2019-2020年高考化学一轮复习 课时25 化学反应速率考点过关.docx

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2019-2020年高考化学一轮复习 课时25 化学反应速率考点过关 化学反应速率的概念及表示方法 【基础梳理】 1. 概念:化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量，通常用单位时间内　　　　　　　　或　　　　　　　　来表示。 说明:应注意这里所说的化学反应速率指的是平均反应速率，而不是瞬时反应速率。 一定温度下，锌粒在1 molL-1稀盐酸中的反应速率与反应时间的关系如右图所示，图像中的A点的斜率就是在反应时间t1时刻的瞬时反应速率。 2. 数学表达式:如对于反应aA+bBcC+dD，v(A)=　　　　。 　　单位:molL-1s-1或molL-1min-1或molL-1h-1 3. 关系:在同一个化学反应中，用不同物质表示该反应的化学反应速率时，数值可能不相同。对于反应aA+bBcC+dD，用各物质表示的反应速率分别为v(A)、v(B)、v(C)、v(D)，则v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=　　　　。 4. 同一反应在不同阶段的反应速率的变化 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也有较大影响。 5. 转换率:α=100% 微课1　有关反应过程中化学反应速率的计算 1. 反应速率计算的“三段式”模板 以反应4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)为例说明: 现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2，4 min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是 (　　) A. v(N2)=0.125 molL-1min-1 B. v(H2O)=0.375 molL-1min-1 C. v(O2)=0.225 molL-1min-1 D. v(NH3)=0.250 molL-1min-1 [答案]　C [解析]　设4 min时，生成6x mol H2O(g) 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　n(总) 起始量/mol:　　　　　　4　　　3　　 　 0　　　　0　　　　　7 变化量/mol: 4x 3x 2x 6x 4 min量/mol: 4-4x 3-3x 2x 6x 7+x 据题意，则有:=0.4，解得:x=0.5， 则4 min内H2O的变化浓度为Δc(H2O)==1.5 molL-1， v(H2O)==0.375 molL-1min-1， 再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为 v(N2)=0.125 molL-1min-1， v(NH3)=0.250 molL-1min-1， v(O2)=0.187 5 molL-1min-1。 【典型例题】 一、 基本计算 (xx广东模拟)一定温度时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2，发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJmol-1，一段时间后达平衡，反应过程中测定的部分数据见下表: 反应时间/min n(SO2)/mol n(O2)/mol 0 2 1 5 1.2 10 0.4 15 0.8 　　反应在前10 min的平均速率为v(SO2)=　　　　。 [答案]　0.06 molL-1min-1 [解析]　在10 min时，容器中n(O2)=0.4 mol，则n(SO2)=0.8 mol，则SO2减少了1.2 mol，v(SO2)==0.06 molL-1min-1。 一定条件下进行反应:2NO2(g)N2O4(g)，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol NO2(g)，经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的有关数据见下表: t/s 0 2 4 6 8 n(N2O4)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40 　　反应在前2 s的平均速率为v(NO2)=　　　　。 [答案]　0.15 molL-1s-1 [解析]　根据表中数据，可以计算出v(N2O4)==0.075 molL-1s-1，根据反应速率之比等于化学计量数之比，得到v(NO2)=0.15 molL-1s-1。 二、 同一化学反应的反应速率关系及反应速率大小的比较 已知反应4NH3+5O24NO+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) [答案]　B [解析]　5v(NH3)=4v(O2)，选项A错误;3v(NH3)=2v(H2O)，选项C错误;6v(O2)=5v(H2O)，选项B正确;4v(O2)=5v(NO)，选项D错误。 在2A+2BC+5D反应中，表示该反应速率最快的是 (　　) A. v(A)=0.5 molL-1s-1 B. v(B)=0.3 molL-1s-1 C. v(C)=0.4 molL-1s-1 D. v(D)=1 molL-1s-1 [答案]　C [解析]　在不同时间段进行的化学反应，用不同物质表示化学反应速率时，应该转化为用同一物质表示的速率，然后再比较其大小。我们不妨用C的浓度变化来表示。A项，v(C)=0.25 molL-1s-1;B项，v(C)=0.15 molL-1s-1;C项，v(C)=0.4 molL-1s-1;D项，v(C)=0.2 molL-1s-1。所以化学反应速率最快的是选项C。 三、 化学反应速率的图像分析 大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。 (1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成: ①I-(aq)+O3(g)IO-(aq)+O2(g) ②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) ③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)I2(aq)+H2O(l) 总反应的化学方程式为　 。 (2)为探究Fe2+对氧化I-反应的影响(反应体系如图1)，某研究小组测定两组实验中浓度和体系pH，结果见图2。 图1 图2 据图2，计算318 s内第2组实验中生成的平均反应速率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。 [答案]　(1)2I-+O3+2H+I2+H2O+O2 (2)v()==5.510-4 molL-1s-1 [解析]　由图可知，318 s内第2组实验中，c()由3.510-3 molL-1增加到11.810-3 molL-1，则生成的平均反应速率:v()==5.510-4 molL-1s-1，此问需要注意纵坐标中“c()/10-3 molL-1”隐含的信息，计算时需要将图中所得数据乘以“10-3 molL-1”。 镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。已知:M(Ni)=59 gmol-1。 羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为 反应Ⅰ:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)　ΔH1<0 反应Ⅱ:Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)　ΔH2 (1)在温度不变的情况下，要提高反应Ⅰ中Ni(CO)4的产率，可采取的措施有　　　　、　　　　。 (2)已知350 K下的2 L密闭容器中装有100 g粗镍(纯度98.5%，所含杂质不与CO反应)，通入6 mol CO气体发生反应Ⅰ制备Ni(CO)4，容器内剩余固体质量和反应时间的关系如上图所示，10 min后剩余固体质量不再变化。 反应Ⅰ在0~10 min的平均反应速率v[Ni(CO)4]=　　　　。 [答案]　(1)增大CO浓度　加压 (2)0.05 molL-1min-1 [解析]　(1)要提高反应Ⅰ中Ni(CO)4的产率，即使平衡向正反应方向移动，可采取的措施有增大CO浓度、加压等。 (2)由图可知，10 min时，消耗的镍的质量为59 g，即消耗了1 mol镍，同时生成了1 mol Ni(CO)4，反应是在2 L密闭容器中进行的，所以c[Ni(CO)4]==0.50 molL-1，v[Ni(CO)4]==0.05 molL-1min-1。 四、 反应过程曲线变化图与基本计算 固定和利用CO2能有效地利用资源，并减少空气中的温室气体。工业上有一种用CO2来生产甲醇燃料的方法，原理如下: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJmol-1 某科学实验将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如下图所示(实线)。 (1)a点正反应速率　　　　(填“>”、“<”或“=”)逆反应速率。 (2)下列时间段平均反应速率最大的是　　　　，最小的是　　　　。(填字母) A. 0~1 min B. 1~3 min C. 3~8 min D. 8~11 min [答案]　(1)>　(2)A　D [解析]　(1)a点反应正向进行，则v(正)>v(逆)。 (2)图像中，0~1 min斜率最大，化学反应速率最大;8~11 min斜率为0，反应宏观结束。 在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的浓度变化情况如下图，下列说法错误的是 (　　) A. 反应可表示为3X+Y2Z B. 从反应开始到0.4 s时，以Y表示的化学反应速率为0.25 molL-1s-1 C. 增大压强使平衡向生成Z的方向移动，正反应速率增大，逆反应速率减小 D. 升高温度，正反应为吸热反应，平衡常数一定增大 [答案]　C [解析]　从反应开始到0.4 s时，X、Y、Z的物质的量浓度变化量分别为0.3 molL-1、0.1 molL-1、0.2 molL-1，则其化学计量数之比为3∶1∶2，A正确;从反应开始到0.4 s时，以Y表示的化学反应速率为=0.25 molL-1s-1，B正确;增大压强，正、逆反应速率均增大，但增大的倍数不同，C错误。 　 化学反应速率的理解 在反应速率的计算中，要明确反应速率是指单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加，为平均反应速率。要避免用物质的量直接计算;固体无浓度概念，故一般不用固体表示反应速率。 影响化学反应速率的因素 【基础梳理】 1. 反应速率理论(碰撞理论和活化理论) (1)有效碰撞:　　　　　　　　的碰撞称为有效碰撞。 有效碰撞必须具备两个条件:一是发生碰撞的分子具有　　　　　　　　，二是分子必须在　　　　　　　　　。 (2)活化分子:在化学反应中，能量较高，有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。 活化分子的百分数=100% (3)活化能:活化分子具有的最低能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。 在下图中，反应的活化能是　　　　，反应热是　　　　。 2. 影响化学反应速率的因素 (1)内因(决定因素):化学反应速率的大小由参加反应的物质本身的性质所决定。如金属与水反应的速率:Na　　Mg　　Al。 (2)外因 ①浓度:当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以　　　　化学反应速率;减小反应物的浓度，可以　　　　化学反应速率。 ②压强:在其他条件不变时，对有气体参加的反应，增大压强，反应速率　　　　;减小压强，反应速率　　　　。 ③温度:在其他条件不变时，升高温度，可以　　　　化学反应速率，温度越高，化学反应速率越快(实验测得，温度每升高10 ℃，化学反应速率通常增大到原来的2~4倍);降低温度，可以　　　　化学反应速率，温度越低，化学反应速率越慢。 ④催化剂:使用催化剂可以　　　　化学反应速率(不作特殊强调，一般指正催化剂)。 ⑤其他因素:除浓度、温度、压强、催化剂这四大影响因素外，光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物颗粒的大小、构成微小原电池等也能影响反应速率。 3. 用化学反应速率理论来解释化学反应的快慢 活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率 影 响 外因 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 使用催化剂 微课2　有关化学反应速率的易错点分析 1. 向反应体系中加入物质一定会加快反应速率吗? 2. 对可逆反应，增大生成物浓度能加快反应速率? 3. 增大压强一定会加快反应速率? 4. 对系数相等的气相可逆反应，增大压强能加快反应速率吗? 5. 对于正反应是吸热的可逆反应，升温，正反应速率增大，逆反应速率减慢，这种说法对吗? 6. 使用催化剂能提高转化率吗? [答案]　1. 若加入的是固体物质，则对反应速率无影响;若加入的溶液与原来是等浓度的，尽管加入物质，但未改变反应物浓度，对反应速率无影响;若是恒温恒容条件下发生的气相反应，加入的是稀有气体，对反应速率也没有影响。 2. 对可逆反应，增大生成物浓度的瞬间，正反应速率不变，逆反应速率增大，使平衡逆向移动，从而使反应物浓度也增大，正反应速率随即增大。 3. 对于非气相反应，增大压强对反应速率无影响;恒温恒容条件下的气相反应，充入稀有气体，尽管增大压强，但各个反应物、生成物浓度未发生变化，反应速率不变。 4. 对系数相等的气相可逆反应，增大压强，能同等程度地加快反应速率。 5. 对于正反应是吸热的可逆反应，升高温度，正反应和逆反应速率均增大。 6. 使用催化剂能同等程度的改变反应速率，平衡不移动，不能提高反应物转化率。 【典型例题】 某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验: 【实验原理】　2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O 【实验内容及记录】 实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min　　 0.6 molL-1 H2C2O4溶液 H2O 3 molL-1 稀硫酸 0.05 molL-1 KMnO4溶液 1 3.0 2.0 2.0 3.0 1.5 2 2.0 3.0 2.0 3.0 2.7 3 1.0 4.0 2.0 3.0 3.9 　　请回答: (1)根据上表中的实验数据，可以得到的结论是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)利用实验1中数据计算，用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v(KMnO4)=　　　　　。 (3)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2+)随时间变化趋势的示意图，如图1所示。但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n(Mn2+)随时间变化的趋势应如图2所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究。 图1 图2 ①该小组同学提出的假设是　 。 ②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。 实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 再向试管中加入少量固体 室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min 0.6 molL-1 H2C2O4溶液 H2O 3 mol L-1稀硫酸 0.05 mol L-1 KMnO4溶液 4 3.0 2.0 2.0 3.0 t ③若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是　 。 [答案]　(1)其他条件相同时，增大H2C2O4浓度(或反应物浓度)，反应速率增大 (2)1.010-2 molL-1min-1 (3)①生成物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用) ②MnSO4 ③与实验1比较，溶液褪色所需时间短 [解析]　(1)从表中数据可知改变的条件是H2C2O4浓度;其他条件相同时，增大H2C2O4浓度，反应速率增大;原因是反应物浓度增大，单位体积内的活化分子数增多，有效碰撞几率增大。(3)由图2可知反应开始后速率增大的比较快，说明生成物中的MnSO4(或Mn2+)为该反应的催化剂，做对比实验与实验1比较，其他条件相同时加入MnSO4，若反应加快，溶液褪色的时间小于1.5 min，说明Mn2+是催化剂。 某合作小组同学将铜片加入稀硝酸，发现开始时反应非常慢，一段时间后反应速率明显加快。该小组通过实验探究其原因。 (1)该反应的离子方程式为　 。 (2)提出合理假设。该实验中反应速率明显加快的原因可能是　　　　(填字母)。 A. 反应放热导致温度升高 B. 压强增大 C. 生成物的催化作用 D. 反应物接触面积增大 (3)初步探究。测定反应过程中溶液不同时间的温度，结果如下表: 时间/min 0 5 10 15 20 25 35 50 60 70 80 温度/℃ 25 26 26 26 26 26 26.5 27 27 27 27 　　结合实验目的和表中数据，你得出的结论是 　。 (4)进一步探究。查阅文献了解到化学反应的产物(含中间产物)可能对反应有催化作用，请完成以下实验设计表并将实验目的补充完整。 实验 编号 铜片 质量/g 0.1 molL-1 硝酸体积/mL 硝酸铜 晶体/g 亚硝酸钠 晶体/g 实验目的 ① 5 20 实验①和②探究　　　　的影响;实验①和③探究亚硝酸根的影响? ② 0.5 ③ [答案]　(1)3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O (2)AC (3)温度不是反应速率明显加快的主要原因 (4) 实验 编号 铜片 质量/g 0.1 molL-1 硝酸体积/mL 硝酸铜 晶体/g 亚硝酸钠 晶体/g 实验目的 ① 5 20 0 0 实验①和②探究Cu2+的影响;实验①和③探究亚硝酸根的影响 ② 5 20 0.5 0 ③ 5 20 0 0.5 解析　(1)铜片与稀硝酸的反应为3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，改为离子方程式即可。 (2)该反应为氧化还原反应，反应放热，温度升高使化学反应速率增大，A项合理;在溶液中进行的反应，压强对化学反应速率无影响，B项不合理;催化剂能使化学反应速率加快，C项合理;在溶液中进行的反应，反应物的接触面积不可能增大，D项不合理。 (3)反应从开始至80 min结束，体系的温度变化不明显，但题目明确化学反应速率升高，因此温度并非本实验化学反应速率变化的主要因素。 (4)题干明确“产物(含中间产物)可能对反应有催化作用”，结合表格知用Cu2+、N的变化对比即可得出结论，参照实验两者皆为0即可。 H2O2是一种绿色氧化还原试剂，在化学研究中应用广泛。 某小组拟在同浓度Fe3+的催化下，探究H2O2浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器:30%H2O2、0.1 molL-1Fe2(SO4)3、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。 (1)设计实验方案:在不同H2O2浓度下，测定　　　　　　　　　　　　(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。 (2)设计实验装置，完成右图的装置示意图。 (3)参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据;数据用字母表示)。 物理量 实验序号 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL …… 1 a …… 2 a …… [答案]　(1)收集相同体积的氧气所需时间(或相同时间所收集氧气的体积)　 (2) (3) 物理量 实验序号　　　 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL V(H2O2)/mL V(H2O)/mL V(O2)/mL 时间/s 1 a b c e d 2 a c b e f 或 物理量 实验序号　　　 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL V(H2O2)/mL V(H2O)/mL 时间/s V(O2)/mL 1 a b c e d 2 a c b e f [解析]　反应速率是单位时间内物质浓度的改变量，所以测定不同浓度的过氧化氢对分解速率的影响，需测定相同的时间内产生氧气的体积的多少，或生成相同体积的氧气所需时间的多少;要保证除了H2O2浓度不同之外，其他物质的浓度均相等，因而溶液的总体积一定，加入的硫酸铁一定，H2O2和H2O的体积和相等即可。 某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 molL-1、2.00 molL-1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3的用量为25.0 mL、大理石用量为10.00 g。 (1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号。 实验编号 T/K 大理石规格 HNO3浓度/molL-1 实验目的 ① 298 粗颗粒 2.00 (Ⅰ)实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响 (Ⅱ)实验①和　　　　探究温度对该反应速率的影响 (Ⅲ)实验①和　　　　探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响 ② 298 粗颗粒 1.00 ③ 308 粗颗粒 2.00 ④ 298 细颗粒 2.00 (2)实验①中CO2质量随时间变化的关系见右图，计算实验①在7090 s内HNO3的平均反应速率。(忽略溶液体积变化，写出计算过程) (3)请画出实验②、③和④中CO2质量随时间变化关系的预期结果示意图。 [答案]　(1)③　④ (2)依据反应CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+CO2↑+H2O计算，实验①在7090 s范围内Δn(CO2)==2.5 10-3 mol，v(HNO3)===0.01 molL-1s-1。 (3) 解析　作图要点:实验②中，HNO3不足量，纵坐标对应的每一个值均为①中的;实验③、④的图像类似，恰好完全反应，但反应条件改变，升高温度与大理石细颗粒增大表面积可加快反应速率，所以图像曲线斜率变大，平衡位置纵坐标与实验①相同。