第06講化學(xué)反應(yīng)的速率-2023年新高二化學(xué)暑假課程（滬科版2020選擇性）（原卷版）

第06講化學(xué)反應(yīng)的速率教學(xué)目標(biāo)知道化學(xué)反應(yīng)速率的定量的表示方法，了解測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)方法。知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)的活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。了解碰撞理論和過渡態(tài)理論的要點(diǎn)，知道反應(yīng)條件改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，提升模型認(rèn)知素養(yǎng)。模塊模塊一化學(xué)反應(yīng)速率知識(shí)預(yù)習(xí)知識(shí)預(yù)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率的意義和表示方法意義：表示某一化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢程度的一種物理量。表示方法：用單位時(shí)間內(nèi)某一反應(yīng)物濃度的減少或某生成物濃度的增加來表示。化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)量特征表達(dá)式：(△c表示某一反應(yīng)物或某一生成物物質(zhì)的量濃度的絕對(duì)變化值，△t表示時(shí)間變化量)單位：mol·L1·s1或mol·L1·min1或mol·L1·h1說明：①化學(xué)反應(yīng)速率無正負(fù)之分；②化學(xué)反應(yīng)速率不是瞬時(shí)速率而是平均速率；③用不同物質(zhì)來表示某一化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，其數(shù)值一般不一定相等，所以必須標(biāo)明物質(zhì)；④用不同物質(zhì)來表達(dá)化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，其數(shù)值不一定相等，但它們的速率比等于方程式中的系數(shù)比。即：對(duì)于反應(yīng)aA+bBcC+dD來說，υ(A)：υ(B)：υ(C)：υ(D)=a：b：c：d【注意】這里的速率均是指同一方向的，要么是正反應(yīng)方向，要么是逆反應(yīng)方向。化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率是可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率表達(dá)式，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)定不同反應(yīng)時(shí)刻反應(yīng)物（或生成物）的濃度。實(shí)際上，任何一種與物質(zhì)濃度有關(guān)的可觀察量都可加以利用，如氣體體積、體系壓強(qiáng)、顏色深淺、光的吸收、導(dǎo)電能力等。例如：對(duì)于溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物或生成物本身有比較明顯的顏色時(shí)，人們常常利用顏色的變化與濃度變化間的比例關(guān)系來測(cè)量反應(yīng)速率?！纠?】合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)?高溫高壓催化劑2NH3(g)ΔH=92kJ·mol(1)如果將1mol氮?dú)夂?mol氫氣混合，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)放出的能量總小于上述數(shù)值，為什么？___________。(2)實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)合成氨時(shí)，在容積為2L的密閉容器內(nèi)，充入2mol氮?dú)夂?mol氫氣，反應(yīng)經(jīng)過2分鐘后，容器內(nèi)壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?0%，則0～2分鐘內(nèi)用氮?dú)獗硎镜幕瘜W(xué)反應(yīng)速率是___________，此時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率為___________(3)在容積為2L的密閉容器內(nèi)，充入1mol氮?dú)夂?mol氫氣，在500℃、有催化劑作用條件下，當(dāng)合成氨的反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，下列說法正確的是___________。a．正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等且為零

b．氮?dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率相等c．氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率達(dá)到最大值

d．氮?dú)夂蜌錃獾臐舛认嗟萫．NH3的體積分?jǐn)?shù)保持不變

f．反應(yīng)達(dá)到該條件下的最大限度(4)CuCl(s)與O2反應(yīng)生成CuCl2(s)和一種黑色固體。在25℃、101kPa下，已知該反應(yīng)每消耗9.95gCuCl(s)放熱4.44kJ，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是___________。(5)根據(jù)所學(xué)知識(shí)，比較下列反應(yīng)熱的大小。①同一反應(yīng)的生成物狀態(tài)不同時(shí)反應(yīng)熱不同，如2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH2，則ΔH1___________ΔH2(填“>”、“<”或“=”，下同)。②同一反應(yīng)的反應(yīng)物狀態(tài)不同時(shí)，反應(yīng)熱不同，如S(g)+O2(g)=SO2(g)ΔH1，S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH2，則ΔH1___________ΔH2?！纠?】已知反應(yīng)4COA．υCO=0.6molC．υN2=模塊模塊二影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素知識(shí)預(yù)習(xí)知識(shí)預(yù)習(xí)基元反應(yīng)研究表明，絕大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)并不是一步完成的，而是分幾步完成的。例如，H2+I2?2HI的反應(yīng)分幾步完成：I2?2I（快速平衡）2I+H2→2HI（慢）當(dāng)然也有些反應(yīng)確實(shí)是一步完成的，例如NO2（g）+CO（g）?NO（g）+CO2（g），這種由反應(yīng)物只經(jīng)過一步就轉(zhuǎn)化成生成物的反應(yīng)，稱為基元反應(yīng)。反應(yīng)機(jī)理(1)反應(yīng)機(jī)理是用來描述某反應(yīng)物到反應(yīng)產(chǎn)物所經(jīng)由的全部基元反應(yīng)，就是把一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)分解成若干個(gè)基元反應(yīng)，以圖示的形式來描述某一化學(xué)變化所經(jīng)由的全部反應(yīng)，然后按照一定規(guī)律組合起來，從而闡述復(fù)雜反應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，以及總反應(yīng)與基元反應(yīng)內(nèi)在聯(lián)系。(2)反應(yīng)機(jī)理詳細(xì)描述了每一步轉(zhuǎn)化的過程，包括過渡態(tài)的形成，鍵的斷裂和生成，以及各步的相對(duì)速率大小等。典型的是基元反應(yīng)碰撞理論和基元反應(yīng)過渡態(tài)理論。(3)反應(yīng)機(jī)理中包含的基元反應(yīng)是單分子反應(yīng)或雙分子反應(yīng)。完整的反應(yīng)機(jī)理需要考慮到反應(yīng)物、催化劑、反應(yīng)的立體化學(xué)、產(chǎn)物以及各物質(zhì)的用量。(4)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，任何化合物的每一步反應(yīng)都應(yīng)該是在該條件下此類化合物的通用反應(yīng)。有效碰撞理論(1)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件：在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子不斷發(fā)生碰撞，大多數(shù)碰撞無法發(fā)生反應(yīng)，只有少數(shù)分子的碰撞才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能發(fā)生有效碰撞的分子是活化分子。普通反應(yīng)物分子形成活化分子所需要的能量叫活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能發(fā)生有效碰撞。發(fā)生有效碰撞不僅有能量的因素，還有空間因素，只有同時(shí)滿足這兩者的要求才能發(fā)生有效碰撞。（2）活化分子的碰撞取向與化學(xué)反應(yīng)分子間的自由碰撞必然會(huì)有不同的碰撞取向。研究發(fā)現(xiàn)，有效的分子碰撞，分子除了要有足夠的能量以外，還要有合適的碰撞取向。若分子碰撞取向合適，就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；若分子碰撞取向不合適，則化學(xué)反應(yīng)不能發(fā)生。也就是說，只有活化分子以合適的取向發(fā)生碰撞以后，才能使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，即(具有較高能量的)活化分子按照合適的取向發(fā)生有效碰撞后才能發(fā)生化反應(yīng)。(3)反應(yīng)歷程：發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有較高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量稱為活化能?；罨茉叫?，普通分子就越容易變成活化分子。如圖所示，反應(yīng)的活化能是E1，反應(yīng)熱是E1－E2。

在一定條件下，活化分子所占的百分?jǐn)?shù)是固定不變的?；罨肿拥陌俜?jǐn)?shù)越大，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)越多，化學(xué)反應(yīng)速率越快?；罨茉酱?，反應(yīng)速率越慢，化學(xué)反應(yīng)取決于最慢的一步。(4)催化劑與化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)分子原有的某些化學(xué)鍵，必須解離并形成新的化學(xué)鍵，這需要一定的活化能。在某些難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的體系中，加入有助于反應(yīng)分子化學(xué)鍵重排的第三種物質(zhì)(催化劑)其作用可降低反應(yīng)的活化能。催化劑能改變反應(yīng)的途徑、降低反應(yīng)的活化能、加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)熱的符號(hào)與數(shù)值、不能改變平衡的移動(dòng)方向。上圖虛線表示催化劑對(duì)反應(yīng)的影響，下圖為催化反應(yīng)歷程示意圖。【例3】基于Al2O3載氮體的碳基化學(xué)鏈合成氨氣的反應(yīng)分吸氮反應(yīng)和釋氮吸氮反應(yīng)?。篈l2O3s釋氮反應(yīng)ⅱ：2AlNs+3H2OA．總反應(yīng)為3Cs+NB．高溫低壓有利于提高反應(yīng)ⅰ中N2C．比較不同路徑，反應(yīng)ⅱ中路徑1能壘較低的原因是O—H鍵的鍵能小于Al—H鍵的鍵能D．相較于哈伯法合成氨，碳基化學(xué)鏈合成氨的優(yōu)勢(shì)有減少原料成本和獲得副產(chǎn)物CO【例4】科學(xué)工作者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在Pt/SiO2催化劑表面上CO2與H2的反應(yīng)歷程，前三步歷程如圖所示，其中吸附在Pt/SiO2催化劑表面上的物種用“?”標(biāo)注，Ts表示過渡態(tài)。

下列有關(guān)敘述正確的是A．前三步總反應(yīng)的ΔH＞0B．?HOCO轉(zhuǎn)化為?CO和?OH為吸熱過程C．催化劑通過參與化學(xué)反應(yīng)，能降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率D．歷程中活化能(能壘)最小的反應(yīng)方程式為?CO+?OH+?H+3H2(g)=?CO+3H2(g)+H2O(g)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1．向一恒容密閉容器中加入1molCH4和一定量的H2O，發(fā)生反應(yīng)：CH4(A．xB．反應(yīng)速率：vC．點(diǎn)a、b、c對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)：KD．反應(yīng)溫度為T12．一定條件下，1-苯基丙炔(Ph-C≡C-CH3)

反應(yīng)過程中該炔烴及反應(yīng)產(chǎn)物的占比隨時(shí)間的變化如圖(已知：反應(yīng)I、Ⅲ為放熱反應(yīng))，下列說法不正確的是A．反應(yīng)焓變：反應(yīng)I>反應(yīng)ⅡB．反應(yīng)活化能：反應(yīng)I<反應(yīng)ⅡC．增加HCl濃度可增加平衡時(shí)產(chǎn)物Ⅱ和產(chǎn)物I的比例D．選擇相對(duì)較短的反應(yīng)時(shí)間，及時(shí)分離可獲得高產(chǎn)率的產(chǎn)物Ⅰ3．一定條件下，酸性KMnO4溶液與H2C2O4

A．Mn(Ⅲ)不能氧化HB．隨著反應(yīng)物濃度的減小，反應(yīng)速率逐漸減小C．該條件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存D．總反應(yīng)為：24．在某催化劑作用下，乙炔選擇性加成反應(yīng)C2H2(g)+H2(g)?C2H4(g)

ΔH<0。速率方程為v正=k正c(C2H2)c(H2)，v逆=k逆c(C2H4)(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度、催化劑有關(guān))。一定溫度下，在2L恒容密閉容器中充入1molC2H2(g)和1molH2(g)，只發(fā)生上述反應(yīng)。測(cè)得C2H4的物質(zhì)的量如下表所示：t/min05101520n/mol00.30.50.60.6下列說法錯(cuò)誤的是A．0~10min內(nèi)，v(H2)=0.025mol?L1?min1B．升高溫度，k正增大的倍數(shù)小于k逆增大的倍數(shù)C．凈反應(yīng)速率(v正v逆)由大到小最終等于0D．在上述條件下，15min時(shí)2k逆=15k正5．某溫度下，向VL恒容密閉容器中通入4molX(g)，發(fā)生反應(yīng)：①2X(g)=Y(g)+4Z(g)，②2Zg?Mg。反應(yīng)體系中X、YA．25min時(shí)，氣體X反應(yīng)完全B．0~10min內(nèi)，氣體X的平均反應(yīng)速率為0.32C．25min時(shí)，向該體系中僅通入1molYg后，反應(yīng)②的平衡不發(fā)生移動(dòng)(保持其他條件不變D．該溫度下，反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=2VL?mol-16．一定溫度下，在2L恒容密閉容器中充入3molNH2COONH4，發(fā)生反應(yīng)：NH2A．vB．該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝4C．CO2的體積分?jǐn)?shù)保持不變時(shí)，說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)D．平衡后，再加入少量NH27．對(duì)于純氣體的反應(yīng)A+A．vA=0.15?mol/(LC．vC=0.2?mol/(L8．在一定條件下，將2molA和3molB兩種氣體混合于容積為2L的恒容密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：2Ag+3Bg?xCg+2Dg。2minA．2min時(shí)A的反應(yīng)速率為0.2molB．2min時(shí)，B的濃度為0.9molC．A的轉(zhuǎn)化率為40%D．x=19．H2與ICl的反應(yīng)分①②兩步進(jìn)行，其能量曲線如圖所示，下列有關(guān)說法正確的是A．反應(yīng)①、反應(yīng)②均為吸熱反應(yīng)B．活化能：反應(yīng)①＜反應(yīng)②C．反應(yīng)速率；反應(yīng)①＞反應(yīng)②D．H2g10．已知：2NO第1步：2NOg?N2第2步：N2O2g+在固定容積的容器中充入一定量NO和O2發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得體系中部分物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)隨溫度(T)A．第1步、第2步正反應(yīng)活化能分別為E1、E2B．a(chǎn)點(diǎn)后，nN2O2迅速減小的原因是第C．b點(diǎn)后，nN2O2增加的原因是第D．若其他條件不變，僅將容器變?yōu)楹銐籂顟B(tài)，則體系建立平衡的時(shí)間不變11．H2在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，傳統(tǒng)制氫成本高、技術(shù)復(fù)雜，研究新型制氫意義重大，已成為科學(xué)家研究的重要課題?；卮鹣铝袉栴}：我國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在Rh的催化下，單分子甲酸分解制H2反應(yīng)的過程如圖所示，其中帶“*”的物質(zhì)表示吸附在Rh表面，該反應(yīng)過程中決定反應(yīng)速率步驟的化學(xué)方程式為______；甲酸分解制H2的熱化學(xué)方程式可表示為______(阿佛加德羅常數(shù)的值用NA表示)。

12．三甲胺[N(CH3)3]是重要的化工原料。最近我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了使用銅催化劑將N，N－二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，簡(jiǎn)稱DMF]轉(zhuǎn)化為三甲胺的合成路線?；卮鹣铝袉栴}：(1)結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應(yīng)歷程，如圖所示：

該歷程中最大能壘(活化能)=______eV，該步驟的化學(xué)方程式為______。(2)該反應(yīng)變化的ΔH______0(填“＜”、“＞”或“=”)，制備三甲胺的熱化學(xué)方程式為______。13．炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發(fā)現(xiàn)它可以活化氧分子，生成活化氧，活化氧可以快速氧化SO2?；罨^程的能量變化模擬計(jì)算結(jié)果如圖所示。無水情況下，一個(gè)氧分子反應(yīng)的活化能為______，容易活化氧分子的條件是______(填“有水”或“無水”)。14．乙烯是重要的有機(jī)化學(xué)原料，工業(yè)上可利用乙烷脫氫制備乙烯。(1)乙烷裂解為乙烯為自由基反應(yīng)，其可能的引發(fā)反應(yīng)及對(duì)應(yīng)化學(xué)鍵的解離能如下：可能的引發(fā)反應(yīng)有關(guān)鍵的解離能(kJ/mol)C2H6(g)→C2H5·(g)+H·(g)410C2H6(g)→2CH3·(g)368根據(jù)表格信息，乙烷裂解引發(fā)的反應(yīng)主要為___________。(2)經(jīng)過引發(fā)的后續(xù)反應(yīng)歷程為(已略去鏈終止過程)：……C2H5H?g①C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g)的ΔH=___________(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。②上述歷程中“……”所代表