快
C．在0～25 min内Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快

点拨：M的分解速率指单位时间内c(M)的减少量，分析题表知，酸性越强，化学反应速率越快，催化剂Cu2＋能加快分解速率。　　　　
解析：选D　在0～20 min内，水样Ⅰ中c(M)由0.40 mol·L－1减小为0.10 mol·L－1，则M的分解速率v(M)＝＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；水样Ⅰ的pH小于水样Ⅱ的pH，起始c(M)相等，相同时间内水样Ⅰ中Δc(M)大于水样Ⅱ中Δc(M)，则水样的酸性越强，M的分解速率越快，B正确；在0～25 min内，水样Ⅲ中M的分解百分率为×100%＝75水样Ⅱ中M的分解百分率为×100%＝60%，则水样Ⅲ中M的分解百分率比水样Ⅱ大，C正确；水样Ⅰ、Ⅳ的pH和起始c(M)不同，且水样Ⅳ中含有Cu2＋，多个反应条件不同，不符合实验探究时的“单一变量”原则，无法确定某单一变量对M的分解速率的影响，且本题中Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ慢，D错误。
4．如表所示是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验
序号
金属质
量/g
金属
状态
c(H2SO4)
/(mol·L－1)
V(H2SO4)
/mL
溶液温度/℃
金属消失
的时间/s
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
4
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
分析上述数据，回答下列问题：
(1)实验1和2表明，__________________对反应速率有影响，而且____________，则反应速率越快。
(2)表明反应物的实验是______(填实验序号)。
(3)实验中影响反应速率的其他因素还有________，其实验序号是________(填实验序号)。
(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，推测其原因：___
________________________________________________________________________。

点拨：浓度是指真正参与反应的离子或物质的浓度，如Zn与盐酸反应，真正影响反应速率的是c(H＋)，而与c(Cl－)无关。本题是要选c(H2SO4)不同，其他条件完全相同的实验。　　　　
解析：(1)实验1和2中金属的状态不同，其他条件几乎相同，表明固体反应物的表面积对反应速率有影响，而且表面积越大，则反应速率越快。(2)实验1和3中只有反应物的浓度不同，其他条件几乎相同，根据实验1和3可知，反应物浓度对反应速率产生影响，且浓度越大，反应速率越快。(3)根据实验3和4可知，反应温度也会影响反应速率。(4)实验的所有反应中，硫酸可能均过量，等质量的金属完全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近。
答案：(1)固体反应物的表面积　表面积越大　(2)1和3　(3)反应温度　3和4
(4)可能是硫酸过量，等质量的金属完全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近

10