第8章第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率與其影響因素

1、第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率與其影響因素明考綱要求理主干脈絡(luò)1.了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念，反應(yīng)速率的定量表示方法。2.了解催化劑在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重大作用。3.理解外界條件(濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等)對反應(yīng)速率的影響，認(rèn)識(shí)其一般規(guī)律。4.了解化學(xué)反應(yīng)速率的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的作用。一、化學(xué)反應(yīng)速率二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素1內(nèi)因(主要因素)反應(yīng)物本身的性質(zhì)，如Na、Mg、Al與水反應(yīng)的速率由大到小的順序?yàn)椋篘a>Mg>Al。2外因(其他條件不變，只改變一個(gè)條件)3理論解釋有效碰撞理論(1)有效碰撞：能發(fā)生反應(yīng)的分子之間的碰撞。(2)活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。

2、(3)活化能：如圖E1表示活化能；E2表示活化分子變成生成物分子放出的能量；E1E2表示反應(yīng)熱。(4)根據(jù)有效碰撞理論，完成下表。項(xiàng)目條件改變活化能單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)化學(xué)反應(yīng)速率分子總數(shù)活化分子數(shù)活化分子百分?jǐn)?shù)增大濃度不變增加增加不變增加加快增大壓強(qiáng)不變增加增加不變增加加快升高溫度不變不變增加增加增加加快加催化劑降低不變增加增加增加加快1.判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”)。(1)(2012·江蘇高考)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0其他條件不變時(shí)升高溫度，反應(yīng)速率v(H2)和H2的轉(zhuǎn)化率均增大。()(2)(2011·江蘇高考)對于反應(yīng)2

3、H2O2=2H2OO2，加入MnO2或升高溫度都能加快O2的生成速率。()(3)(2011·北京高考)常溫下鈉與足量O2反應(yīng)生成Na2O，隨溫度升高生成Na2O的速率逐漸加快。()(4)(2011·海南高考)對于可逆反應(yīng)H2(g)I2(g)2HI(g)，H2(g)的消耗速率與HI(g)的生成速率之比為21。()(5)(2010·福建高考)同時(shí)改變兩個(gè)變量來研究反應(yīng)速率的變化，能更快得出有關(guān)規(guī)律。()(6)化學(xué)反應(yīng)速率一定隨著時(shí)間的延長而減小。()(7)鋅與稀H2SO4反應(yīng)時(shí)，硫酸的濃度越大，產(chǎn)生H2的速率越快。()(8)合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以工業(yè)合成氨時(shí)溫度越

4、低越好。()提示：(1)×(2)(3)×(4)×(5)×(6)×(7)× (8)×2表達(dá)式v中的v是平均速率還是即時(shí)速率？答案：平均速率。3甲、乙兩容器中分別充入2 mol NO2和4 mol NO2,5分鐘后兩者各反應(yīng)掉NO2 1 mol和2 mol，能否說明乙中反應(yīng)速率大？答案：不能，因?yàn)榧?、乙兩容器的容積不一定相等，若甲、乙兩容器的容積比為12，則兩者的反應(yīng)速率相等。4可逆反應(yīng)N23H22NH3在不同時(shí)間段測得的反應(yīng)速率分別為v(N2)1 mol·L1·s1，v(H2)2.5 mol·L1

5、·s1，能否說明v(H2)>v(N2)?答案：比較化學(xué)反應(yīng)速率大小時(shí)，必須使用同一物質(zhì)的反應(yīng)速率且單位一致，v(N2)換算成v(H2)時(shí)，相當(dāng)于3 mol·L1·s1，所以上述反應(yīng)中v(N2)>v(H2)。5有人說壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響是通過改變濃度實(shí)現(xiàn)的。這種說法是否正確，對此你如何理解？答案：這種說法是正確的。對于有氣體參加的反應(yīng)，壓強(qiáng)改變氣體物質(zhì)的濃度改變化學(xué)反應(yīng)速率改變，如對于2SO2(g)O2(g)2SO3(g)增大壓強(qiáng)，SO2、O2、SO3的濃度均增大，正、逆反應(yīng)速率均增大。6寫出以下影響反應(yīng)速率的因素。(1)黃鐵礦煅燒要粉碎成細(xì)小顆粒_

6、。(2)向H2O2中加入MnO2，迅速產(chǎn)生O2_。(3)夏天的食品易霉，而冬天不易發(fā)生_。(4)煤氣中毒的病人要迅速抬至室外有新鮮空氣的地方_。答案：(1)固體表面積(2)催化劑(3)溫度(4)濃度化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算與比較1已知反應(yīng)4CO2NO2N24CO2在不同條件下的化學(xué)反應(yīng)速率如下，其中表示反應(yīng)速率最快的是()Av(CO)1.5 mol·L1·min1Bv(NO2)0.7 mol·L1·min1Cv(N2)0.4 mol·L1·min1Dv(CO2)1.1 mol·L1·min1解析：選C換算成同一物質(zhì)再比較

7、，如以N2為標(biāo)準(zhǔn)，A、B、D項(xiàng)分別換算為0.375 mol·L1·min1、0.35 mol·L1·min1、0.275 mol·L1·min1，所以最快的為C項(xiàng)。2在恒溫恒容的容器中進(jìn)行反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)，若氮?dú)鉂舛扔?.1 mol·L1降到0.06 mol·L1需2 s，那么由0.06 mol·L1降到0.024 mol·L1需要的反應(yīng)時(shí)間為()A等于1.8 sB等于1.2 sC大于1.8 s D小于1.8 s解析：選C濃度由0.1 mol·L1降到0.06

8、mol·L1的反應(yīng)速率，v0.02 mol·L1·s1，若此速率進(jìn)行反應(yīng)，濃度由0.06 mol·L1降到0.024 mol·L1所需時(shí)間為s1.8 s，但隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度變小，反應(yīng)速率減小，所需時(shí)間大于1.8 s。3向體積為2 L的固定密閉容器中通入3 mol X氣體，在一定溫度下發(fā)生如下反應(yīng)：2X(g)Y(g)3Z(g)。(1)經(jīng)5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)測得容器內(nèi)的壓強(qiáng)為起始時(shí)的1.2倍，則用Y表示的速率為_，X的轉(zhuǎn)化率為_。(2)若上述反應(yīng)在甲、乙、丙、丁四個(gè)同樣的密閉容器中進(jìn)行，在同一段時(shí)間內(nèi)測得容器內(nèi)的反應(yīng)速率分別為：甲：

9、v(X)3.5 mol/(L·min)；乙：v(Y)2 mol/(L·min)；丙：v(Z)4.5 mol/(L·min)；?。簐(X)0.075 mol/(L·s)。若其他條件相同，溫度不同，則溫度由高到低的順序是_(填序號)。解析：(1)定溫、定容下，壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，則依據(jù)三段式計(jì)算：2X(g)Y(g)3Z(g)起始/mol3 0 0轉(zhuǎn)化/mol2aa 3a平衡/mol32a a 3a所以有32a1.2×3，a0.3 mol，則v(Y)0.03 mol/(L·min)。X的轉(zhuǎn)化率×100%20%。(2)均

10、用X來表示反應(yīng)速率：甲：v(X)3.5 mol/(L·min)，乙：v(X)2v(Y)4 mol/(L·min)，丙：v(X)v(Z)3 mol/(L·min)，?。簐(X)60×0.075 mol/(L·min)4.5 mol/(L·min)，反應(yīng)速率大小順序?yàn)槎∫壹妆?，由于溫度越高，反?yīng)速率越快，故四容器溫度由高到低的順序?yàn)槎∫壹妆４鸢福?1)0.03 mol/(L·min)20%(2)丁乙甲丙1化學(xué)反應(yīng)速率比較的兩種方法(1)轉(zhuǎn)化同一物質(zhì)法：將同一反應(yīng)中的不同物質(zhì)的反應(yīng)速率轉(zhuǎn)化成同一種物質(zhì)的反應(yīng)速率，再進(jìn)行比較。如對

11、于反應(yīng)2SO2O22SO3，如果v(SO2)2 mol/(L·min)，v(O2)3 mol/(L·min)，v(SO3)4 mol/(L·min)，比較其反應(yīng)速率的大小，可以將三者表示的反應(yīng)速率都轉(zhuǎn)化為用O2表示的反應(yīng)速率，再比較數(shù)值大小。換算得出：v(O2)1 mol/(L·min)，v(O2)2 mol/(L·min)，則反應(yīng)速率的大小關(guān)系為：。(2)比值法：用各物質(zhì)的量表示的反應(yīng)速率除以對應(yīng)各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，然后再對求出的數(shù)值進(jìn)行大小排序，數(shù)值大的反應(yīng)速率大。如反應(yīng)mAnB=pCqD，若，則用A表示的反應(yīng)速率>用B表示的反應(yīng)速率

12、。2“三段式法”的解題模式對于反應(yīng)mAnBpCqD，起始(t0 s)時(shí)A的濃度為a mol/L，B的濃度為b mol/L，反應(yīng)進(jìn)行至t1 s時(shí)，A消耗了x mol/L，則反應(yīng)速率可計(jì)算如下：mA nBpC qDt0 s時(shí)/mol/L a b 0 0轉(zhuǎn)化/mol/L x t1 s時(shí)/mol/L ax b 則：v(A) mol/(L·s)，v(B) mol/(L·s)，v(C) mol/(L·s)，v(D) mol/(L·s)。控制變量法在影響化學(xué)反應(yīng)速率因素實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素時(shí)，由于外界影響因素較多，若搞清某個(gè)因素的影響，均需控制

13、其他因素相同或不變，才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，控制變量思想在這部分體現(xiàn)較為充分，在近幾年高考題中也多有考查，且大多以探究型實(shí)驗(yàn)題的形式出現(xiàn)。這類題目以實(shí)驗(yàn)為研究手段，盡管涉及因素較多，有其復(fù)雜性，但仍然重在考查考生的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?考查形式(1)以表格的形式給出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓考生找出每組數(shù)據(jù)的變化對反應(yīng)速率的影響。(2)給出影響化學(xué)反應(yīng)速率的幾種因素，讓考生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析各因素對反應(yīng)速率的影響。2解題策略(1)確定變量：在研究影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素時(shí)，由于外界影響因素較多，故為搞清某個(gè)因素的影響均需控制其他因素相同或不變，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而理清影響實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的因素

14、。(2)定多變一：在探究時(shí)，應(yīng)該先確定其他的因素不變，只變化一種因素，看這種因素與探究的問題存在怎樣的關(guān)系；這樣確定一種因素的影響結(jié)果以后，再確定另一種因素的影響結(jié)果，通過分析每種因素與所探究問題之間的關(guān)系，得出所有影響因素與所探究問題之間的關(guān)系。(3)數(shù)據(jù)有效：解答時(shí)注意選擇數(shù)據(jù)(或設(shè)置實(shí)驗(yàn))要有效，且變量統(tǒng)一，否則無法作出正確判斷。典例等質(zhì)量的鐵與過量的鹽酸在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng)，測得在不同時(shí)間(t)內(nèi)產(chǎn)生氣體體積(V)的數(shù)據(jù)如圖所示，根據(jù)圖示分析實(shí)驗(yàn)條件，下列說法中一定不正確的是()組別對應(yīng)曲線c(HCl)/mol·L1反應(yīng)溫度/鐵的狀態(tài)1a30粉末狀2b30粉末狀3c2.

15、5塊狀4d2.530塊狀A(yù)第4組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)速率最慢B第1組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度大于2.5 mol·L1C第2組實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度等于2.5 mol·L1D第3組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)溫度低于30 解析由圖像可知，1、2、3、4組實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氫氣一樣多，只是反應(yīng)速率有快慢之分。第4組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)所用的時(shí)間最長，故反應(yīng)速率最慢，A正確；第1組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)所用的時(shí)間最短，故反應(yīng)速率最快，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸的濃度應(yīng)大于2.5 mol·L1，B正確；第2組實(shí)驗(yàn)，鐵是粉末狀，與3、4組中的塊狀鐵相區(qū)別，根據(jù)控制變量法原則知鹽酸的濃度應(yīng)等于2.5 mol·L1，C正確；由3、4組實(shí)驗(yàn)并

16、結(jié)合圖像知第3組實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)溫度應(yīng)高于30 ，D錯(cuò)誤。答案D1(2011·福建高考節(jié)選)在酸性溶液中，碘酸鉀(KIO3)和亞硫酸鈉可發(fā)生如下反應(yīng)：2IO5SO2H=I25SOH2O生成的碘可以用淀粉溶液檢驗(yàn)，根據(jù)反應(yīng)溶液出現(xiàn)藍(lán)色所需的時(shí)間來衡量該反應(yīng)的速率。某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下表所示：0.01 mol·L1KIO3酸性溶液(含淀粉)的體積/mL0.01 mol·L1Na2SO3溶液的體積/mLH2O的體積/mL實(shí)驗(yàn)溫度/°C溶液出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)所需時(shí)間/s實(shí)驗(yàn)15V13525實(shí)驗(yàn)2554025實(shí)驗(yàn)355V20該實(shí)驗(yàn)的目的是_；表中V2_mL。解析：通過分析表中的數(shù)

17、據(jù)可知，該實(shí)驗(yàn)研究的是溫度、濃度對反應(yīng)速率的影響；由于實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的溫度相同，故實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)3的溶液體積一定相同，因此V240。答案：探究該反應(yīng)的反應(yīng)速率與溫度、亞硫酸鈉溶液濃度的關(guān)系402某化學(xué)小組為了研究外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)原理2KMnO25H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及記錄實(shí)驗(yàn)編號室溫下，試管中所加試劑及其用量/mL0.6 mol/L H2C2O4溶液H2O0.2 mol/L KMnO4溶液3 mol/L稀硫酸室溫下溶液顏色褪至無色所需時(shí)間/min13.02.03.02.04.023.03.02.02.05.2

18、33.04.01.02.06.4請回答：(1)根據(jù)上表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到的結(jié)論是_。(2)利用實(shí)驗(yàn)1中數(shù)據(jù)計(jì)算，用KMnO4的濃度變化表示的反應(yīng)速率為：v(KMnO4)_。(3)該小組同學(xué)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)繪制了n(Mn2)隨時(shí)間變化趨勢的示意圖，如圖1所示，但有同學(xué)查閱已有的實(shí)驗(yàn)資料發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)過程中n(Mn2)隨時(shí)間變化的趨勢應(yīng)如圖2所示。該小組同學(xué)根據(jù)圖2所示信息提出了新的假設(shè)。并繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。該小組同學(xué)提出的假設(shè)是_。請你幫助該小組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)方案，并填寫表中空白。實(shí)驗(yàn)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(shí)間/min0.6 mol/L

19、H2C2O4溶液H2O0.2 mol/L KMnO4溶液3 mol/L稀硫酸43.02.03.02.0t若該小組同學(xué)提出的假設(shè)成立，應(yīng)觀察到的現(xiàn)象是_。解析：(1)可由圖表中的數(shù)據(jù)直接得出結(jié)論：其他條件相同時(shí)，增大KMnO4濃度(或反應(yīng)物濃度)，反應(yīng)速率增大。(2)v(KMnO4)1.5 × 102 mol·L1·min1；(3)由圖可以看出Mn2在一定的時(shí)間后生成速率增大，故可以想到生成物中的MnSO4可能為該反應(yīng)的催化劑，而提出假設(shè)；在反應(yīng)時(shí)KMnO4是用H2SO4酸化的，如果用MnCl2來證明Mn2的催化作用，就又引進(jìn)了Cl，這時(shí)就不知道是Mn2的催化作用還

20、是Cl的催化作用。而用MnSO4就能避免這個(gè)問題，因?yàn)镵MnO4是使用H2SO4酸化的，此時(shí)溶液中已存在SO，從而可以說明不是SO的催化作用，而是Mn2的催化作用。有了催化劑，在其他條件相同時(shí)，褪色時(shí)間就會(huì)縮短。答案：(1)其他條件相同時(shí)，增大KMnO4濃度(或反應(yīng)物濃度)，反應(yīng)速率增大(2)1.5 × 102mol·L1·min1(3)生成物中的MnSO4為該反應(yīng)的催化劑(或Mn2對該反應(yīng)有催化作用) MnSO4與實(shí)驗(yàn)1比較，溶液褪色所需時(shí)間短 (或所用時(shí)間(t)小于4 min及其他合理答案)3某同學(xué)在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫

21、氣的生成速率。請回答下列問題：(1)上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式有_；(2)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是_；(3)實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4 、K2SO4等4中溶液，可與實(shí)驗(yàn)中CuSO4溶液起相似作用的是_；(4)要加快上述實(shí)驗(yàn)中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有_(答兩種)；(5)為了進(jìn)一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學(xué)設(shè)計(jì)了如下一系列實(shí)驗(yàn)。將表中所給的混合溶液分別加入到6個(gè)盛有過量Zn粒的反應(yīng)瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需時(shí)間。實(shí)驗(yàn)混合溶液 ABCDEF 4 mol·L1H2SO4/mL30V1V2V3V4V5飽和C

22、uSO4溶液/mL00.52.55V620H2O/mLV7V8V9V10100請完成此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中：V1_，V6_，V9_；反應(yīng)一段時(shí)間后，實(shí)驗(yàn)A中的金屬呈_色，實(shí)驗(yàn)E中的金屬呈_色；該同學(xué)最后得出的結(jié)論為：當(dāng)加入少量CuSO4溶液時(shí)，生成氫氣的速率會(huì)大大提高。但當(dāng)加入的CuSO4溶液超過一定量時(shí)，生成氫氣的速率反而會(huì)下降。請分析氫氣生成速率下降的主要原因_。解析：(1)鋅在溶液中發(fā)生的反應(yīng)有：ZnCuSO4=ZnSO4Cu、ZnH2SO4=ZnSO4H2。(2)鋅置換出CuSO4溶液中的銅后，銅附著在鋅表面，形成原電池加快反應(yīng)速率。(3)K、Na、Mg都比鋅活潑，4種溶液中只有硫酸銀與鋅反

23、應(yīng)，置換出銀后與銀形成原電池。(4)分析時(shí)，可先回顧教材中加快化學(xué)反應(yīng)速率的因素有濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑和表面積等因素，根據(jù)實(shí)際反應(yīng)選擇適宜的條件。(5)為保證實(shí)驗(yàn)的可比性，實(shí)驗(yàn)中H2SO4的體積應(yīng)固定不變，還要保證溶液的總體積相等，這樣才能保證硫酸和鋅的因素固定不變，研究CuSO4對反應(yīng)的影響，所以飽和硫酸銅與水的體積和可以由F組實(shí)驗(yàn)來確定，為20mL。則V130、V610、V917.5。鋅參與反應(yīng)后表面變?yōu)榛液谏?，在銅的量很大的F組中，鋅表面附著了一層紅色的銅，減小了鋅與溶液的接觸面積，反應(yīng)速率減慢。答案：(1)ZnCuSO4=ZnSO4CuZnH2SO4=ZnSO4H2(2)CuSO4

24、與Zn反應(yīng)產(chǎn)生的Cu與Zn形成Cu­Zn微電池，加快了氫氣產(chǎn)生的速率(3)Ag2SO4(4)升高反應(yīng)溫度，適當(dāng)增加硫酸的濃度，增加鋅粒的比表面積等(答兩種)(5)301017.5灰黑暗紅當(dāng)加入一定量的CuSO4后，生成的單質(zhì)Cu會(huì)沉積在Zn的表面，降低了Zn與溶液的接觸面積4(2012·廣東高考)碘在科研與生活中有重要應(yīng)用。某興趣小組用0.50 mol·L1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L1 K2S2O8、0.10 mol·L1 Na2S2O3等試劑，探究反應(yīng)條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。已知：S2O2I=2SOI2 (慢)I22S2

25、O=2IS4O (快)(1)向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當(dāng)溶液中的_耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{(lán)色。為確保能觀察到藍(lán)色，S2O與S2O初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為：n(S2O)n(S2O)_。(2)為探究反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下表：實(shí)驗(yàn)序號體積V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液10.00.04.04.02.09.01.04.04.02.08.0Vx4.04.02.0表中Vx_ mL，理由是_。(3)已知某條件下，濃度c(S2O)反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線如圖所示，若保持其他條件不變，請?jiān)趫D中，分別畫出降低反應(yīng)溫度和加入催化劑時(shí)c(S2O)t的變化曲線示意圖(進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注)。解析：(1) 淀粉溶液遇I2顯藍(lán)色，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色時(shí)，溶液中有I2，說明Na2S2O3耗盡。由題給離子方程