化學(xué)選修四 化學(xué)反應(yīng)的速率

第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的速率知識(shí)點(diǎn)一化學(xué)反應(yīng)速率

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欄目鏈接1．化學(xué)反應(yīng)速率的概念?；瘜W(xué)反應(yīng)速率是用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢程度的物理量。2．化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法?；瘜W(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來(lái)表示。符號(hào)為v，單位為mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1或mol·L－1·h－1。

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欄目鏈接3．化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式。某一物質(zhì)A的化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式為：式中：Δc(A)——某物質(zhì)A的濃度變化，常用單位為mol·L－1；Δt——時(shí)間，常用單位為s、min、h；v(A)——物質(zhì)A的反應(yīng)速率，常用單位是mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1等。

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欄目鏈接4．化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算規(guī)律。在同一化學(xué)反應(yīng)中，若用不同物質(zhì)的濃度變化來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率，它們之間的關(guān)系是速率之比等于反應(yīng)方程式中相應(yīng)的物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。如：對(duì)于化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，有下列恒等式：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。

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欄目鏈接5．有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率的注意事項(xiàng)。(1)化學(xué)反應(yīng)速率均為正值，沒(méi)有負(fù)值。(2)化學(xué)反應(yīng)速率通常指的是某物質(zhì)在某一段時(shí)間內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的平均速率，而不是在某一時(shí)刻的瞬時(shí)速率。(3)由于在反應(yīng)中純固體和純液體的濃度是恒定不變的，因此對(duì)于有純液體或固體參加的反應(yīng)一般不用純液體或固體來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率。通常固體物質(zhì)間的反應(yīng)是通過(guò)增大該物質(zhì)的接觸面積(如粉碎成細(xì)小顆粒、充分?jǐn)嚢琛⒄袷幍?來(lái)達(dá)到加快反應(yīng)的目的。

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(4)對(duì)于同一化學(xué)反應(yīng)，在相同的反應(yīng)時(shí)間段內(nèi)，用不同的物質(zhì)來(lái)表示其反應(yīng)速率，其數(shù)值可能不同，但這些不同的數(shù)值表示的都是同一個(gè)反應(yīng)的速率。因此，表示化學(xué)反應(yīng)的速率時(shí)，必須指明是用反應(yīng)體系中的何種物質(zhì)作標(biāo)準(zhǔn)。6．測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的物理方法。(1)量氣法：對(duì)于反應(yīng)∶2H2O2===2H2O＋O2↑，可測(cè)量反應(yīng)中唯一的氣體產(chǎn)物氧氣在溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)的體積變化。

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(2)電導(dǎo)法：根據(jù)離子導(dǎo)電能力的差異，通過(guò)電導(dǎo)率的變化測(cè)定反應(yīng)物中離子濃度變化，從而計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。例如：在乙酸乙酯皂化反應(yīng)中：CH3COOC2H5＋OH－CH3COO－＋C2H5OH由于OH－的電導(dǎo)遠(yuǎn)大于CH3COO－的電導(dǎo)，可以利用電導(dǎo)儀測(cè)量出溶液電導(dǎo)的變化，據(jù)此求得OH－濃度的變化，從而求得化學(xué)反應(yīng)速率。

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欄目鏈接

(3)此外，激光技術(shù)也已廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定。反應(yīng)A(g)＋3B(g)

2C(g)＋2D(g)在四種不同情況下的反應(yīng)速率，分別為：①v(A)＝0.015

mol·L－1·s－1②v(B)＝0.06

mol·L－1·s－1③v(C)＝0.04

mol·L－1·s－1④v(D)＝2.7

mol·L－1·s－1該反應(yīng)的快慢順序?yàn)開(kāi)_________________(填序號(hào))。

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欄目鏈接解析：在比較速率大小時(shí)，首先要注意單位是否一致，若不一致必須先換算成一致，vD＝2.7

mol·L－1·min－1＝0.045

mol·L－1·s－1。其次，根據(jù)所學(xué)知識(shí)，比較后做出判斷：解法一不同條件下的同一反應(yīng)，反應(yīng)速率與對(duì)應(yīng)物質(zhì)的系數(shù)之比的值越大，速率越快。故反應(yīng)進(jìn)行的快慢順序?yàn)棰埽劲郏舰冢劲佟?/p>

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欄目鏈接解法二將不同物質(zhì)表示的速率換算成為用同一物質(zhì)表示的速率，再比較速率值的大小。若以物質(zhì)A為標(biāo)準(zhǔn)，將其他物質(zhì)表示的反應(yīng)速率換算為用A物質(zhì)表示的速率。則有：①v(A)＝0.015

mol·L－1·s－1答案：④＞③＝②＞①

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欄目鏈接?變式訓(xùn)練1．反應(yīng)N2＋3H2

2NH3剛開(kāi)始時(shí)，N2的濃度為3

mol·L－1，H2的濃度為5

mol·L－1，3

min后測(cè)得NH3濃度為0.6

mol·L－1，則此時(shí)間內(nèi)，下列反應(yīng)速率表示正確的是(D)A．v(NH3)＝0.02

mol·L－1·min－1B．v(H2)＝1.0

mol·L－1·min－1C．v(H2)＝1.67

mol·L－1·min－1D．v(H2)＝0.3

mol·L－1·min－1

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欄目鏈接解析：v(NH3)＝＝0.2

mol·L－1·min－1。由v(NH3)∶v(H2)∶v(N2)＝2∶3∶1可知D項(xiàng)正確。知識(shí)點(diǎn)二濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

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欄目鏈接1．規(guī)律總結(jié)。通常增大反應(yīng)物的濃度可以提高化學(xué)反應(yīng)速率，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度存在一定的定量關(guān)系。2．實(shí)驗(yàn)探究。(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：在298

K時(shí)，測(cè)H2O2＋2HI===2H2O＋I(xiàn)2在不同濃度時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，結(jié)果如下表所示：

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欄目鏈接(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在HI濃度一定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率與c(H2O2)成正比；在H2O2濃度一定時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率與c(HI)成正比；因此化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：v＝k·c(H2O2)·c(HI)

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欄目鏈接3．反應(yīng)速率常數(shù)(k)。(1)含義：表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率。(2)意義：通常反應(yīng)速率常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行得越快。(3)影響因素：反應(yīng)速率常數(shù)(k)與濃度無(wú)關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。一般來(lái)說(shuō)，k隨溫度變化很明顯，溫度升高，k值通常增大。

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欄目鏈接4．k與反應(yīng)物濃度的關(guān)系。分析以下三個(gè)反應(yīng)的速率方程知：H2＋Cl2===2HCl

v＝kc(H2)·c(Cl2)H2＋I(xiàn)2

===2HI

v＝kc(H2)·c(I2)CO＋NO2===CO2＋NO

v＝kc(NO2)總反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果，不能隨意根據(jù)化學(xué)方程式直接寫(xiě)出。在很多反應(yīng)中，這種關(guān)系式中濃度的方次與化學(xué)反應(yīng)方程式中的系數(shù)并無(wú)確定關(guān)系。

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欄目鏈接5．壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。對(duì)于氣態(tài)物質(zhì)，在溫度、體積一定時(shí)，壓強(qiáng)與濃度成正比。因此上述關(guān)系式中的濃度可以用分壓表示。而對(duì)于只涉及液體和固體的反應(yīng)，壓強(qiáng)的改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率幾乎沒(méi)有影響。對(duì)于氣體反應(yīng)體系，有以下幾種情況：(1)恒溫時(shí)：增大壓強(qiáng)體積縮小濃度增大反應(yīng)速率加快。

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欄目鏈接

(2)恒溫恒容時(shí)：①充入反應(yīng)物濃度增大總壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率加快。②充入“惰性氣體”總壓增大，但反應(yīng)體系中各組分分壓不變，即各組分的濃度不變，反應(yīng)速率不變。(3)恒溫恒壓時(shí)：充入“惰性氣體”體積增大各反應(yīng)物濃度減小反應(yīng)速率減慢。

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欄目鏈接例2下列不同條件下的化學(xué)反應(yīng)A＋B===C＋D，反應(yīng)速率由大到小的順序正確的一組是(

)①常溫下20

mL溶液含A和B各0.001

mol

②常溫下100

mL溶液含A和B各0.01

mol③常溫下10

mL溶液含A和B各0.000

5

mol的溶液再加入蒸餾水30

mL

④常溫下100

mL溶液含A

0.01

mol和B

0.005

mol

A．①②③④

B．④③②①C．②④①③

D．②①④③

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欄目鏈接解析：根據(jù)題意可知，其他條件相同，只有A、B的濃度不同，根據(jù)濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，濃度越大，反應(yīng)速率越快。將題目給出的A、B不同的量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量濃度進(jìn)行比較。①中A、B物質(zhì)的量濃度均為0.05

mol·L－1；②中A、B物質(zhì)的量濃度均為0.1

mol·L－1；③中A、B物質(zhì)的量濃度均為0.012

5

mol·L－1；④中A物質(zhì)的量濃度為0.1

mol·L－1，B物質(zhì)的量濃度為0.05

mol·L－1；即濃度的大小順序?yàn)棰冢劲埽劲伲劲?，其速率順序與之相同，故C選項(xiàng)符合題意。答案：C

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欄目鏈接?變式訓(xùn)練2．在一定溫度下，A、B能在溶液中發(fā)生反應(yīng)生成C和D：A＋B===C＋D。則：①將0.2

mol·L－1

A溶液和0.2

mol·L－1

B溶液各20

mL混合；②將0.5

mol·L－1

A溶液和0.5

mol·L－1

B溶液各50

mL混合；③將1

mol·L－1

A溶液和1

mol·L－1

B溶液各10

mL混合，同時(shí)倒入30

mL蒸餾水；④將1

mol·L－1

A溶液20

mL和1.2

mol·L－1

B溶液60

mL混合。反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)速率由大到小的順序是________。

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欄目鏈接解析：本題需先把每種情況下混合溶液中A、B的起始濃度求出來(lái)，然后根據(jù)其濃度大小來(lái)比較化學(xué)反應(yīng)速率的大小?；旌虾蟾魑镔|(zhì)的起始濃度(mol·L－1)如下表所示：混合后濃度最大的是④，其次是②，最小的是①，所以反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)棰?gt;②>③>①。答案：④＞②＞③＞①知識(shí)點(diǎn)三溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

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欄目鏈接1．范托夫的近似經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。溫度每升高10

K，反應(yīng)速率增加2～4倍。利用這個(gè)規(guī)律可以對(duì)一些反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率做粗略的估計(jì)，但這個(gè)規(guī)律的適用范圍有限。2．升高溫度雖然增大反應(yīng)速率常數(shù)，但對(duì)不同的反應(yīng)的影響程度是不一樣的，即升高相同的溫度，對(duì)不同的反應(yīng)其反應(yīng)速率常數(shù)增大的倍數(shù)是不同的。

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欄目鏈接例3以下是某研究小組探究影響化學(xué)反應(yīng)快慢的一些因素的相關(guān)數(shù)據(jù)(常溫通常指20℃)。

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欄目鏈接(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)①和②對(duì)比可知，化學(xué)反應(yīng)快慢與__________________有關(guān)。(2)通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)________和__________可知，化學(xué)反應(yīng)快慢與溫度的關(guān)系是________。(3)由上述實(shí)驗(yàn)可知，實(shí)驗(yàn)室用過(guò)氧化氫制取氧氣的最合適的條件是________。解析：(1)從表中分析可知：①②是過(guò)氧化氫濃度不同而其它各種量均相同，可知這一過(guò)程是考查反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)速度的關(guān)系，反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快；

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欄目鏈接(2)③④則是溫度不同其它條件相同，是對(duì)溫度影響化學(xué)反應(yīng)速度的探究，從結(jié)果看溫度高時(shí)反應(yīng)所用的時(shí)間較短，即反應(yīng)的速度較快，溫度低時(shí)反應(yīng)的速度慢；(3)實(shí)驗(yàn)室用過(guò)氧化氫制取氧氣要求反應(yīng)簡(jiǎn)便易操作，所以采用不加熱而加催化劑的方法進(jìn)行較合適，從易于收集的角度知，反應(yīng)的速度不能太快也不能太慢，所以最合適的條件是20℃時(shí)5%過(guò)氧化氫溶液中加入少量二氧化錳。答案：(1)過(guò)氧化氫濃度(2)③④溫度越高反應(yīng)速度越快，溫度越低反應(yīng)速度越慢(3)20℃時(shí)5%過(guò)氧化氫溶液中加入少量二氧化錳

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欄目鏈接?變式訓(xùn)練3．已知Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2＋H2O。甲同學(xué)通過(guò)測(cè)定該反應(yīng)發(fā)生時(shí)溶液變渾濁的時(shí)間，研究外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下(所取溶液體積均為10

mL)：

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欄目鏈接當(dāng)其他條件不變時(shí)：(1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)①和②的目的是_____________________________________________________。(2)探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，應(yīng)選擇______(填實(shí)驗(yàn)編號(hào))。上表中______(填實(shí)驗(yàn)編號(hào))組實(shí)驗(yàn)最先出現(xiàn)渾濁。解析：實(shí)驗(yàn)①、②的溫度相等，c(Na2S2O3)相等，但c(H2SO4)不等，故實(shí)驗(yàn)①、②是探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；實(shí)驗(yàn)①、④中c(H2SO4)和c(Na2S2O3)均相等，但溫度不等，故實(shí)驗(yàn)①、④是探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，實(shí)驗(yàn)③溫度較高，濃度較大，故反應(yīng)速率最快。答案：(1)探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響(2)①④③知識(shí)點(diǎn)四催化對(duì)反應(yīng)速率的影響

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欄目鏈接1．規(guī)律總結(jié)。催化劑能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率。其中，能加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫正催化劑，能減慢化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫負(fù)催化劑。在實(shí)際應(yīng)用中，如不特別說(shuō)明，凡是說(shuō)催化劑都是指正催化劑。2．實(shí)驗(yàn)探究。下表列出一些反應(yīng)在使用催化劑前后的活化能的數(shù)據(jù)以及化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)之比。

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欄目鏈接

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欄目鏈接理論解釋?zhuān)菏褂么呋瘎┙档头磻?yīng)所需的能量更多的分子成為活化分子大大增加單位體積內(nèi)的活化分子百分?jǐn)?shù)成千上萬(wàn)倍地增大化學(xué)反應(yīng)速率。3．催化劑的含義及對(duì)反應(yīng)速率的影響。(1)催化劑是能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。(2)催化劑在整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的歷程中(由于質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變)，必定包括有催化劑參與的反應(yīng)，也包括有催化劑生成的反應(yīng)。

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欄目鏈接

(3)催化劑不改變化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率，不能使化學(xué)平衡移動(dòng)。但其能大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，從而縮短達(dá)到平衡所用時(shí)間。(4)催化劑具有選擇性。酶催化劑還具有催化效率高、專(zhuān)一、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)。(5)使用催化劑的意義：采用升溫、加壓等往往對(duì)設(shè)備有很高的要求，增大反應(yīng)物濃度又造成轉(zhuǎn)化率不高。因此，研制高效催化劑來(lái)提高相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)速率具有重大的意義。

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欄目鏈接溫馨提示①在化學(xué)工業(yè)中往往會(huì)提到催化劑中毒這一現(xiàn)象，它是指催化劑與雜物相接觸后其活性大大降低。②除了濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等能改變化學(xué)反應(yīng)速率外，反應(yīng)物顆粒的大小、溶劑的性質(zhì)、光、超聲波、磁場(chǎng)等也會(huì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。

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欄目鏈接某中學(xué)化學(xué)小組查閱資料發(fā)現(xiàn)金屬氧化物A也能催化氯酸鉀的分解，且A和二氧化錳的最佳催化溫度均在500℃左右，于是對(duì)A和二氧化錳的催化性能進(jìn)行了定量對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)均以收集500

mL氧氣為準(zhǔn)(其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均已忽略)。用MnO2作催化劑

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欄目鏈接請(qǐng)回答：上述實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)數(shù)據(jù)是________。完成此研究后，他們準(zhǔn)備發(fā)表一篇研究報(bào)告，請(qǐng)你替他們擬一個(gè)報(bào)告的題目：________________________________________________________________________________________________。

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欄目鏈接解析：催化劑是參與化學(xué)反應(yīng)但反應(yīng)前后的質(zhì)量和性質(zhì)保持不變的物質(zhì)。對(duì)A和二氧化錳的催化性能進(jìn)行比較，必須進(jìn)行定量對(duì)照實(shí)驗(yàn)，測(cè)定相同條件下收集500

mL氧氣的時(shí)間為多少，計(jì)算出反應(yīng)速率，從而得出兩者的催化性能。答案：時(shí)間A與二氧化錳催化效果的對(duì)照研究

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欄目鏈接?變式訓(xùn)練4．2010年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予理查德·?？说热豢茖W(xué)家，以表彰他們?cè)凇扳Z催化交叉偶聯(lián)”方面的研究。下面關(guān)于催化劑的說(shuō)法正確的是(D)A．催化劑只改變反應(yīng)的正反應(yīng)速率B．催化劑通過(guò)升高反應(yīng)的活化能來(lái)加快反應(yīng)速率C．催化劑能夠改變反應(yīng)的反應(yīng)熱D．催化劑不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

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欄目鏈接解析：催化劑能同等程度地改變正逆反應(yīng)速率，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；催化劑在化學(xué)反應(yīng)中降低反應(yīng)的活化能，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始末狀態(tài)有關(guān)，與催化劑不能改變反應(yīng)熱，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；催化劑不能改變反應(yīng)的平衡狀態(tài)，則不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故D項(xiàng)正確。知識(shí)點(diǎn)五外界條件對(duì)可逆的化學(xué)反應(yīng)速率的影響

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欄目鏈接1．外界條件變化對(duì)v正和v逆的影響。(1)升高溫度，v正和v逆都加快，吸熱反應(yīng)增加的倍數(shù)大于放熱反應(yīng)增加的倍數(shù)；降低溫度，v正和v逆都減慢，吸熱反應(yīng)減少的倍數(shù)大于放熱反應(yīng)減小的倍數(shù)。

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欄目鏈接(2)壓強(qiáng)改變，反應(yīng)速率不一定發(fā)生變化。改變?nèi)萜鞯捏w積(增大或減小)使壓強(qiáng)改變，反應(yīng)速率發(fā)生變化；加壓對(duì)有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，v正和v逆都加快，氣體體積之和大的一側(cè)增加的倍數(shù)大于氣體體積之和小的一側(cè)增加的倍數(shù)；降低壓強(qiáng)，v正和v逆都減慢，氣體體積之和大的一側(cè)減少的倍數(shù)大于氣體體積之和小的一側(cè)減小的倍數(shù)。

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欄目鏈接(3)在溫度一定時(shí)，充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體(如惰性氣體)，若保持體積不變，由于反應(yīng)氣體濃度不變，故對(duì)反應(yīng)速率無(wú)影響；若保持壓強(qiáng)不變，則