2023届新高考化学选考一轮总复习学案-第22讲　化学反应速率.docx

专题七化学反应速率与化学平衡第22讲化学反应速率内容要求1.知道化学反应速率的表示方法。2.了解测定化学反应速率的简单方法。3.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。4.知道化学反应是有历程的,认识基元反应和活化能对化学反应速率的影响。知识点1化学反应速率概念及计算一、化学反应速率二、化学反应速率与化学计量数的关系对于已知反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(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这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。即v(A)v(B)v(C)v(D)=abcd。1.由v=ct计算平均速率,用反应物表示为正值,用生成物表示为负值。()2.对于任何化学反应来说,化学反应速率都只能用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示。()3.单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。()4.化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。()5.对于N2(g)+3H2(g)2NH3(g),v(N2)=1 mol·L-1·s-1与v(NH3)=2 mol·L-1·s-1表示的反应速率相同。()6.对于反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l),v(NO)与v(O2)的关系为4v(NO)=5v(O2)。()答案:1.×2.×3.×4.×5.6.×题点一化学反应速率概念及计算1.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(B)A.用A表示的反应速率是0.4 mol/LB.分别用B、C、D表示的反应速率,单位相同时,其比值是 321C.在2 min末的反应速率,用B表示是0.3 mol/(L·min)D.前2 min,v正(B)和v逆(C)表示的反应速率的值都是逐渐减小的解析:A.A是固体,反应过程浓度不变,不作为表示反应速率的物质,其速率的单位也不对,错误;B.单位相同时,反应速率之比等于化学计量数之比,正确;C.反应速率是指某一时段内的平均速率,不是某一时刻的瞬时速率,错误;D.反应过程中反应物浓度逐渐减小,所以正反应速率逐渐减小,生成物浓度逐渐增大,所以逆反应速率逐渐增大,错误。2.某温度时,在2 L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。由此分析:(1)该反应的化学方程式为。 (2)从反应开始至2 min时,Z的反应速率为。 (3)对于上述反应,在不同时间段内所测反应速率如下,则表示该化学反应进行最快的是(填字母)。 A.v(X)=0.12 mol·L-1·min-1B.v(Y)=0.15 mol·L-1·min-1C.v(Z)=0.06 mol·L-1·min-1D.v(Z)=0.001 5 mol·L-1·s-1解析:(1)根据图像可知,2 min内X、Y、Z三种物质的浓度变化量分别为c(X)=0.2mol2 L=0.1 mol·L-1,c(Y)=1.0mol-0.7mol2 L=0.15 mol·L-1,c(Z)=1.0mol-0.9mol2 L=0.05 mol·L-1,根据浓度变化量之比等于化学计量数之比,可以确定X、Y、Z三种物质的化学计量数分别等于2、3、1。根据图像可以确定X是生成物,Y、Z是反应物,即可以确定反应的化学方程式为3Y(g)+Z(g)2X(g)。(2)根据反应速率的概念,可求出从反应开始至2 min时,Z的反应速率为c(Z)t=0.05mol·L-12min=0.025 mol·L-1·min-1。(3)注意换算成用同一物质表示且单位相同的再比较。答案:(1)3Y(g)+Z(g)2X(g)(2)0.025 mol·L-1·min-1(3)D “三段式”法计算物质浓度(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。例如:mA(g)+nB(g)pC(g)起始/(mol·L-1) a b c转化/(mol·L-1) x nxm pxm某时刻/(mol·L-1) a-x b-nxm c+pxm题点二化学反应速率的测定3.为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,两名同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是(B)A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小B.相同环境下,若图甲所示实验中反应速率>,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解反应的催化效果好C.用图乙所示装置测定反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位解析:A.反应速率可以通过观察产生气泡的快慢来判断,正确;B.图甲所示实验中没有控制变量,没有设计实验验证Cl-和SO42-对反应速率的影响,故该实验不能确定Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,错误;C.反应速率可以用单位时间内产生气体的体积表示,正确;D.关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若气密性不好,气体就能进入装置,活塞不能回到原位,正确。4.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量,某同学利用如图装置测定化学反应速率。(1)除如图装置所示的实验用品外,还需要的一件实验用品是。(2)若在2 min时收集到224 mL(已折算成标准状况)气体,可计算出该2 min内H+的反应速率,而该测定值比实际值偏小,其原因是 。(3)利用该化学反应,试简述测定反应速率的其他方法:(写一种)。 解析:(1)测定反应速率时需要测量时间,因此除如图装置所示的实验用品外,还需要的一件实验用品是秒表。(2)由于SO2会部分溶于水,所以测得的气体体积偏小。(3)由于反应中还有单质S产生,所以利用该化学反应,还可以通过测定一段时间内生成硫沉淀的质量来测定反应速率。答案:(1)秒表(2)SO2会部分溶于水(3)测定一段时间内生成硫沉淀的质量(或实时测定溶液中氢离子浓度或其他合理答案)知识点2影响化学反应速率的因素一、内因(主要因素)反应物的组成、结构和性质。二、外因(其他条件不变,只改变一个条件)三、理论解释有效碰撞理论1.基元反应与反应历程(1)基元反应:大多数化学反应往往经过多个反应步骤实现,其中每步反应都称为基元反应。(2)反应历程:基元反应反映了化学反应的历程,反应历程又称反应机理。2.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:如图图中:E1为反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,E2为活化分子变成生成物分子放出的能量,反应热为E1-E2。(3)有效碰撞概念:能够发生化学反应的碰撞。条件:具有足够的能量;具有合适的取向。3.活化分子、有效碰撞与化学反应速率的关系1.一般情况下,升高温度时,不论正反应是吸热还是放热,正、逆反应的速率都增大。()2.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。()3.对于C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),增加C的量,可以增大反应速率。()4.对可逆反应:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增大氯化钾的浓度,逆反应速率加快。()5.100 mL 2 mol·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。()6.催化剂能降低反应的活化能,但反应的H不发生变化。()7.增大反应物的浓度、升高温度、加入催化剂都能够增大活化分子的百分数使反应速率增大。()答案:1.2.×3.×4.×5.×6.7.×题点一外界条件对反应速率的影响1.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)H<0。下列说法不正确的是(D)A.保持容器容积不变,向其中加入1 mol H2(g),反应速率加快B.保持容器容积不变,向其中加入1 mol He(g),反应速率不变C.保持容器内气体压强不变,向其中加入1 mol He(g),反应速率减慢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),反应速率加快解析:A.增加反应物,其浓度增大,反应速率加快,正确;B.因为容器容积不变,加入He(g),反应体系中各气体的浓度不变,故反应速率不变,正确;C.保持压强不变,加入He(g),容器容积增大,反应体系中各气体的浓度减小,反应速率减慢,正确;D.保持压强不变,再次充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),则容器容积增大为原来的2倍,反应体系中各气体的浓度不变,反应速率不变,错误。2.高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H+)或弱碱的c(OH-),油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比,下列说法不正确的是(D)A.高温高压液态水中,体系温度升高,油脂水解反应速率加快B.高温高压液态水中,油脂与水的互溶能力增强,油脂水解反应速率加快C.高温高压液态水中,c(H+)增大,可催化油脂水解,且产生的酸进一步催化水解D.高温高压液态水中的油脂水解,相当于常温下在体系中加入了相同c(H+)的酸或相同c(OH-)的碱的水解解析:对于任何化学反应,体系温度升高,均可加快反应速率,A项正确;由于高温高压液态水中,c(H+)和c(OH-)增大,油脂水解向右移动的倾向变大,因而油脂与水的互溶能力增强,反应速率加快,B项正确;油脂在酸性条件下水解,以H+作催化剂,加快水解速率,因而高温高压液态水中,c(H+)增大,可催化油脂水解,且产生的酸进一步催化水解,C项正确;高温高压液态水中的油脂水解,其水环境仍呈中性,因而不能理解成相当于常温下在体系中加入了相同c(H+)的酸或相同c(OH-)的碱的水解,而是以体系升温、增加水和油脂的互溶以及提高水中H+浓度的方式,促进油脂的水解,D项不正确。 气体反应体系中充入气体(惰性气体,不参与反应)时对反应速率的影响1.恒温时V缩小 c增大 v加快。2.恒温、恒容时(1)充入反应物c增大 v加快。(2)充入惰性气体总压增大但分压不变c(反应中各物质)不变v不变。3.恒温、恒压时(1)充入与原反应物组成相同气体压强不变体积增大反应物浓度不变反应速率不变。(2)充入惰性气体V增大,总压不变(分压变小)c(反应中各物质)减小v减慢。题点二活化分子、活化能与反应速率3.已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-198 kJ·mol-1,在V2O5存在时,该反应的机理为V2O5+SO22VO2+SO3(快)、4VO2+O22V2O5(慢)。下列说法正确的是(C)A.反应速率主要取决于V2O5的质量B.VO2是该反应的催化剂C.逆反应的活化能大于198 kJ·mol-1D.增大SO2的浓度可显著提高反应速率解析:V2O5为催化剂,催化剂质量不影响反应速率,A错误;VO2为中间产物,不是催化剂,B错误;题给反应的逆反应为吸热反应,逆反应的活化能大于198 kJ·mol-1,C正确;SO2参与的是快反应,其浓度改变对反应速率影响不大,D错误。4.(2020·浙江1月选考)在一定温度下,某反应达到了化学平衡,其反应过程对应的能量变化如图。下列说法正确的是(D)A.Ea为逆反应活化能,Ea为正反应活化能B.该反应为放热反应,H=Ea-EaC.所有活化分子的平均能量高于或等于所有分子的平均能量D.温度升高,逆反应速率加快幅度大于正反应速率加快幅度,使平衡向逆反应方向移动解析:A项,由题图可知,Ea为正反应活化能,Ea为逆反应活化能,错误;B项,由题图可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应为放热反应,反应热H=Ea-Ea,错误;C项,在相同温度下,分子的能量并不完全相同,有些分子的能量高于分子的平均能量,称为活化分子,则所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量,错误;D项,题给反应为放热反应,温度升高,逆反应速率加快幅度大于正反应速率加快幅度,使平衡向吸热的逆反应方向移动,正确。当堂检测1.(2021·浙江6月选考)一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:t/s06001 2001 7102 2202 820xc(N2O5)/(mol·L-1)1.400.960.660.480.350.240.12下列说法正确的是(D)A.6001 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4 mol·L-1·s-1B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)C.反应达到平衡时,v正(N2O5)=2v逆(NO2)D.推测上表中的x为3 930解析:6001 200 s,v(N2O5)=0.96mol·L-1-0.66 mol·L-1600 s=5.0×10-4 mol·L-1·s-1,则v(NO2)=2v(N2O5)=1.0×10-3mol·L-1·s-1,A错误;反应2 220 s时,参加反应的N2O5的物质的量是(1.40 mol·L-1-0.35 mol·L-1)×0.1 L=0.105 mol,则生成氧气的物质的量是0.052 5 mol,其在标准状况下的体积是0.052 5 mol×22.4 L·mol-1=1.176 L,B错误;反应达到平衡时,v正(NO2)=v逆(NO2)=2v正(N2O5),C错误;根据题表中数据可得,c(N2O5)由0.96 mol·L-1反应至其一半0.48 mol·L-1耗时1 110 s,与其浓度由 0.48 mol·L-1 反应至其一半0.24 mol·L-1耗时一致,则有c(N2O5)为0.12 mol·L-1时,t=2 820 s+1 110 s=3 930 s,D正确。2.(2021·广东卷)反应X2Z经历两步:XY;Y2Z。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(D)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)解析:由题图知,曲线a起始浓度最大,在整个反应过程中浓度一直减小,所以a代表c(X)随t的变化曲线,A说法正确;t1时,三条曲线相交,三种物质的浓度相等,B说法正确;结合题给反应判断,先增加后减小的是c(Y)随t的变化曲线,一直增大的是c(Z)随t的变化曲线,t2时,c(Y)在减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,C说法正确;由题图知,t3后,只有Y和Z,X完全反应,结合反应可得出c(Z)=2c0-2c(Y),D说法错误。3.为探究硫酸铜的量对Fe与稀硫酸反应生成氢气速率的影响,某同学设计了如下一系列实验。表中所给的混合溶液分别加入5个盛有过量铁粉的反应瓶中,收集产生的气体,记录均获得相同体积气体所需的时间。下列说法正确的是(B)实验编号混合溶液4 mol·L-1H2SO4溶液/mL20V1V2V3V4饱和CuSO4溶液/mL00.52.5V515H2O/mLV6V7V880时间/sT1T2T3T4T5A.V4=20,V8=15B.T5可能大于T4C.CuSO4溶液可以加快反应速率的原因可能是SO42-的催化作用D.加入饱和Na2SO4溶液可以起到与硫酸铜相同的加速作用解析:A.探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,则需要硫酸的体积、物质的量、混合溶液的体积相同,即V1=V2=V3=V4=20,由可知混合溶液的总体积为20 mL+15 mL=35 mL,V2=20,V8=35-20-2.5=12.5,错误;B.因为铁会先与硫酸铜反应,直至硫酸铜反应完才与硫酸反应生成氢气,硫酸铜量较多时,反应时间较长,而且生成的铜会附着在铁片上,阻碍铁片与硫酸继续反应,氢气生成速率减慢,所以T5可能大于T4,正确;C.CuSO4溶液可以加快反应速率的原因可能是铁置换出的铜与铁、硫酸形成原电池,加快反应速率,错误;D.加入饱和Na2SO4溶液,钠比铁活泼,不能形成原电池,起不到加速作用,错误。4.如图表示某温度下气体分子的能量分布图,纵坐标为1N·NE,其中N为分子总数,NE表示单位能量间隔内的分子数目,T1、T2表示温度,1N·NE表示单位能量间隔内的分子数占分子总数的分数。下列说法不正确的是(C)A.曲线的变化趋势表明活化分子所占分数少,能量小的分子所占分数也少B.曲线下E1E2之间的阴影部分的面积表示能量处于E1E2 之间的气体分子所占分数C.T1>T2,且此时速率关系为v(T1)<v(T2)D.只要温度相同,无论气体分子总数怎样变化,曲线形状保持一致解析:A.由于1N·NE表示单位能量间隔内的分子数占分子总数的分数,因此曲线的变化趋势表明活化分子所占分数少,能量小的分子所占分数也少,正确;B.由于1N·NE表示单位能量间隔内的分子数占分子总数的分数,因此曲线下E1E2 之间的阴影部分的面积表示能量处于E1E2之间的气体分子所占分数,正确;C.升高温度,加快反应速率,若T1>T2,则此时速率关系为v(T1)>v(T2),错误;D.由于横坐标表示气体分子的能量,纵坐标表示单位能量间隔内的分子数占分子总数的分数,因此只要温度相同,无论气体分子总数怎样变化,曲线形状保持一致,正确。5.(2021·杭州期末教学质量检测)已知在Ag+催化作用下,Cr3+可以被S2O82-氧化,反应方程式为7H2O+2Cr3+3S2O82-6SO42-+Cr2O72-+14H+,其催化机理分两步进行:S2O82-+2Ag+2SO42-+2Ag2+(慢);2Cr3+6Ag2+7H2O6Ag+Cr2O72-+14H+(快)。下列有关说法不正确的是(C)A.催化剂Ag+浓度增大,该反应的反应速率加快B.Ag+可以使反应速率加快的原因是降低了反应的活化能C.反应中任意时刻瞬时反应速率v(Cr3+)v(S2O82-)=23D.反应整个过程中,溶液中的Ag2+不容易被检测到解析:A.反应中Ag+分别为反应物和生成物,则起到催化剂的作用,催化剂可降低反应的活化能,则反应速率与c(Ag+)有关,Ag+浓度增大,反应速率加快,正确;B.Ag+起到催化剂的作用,催化剂可降低反应的活化能,使反应速率加快,正确;C.总反应方程式为3S2O82-+2Cr3+7H2O6SO42-+14H+Cr2O72-,各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,则3v(Cr3+)=2v(S2O82-),指平均反应速率,错误;D.Ag2+是该反应的中间产物,反应是快反应,反应物很快被消耗,则溶液中的Ag2+不容易被检测到,正确。