2019-2020年高考化學一輪復習 課時25 化學反應速率考點過關.docx

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2019-2020年高考化學一輪復習 課時25 化學反應速率考點過關 化學反應速率的概念及表示方法 【基礎梳理】 1. 概念:化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢程度的物理量，通常用單位時間內　　　　　　　　或　　　　　　　　來表示。 說明:應注意這里所說的化學反應速率指的是平均反應速率，而不是瞬時反應速率。 一定溫度下，鋅粒在1 molL-1稀鹽酸中的反應速率與反應時間的關系如右圖所示，圖像中的A點的斜率就是在反應時間t1時刻的瞬時反應速率。 2. 數學表達式:如對于反應aA+bBcC+dD，v(A)=　　　　。 　　單位:molL-1s-1或molL-1min-1或molL-1h-1 3. 關系:在同一個化學反應中，用不同物質表示該反應的化學反應速率時，數值可能不相同。對于反應aA+bBcC+dD，用各物質表示的反應速率分別為v(A)、v(B)、v(C)、v(D)，則v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=　　　　。 4. 同一反應在不同階段的反應速率的變化 同一反應在不同反應階段的反應速率一般是不同的，主要原因:反應物濃度的不斷變化;而且反應所引起的熱量變化對反應也有較大影響。 5. 轉換率:α=100% 微課1　有關反應過程中化學反應速率的計算 1. 反應速率計算的“三段式”模板 以反應4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)為例說明: 現向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2，4 min后，測得生成的H2O占混合氣體體積的40%，則下列表示此段時間內該反應的平均速率不正確的是 (　　) 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]　設4 min時，生成6x mol H2O(g) 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　n(總) 起始量/mol:　　　　　　4　　　3　　 　 0　　　　0　　　　　7 變化量/mol: 4x 3x 2x 6x 4 min量/mol: 4-4x 3-3x 2x 6x 7+x 據題意，則有:=0.4，解得:x=0.5， 則4 min內H2O的變化濃度為Δc(H2O)==1.5 molL-1， v(H2O)==0.375 molL-1min-1， 再由各物質表示的速率之比等于各物質的化學計量數之比，可得各物質表示的反應速率分別為 v(N2)=0.125 molL-1min-1， v(NH3)=0.250 molL-1min-1， v(O2)=0.187 5 molL-1min-1。 【典型例題】 一、 基本計算 (xx廣東模擬)一定溫度時，向容積為2 L的密閉容器中充入一定量的SO2和O2，發(fā)生反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196 kJmol-1，一段時間后達平衡，反應過程中測定的部分數據見下表: 反應時間/min n(SO2)/mol n(O2)/mol 0 2 1 5 1.2 10 0.4 15 0.8 　　反應在前10 min的平均速率為v(SO2)=　　　　。 [答案]　0.06 molL-1min-1 [解析]　在10 min時，容器中n(O2)=0.4 mol，則n(SO2)=0.8 mol，則SO2減少了1.2 mol，v(SO2)==0.06 molL-1min-1。 一定條件下進行反應:2NO2(g)N2O4(g)，向2.0 L恒容密閉容器中充入1.0 mol NO2(g)，經過一段時間后達到平衡。反應過程中測得的有關數據見下表: t/s 0 2 4 6 8 n(N2O4)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40 　　反應在前2 s的平均速率為v(NO2)=　　　　。 [答案]　0.15 molL-1s-1 [解析]　根據表中數據，可以計算出v(N2O4)==0.075 molL-1s-1，根據反應速率之比等于化學計量數之比，得到v(NO2)=0.15 molL-1s-1。 二、 同一化學反應的反應速率關系及反應速率大小的比較 已知反應4NH3+5O24NO+6H2O，若反應速率分別用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，則下列關系正確的是 (　　) 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)，選項A錯誤;3v(NH3)=2v(H2O)，選項C錯誤;6v(O2)=5v(H2O)，選項B正確;4v(O2)=5v(NO)，選項D錯誤。 在2A+2BC+5D反應中，表示該反應速率最快的是 (　　) 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]　在不同時間段進行的化學反應，用不同物質表示化學反應速率時，應該轉化為用同一物質表示的速率，然后再比較其大小。我們不妨用C的濃度變化來表示。A項，v(C)=0.25 molL-1s-1;B項，v(C)=0.15 molL-1s-1;C項，v(C)=0.4 molL-1s-1;D項，v(C)=0.2 molL-1s-1。所以化學反應速率最快的是選項C。 三、 化學反應速率的圖像分析 大氣中的部分碘源于O3對海水中I-的氧化。將O3持續(xù)通入NaI溶液中進行模擬研究。 (1)O3將I-氧化成I2的過程由3步反應組成: ①I-(aq)+O3(g)IO-(aq)+O2(g) ②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) ③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)I2(aq)+H2O(l) 總反應的化學方程式為　 。 (2)為探究Fe2+對氧化I-反應的影響(反應體系如圖1)，某研究小組測定兩組實驗中濃度和體系pH，結果見圖2。 圖1 圖2 據圖2，計算318 s內第2組實驗中生成的平均反應速率(寫出計算過程，結果保留兩位有效數字)。 [答案]　(1)2I-+O3+2H+I2+H2O+O2 (2)v()==5.510-4 molL-1s-1 [解析]　由圖可知，318 s內第2組實驗中，c()由3.510-3 molL-1增加到11.810-3 molL-1，則生成的平均反應速率:v()==5.510-4 molL-1s-1，此問需要注意縱坐標中“c()/10-3 molL-1”隱含的信息，計算時需要將圖中所得數據乘以“10-3 molL-1”。 鎳具有優(yōu)良的物理和化學特性，是許多領域尤其是高技術產業(yè)的重要原料。已知:M(Ni)=59 gmol-1。 羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應依次為 反應Ⅰ:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)　ΔH1<0 反應Ⅱ:Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)　ΔH2 (1)在溫度不變的情況下，要提高反應Ⅰ中Ni(CO)4的產率，可采取的措施有　　　　、　　　　。 (2)已知350 K下的2 L密閉容器中裝有100 g粗鎳(純度98.5%，所含雜質不與CO反應)，通入6 mol CO氣體發(fā)生反應Ⅰ制備Ni(CO)4，容器內剩余固體質量和反應時間的關系如上圖所示，10 min后剩余固體質量不再變化。 反應Ⅰ在0~10 min的平均反應速率v[Ni(CO)4]=　　　　。 [答案]　(1)增大CO濃度　加壓 (2)0.05 molL-1min-1 [解析]　(1)要提高反應Ⅰ中Ni(CO)4的產率，即使平衡向正反應方向移動，可采取的措施有增大CO濃度、加壓等。 (2)由圖可知，10 min時，消耗的鎳的質量為59 g，即消耗了1 mol鎳，同時生成了1 mol Ni(CO)4，反應是在2 L密閉容器中進行的，所以c[Ni(CO)4]==0.50 molL-1，v[Ni(CO)4]==0.05 molL-1min-1。 四、 反應過程曲線變化圖與基本計算 固定和利用CO2能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上有一種用CO2來生產甲醇燃料的方法，原理如下: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJmol-1 某科學實驗將6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密閉容器中，測得H2的物質的量隨時間變化如下圖所示(實線)。 (1)a點正反應速率　　　　(填“>”、“<”或“=”)逆反應速率。 (2)下列時間段平均反應速率最大的是　　　　，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點反應正向進行，則v(正)>v(逆)。 (2)圖像中，0~1 min斜率最大，化學反應速率最大;8~11 min斜率為0，反應宏觀結束。 在25 ℃時，密閉容器中X、Y、Z三種氣體的濃度變化情況如下圖，下列說法錯誤的是 (　　) A. 反應可表示為3X+Y2Z B. 從反應開始到0.4 s時，以Y表示的化學反應速率為0.25 molL-1s-1 C. 增大壓強使平衡向生成Z的方向移動，正反應速率增大，逆反應速率減小 D. 升高溫度，正反應為吸熱反應，平衡常數一定增大 [答案]　C [解析]　從反應開始到0.4 s時，X、Y、Z的物質的量濃度變化量分別為0.3 molL-1、0.1 molL-1、0.2 molL-1，則其化學計量數之比為3∶1∶2，A正確;從反應開始到0.4 s時，以Y表示的化學反應速率為=0.25 molL-1s-1，B正確;增大壓強，正、逆反應速率均增大，但增大的倍數不同，C錯誤。 　 化學反應速率的理解 在反應速率的計算中，要明確反應速率是指單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加，為平均反應速率。要避免用物質的量直接計算;固體無濃度概念，故一般不用固體表示反應速率。 影響化學反應速率的因素 【基礎梳理】 1. 反應速率理論(碰撞理論和活化理論) (1)有效碰撞:　　　　　　　　的碰撞稱為有效碰撞。 有效碰撞必須具備兩個條件:一是發(fā)生碰撞的分子具有　　　　　　　　，二是分子必須在　　　　　　　　　。 (2)活化分子:在化學反應中，能量較高，有可能發(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。 活化分子的百分數=100% (3)活化能:活化分子具有的最低能量與所有分子的平均能量之差稱為活化能。 在下圖中，反應的活化能是　　　　，反應熱是　　　　。 2. 影響化學反應速率的因素 (1)內因(決定因素):化學反應速率的大小由參加反應的物質本身的性質所決定。如金屬與水反應的速率:Na　　Mg　　Al。 (2)外因 ①濃度:當其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以　　　　化學反應速率;減小反應物的濃度，可以　　　　化學反應速率。 ②壓強:在其他條件不變時，對有氣體參加的反應，增大壓強，反應速率　　　　;減小壓強，反應速率　　　　。 ③溫度:在其他條件不變時，升高溫度，可以　　　　化學反應速率，溫度越高，化學反應速率越快(實驗測得，溫度每升高10 ℃，化學反應速率通常增大到原來的2~4倍);降低溫度，可以　　　　化學反應速率，溫度越低，化學反應速率越慢。 ④催化劑:使用催化劑可以　　　　化學反應速率(不作特殊強調，一般指正催化劑)。 ⑤其他因素:除濃度、溫度、壓強、催化劑這四大影響因素外，光、超聲波、激光、放射線、電磁波、反應物顆粒的大小、構成微小原電池等也能影響反應速率。 3. 用化學反應速率理論來解釋化學反應的快慢 活化能→活化分子→有效碰撞→化學反應速率 影 響 外因 單位體積內 有效碰撞次數 化學反應速率 分子總數 活化分子數 活化分子百分數 增大反應物濃度 增大壓強 升高溫度 使用催化劑 微課2　有關化學反應速率的易錯點分析 1. 向反應體系中加入物質一定會加快反應速率嗎? 2. 對可逆反應，增大生成物濃度能加快反應速率? 3. 增大壓強一定會加快反應速率? 4. 對系數相等的氣相可逆反應，增大壓強能加快反應速率嗎? 5. 對于正反應是吸熱的可逆反應，升溫，正反應速率增大，逆反應速率減慢，這種說法對嗎? 6. 使用催化劑能提高轉化率嗎? [答案]　1. 若加入的是固體物質，則對反應速率無影響;若加入的溶液與原來是等濃度的，盡管加入物質，但未改變反應物濃度，對反應速率無影響;若是恒溫恒容條件下發(fā)生的氣相反應，加入的是稀有氣體，對反應速率也沒有影響。 2. 對可逆反應，增大生成物濃度的瞬間，正反應速率不變，逆反應速率增大，使平衡逆向移動，從而使反應物濃度也增大，正反應速率隨即增大。 3. 對于非氣相反應，增大壓強對反應速率無影響;恒溫恒容條件下的氣相反應，充入稀有氣體，盡管增大壓強，但各個反應物、生成物濃度未發(fā)生變化，反應速率不變。 4. 對系數相等的氣相可逆反應，增大壓強，能同等程度地加快反應速率。 5. 對于正反應是吸熱的可逆反應，升高溫度，正反應和逆反應速率均增大。 6. 使用催化劑能同等程度的改變反應速率，平衡不移動，不能提高反應物轉化率。 【典型例題】 某化學小組為了研究外界條件對化學反應速率的影響，進行了如下實驗: 【實驗原理】　2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O 【實驗內容及記錄】 實驗 編號 室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL 室溫下溶液顏色褪至無色所需時間/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 　　請回答: (1)根據上表中的實驗數據，可以得到的結論是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)利用實驗1中數據計算，用KMnO4的濃度變化表示的反應速率為v(KMnO4)=　　　　　。 (3)該小組同學根據經驗繪制了n(Mn2+)隨時間變化趨勢的示意圖，如圖1所示。但有同學查閱已有的實驗資料發(fā)現，該實驗過程中n(Mn2+)隨時間變化的趨勢應如圖2所示。該小組同學根據圖2所示信息提出了新的假設，并繼續(xù)進行實驗探究。 圖1 圖2 ①該小組同學提出的假設是　 。 ②請你幫助該小組同學完成實驗方案，并填寫表中空白。 實驗 編號 室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL 再向試管中加入少量固體 室溫下溶液顏色褪至無色所需時間/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若該小組同學提出的假設成立，應觀察到的現象是　 。 [答案]　(1)其他條件相同時，增大H2C2O4濃度(或反應物濃度)，反應速率增大 (2)1.010-2 molL-1min-1 (3)①生成物中的MnSO4為該反應的催化劑(或Mn2+對該反應有催化作用) ②MnSO4 ③與實驗1比較，溶液褪色所需時間短 [解析]　(1)從表中數據可知改變的條件是H2C2O4濃度;其他條件相同時，增大H2C2O4濃度，反應速率增大;原因是反應物濃度增大，單位體積內的活化分子數增多，有效碰撞幾率增大。(3)由圖2可知反應開始后速率增大的比較快，說明生成物中的MnSO4(或Mn2+)為該反應的催化劑，做對比實驗與實驗1比較，其他條件相同時加入MnSO4，若反應加快，溶液褪色的時間小于1.5 min，說明Mn2+是催化劑。 某合作小組同學將銅片加入稀硝酸，發(fā)現開始時反應非常慢，一段時間后反應速率明顯加快。該小組通過實驗探究其原因。 (1)該反應的離子方程式為　 。 (2)提出合理假設。該實驗中反應速率明顯加快的原因可能是　　　　(填字母)。 A. 反應放熱導致溫度升高 B. 壓強增大 C. 生成物的催化作用 D. 反應物接觸面積增大 (3)初步探究。測定反應過程中溶液不同時間的溫度，結果如下表: 時間/min 0 5 10 15 20 25 35 50 60 70 80 溫度/℃ 25 26 26 26 26 26 26.5 27 27 27 27 　　結合實驗目的和表中數據，你得出的結論是 　。 (4)進一步探究。查閱文獻了解到化學反應的產物(含中間產物)可能對反應有催化作用，請完成以下實驗設計表并將實驗目的補充完整。 實驗 編號 銅片 質量/g 0.1 molL-1 硝酸體積/mL 硝酸銅 晶體/g 亞硝酸鈉 晶體/g 實驗目的 ① 5 20 實驗①和②探究　　　　的影響;實驗①和③探究亞硝酸根的影響? ② 0.5 ③ [答案]　(1)3Cu+8H++2N3Cu2++2NO↑+4H2O (2)AC (3)溫度不是反應速率明顯加快的主要原因 (4) 實驗 編號 銅片 質量/g 0.1 molL-1 硝酸體積/mL 硝酸銅 晶體/g 亞硝酸鈉 晶體/g 實驗目的 ① 5 20 0 0 實驗①和②探究Cu2+的影響;實驗①和③探究亞硝酸根的影響 ② 5 20 0.5 0 ③ 5 20 0 0.5 解析　(1)銅片與稀硝酸的反應為3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，改為離子方程式即可。 (2)該反應為氧化還原反應，反應放熱，溫度升高使化學反應速率增大，A項合理;在溶液中進行的反應，壓強對化學反應速率無影響，B項不合理;催化劑能使化學反應速率加快，C項合理;在溶液中進行的反應，反應物的接觸面積不可能增大，D項不合理。 (3)反應從開始至80 min結束，體系的溫度變化不明顯，但題目明確化學反應速率升高，因此溫度并非本實驗化學反應速率變化的主要因素。 (4)題干明確“產物(含中間產物)可能對反應有催化作用”，結合表格知用Cu2+、N的變化對比即可得出結論，參照實驗兩者皆為0即可。 H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學研究中應用廣泛。 某小組擬在同濃度Fe3+的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應速率的影響。限選試劑與儀器:30%H2O2、0.1 molL-1Fe2(SO4)3、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。 (1)設計實驗方案:在不同H2O2濃度下，測定　　　　　　　　　　　　(要求所測得的數據能直接體現反應速率大小)。 (2)設計實驗裝置，完成右圖的裝置示意圖。 (3)參照下表格式，擬定實驗表格，完整體現實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數據;數據用字母表示)。 物理量 實驗序號 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL …… 1 a …… 2 a …… [答案]　(1)收集相同體積的氧氣所需時間(或相同時間所收集氧氣的體積)　 (2) (3) 物理量 實驗序號　　　 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL V(H2O2)/mL V(H2O)/mL V(O2)/mL 時間/s 1 a b c e d 2 a c b e f 或 物理量 實驗序號　　　 V[0.1 molL-1Fe2(SO4)3]/mL V(H2O2)/mL V(H2O)/mL 時間/s V(O2)/mL 1 a b c e d 2 a c b e f [解析]　反應速率是單位時間內物質濃度的改變量，所以測定不同濃度的過氧化氫對分解速率的影響，需測定相同的時間內產生氧氣的體積的多少，或生成相同體積的氧氣所需時間的多少;要保證除了H2O2濃度不同之外，其他物質的濃度均相等，因而溶液的總體積一定，加入的硫酸鐵一定，H2O2和H2O的體積和相等即可。 某探究小組用HNO3與大理石反應過程中質量減小的方法，研究影響反應速率的因素。所用HNO3濃度為1.00 molL-1、2.00 molL-1，大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格，實驗溫度為298 K、308 K，每次實驗HNO3的用量為25.0 mL、大理石用量為10.00 g。 (1)請完成以下實驗設計表，并在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號。 實驗編號 T/K 大理石規(guī)格 HNO3濃度/molL-1 實驗目的 ① 298 粗顆粒 2.00 (Ⅰ)實驗①和②探究HNO3濃度對該反應速率的影響 (Ⅱ)實驗①和　　　　探究溫度對該反應速率的影響 (Ⅲ)實驗①和　　　　探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應速率的影響 ② 298 粗顆粒 1.00 ③ 308 粗顆粒 2.00 ④ 298 細顆粒 2.00 (2)實驗①中CO2質量隨時間變化的關系見右圖，計算實驗①在7090 s內HNO3的平均反應速率。(忽略溶液體積變化，寫出計算過程) (3)請畫出實驗②、③和④中CO2質量隨時間變化關系的預期結果示意圖。 [答案]　(1)③　④ (2)依據反應CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+CO2↑+H2O計算，實驗①在7090 s范圍內Δn(CO2)==2.5 10-3 mol，v(HNO3)===0.01 molL-1s-1。 (3) 解析　作圖要點:實驗②中，HNO3不足量，縱坐標對應的每一個值均為①中的;實驗③、④的圖像類似，恰好完全反應，但反應條件改變，升高溫度與大理石細顆粒增大表面積可加快反應速率，所以圖像曲線斜率變大，平衡位置縱坐標與實驗①相同。