2023届新教材高考化学一轮复习速率方程学案.docx

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1、速率方程1速率常数速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 molL1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。2速率方程一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。对于反应：aAbB=gGhH则vkca(A)cb(B)(其中k为速率常数)。如：SO2Cl2SO2Cl2vk1c(SO2Cl2)2NO22NOO2vk2c2(NO2)2H22NON22

2、H2Ovk3c2(H2)c2(NO)速率常数k为比例系数，是一个与浓度无关的量，是化学动力学中一个重要的物理量，其数值直接反映了速率的快慢。3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。【典例】(2021河北选择考)室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：MN=XY；MN=XZ。为v1k1c2(M)，反应的速率可表示为v2k2c2(M)a。反应体系中b如图。下列说法错误的是()A.030 min时间段内，Y的平均反应速率为6.67103 molL1min1B反应开始后，体系中

3、Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应的活化能比反应的活化能大解题思维解答本题的思维流程如下：提取信息a反应、反应的速率方程b图示中组分M、Z的浓度随时间变化情况信息转化a利用速率方程判断反应和反应的速率之比为，判断Y和Z的浓度比值为常数b可利用M浓度的变化量计算Y的平均反应速率，结合速率方程计算M的转化量联想质疑若提高原溶液的反应温度，反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比是否保持不变？提示：提高原溶液的反应温度，速率常数发生改变，反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比等于升温后的速率常数之比，其比值保持不变。【解析】选A。由图中数据可知，30 mi

4、n时，M、Z的浓度分别为0.300 molL1和0.125 molL1，则M的变化量为0.5 molL10.300 molL10.200 molL1，其中转化为Y的变化量为0.200 molL10.125 molL10.075 molL1。因此，030 min时间段内，Y的平均反应速率为0.002 5 molL1min1，A错误；由题中信息可知，反应和反应的速率之比为，Y和Z分别为反应和反应的产物，且两者与M的化学计量数均为1，反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比等于，由于k1、k2为速率常数，比值保持不变，B正确；反应开始后，在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于，如果反应能进行到底，反应结

5、束时有的M转化为Z，即62.5%的M转化为Z，C正确；在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少，因此，反应的化学反应速率较小，在同一体系中，活化能较小的化学反应速率较快，故反应的活化能比反应的活化能大，D正确。1(2022广州模拟)乙醛蒸气在一定条件下可发生反应：CH3CHO(g) CH3(g)CO(g) H0。(1)某绝热体系中测得如表实验数据。则42242 s时间间隔的平均反应速率为_molL1s1。242665 s时间间隔的平均反应速率减小的原因是_。t/s421052423846651070c(CH3CHO)/(101molL1)6.685.854.643.832.812.01(2)已知乙

6、醛分解反应的速率方程表达式为vkcn(CH3CHO)(k为速率常数，与温度、催化剂有关)，测得反应速率与乙醛浓度的关系如表。c(CH3CHO)/(molL1)0.100.200.300.40v/(molL1s1)0.0250.1020.2280.406该反应的速率方程中n_(n取整数)。当c(CH3CHO)0.25 molL1时，反应速率为_molL1s1(保留2位有效数字)。【解析】(1)依据v计算，由表格数据可知CH3CHO在42242 s时间间隔的平均反应速率为101 molL1s11.02103 molL1S1，由数据可知反应由正方向开始进行，根据外界条件对速率的影响，正反应为吸热反应

7、，随着反应的进行，反应吸热使绝热体系温度下降，且反应物浓度不断减小，反应速率减小；(2)把表格数据分别代入速率方程表达式，可得(i)0.025k(0.10)n，(ii)0.102k(0.20)n，联立(i)和(ii)解得n2，k2.5；当c(CH3CHO)0.25 molL1时，反应速率vkcn(CH3CHO)2.5(0.25)2 molL1s10.16 molL1s1。答案：(1)1.02103正反应为吸热反应，随着反应的进行，反应吸热使绝热体系温度下降，且反应物浓度不断减小，反应速率减小(2)20.162工业上利用CH4(混有CO和H2)与水蒸气在一定条件下反应制取H2，原理为CH4(g)

8、H2O(g) CO(g)3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为v逆kc(CO)c3(H2)，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如表所示：CO浓度/(molL1)H2浓度/(molL1)逆反应速率/(molL1min1)0.1c18.0c2c116.0c20.156.75由上述数据可得该温度下，c2_molL1，该反应的逆反应速率常数k_L3mol3min1。【解析】根据v逆kc(CO)c3(H2)，由表中数据可得c，c2，所以有k16.0 molL1min1，解得k1.0104L3mol3min1，代入c2的等式可得c20.2 molL1。答案：0.21.0104【加固训练】1工业上，可采

9、用还原法处理尾气中的NO，其原理为2NO(g)2H2(g) N2(g)2H2O(g)H0。在化学上，正反应速率方程式可表示为v正k正cm(NO)cn(H2)，逆反应速率方程式可表示为v逆k逆cx(N2)cy(H2O)，其中，k表示反应速率常数，只与温度有关，m、n、x、y为反应级数，由实验测定。在恒容密闭容器中充入NO、H2，在T下进行实验，测得有关数据如表所示：实验c(NO)/(molL1)c(H2)/(molL1)v正/(molL1min1)0.100.100.414k正0.100.401.656k正0.200.101.656k正下列有关推断正确的是()A上述反应中，正反应活化能大于逆反应

10、活化能B若升高温度，则k正增大，k逆减小C在上述反应中，反应级数：m2，n1D在一定温度下，NO、H2的浓度对正反应速率影响程度相同【解析】选C。题中反应的正反应是放热反应，反应热等于正反应的活化能与逆反应的活化能之差，由此推知，正反应活化能小于逆反应活化能，A项错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，故正、逆反应速率常数都增大，B项错误；由组实验数据可知，4n，则n1，同理，根据组实验数据可求得m2，C项正确；由于正反应速率表达式中NO、H2的反应级数不相等，所以，NO、H2的浓度对正反应速率的影响程度不相同，D项错误。2温度为T1时，在容积为1 L的密闭容器中仅发生反应：2NO(g)O2(g

11、) 2NO2(g)H”“”或“”)n。【解析】根据v正v(NO)消耗2v(O2)消耗k正c2(NO)c(O2)，得出k正，根据v逆v(NO2)消耗k逆c2(NO2)，得出k逆，当反应达到平衡时，v(NO)消耗v(NO2)消耗，所以K，2NO(g)O2(g) 2NO2(g)起始/molL1 0.6 0.3 0转化/molL1 0.2 0.1 0.2平衡/molL1 0.4 0.2 0.2K1.25；2NO(g)O2(g) 2NO2(g)H0，此反应正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，由于k正/k逆K，若温度升高为T2时，k正、k逆分别增大m倍和n倍，则mn。答案：1.25【科

12、技前沿】2021年，中国科学技术大学某研究团队，通过协同金属载体相互作用和原子限域，在石墨型氮化碳载体上制备出一种高密度镍铜三原子催化剂。在富乙烯氛围的乙炔(或1，3丁二烯)选择性加氢反应中，活性金属镍原子通过羟基被限域在两个铜原子位点中间，形成一种线式结构，镍原子位点在加氢反应中可以发生动态结构变化。这种动态结构变化，不仅可以改进催化剂对反应分子的吸附从而提高催化活性，而且可以维持高稳定性，而单镍位点则使得该催化剂表现出高选择性和高抗积碳性能。命题视角1：催化剂与反应历程如何从微观角度理解催化剂改变反应速率？催化剂在反应前后，性质上是否改变？提示：催化剂参与反应，改变了反应历程，降低活化能，

13、提高活化分子百分数，增大有效碰撞几率，从而提高反应速率。催化剂在反应前后，化学性质没变，物理性质改变。命题视角2：对催化剂性能的评价与镍单原子催化剂相比，该催化剂有哪些优点？提示：该催化剂在活性、选择性、稳定性方面表现出优异的催化性能，远远优于镍单原子催化剂。命题视角3：思维拓展CH4CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。CH4CO2催化重整反应为CH4(g)CO2(g)=2CO(g)2H2(g)。已知：C(s)2H2(g)=CH4(g)H75 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H394 kJmol1C(s)O2(g)=CO(g)H111 k

14、Jmol1反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如表所示：积碳反应CH4(g) =C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+C(s)=2CO(g)H/(kJmol-1)+75+172活化能/(kJmol-1)催化剂X3391催化剂Y4372由上表判断，催化剂X和催化剂Y哪种性能更优？原因是什么？提示：由于催化剂的活性会因积碳反应降低，因此应该使积碳反应尽可能减少或降低其速率，同时使消碳反应尽可能增多或加快其反应速率。根据表格可以得出积碳反应的活化能催化剂X小于催化剂Y，消碳反应的活化能催化剂X大于催化剂Y，故催化剂Y性能更优。命题视角4：社会担当这种高

15、密度镍铜三原子催化剂的开发对工业发展有何意义？提示：为未来设计高效、稳定且低成本的工业加氢催化剂提供了新思路。1“源”来如此(2019全国卷节选)水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。Shoichi研究了467 、489 时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。计算曲线a的反应在3090 min内的平均速率(a)_kPamin1。【解析】由图可知，3090 min内a曲线对应物质的分压变化量p(4.083.80) kP

16、a0.28 kPa，故曲线a的反应在3090 min内的平均速率(a)0.0047 kPamin1。答案：0.004 72变换有道(2021湖南选择考节选)某兴趣小组对反应2NH3(g) N2(g)3H2(g)进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。若保持容器体积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0t1时间内的反应速率v(H2)_molL1min1(用含t1的代数式表示)。【解析】设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2x，列出三段式：2NH3(g

17、) N2(g)3H2(g)起始/mol 0.1 0 0转化/mol 2x x 3x平衡/mol 0.12x x 3x根据同温同压下，混合气体的物质的量之比等于体积之比，解得x0.02 mol，v(H2) molL1min1。答案：两道试题均考查了涉及压强变化的反应速率的计算，并均以图示形式提供信息，但两题有明显的不同：第1小题是用单位时间内压强的变化表示反应速率，与反应速率的常用表示方法不同，可借助图中数据直接进行计算；第2小题是根据气体的物质的量与压强之间的关系，利用三段式进行分析计算，通过物质的量浓度表示反应速率。【加固训练】1(2020全国卷节选)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4

18、C2H6H2。反应在初期阶段的速率方程为：rkcCH4，其中k为反应速率常数。设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为时的反应速率为r2，则r2_r1。对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_。A增加甲烷浓度，r增大B增加H2浓度，r增大C乙烷的生成速率逐渐增大D降低反应温度，k减小【解析】设开始甲烷的浓度为1 molL1，由速率方程rkcCH4，则r1k，甲烷的转化率为时甲烷的浓度为(1) molL1，则r2(1)k(1)r1。由速率方程知甲烷浓度越大，r越大，与H2浓度无关，A正确，B错误；随反应进行甲烷浓度减小，r减小，乙烷的生成速率逐渐减小，C错误；降低反应温度，反应速率减小即

19、k减小，D正确。答案：(1)AD2(2018全国卷节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。343 K时反应的平衡转化率_%。平衡常数K343 K_(保留2位小数)。在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是_；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有_、_。比较a、b处反应速率大小：va_vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率vv正v逆k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xS

20、iCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的_(保留1位小数)。【解析】2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)，该反应为吸热反应，343 K时的平衡转化率比323 K时要高，所以22%2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)起始浓度 c 0 0改变浓度 0.22c 0.11c 0.11c平衡浓度 0.78c 0.11c 0.11c平衡常数K343 K0.02在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物等；要缩短反应达到平衡的时间，可采取加压、增大反应物浓度、使用催化剂等加快化学反应速率的措施。应根据温

21、度比较a、b处反应速率大小，a处温度为343K，b处温度为323 K，温度越高反应速率越快，故va大于vb 2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)SiCl4(g)起始浓度 c0 0改变浓度 0.22c 0.11c 0.11c平衡浓度 0.78c 0.11c 0.11c当反应达到平衡时，v正v逆，即k正x2SiHCl3k逆xSiH2Cl2xSiCl4xSiHCl30.78，xSiH2Cl2xSiCl40.11a处时结合图像可知：xSiHCl30.8，xSiH2Cl20.1，xSiCl40.1，a处时，1.3答案：220.02及时移去产物使用催化剂增大反应物压强(合理即可)大于1.3【知识点避

22、坑】对于可逆反应aAbBgGhH，v正k正ca(A)cb(B)，v逆k逆cg(G)ch(H)，浓度指数为反应级数，取决于反应历程。在基元反应中，反应级数等于化学计量数。但在非基元反应中，反应级数与化学计量数不一定相等。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：2N2O54NO2O2。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)/(molL1)1.400.960.660.480.350.240.12下列说法正确的是()A6001 200 s，生成NO2的平均速率为

23、5.0104molL1s1B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】选D。A.6001 200 s，N2O5的变化量为(0.960.66) molL10.3 molL1，在此时间段内NO2的变化量为其2倍，即0.6 molL1，因此，生成NO2的平均速率为1.0103molL1s1，A说法不正确；B.由表中数据可知，反应2 220 s时，N2O5的变化量为(1.400.35) molL11.05 molL1，其物质的量的变化量为1.05 molL10.1 L0.105 mol，O2的变化

24、量是其，即0.052 5 mol，因此，放出的O2在标准状况下的体积为0.052 5 mol 22.4 Lmol11.176 L，B说法不正确；C.反应达到平衡时，正反应速率等于逆反应速率，用不同物质表示该反应的速率时，其数值之比等于化学计量数之比，2v正(N2O5)v逆(NO2)，C说法不正确；D.分析表中数据可知，该反应经过1 110 s(6001 710，1 7102 820)后N2O5的浓度会变为原来的，因此，N2O5的浓度由0.24 molL1变为0.12 molL1时，可以推测上表中的x为(2 8201 110)3 930，D说法正确。2(2019全国卷节选改编)环戊二烯()容易发

25、生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法不正确的是_(填标号)。AT1 T1【解析】选D。A项，由容器中反应，2NO2(g) 2NO(g)O2(g)起始(molL1) 0.6 0 0变化量(molL1) 0.4 0.4 0.2平衡量(molL1) 0.2 0.4 0.2可以求出平衡常数K0.8，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol，其中NO占0.4 mol，所以NO的体积分数为50%，1。在平衡状态下，v正v(NO2)消耗v逆v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)k逆c2(NO)c(O2)，进一步求出K0.8；容器起始时Q0.56K

26、，容器达平衡时，一定小于1，错误；C项，若容器在某时刻，NO的体积分数为50%，由反应 2NO2(g) 2NO(g)O2(g)起始(molL1) 0 0.5 0.35变化量(molL1) 2x 2x x平衡量(molL1) 2x 0.52x 0.35x由100%50%，解得x0.05，求出此时浓度商Q4.8K，说明此时反应未达平衡，反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少，错误；D项，容器中，T1时，平衡常数为K0.8，T2时，k正k逆，反应达平衡时，v正v逆，即k正c2(NO2)k逆c2(NO)c(O2)，得c2(NO2)c2(NO)c(O2)，Kc2(NO)c(O2)/ c2(NO2)1，

27、平衡常数增大，反应正向移动，该反应为吸热反应，则应升高温度，即T2T1，正确。【典例】(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。A项，从图甲看，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，错误；B项，OH的浓度越大，pH越大，

28、图中0.1 molL1 NaOH对应的pH最大，曲线下降得最快，即溶液pH越大H2O2分解速率越快，错误；C项，从图丙看，相同时间内，0.1 molL1 NaOH条件下，H2O2分解最快，0 molL1 NaOH条件下反应最慢，而1.0 molL1 NaOH条件下反应处于中间，错误；D项，从图丁看，在Mn2存在越多时，H2O2的分解速率越快，正确。拓展点1氧化还原反应1双氧水能使酸性高锰酸钾溶液褪色，体现了双氧水的还原性(填“氧化”或“还原”)；将反应的方程式补充完整：5H2O22MnO6H=2Mn28H2O5O2。请归纳陌生氧化还原方程式的书写流程。提示：拓展点2物质结构与性质2如图所示是过氧化氢(H2O2)分子的空间结构示意图。H2O2分子中氧原子的原子轨道杂化方式是什么？提示：sp3杂化。由于杂化轨道类型不同，杂化轨道间的夹角也不相同，其成键时键角也就不相同，试总结杂化轨道类型与分子空间的关系。提示：杂化类型spsp2sp3用于杂化的原子轨道数234杂化轨道间的夹角18012010928VSEPR模型名称直线形平面三角形四面体形