知识讲解_化学反应的速率（提高）

1 化学反应的速率 【学习目标】 1、了解化学反应速率的概念和表示方法； 　　2、掌握化学反应速率的影响因素； 　　3、了解改变化学反应速率的意义；　　 4、学会化学反应速率的计算方法。 【要点梳理】 【高清课堂：化学反应的旋律—化学反应速率 ID：370202#小结】 要点一、化学反应速率 1、定义 化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。 化学反应正方向（从左向右）进行的反应速率称为正反应速率；化学反应逆方向（从右向左）进行的反应速 率称为逆反应速率。 　　 2、表示方法 若浓度用物质的量浓度（c）来表示，单位为 mol/L；时间用 t 来表示，单位为秒（s）或分（min）或小时 （h），则化学反应速率的数学表达式为： 　　v = △c/ t 单位：mol/(L·s) 或 mol/(L·min) 或 mol/(L·h) 　　要点诠释： （1）化学反应速率是指某时间段内的平均反应速率，而不是某时刻的瞬时速率。 　　（2）化学反应速率可用来衡量化学反应进行的快慢，均为正值。 　　（3）因为纯固体、纯液体的浓度视为定值，所以该表达式只适用于有气态物质参加或溶液中的反应。 　　（4）同一反应选用不同物质浓度的改变量表示速率，数值可能不同，但表示的意义相同。因此，表示化学 反应的速率时，必须说明是用反应物或生成物中的哪种物质做标准。 　　（5）对于同一反应，各物质化学反应速率之比=化学计量数之比=各物质转化浓度之比。 　　　 如：化学反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。 【高清课堂：化学反应的旋律—化学反应速率 ID：370202#影响化学反应速率的因素】 要点二、影响化学反应速率的因素 　　1、内因（主要因素） 化学反应的速率是由反应物的性质决定的，即由反应物的分子结构或原子结构决定的。 　　2、外因（次要因素） 　　（1）浓度：其他条件不变时，增大反应物浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物浓度，可以减小化学 反应速率。 　　要点诠释：此规律只适用于气体反应或溶液中的反应，对于固体或纯液体反应物，一般情况下其浓度是常数， 因此改变它们的量不会改变化学反应速率。 （2）压强：对于有气体参加的化学反应，若其他条件不变，增大压强，反应速率加快；减小压强，反应速 率减慢。若参加反应的物质为固体或液体（溶液），由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响，可以认为反应速 率不变。对于有气体参加的可逆反应，增大压强，正反应速率、逆反应速率都增大；减小压强，正反应速率、逆 反应速率都减小。 　　要点诠释：对于气体反应体系，有以下几种情况： ①恒温时：增加压强 体积减小 浓度增大 反应速率加快 　　②恒容时：充入气体反应物 总压增大 浓度增大 反应速率加快 　　　　　　　 充入稀有气体 总压增大，但各分压不变，即各物质的浓度不变，反应速率不变2 　　③恒压时：充入稀有气体 体积增大 各反应物浓度减小 反应速率减慢 总之，压强改变，若引起浓度改变，则速率改变。 　　（3）温度：其他条件不变时，升高温度，可以增大反应速率，降低温度可以减慢反应速率。实验测得，温 度每升高 10℃，化学反应速率通常增大到原来的 2～4 倍。温度对吸热反应、放热反应都适用。 　　（4）催化剂：催化剂能改变化学反应速率，但不能使本不发生的反应成为可能。可以提高反应速率的催化 剂称为正催化剂，可以减缓反应速率的催化剂称为负催化剂。大多数的化工生产中，都有使用催化剂，而催化剂 具有高度的选择性（专一性）。 　　要点诠释： ①没有特别说明，催化剂均指正催化剂。 　　②注意催化剂中毒的问题。 　　③催化剂要参与反应，但在整个反应结束后化学性质和质量没有发生变化。 　　（5）其他因素：光、超声波、反应物颗粒、扩散速度、溶剂等。 【典型例题】 类型一：化学反应速率 例 1、反应 4A(s)+3B(g)=2C(g)+D(s)，经 2min，B 的浓度减少 0.6mol/L。对此化学反应速率的正确表示是(　　) A．用 A 表示的反应速率是 0.4mol/(L·min) B．分别用 B、C 表示反应的速率，其比值是 3:2 C．在 2min 末的反应速率，用 B 表示是 0.3mol/(L·min) D．在这 2min 内 B 和 C 两物质浓度都逐渐减小 【答案】B 【解析】A 为固体，一般不用固体表示反应速率，因为固体的浓度一般视为常数，所以 A 项错误；同一反应 用不同物质表示的化学反应速率，其比值与化学方程式中化学计量数成正比，故 B 正确；v(B)=0.3mol/(L·min) 为平均值，并非 2min 末的反应速率，所以 C 项错误；B 为反应物，C 为生成物，两者不可能同时减小，故 D 项 错误。 【总结升华】用不同物质表示同一时间段内的同一化学反应的速率时，其速率之比等于化学方程式中化学计 量数之比。 举一反三： 【变式 1】下面有关化学反应速率的说法中正确的是(　　) 　　A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显 　　B．化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加来表示 　　C．若某化学反应的反应速率为 0.5mol/(L·s)就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为 0.5mol/(L·s) 　　D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度 【答案】BD 【解析】对于无明显现象的化学反应来说，无法通过现象体现反应速率的大小，则 A 选项错误；同一反应选 用不同物质浓度的改变量表示速率，数值可能不同，表示化学反应的速率时，必须说明是用反应物或生成物中的 哪种物质做标准，则 C 选项也不正确。 类型二：化学反应速率的计算 例 2、（2015 北京西城检测）一密闭容器内装有 N2 和 H2 ，反应开始时，N2 浓度为 2 mol/L，H2 浓度为 5mol/L ， 两分钟后，测得 N2 浓度为 1·8mol/L ，则两分钟内 N2 的平均反应速率是多少？H2 和 NH3 的平均反应速率又分 别是多少？ 【答案】v（N2）=0·1 mol/（L·min）， v（H2）=0·3 mol/（L·min）， v（NH3）=0·2 mol/（L·min）。3 【解析】 N2 + 3 H2 ⇌ 2NH3 起始浓度（mol/L） 2 5 0 转化浓度（mol/L） 0·2 0·6 0·4 2 min 后浓度（mol/L）1·8 4·4 0·4 所以：v（N2）= =0·1 mol/（L·min） v（H2）=0·3 mol/（L·min） v（NH3）=0·2 mol/（L·min） 【总结升华】通过计算，发现即在同一反应中，用不同物质（气体或溶液）表示的化学反应速率比=化学计 量数之比，在计算化学反应速率时，可运用此关系直接算得其他物质的反应速率，这样计算会很方便。 举一反三： 【高清课堂：化学反应的旋律—化学反应速率 ID：370202#例 2】 【变式 1】对于反应 N2 + 3H2 2NH3，下列为四种不同情况下测得的反应速率，其中能表明该反应进行 最快的是（ ） A．v(N2)＝0.2 mol/(L·s) B．v(H2)＝1.4 mol/(L·min) C．v(H2)＝0.45mol/(L·s) D．v(NH3)＝9 mol/(L·min) 【答案】A 【变式 2】（2016 山东滨州）已知反应 4CO＋2NO2 N2＋4CO2 在不同条件下的化学反应速率如下，其中 表示反应速率最快的是(　　) A．v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1 B．v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1 C．v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1 【答案】C 【解析】转化为相同的物质进行比较，B 项 v(CO)＝1.4 mol·L－1·min－1，C 项 v(CO)＝1.6 mol·L－1·min－1，D 项 v(CO)＝1.1 mol·L－1·min－1，C 项速率最快。 【变式 3】（2015 人大附中）反应 2SO2＋O2 2SO3 经一段时间后，SO3 的浓度增加了 0.4 m ol/L，在这段 时间内用 O2 表示的反应速率为 0.04 mol/(L·s)，则这段时间为 (　　) A．0.1 s B．2.5 s C．5 s D．10 s 【答案】C 【解析】根据方程式可知 SO3 浓度增加 0.4 mol/L，且 v(SO3)＝2v(O2)，因此这段时间为： 类型三：影响化学反应速率的因素 min2 /2.0 Lmol 4 例 3、要使在容积恒定的密闭容器中进行的可逆反应 2A(g)+B(s)==2C(g)+Q（Q＞0）的正反应速率显著加快， 可采用的措施是（不考虑固、气态间的接触面积）（ ） 　　A．降温　　　　 B．加入 B 　　　　C．增大体积使压强减小 　　　　D．加入 A 【答案】D 　 【解析】影响速率的因素有：浓度、温度、压强、催化剂，降温会使速率都减慢，加入固体 B 对反应速率没 有影响，增大体积、减小压强造成浓度降低，所以本题答案为 D。 　　【总结升华】要理解各因素对速率影响的条件和原因。 举一反三： 【变式 1】 　　把除去氧化膜的镁条放入一定浓度的稀盐酸的试管中，发现 H2 的生成速度 V 随时间 t 变化如图。其中 t1——t2 速度变化的原因是_________________ ；t2——t3 速度变化的原因是__________________________。 　　　　　　　　　 　　【答案】t1——t2 速度变快的原因是因为镁条与盐酸反应放热，进而加快了化学反应速率；t2——t3 速度变慢 的原因是随着反应的进行，盐酸的浓度下降，造成速率变慢。 　　【变式 2】请填写下列两组实验的表格，比较反应速率快慢的原因 　　（1）镁条分别在空气中和纯氧中燃烧的情况对比表 编号 镁条与空气反应 镁条与纯氧气反应 现象 　 　 速率 　 　 　　（2）电石分别在水中和饱和食盐水中反应的情况对比表 编号 电石与水的反应 电石与饱和食盐水的反应 现象 　 　 速率 　 　 　　【答案】 编号 镁条与空气反应 镁条与纯氧气反应 现象 发出耀眼白光 剧烈燃烧，发出耀眼白光 速率 较快 非常快 编号 电石与水的反应 电石与饱和食盐水的反应 现象 与水剧烈反应，产生爆鸣声 均匀产生气泡 速率 非常快 较快5 【巩固练习】 一、选择题（每题有 1-2 个选项符合题意） 1．（2016 山东模拟）反应 4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经 2 min 后，B 的浓度减少了 0.6 mol·L－1。下列反 应速率的表示正确的是 (　　)。 A．用 A 表示的反应速率是 0.4 mol·L－1·min－1 B．用 B 表示的反应速率是 0.3 mol·L－1·min－1 C．2 min 末时的反应速率，用 B 表示为 0.3 mol·L－1·min－1 D．在这 2 min 内用 B 表示的反应速率的值是减小的，C 表示的反应速率逐渐增大 2．把下列四种 X 溶液，分别加入四个盛有 10mL2mol·L－1 盐酸的烧杯中，均加水稀释到 50mL，此时 X 和 盐酸能缓慢地进行反应。其中反应速率最大的是(　　) A．20mL3mol·L－1 的 X 溶液 B．20mL2mol·L－1 的 X 溶液 C．10mL4mol·L－1 的 X 溶液 D．10mL2mol·L－1 的 X 溶液 3．一定温度下，10 mL 0.40 mol／L H2O2 溶液发生催化分解。不同时刻测得生成 O2 的体积（已折算为标准状 况）如下表。 下列叙述不正确的是（溶液体积变化忽略小计）（　 ）。 A．0～6 min 的平均反应速率：v (H2O2)≈3.3×10－2 mol／（L·min） B．6～10 min 的平均反应速率：v (H2O2)＜3.3×10－2 mol／（L·min） C．反应至 6 min 时，c (H2O2)=0.30 mol／L－1 D．反应至 6 min 时，H2O2 分解了 50％ 4．为了说明影响化学反应快慢的因素，甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如下 A－D 四个实验，你认为 结论不正确的是(　　) A．将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下，会发现光照可以加快浓硝酸的分解。 B．将相同大小、相同质量的镁条和铝条与相同浓度盐酸反应，两种速率一样大。 C．两支试管中分别加入相同质量的氯酸钾，其中一支试管中再加入少量二氧化锰，同时加热，产生氧气的 快慢不同 D．相同条件下等质量的块状和粉状大理石与相同浓度盐酸反应时，粉状的反应速率快 5．（2016 吉安新干中学模拟）学习化学反应速率时，我们可以用物理上的速率知识来大胆类推学习，二者 在许多方面都是及其相似的。下列关于化学反应速率的说法中，不正确的是（ ） A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量 B．化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示 C．在同一个反应中，用各物质表示的反应速率之比等于其化学方程式中的化学计量数之比 D．化学反应速率的常用单位有 mol·L-1·s-1 和 mol/（L·min） 6．在密闭容器中进行可逆反应，A 与 B 反应生成 C，其反应速率分别用 v(A)、v(B)、v(C)（单位： mol/(L·s)）表示，且 v(A)、v(B)、 v(C)之间有以下关系：v(B)=3 v(A)，v(C)=2 v(A)，3 v(C)= 2 v(B) ，则此反 应可表示为(　　) A．A(g)+B(g) C(g) B．2A(g)+2B(g) 3C(g) C．3A(g)+B(g) 2C(g) D．A(g)+3B(g) 2C(g) 7．下列措施对增大反应速率明显有效的是（ ） t／min 0 2 4 6 8 10 V (O2)／mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.96 A．Na 与水反应时增大水的用量 B．Fe 与浓硫酸反应制取 H2 时，适当加热 C．在 K2SO4 与 BaCl2 两溶液反应时，增大压强 D．Al 在氧气中燃烧生成 Al2O3，将铝片改为铝粉 8．（2015 海南高考）10mL 浓度为 1mol/L 的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应 速率但又不影响氢气生成的是（ ） A．K2SO4 B．CH3COONa C．CuSO4 D．Na2CO3 9．已知：4NH3+5O2 4NO+6H2O，若反应速率分别用 v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)（mol/(L·min)）表 示，则正确的关系是（ ） A．4/5v(NH3)=v(O2) B．5/6 v(O2)= v(H2O) C．2/3 v(NH3)= v(H2O) D．4/5 v(O2)= v(NO) 10．某温度时,在 2L 容器中 X、Y、Z 三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。由图像中数据分 析，该反应的化学方程式和反应开始至 2min 末 Z 的平均速率分别为（ ） A．X+Y 2Z；0.05 mol/(L·min) B．X+Y 2Z；0.1 mol/(L·min) C．X+2Y Z；0.1 mol/(L·min) D．X+3Y 2Z；0.05 mol/(L·min) 二、非选择题 1. 下列事实中，各是什么原因影响了化学反应速率？将原因写在每小题后面的横线上。 (1)集气瓶中盛有 Cl2 和 H2 的混合气体，在瓶外点燃镁条时瓶内发生爆炸____________________； (2)黄铁矿煅烧时要粉碎成矿粒_________________________________________________________； (3)KI 晶 体 和 HgCl2 晶 体 混 合 无 明 显 现 象 ， 若 一 起 投 入 水 中 ， 则 很 快 生 成 红 色 的 HgI2_____________________； (4)熔化的 KClO3 放出气泡很慢，撒入少量 MnO2 后很快产生气体_______________________； (5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁条，产生的气体有快有慢________________________； (6)同样大小的石灰石分别在 0.1mol/L 盐酸和 1mol/L 盐酸中反应的速率不同___________________________； (7)夏天的食品变质快，而冬天的食品不易发生该现象___________________________________。 2．将等物质的量的 A、B 混合于 2 L 的密闭容器中，发生如下反应：3 A(g) + B(g) x C(g) + 2 D(g)，经 5 min 后，测得 D 的浓度为 0.5 mol/L，C 的平均反应速率 0.1 mol/(L·min)，且 c(A)∶c(B)=3∶5。 　　求：（1）此时 A 的浓度及反应开始前放入容器中 A、B 物质的量； 　　（2）B 的平均反应速率； 　　（3）x 值是多少？ 7 【答案与解析】 一、选择题 1．B 【解析】2 min 内 B 的浓度减小 0.6 mol·L －1，则 v(B)＝ ＝0.3 mol·L －1·min－1，B 项正确；由于 A 为 固体，不可用来表示反应速率，A 项错误；化学反应速率是平均速率，而不是瞬时速率，C 项错误；在同一 时间内无论用反应物还是用生成物表示的反应速率其变化趋势是相同的，D 项错误。 2．A 【解析】由题意可知，四种情况盐酸的量相同，则起始时 X 的浓度最大者反应速率最大，由于四种情况溶 液的体积均为 50mL，所以加入的 X 的物质的量最大者，浓度即为最大，无需计算，观察即得：n(X)A>n(X)B＝ n(X)C>n(X)D。 3．C 【解析】分析表中数据，确定 0～6 min 及 6～10 min 内 V（O2）的变化量，再结合 H2O2 分解反应的原理， 计算 v（H2O2）。根据反应开始至 6 min 时 V（O2）的值计算Δc（H2O2），再求算其转化率。 A 项，H2O2 溶液发生催化分解反应的原理为 2H2O2 2H2O+O2↑，由表中数据可知，0～6 min 生成 O2 的体积为 22.4 mL（标准状况下，即 10－3 mol），则有 v（H2O2）=（2×10－3 mol）／（0.01 L×6 min）≈3.3×10 －2 mol／（L·min）。 B 项，随着反应的进行，H2O2 溶液的浓度减小，H2O2 的反应速率减小，因此 6～10 min 的平均反应速率 v （H2O2）＜3.3×10－2 mol／（L·min）。 C 项，反应至 6 min 时，消耗 2×10－3 mol H2O2，则剩余 H2O2 的物质的量为 2×10－3 mol，溶液中 c（H2O2） =0.20 mol／L。 D 项，反应至 6 min 时，H2O2 由 4×10－3 mol 变为 2×10－3 mol，其转化率为 50％。 4．B 【解析】本题考查外界条件对化学反应速率的影响。B 中镁、铝性质不同，反应速率在相同外界条件下不同。 5． B 【解析】A 项化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量，故 A 正确；B 项化学反应通常用单位 时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量表示： ，故 B 错误；C 项在同一反应中，时间相同体积相同，速 率之比等于物质的量之比，而物质的量之比等于化学计量数之比，所以各物质的反应速率之比等于化学方程式中 的系数比，故 C 正确；D 项反应速率单位是导出单位，浓度单位常用 mol/L，时间单位常用 s、min，化学反应速 率的常用单位有 mol·L-1·s-1 和 mol/（L·min），故 D 正确。 6．D 【解析】各反应物或生成物的反应速率之比等于其化学计量数之比。由题中条件可知 v(A)：v(B)：v(C)=1:3:2， 则此反应应为 A(g)+3B(g) 2C(g)，故选 D。 7．D 【解析】Na 与水反应时水过量，因此，增大水的用量不会增大反应速率，A 选项错误；Fe 与浓硫酸反应产 生的气体不是 H2，而是 SO2，则 B 选项也错误；C 选项中为两溶液间的反应，没有气体参加，增大压强对反应 速率没有影响；D 选项中将铝片改为铝粉，增大固体的表面积，可以增大反应速率，故选 D。 8．AB 【解析】Zn 与稀盐酸发生反应：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑，若加入物质是使反应速率降低，则 c(H+)减小。但是不影 响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的 n(H+)不变。A、K2SO4 溶液中的水对盐酸起稀释作用，使 c(H+)减 小，但没有消耗 H+，因此 n(H+)不变，符合题意，正确；B、CH3COONa 与 HCl 发生反应： CH3COONa+HCl=CH3COOH+NaCl，使溶液中 c(H+)减小，反应速率降低，当反应进行到一定程度，会发生反应： 催化剂 0.6 / 2min mol L8 2CH3COOH+Zn= (CH3COO)2Zn+ H2↑，因此最终不会影响产生氢气的物质的量，正确；C、加入 CuSO4 溶液会与 Zn 发生置换反应：CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4，产生的 Cu 与 Zn 和盐酸构成原电池。会加快反应速率，与题意不符合， 错误；D、若加入 Na2CO3 溶液，会与盐酸发生反应： Na2CO3+2HCl=2NaCl2+H2O+CO2↑，使溶液中溶液中 的 c(H+)减小，但由于逸出了 CO2 气体，因此使 n(H+)也减小，产生氢气的物质的量减小，不符合题意，错误。 9. D 【解析】在同一反应中，反应物和生成物的反应速率之比和化学方程式的化学计量数之比相等，所以 A、 B、C 三项都错误。 10．D 【解析】从图像上可以看出：X、Y 的物质的量减小而 Z 的物质的量增加，X、Y、Z 变化的物质的量之比 是 1:3:2，所以反应为 X+3Y 2Z；2min 末时 Z 的物质的量为 0.2mol，体积为 2L，所以反应速率为 0.05 mol/(L·min)。 二、非选择题 1．(1)光照　(2)固体表面积的大小　(3)状态不同，晶体溶于水时高度分散，反应物接触面积增大　(4)催化剂　(5) 反应物的本质不同　(6)溶液浓度不同　(7)温度不同 【解析】从影响化学反应速率的各种因素(内因：反应物的本质；外因：浓度、温度、固体反应物的表面积、 反应物的状态、催化剂等等)入手，结合已有的化学知识进行分析，就容易找到答案。 2．（1）A 的浓度为 0.75 mol/L，反应开始前放入容器中 A、B 的物质的量为 3 mol；（2）B 的平均反应速率为 0.05 mol/(L·min)；（3）x 值等于 2。 【解析】设 A、B 起始物质的量为 a mol， 　　 3 A(g) + B(g) x C(g) + 2 D(g) 　　起始物质的量(mol) a a 0 0 　　变化物质的量(mol) 1.5 0.5 0.1×5×2 0.5×2 　　5min 后物质的量(mol) (a-1.5) (a-0.5) 1 1 　　由于 c(A)∶c(B)=3∶5，则有： 　　 ，∴a=3 mol 　　5 min 后 c(A) = (3 - 1.5) mol / 2 L = 0.75 mol/L 　　因 C、D 变化的物质的量相等，则有 x=2 　　v(B) = 0.5v(C) = 0.5×0.1 mol(L·min) = 0.05 mol/(L·min)