專題突破05化學反應速率及其影響因素-高二化學重難點專題突破（人教版2019選擇性必修1）

2023-2024學年選擇性必修1(人教版2019)第二章化學反應速率與化學平衡化學反應速率及其影響因素突破一:化學反應速率的計算和比較一、化學反應速率的計算重難歸納1.定義式法。利用公式v=計算化學反應速率。2.關系式法。利用化學反應速率之比=相同時間內物質的量濃度變化之比=化學計量數(shù)之比。(3)“三段式”法計算模板。例如:反應mA+

nB

pC起始濃度/(mol·L-1)

a

b

c轉化濃度/(mol·L-1)

x

t時刻濃度/(mol·L-1)

a-x

計算中注意以下量的關系:①對于反應物:c(起始)-c(轉化)=c(某時刻);②對于生成物:c(起始)+c(轉化)=c(某時刻)。3.求解化學反應速率計算題的一般步驟。(1)寫出有關反應的化學方程式。(2)找出各物質的起始量、轉化量、某時刻量。(3)根據(jù)已知條件列方程計算?！練w納提升】

理解化學反應速率要注意的幾個問題:(1)化學反應速率的計算公式:。單位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1或mol·L-1·h-1。(2)無論是反應物還是生成物,其化學反應速率的值都取正值。1.正確理解化學反應速率(4)由于一個化學反應里各物質之間的化學計量數(shù)不一定相同,所以在同一個化學反應里,不同物質所表示的化學反應速率數(shù)值不一定相同。雖然用不同物質表示的化學反應速率不一定相同,但是它們的實際意義卻完全相同,即一種物質的化學反應速率也就代表了整個化學反應的反應速率。表示化學反應速率時,應注明是用哪種物質表示的化學反應速率。(5)對于給定的化學反應,aA+bB===cC+dD,各物質的化學計量數(shù)之比=發(fā)生變化的物質的量之比=各物質的化學反應速率之比,即a∶b∶c∶d=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)。(6)在一定溫度下,純固態(tài)和純液態(tài)物質,單位體積里的物質的量保持不變,因此液態(tài)或固態(tài)純物質的物質的量濃度可以看成常數(shù),所以不能用純固態(tài)和純液態(tài)的物質來表示化學反應的反應速率。典例剖析【典例2】一定條件下,向2L密閉容器中加入2molN2和10molH2,發(fā)生反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g),2min時測得剩余N21mol,下列化學反應速率不正確的是(

)A.v(N2)=0.25mol·L-1·min-1

B.v(H2)=0.75mol·L-1·min-1C.v(NH3)=1mol·L-1·min-1

v(H2)=3v(NH3)答案:Cv(H2

mol·L-1·min-1,v(NH3

mol·L-1·min-1?！镜淅?】

在一定溫度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液發(fā)生催化分解。不同時刻測得生成O2的體積(已折算為標準狀況)如下表。下列敘述不正確的是(溶液體積變化忽略不計)(

)。A.0~6min的平均反應速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1B.6~10min的平均反應速率:v(H2O2)<3.3×10-2mol·L-1·min-1C.反應至6min時,c(H2O2)=0.30mol·L-1D.反應至6min時,H2O2分解了50%t/min0246810V(O2)/mL0.09.917.222.426.529.9答案:C解析:由2H2O22H2O+O2↑知,0~6

min,產生V(O2

mL,消耗n(H2O2)=2.0×10-3

mol,v(H2O2)=≈3.3×10-2

mol·L-1·min-1,A項正確;隨著反應的進行,反應物濃度減小,平均反應速率逐漸減小,故6~10

min平均反應速率v(H2O2)<3.3×10-2

mol·L-1·min-1,B項正確;反應至6

min時,消耗n(H2O2)=2.0×10-3

mol,則剩余H2O2濃度為

mol·L-1,C項錯誤;反應至6

min,4.0×10-3

mol的H2O2分解了2.0×10-3

mol,分解了50%,D項正確。[變式訓練1]反應4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在2L的密閉容器中進行,1min后,NH3減少了0.12mol,則下列選項中正確的是(

)。A.v(NO)=0.002mol·L-1·s-1

B.v(H2O)=0.002mol·L-1·s-1C.v(NH3)=0.002mol·L-1·s-1

D.v(O2)=0.00125mol·L-1·s-1答案:D化學反應速率計算的誤區(qū)在做有關反應速率的計算題目時，由于粗心大意及對反應速率概念理解不夠透徹，部分學生會出現(xiàn)以下失誤：誤區(qū)一忽視反應容器的容積某些試題不是直接給出反應物或生成物的物質的量濃度，而是給出物質的量及容器的容積。解答這類題目時，部分學生想當然地認為容器容積為1L，從而導致出錯。誤區(qū)二忽視統(tǒng)一單位部分涉及反應速率計算的題目中，時間單位（s、min）與反應速率的單位（mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1）不統(tǒng)一，如給出的時間單位為min，要求的反應速率單位為mol·L－1·s－1，此時就需要將min換算為s，否則就會出現(xiàn)計算錯誤。

2.化學反應速率的測量方法與快慢的比較【實驗探究】某活動小組用大理石(所含雜質視為與稀鹽酸不反應)與100mL稀鹽酸反應制取CO2,實驗過程記錄如圖所示(CO2的體積已折算為標準狀況下的體積)。【問題探究】

1.能根據(jù)公式

計算F點的速率嗎?提示:不能。化學反應速率是平均速率,不是瞬時速率。2.哪一段表示的平均速率最快?提示:由圖可知,在1~2

min,EF段生成二氧化碳的體積最多,故EF段反應速率最快。3.EF段,用HCl表示該反應的平均反應速率為多少?提示:由圖可知EF段生成的二氧化碳體積為672

mL-224

mL=448

mL,二氧化碳的物質的量為

mol,根據(jù)化學方程式CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O可知,Δn(HCl)=2n(CO2

mol,故用HCl表示該反應的平均反應速率為

mol·L-1·min-1。4.下列都是測定氣體產物(一定時間內)反應速率的裝置圖,哪些不能達到目的?為什么?提示:AD。A項中裝置選用長頸漏斗,會造成氣體從長頸漏斗上口逸出;D項中裝置產生的CO2會被飽和Na2CO3溶液吸收。【歸納提升】1.測定化學反應速率的一般方法。(1)對于有氣體生成的反應,可測定相同時間內收集氣體的體積或測定收集等量氣體所消耗的時間。(2)對于有固體參加的反應,可測定相同時間內消耗固體的質量。(3)對于有酸或堿參加的反應,可測定溶液中c(H+)或c(OH-)的變化。(4)在溶液中,當反應物或產物本身有比較明顯的顏色時,常常利用顏色深淺和顯色物質濃度間的正比關系來跟蹤反應的過程和測量反應速率?！镜淅?】

某溫度下按如圖安裝好實驗裝置,在錐形瓶內盛6.5g鋅粒(顆粒大小基本相同),通過分液漏斗加入40mL2.5mol·L-1的H2SO4溶液,將產生的H2收集在一個注射器中,用時10s時恰好收集到氣體的體積為50mL(折合成0℃、101kPa條件下H2的體積為44.8mL)。在該溫度下,下列說法不正確的是(

)。A.用鋅粒來表示10s內該反應的速率為0.013g·s-1B.忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用H+來表示10s內該反應的速率為0.01mol·L-1·s-1C.忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用Zn2+來表示10s內該反應的速率為0.01mol·L-1·s-1D.用H2來表示10s內該反應的速率為0.0002mol·s-1答案:C解析:10

s時產生的H2為

mol。Zn

+

H2SO4===ZnSO4

+

H2↑1

1

1

1

mol

mol

mol

mol反應掉的m

mol×65

g·mol-1

g用碳酸鈣與一定濃度的稀鹽酸反應,除了測定相同時間內收集CO2的體積表示化學反應速率,還可根據(jù)下列量的變化測定其反應速率:(1)測定收集相同體積CO2的時間長短。(2)測定一段時間內溶液中c(H+)的變化。(3)測定一段時間內碳酸鈣質量的變化。2.化學反應速率數(shù)值大小的比較方法（1）定性比較通過明顯的實驗現(xiàn)象（如反應的劇烈程度、產生氣泡或沉淀的快慢等）來定性判斷化學反應的快慢。（A）定性描述——通過在相同時間點，不同的實驗現(xiàn)象來判斷反應的快慢。①觀察產生氣泡的快慢；

②觀察試管中剩余鋅粒的多少；③用手接觸試管，感受試管外壁溫度的高低。（B）定量描述——通過實驗測量來判斷反應的快慢。①測定氣體的體積或體系的壓強；

②測定物質的物質的量的變化；③測定物質或離子的濃度變化；

④測定體系的溫度或反應的熱量變化。若有多種測量方案時，一般采取易操作，現(xiàn)象明顯的實驗方案。（2）定量比較①歸一法:先統(tǒng)一單位,再依據(jù)用不同物質表示的化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比,將同一反應中的用不同物質表示的反應速率轉化成用同一種物質表示的反應速率,然后直接依據(jù)數(shù)值進行比較。例如:對于反應2SO2+O22SO3,如果a.v(SO2)=2mol·L-1·min-1,b.v(O2)=3mol·L-1·min-1,c.v(SO3)=4mol·L-1·min-1,比較上述反應的快慢,可以將三者表示的反應速率都轉化為O2表示的反應速率再作比較。經換算可得:a.v(O2)=1mol·L-1·min-1,c.v(O2)=2mol·L-1·min-1,則反應的快慢關系為b>c>a。解析:解法一:將以不同物質表示的反應速率換算為用同一物質表示的速率,再比較速率數(shù)值的大小。若以物質A為標準,根據(jù)用不同物質表示同一反應的速率時,速率之比等于各物質的化學計量數(shù)之比,將②③④的反應速率換算為用物質A表示的反應速率,則有:②v(A)=v

mol·L-1·s-1×60

s·min-1

mol·L-1·min-1,【典例4】反應A(g)+3B(g)══2C(g)+2D(g)在四種不同情況下的反應速率分別為①v(A)=0.15mol·L-1·min-1

②v(B)=0.01mol·L-1·s-1③v(C)=0.40mol·L-1·min-1

④v(D)=0.45mol·L-1·min-1則該反應在不同情況下進行的快慢順序為

。

答案:④>③=②>①③v(A)=v

mol·L-1·min-1

mol·L-1·min-1,④v(A)=v

mol·L-1·min-1

mol·L-1·min-1,故反應在不同情況下進行的快慢順序為④>③=②>①。解法二:首先將反應速率單位統(tǒng)一為mol·L-1·min-1,則②v

mol·L-1·min-1,然后根據(jù)反應速率與對應物質化學計量數(shù)之比的大小進行判斷。由化學方程式A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)得出:①

mol·L-1·min-1 ②

mol·L-1·min-1③

mol·L-1·min-1 ④

mol·L-1·min-1故反應在不同情況下進行的快慢順序為④>③=②>①。[變式訓練2]反應A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),在不同情況下測得反應速率,其中表示反應進行最快的是(

)。A.v(D)=0.4mol·L-1·min-1

B.v(A)=0.5mol·L-1·min-1C.v(B)=0.6mol·L-1·min-1

D.v(C)=0.5mol·L-1·min-1答案:B[變式訓練3]已知反應aA（g）＋bB（g）?cC（g），某溫度下，在2L密閉容器中投入一定量的A、B，兩種氣體的物質的量濃度隨時間變化的曲線如圖所示。（1）從反應開始到12s時，用A表示的反應速率為_______________。（2）經測定，前4s內v（C）＝0.05mol·L－1·s－1，則該反應的化學方程式為____________________。0.05mol·L－1·s－13A(g)＋B(g)?2C(g)解析：(1)0～12s內，Δc(A)＝0.8mol·L－1

－0.2mol·L－1＝0.6mol·L－1，v(A)＝0.6mol·L－1÷12s＝0.05mol·L－1·s－1。(2)前4s內，Δc(A)＝0.8mol·L－1－0.5mol·L－1＝0.3mol·L－1，v(A)＝0.3mol·L－1÷4s＝0.075mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075mol·L－l·s－1∶0.05mol·L－1·s－1＝3∶2；由圖像知，0～12s內Δc(A)∶Δc(B)＝0.6mol·L－1∶0.2mol·L－1＝3∶1＝a∶b，則a∶b∶c＝3∶1∶2，所以該反應的化學方程式為3A(g)＋B(g)?2C(g)。（3）請在圖中將生成物C的物質的量濃度隨時間的變化曲線繪制出來。（4）若上述反應分別在甲、乙、丙三個相同的密閉容器中進行，經相同時間后，測得三個容器中的反應速率分別為甲：v（A）＝0.3mol·L－1·s－1，乙：v（B）＝0.12mol·L－1·s－1，丙：v（C）＝9.6mol·L－1·min－1。則甲、乙、丙三個容器中反應速率由快到慢的順序為

。乙>甲>丙解析：(3)生成物C的濃度從0開始增加，到12s時達到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝2×0.6mol·L－1÷3＝0.4mol·L－1，則該曲線如圖所示。(4)丙容器中v(C)＝9.6mol·L－1·min－1＝0.16mol·L－1·s－1，則丙容器中v(B)＝0.08mol·L－1·s－1，甲容器中v(B)＝0.1mol·L－1·s－1，乙容器中v(B)＝0.12mol·L－1·s－1，故甲、乙、丙三個容器中反應速率由快到慢的順序為乙>甲>丙。[變式訓練4]某學生設計如圖甲裝置，測定2mol·L－1的硫酸溶液分別與鋅粒、鋅粉反應的速率。請回答：（1）圖甲中盛放硫酸溶液的儀器名稱是

。（2）按照圖甲裝置實驗時，已限定了兩次實驗時間均為10min，還需要測定的另一個數(shù)據(jù)是

。（3）實驗結束后，得到的結論是

。（4）該學生又將圖甲裝置中的氣體收集裝置改為圖乙，實驗完畢待冷卻后，該學生準備讀取水準管上液面所在處的刻度數(shù)，發(fā)現(xiàn)水準管中液面高于干燥管中液面，應首先采取的操作是

。分液漏斗收集到氣體的體積其他條件相同時，鋅粉與硫酸反應的速率比鋅粒與硫酸反應的速率快調節(jié)水準管的高度使得兩側液面相平突破二:化學反應速率影響因素類題的分析方法重難歸納1.外界因素對化學反應速率的影響。影響因素影響結果(其他條件不變)濃度反應物為固體或純液體濃度為常數(shù),一般情況下,增大反應物的量,反應速率不變(改變固體物質的表面積會影響反應速率)反應物為氣體或溶液增大反應物的濃度,化學反應速率增大影響因素影響結果(其他條件不變)升高溫度化學反應速率增大增大壓強(減小容器的容積)對于氣體,化學反應速率增大;對于非氣體物質,影響不大使用催化劑化學反應速率增大2.壓強對化學反應速率的影響。對于有氣體參加的化學反應,通過改變反應容器的容積而導致壓強變化,同時改變了反應物的濃度(如圖所示),反應速率改變。當其他條件不變時,增大壓強(減小反應容器的容積),反應速率增大;減小壓強(增大反應器的容積),反應速率減小。改變壓強,對化學反應速率的影響的根本原因是引起濃度改變。所以在討論壓強對反應速率的影響時,應區(qū)分引起壓強改變的原因。壓強對化學反應速率影響的幾種情況。(1)對于沒有氣體參與的化學反應,由于改變壓強后,反應物濃度變化很小,可忽略不計,因此一般認為對化學反應速率無影響。(2)對于有氣體參與的化學反應,有以下幾種情況。②恒溫時,對于恒容密閉容器:③恒溫、恒壓時:方法技巧分析壓強改變對化學反應速率的影響時,關鍵看氣體反應物濃度是否有變化:若氣體反應物濃度有變化,化學反應速率一定改變;若氣體反應物濃度無變化,化學反應速率不改變。通常所說的增大壓強是指減小容積。利用“控制變量法”的解題策略【歸納總結】

1．控制變量法當某種物質發(fā)生化學反應時，反應速率的大小不僅取決于物質的本質特性，還受反應物的濃度、溫度、壓強、催化劑等外界因素的影響。當研究其中某個因素對化學反應速率的影響時，常常先控制其他幾個因素不變，這種方法稱為控制變量法?！纠}1】某探究小組用測量硝酸與大理石反應過程中固體質量減少的方法,研究影響反應速率的因素。c(HNO3)分別為1.00mol·L-1、2.00mol·L-1,大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格,實驗溫度為298K、308K,每次實驗硝酸用量為25.00mL、大理石用量為10.00g。【典型例題】

請完成以下實驗設計表。

實驗編號T/K大理石規(guī)格實驗目的①298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③探究溫度對該反應速率的影響;(Ⅲ)實驗①和④探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應速率的影響②

③

④

298粗顆粒308粗顆粒298細顆粒解析:實驗①和②探究HNO3濃度對該反應速率的影響,其他條件應相同而HNO3濃度不同,故實驗②HNO3濃度應為

mol·L-1。實驗①和③探究溫度對反應速率的影響,除了溫度不同,其他條件要保持一樣。實驗①和④探究大理石規(guī)格(粗、細)對反應速率的影響,因此要求兩者大理石的規(guī)格不同,一個用粗顆粒,另一個用細顆粒?！纠}2】

在反應C(s)+CO2(g)

2CO(g)中,可使反應速率增大的措施有(

)。①縮小容器的容積②增加碳的量③恒容時通入CO2

④恒壓下充入N2

⑤恒容下充入N2A.①③⑤

B.②④

C.①③

D.③⑤答案:C解析:①縮小容器的容積,體系壓強增大,反應物的濃度增大,反應速率增大;②碳是固體,濃度為常數(shù),增加碳的量對反應速率無影響;③恒容時通入CO2使反應物的濃度增大,反應速率增大;④恒壓下充入N2,容器的容積增大,反應物的濃度減小,反應速率減小;⑤恒容下充入N2,不影響反應物的濃度,對反應速率無影響。[例題3]某實驗小組以H2O2分解為例，研究濃度、催化劑、溶液的酸堿性對反應速率的影響。在常溫下按照如下方案完成實驗。編號反應物催化劑Ⅰ10mL2%H2O2溶液＋1mL水無Ⅱ10mL5%H2O2溶液＋1mL水無Ⅲ10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液Ⅳ10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液Ⅴ10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液（1）實驗Ⅰ和實驗Ⅱ的目的是_______________________________。（2）寫出實驗Ⅲ中發(fā)生反應的化學方程式：______________________。（3）實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的起始反應速率由大到小的順序為

（用實驗編號表示）。探究反應物濃度對反應速率的影響2H2O2FeCl32H2O＋O2↑Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ

解析：本題考查化學反應速率的影響因素及化學反應速率的計算。(1)實驗Ⅰ和Ⅱ均未使用催化劑，混合液的總體積均為11mL，c(H2O2)不同，則實驗目的是探究反應物濃度對反應速率的影響。(2)實驗Ⅲ為H2O2在FeCl3催化作用下分解生成H2O和O2的反應，據(jù)此寫出化學方程式。(3)實驗Ⅰ中，c(H2O2)最小且未使用催化劑，則實驗Ⅰ中起始反應速率最??；實驗Ⅱ和Ⅲ中c(H2O2)相同，實驗Ⅲ中加入FeCl3溶液，則實驗Ⅲ的起始反應速率大于實驗Ⅱ，故反應速率的大小順序為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ。（4）實驗Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中，測得生成氧氣的體積（折算成標準狀況）隨時間變化的關系如圖所示。①分析圖示能夠得出的結論是__________________________________________________。②實驗Ⅲ在t1～t2時間內，以H2O2表示的反應速率為__________________。堿性環(huán)境能加快H2O2分解的速率，酸性環(huán)境能減慢H2O2分解的速率

一個化學反應同時受多個因素影響時，可控制多個變量不變，只改變某一變量來設置對比實驗，通過實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)來分析該單一變量對化學反應的影響。

[變式訓練1]在一初始容積為2L的密閉容器中充入1molH2和1molI2,壓強為p(單位為Pa),并在一定溫度下使其發(fā)生反應:H2(g)+I2(g)══2HI(g)ΔH<0。(1)若在2min后測得I2的濃度為0.4mol·L-1,則用H2表示的化學反應速率為

,用HI表示的化學反應速率為

。

(2)若保持容器容積不變,向其中再加入1molH2,化學反應速率

,理由是

。

(3)若保持容器容積不變,向其中再加入1molAr,容器內壓強

,化學反應速率

,理由是