文档内容
第 01 讲 化学反应速率及其影响因素
目 录
01 考情透视·目标导航.........................................................................................................................2
02 知识导图·思维引航.........................................................................................................................3
03 考点突破·考法探究.........................................................................................................................4
考点一 化学反应速率的概念及计算.........................................................................................4
知识点1 化学反应速率...........................................................................................................4
知识点2 化学反应速率的计算...............................................................................................4
知识点3 化学反应速率的大小比较.......................................................................................6
知识点4 化学反应速率的测定...............................................................................................6
考向1 考查化学反应速率概念的理解...................................................................................7
考向2 考查化学反应速率的计算...........................................................................................8
考向3 考查化学反应速率大小比较.....................................................................................11
考向4 考查化学反应速率的测定.........................................................................................13
考点二 影响化学反应速率的因素...........................................................................................15
知识点1 影响化学反应速率的因素.....................................................................................15
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”................................................................17
知识点3 速率常数和速率方程.............................................................................................18
知识点4 速率-时间(vt)图像...............................................................................................19
考向1 考查影响化学反应速率的因素.................................................................................21
考向2 考查催化剂、活化能与转化效率的关系.................................................................23
考向3 考查“控制变量”探究影响化学反应速率的因素.................................................25
考向4 考查速率常数及其应用.............................................................................................28
考向5 考查速率图像分析.....................................................................................................30
04 ........................................................................................................................................................33
考点要求 考题统计 考情分析
化学反应速率 2024吉林卷10题,3分 分析近三年高考试题,高考命题在本讲有以下规律:
的概念及计算 2023河北卷12题,3分 1.从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,考查内容主要有以下两个方面:
(1)考查一段时间内化学反应速率的计算、反应速率快慢
2022辽宁卷12题,3分
判断、影响化学反应的因素等。
2022浙江6月卷20题,2分 (2)结合化学平衡,考查对反应速率方程、速率常数的理
解及计算。
2.从命题思路上看,侧重以化工生产或新信息为背景,与
反应热或化学平衡相结合,考查反应速率的计算、比较及影
响因素。
(1)选择题
结合化学平衡图像、图表考查化学反应速率的简单计算、外
界条件对化学反应速率的影响、化学反应速率与化学平衡的
综合应用,结合反应历程,考查决速步、活化能等相关知
2024·北京卷13题,3分
识。
2024·甘肃卷10题,3分
影响化学反应 (2)非选择题
2024·安徽卷12题,3分
速率的因素 常常与基本理论、工业生产相联系,通过图像或表格提供信
2023广东卷15题,4分
息进行命题,主要考查化学反应速率的表示方法、速率的影
2022海南卷8题,2分
响因素、速率方程等。
3.根据高考命题特点和规律,复习时要注意以下几个方面:
(1)反应速率的定量计算;
(2)反应速率的影响因素的理论解释;
(3)提高图像类信息的分析能力,关注化学反应速率的调
控在生活、生产和科学研究领域中的应用。
复习目标:
1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。
2.了解反应活化能的概念,了解催化剂的重要作用。
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响,能用相关理论解释其一般规律。
4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。考点一 化学反应速率的概念及计算知识点1 化学反应速率
1.表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2.数学表达式及单位
v=,单位为 mol·L - 1 ·min - 1 或 mol·L - 1 ·s - 1 。
3.化学反应速率与化学计量数的关系
同一反应在同一时间内,用不同物质来表示的反应速率可能不同,但反应速率的数值之比等于这些物质在
化学方程式中的化学计量数之比。
如在反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)中,存在 v (A) ∶ v (B) ∶ v (C) ∶ v (D) = a ∶ b ∶ c ∶ d
【特别提醒】(1)一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。
(2)由v=计算得到的是一段时间内的平均速率,用不同物质表示时,其数值可能不同,但意义相同。
(3)化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。这里所说的化学反应速率指的是平均反
应速率,而不是瞬时反应速率。一定温度下,锌粒在1 mol/L的稀盐酸中反应的反应速率与反应时间的关
系如图所示,图中A点的斜率就是在t 时刻的瞬时反应速率。
1
(3) 同一反应在不同反应阶段的反应速率一般是不同的。主要原因:反应物浓度的不断变化;而且反应
所引起的热量变化对反应速率也有较大影响。
知识点2 化学反应速率的计算
1.化学反应速率计算的4个方法
(1)定义式法:v=。
(2)比例关系式法:化学反应速率之比=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之
比。对于反应mA(g)+nB(g)===pC(g)+qD(g)来说,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
【易错提醒】同一化学反应用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,因此,一定要标明是哪种具体物
质的反应速率。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
(4)从图像中获取计算的数据及依据图像求反应速率的步骤
①从图像中获取计算的数据纵坐标可以是物质的量,也可以是物质的量浓度,横坐标是时间。
例如:某温度时,在定容(VL)容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根
据图像可进行如下计算:
n -n n -n
1 3 2 3
A.求某物质的平均速率、转化率,如:v(X)= mol / ( L· s ) ,Y的转化率= ×100%。
V·t n
3 2
B. 确定化学方程式中的化学计量数之比,如:X、Y、Z三种物质的化学计量数之比为 ( n - n )∶( n -
1 3 2
n )∶ n。
3 2
②依据图像求反应速率的步骤
第一步:找出横、纵坐标对应的物质的量;
第二步:将图中的变化量转化成相应的浓度变化量;
第三步:根据公式v=进行计算。
2.化学反应速率计算的万能方法——三段式法
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
如对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),起始时A的浓度为a mol·L-1,B的浓度为b mol·L-1,反
应进行至ts时,A消耗了x mol·L-1,则化学反应速率可计算如下:
1
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/(mol·L-1) a b 0 0
转化/(mol·L-1) x
t/(mol·L-1) a-x b-
1
则:v(A)= mol·L-1·s-1,v(B)= mol·L-1·s-1,v(C)= mol·L -1·s-1,v(D)= mol·L -1·s-1。
知识点3 化学反应速率的大小比较
1.定性比较
通过明显的实验现象(如气泡产生快慢、沉淀生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
2.定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
(1)归一法
①“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
②“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率。
③“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
(2)比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率大。如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若>,则A表示的化学反应速率较大。
3.由图像比较反应速率大小的方法:根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越短,对应的反应的温
度、浓度或压强就越大,则对应的反应速率越大。
知识点4 化学反应速率的测定
1.定性描述:(根据实验现象,以锌与硫酸反应为例)
①观察产生气泡的快、慢;
②观察试管中剩余锌粒的质量的多、少;
③用手触摸试管,感受试管外壁温度的高、低;
2.定量描述:(根据实验测量,单位时间内:)
①测定气体的体积;
②测定物质的物质的量的变化;
③测定物质或离子的浓度变化;
④测定体系的温度或测定反应的热量变化。
3.测量化学反应速率的常见方法
(1)量气法
(2)比色法
(3)电导法
(4)激光技术法
4.化学反应速率的测量——实验
(1)反应原理:Zn+HSO =ZnSO+H↑
2 4 4 2
(2)实验装置
(3)测量数据
①单位时间内收集氢气的体积;
②收集相同体积氢气所需要的时间;
③有pH计测相同时间内pH变化,即 △ c(H + )。
④用传感器测 △ c(Z n 2 + )变化。
⑤测相同时间内 △ m(Zn )。
⑥相同时间内恒容压强变化;
⑦相同时间内绝热容器中温度变化。考向1 考查化学反应速率概念的理解
例1(23-24高三下·广东·期中)下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
B.化学反应速率为0.8mol·L-1·s-1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L-1
C.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显
D.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
【答案】D
【解析】A.化学反应速率一般以某物质单位时间内的浓度变化量来表示,A项错误;B.反应速率为
0.8mol·L-1·s-1表示1s内某物质的浓度平均变化了0.8mol·L-1,而不是1s时的瞬时浓度,B项错误;C.反
应速率有时不一定能察觉,如酸碱中和反应瞬间即能完成,但几乎没有明显现象发生,C项错误;D.化学
反应速率正是用于衡量一段时间内化学反应进行快慢的物理量,D项正确;答案选D。
【易错提醒】(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率,且无论用反应物表示还是用生
成物表示均取正值。
(2)同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的意义相同。
(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
【变式训练1】(2024·浙江杭州·模拟预测)下列可以用来表示化学反应速率单位的是
A.mol/L B.g/mol C.mol(L·s)-1 D.g/L
【答案】C
【解析】化学反应速率通常用单位时间内浓度的变化量来表示,由化学反应速率公式 知,化学反应
速率的单位是mol(L·s)-1,故C正确;故选C。
【变式训练2】(2024·湖南衡阳·三模)TiO2+水解反应为TiO2++(x+1)H O TiO•xH O↓+2H+。常温下,
2 2 2
一定量TiOSO 溶于水溶液中c(H+)与时间关系如图所示。下列叙述错误的是
4
A.tmin时,正反应速率大于逆反应速率
2
B.其他条件不变,tmin时水解反应仍在进行
3
C.其他条件不变,通入NH ,TiO2+平衡水解率增大
3
D.t~tmin内,TiO2+水解平均速率v(TiO2+)= mol•L-1•min-1
2 3
【答案】D
【解析】A.电子层数越多半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小;原子半径:
,A正确;B.tmin时,反应达到平衡状态,正、逆反应仍在进行,只是速率相等,B正确;C.其他条件
3不变,通入NH 和氢离子,促进平衡正向减小,TiO2+平衡水解率增大,C正确;D.由反应式可知
3
,t~tmin内,TiO2+水解平均速率v(TiO2+)= mol•L-1•min-1,D错误;故选D。
2 3
考向2 考查化学反应速率的计算
例2(2024·辽宁沈阳·一模) 在金表面分解的实验数据如下表。已知反应物消耗一半所需的时间 称
为半衰期。下列说法错误的是
0 20 40 60 80
A. 消耗一半时的反应速率为
B.100min时 消耗完全
C.该反应的速率与 的浓度有关
D.该反应的半衰期 与起始浓度 的关系满足
【答案】C
【解析】A.从表中可知,20min时, 浓度为 ,而在60min时, 浓度变为原来的一
半,因此 消耗一半时的反应速率 = ,A正确;B.由表中数据可
知,每20min 浓度消耗0.020mol/L,因此当100min时 消耗完全,B正确;C.由表中数据可知,
该反应匀速进行,与起始浓度无关,C错误;D.结合选项A的解析, 起始浓度为 时,
40分钟达到半衰期,代入关系式验证,可得:40min=500×0.080,D正确。因此,本题选C。
【思维建模】化学反应速率计算的4个方法
(1)定义式法:利用公式v==计算化学反应速率,也可以利用公式计算物质的量或物质的量浓度变化或
时间等。
(2)比例关系法:同一反应中,用不同物质表示的化学反应速率之比=物质的量浓度变化量(Δc)之比=物
质的量变化量(Δn)之比=化学计量数之比。
(3)三段式法:列起始量、转化量、最终量,再根据定义式或比例关系计算。
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量和某时刻量。
③根据已知条件列方程式计算。
(4)依据图像求反应速率。
【变式训练1】(23-24高三下·河北·期中)某温度时,在 容器中, 、 、 三种气体物质的量的变化
曲线如图所示。下列说法错误的是A.反应方程式为
B.该反应条件下, 时 的转化率达到最大
C.第 时的化学反应速率
D. 后虽然 的浓度不再变化,但 仍在发生反应
【答案】C
【解析】A.根据图中 的物质的量变化分别为0.1mol、0.3mol、0.2mol,根据物质的变化量之比
等于化学计量数之比,则可以判断出 为反应物, 为生成物且其化学计量数之比为 , 正
确;B. 时各物质的物质的量不再变化,反应达到平衡,此时反应达到最大限度, 的转化率达到最
大, 正确;C.化学反应速率表示的是一段时间内的平均速率而不是瞬时速率, 错误;D.该反应为可
逆反应,当反应达平衡时反应仍在进行, 正确;故选C。
【变式训练2】(2024·黑龙江吉林·模拟预测)工业上以1,4-丁二醇(BD)为原料催化脱氢制备γ-丁内酯
(BL),其副反应产物为四氢呋喃( ,THF)、正丁醇(BuOH)以及其他四碳有机物。其他条件相同时,
不同温度下,向1L容器中通入4×10-2molBD反应2h,测得BL、THF、BuOH在四碳有机产物中的物质的
量分数如表:
温度/℃ 220 240 250 255
BL/% 60.2 84.6 92.6 95.2
THF/% 1.2 1.8 1.9 2.1
BuOH/% 0.2 0.3 0.4 0.6
已知:HO(CH)OH(g,BD) (g,BL)+2H (g) △H>0
2 4 2
下列说法错误的是
A.255℃,2h时n(BL)=1.5×10-2mol,则0~2h内v(H ) =1.5×10-2mol•L-1•h-1
2 主反应
B.250℃,2h时n(BD)+n(BL)+n(THF)+n(BuOH)=4×10-2mol
C.220℃,2h时n(BL)=9.03×10-3mol,则BD的总转化率为37.5%
D.由表中数据可知:220~255℃,BL的选择性随着温度的升高而提高【答案】B
【分析】化学平衡作为高考重要考查内容,是考试的难点也是重点
【解析】A.根据BL与H 在反应中的计量系数关系为1:2,可以计算出生成H(主反应)的物质的量为
2 2
3.0×10-2mol,所以 ,故A正确;B.根据题目信息,除了生成 BL、THF 和
BuOH外,还有剩余的BD,同时还其他四碳有机物,所以2h时,n(BD)+n(BL)+n(THF)+n(BuOH)<4×10-
2mol,故B错误;C.由表格数据可知,220℃, 2h时n(BL)=9.03×10-3mol,含量为60.2%,则BD的总转
化率为 ,故C正确;D.由表中数据可知,BL的含量从220~255℃逐渐增大,说
明选择性均随着温度的升高而提高,故D正确;故答案选B。
考向3 考查化学反应速率大小比较
例3(23-24高三下·福建·开学考试)电导率用于衡量电解质溶液导电能力的大小,与离子浓度和离子迁移
速率有关。图甲为相同电导率盐酸和醋酸溶液升温过程中电导率变化曲线,图乙为相同电导率氯化钠和醋
酸钠溶液升温过程中电导率变化曲线。下列判断不正确的是
A.由曲线2可推测:温度升高可以提高离子迁移速率
B.由曲线4可推测:温度升高,醋酸钠电导率变化与醋酸根的水解平衡移动有关
C.由图甲、乙可判定:相同条件下,盐酸的电导率大于醋酸的电导率,可能的原因是 的迁移速率大于
的迁移速率
D.由图甲、乙可判定:两图中电导率的差值不同,与溶液中 的浓度和迁移速率有关
【答案】A
【解析】A.曲线2电导率增大可能是由于温度升高促进了醋酸的电离,离子浓度增大,不能推测出温度
升高可以提高离子迁移速率,A错误;B.由曲线4可推测温度升高,醋酸钠电导率变化与氯化钠未完全
一致,说明醋酸钠的水解平衡可能是影响电导率的因素之一,B正确;C.由图甲、乙可判定:相同条件
下,盐酸的电导率大于醋酸的电导率,可能的原因是 的迁移速率大于 的迁移速率,也可能是
受醋酸电离的影响,C正确;D.电导率的差值不同,可能的原因是与 的迁移速率和 的迁移
速率有关,或与醋酸的电离、醋酸根离子的水解有关,即与溶液中 的浓度有关,D正确;故选:
A;
【思维建模】定量法比较化学反应速率的大小(1)归一法:按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)+bB(g) cC(g),即比较与,若>,则用
A表示时的反应速率比用B表示时大。
【变式训练1】(2024·浙江台州·二模) 在NaOH溶液中发生水解反应,历程如下:
已知:
①反应能量图如下:
②结构不同溴代烷在相同条件下水解相对速率如下表:
取代基
相对速率 108 45 1.7 1.0
下列说法不正确的是
A. 中4个碳原子位于同一平面内
B.该历程中, 水解速率,较大程度地受到 浓度大小的影响
C.发生该历程水解速率:
D. 在水中离解成 的难易程度与C-Br键的键能和极性等有关
【答案】B
【解析】A. 中心C原子形成3个共价键,没有孤电子对,杂化类型为sp2,为平面结构,4个碳
原子位于同一平面内,A正确;B.由图可知, 在NaOH溶液中反应的第I步反应活化能较
大,反应速率较慢,对 水解速率影响较大,B错误;C.根据已知②可知,碳卤键的碳原子
上的甲基越多,溴代烷水解相对速率越大,则发生该历程水解速率:
,C正确;D.C-Br键的键能越小、极性越大,C-Br越容易断,
在水中越易离解成 ,D正确;故选B。
【变式训练2】(23-24高三下·浙江·开学考试)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) 3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法正确的是
A.从a、c两点坐标可求得a、c两点该化学反应的速率
B.a、b、c三点的速率大小为:v (b)>v (a)>v (c)
正 逆 正
C.若提高反应温度,则c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
D.反应达到平衡时一定存在关系:3v(B)=2v(X)
【答案】D
【解析】A.从a、c两点坐标可求得a、c两点间的该化学反应的平均速率,A错误;B.随着的反应正向
进行,反应平衡前v >v ,平衡时v =v ,至平衡过程中正速率减小逆速率增加,则v (b)> v (c)= v
正 逆 正 逆 正 正 逆
(c)> v (a),故B错误;C.若提高反应温度,则平衡会发生移动,则c(B)最终浓度会不同,C错误;D.
逆
反应达到平衡时物质反应速率比等于系数比,则:3v(B)=2v(X) ,D正确;故选D。
考向4 考查化学反应速率的测定
例4(2024·山东·三模)已知 的速率方程为 (k为速率常数,只与
温度、催化剂有关)。实验测得, 在催化剂X表面反应的变化数据如下:
t/min 0 10 20 30 40 50 60 70
0.100 0.080 0.040 0.020 0
下列说法正确的是
A. ,
B. min时,
C.相同条件下,增大 的浓度或催化剂X的表面积,都能加快反应速率
D.保持其他条件不变,若 起始浓度为0.200 mol·L ,当浓度减至一半时共耗时50 min
【答案】D
【分析】根据表中数据分析,该反应的速率始终不变, 的消耗是匀速的,说明反应速率与 无
关,故速率方程中n=0;
【解析】A.由分析可知,n=0,与 浓度无关,为匀速反应,每10min一氧化二氮浓度减小0.02
,则 ,A错误;B.由分析可知,n=0,与 浓度无关,为匀速反应,t=10min时瞬时速率等于平均速率 = = ≠
,B错误;C.速率方程中n=0,反应速率与 的浓度无关,C错误;D.保持其他
条件不变,该反应的反应速率不变,即为 ,若起始浓度 ,减至一半时
所耗时间为 =50min,D正确;答案选D。
【思维建模】(1)测定原理:利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。
(2)测定方法
①利用能够直接观察的某些性质测定:如通过测量释放出一定体积气体的时间
来测定反应速率,或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。如
气体体积、体系压强、颜色深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。在溶液
中,当反应物或生成物本身有较明显的颜色时,人们常利用颜色深浅和显色物
质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
②利用科学仪器测量:如在溶液中,当反应物或生成物本身有较明显的颜色时,可利用颜色深浅和显色物
质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
【变式训练1】(2024·山西·一模)用下图装置探究原电池中的能量转化。图中注射器用来收集气体并读取
气体体积,记录实验数据如下表:
① ②
气体体积/ 溶液温度/ 气体体积/ 溶液温度/
0 0 22.0 0 22.0
8.5 30 24.8 50 23.8
10.5 50 26.0 — —
下列说法正确的是
A.两个装置中 均为负极,发生氧化反应
B. 内,生成气体的平均速率①>②
C.时间相同时,对比两装置的溶液温度,说明反应释放的总能量①>②
D.生成气体体积相同时,对比两装置的溶液温度,说明②中反应的化学能部分转化为电能【答案】D
【解析】A.装置①没有形成闭合回路,不属于原电池,装置②形成原电池,Zn为负极,发生氧化反应,
故A错误;B.相同时间内,生成气体的多少,判断反应速率快慢,0~8.5min内,生成气体的平均速率装
置①中收集的气体少,反应速率慢,即生成气体速率快慢顺序是②>①,故B错误;C.相同时间内装置
②生成氢气的体积大于装置①,反应释放总能量②大于①,由两装置的溶液温度和能量转化形式,可知,
装置①中化学能转化为热能,装置②中化学能转化为热能和电能,故C错误;D.生成气体体积相同时,
两装置反应释放总能量相等,由两装置的溶液温度可知装置①中化学能转化为热能大于装置②,说明②中
反应的化学能部分转化为电能,故D正确;答案为D。
【变式训练2】(23-24高三上·福建·期末)将0.48g镁粉分别加入10.0mL下列溶液,反应6小时,用排水
法收集产生的气体,溶液组成与H 体积(已换算成标准状况)的关系如下表。下列说法不正确的是
2
实验 1 2 3 4 5 6 7
0.8mol/L 0.2mol/L
溶液组 1.0mol/L 0.1mol/L 1.0mol/L 1.0mol/L NH Cl+ NH Cl+
4 4
HO
2
成 NH Cl NH Cl NaCl NaNO 0.2mol/L 0.8mol/L
4 4 3
NH ·H O NH ·H O
3 2 3 2
V/ml 12 433 347 160 14 401 349
A.由实验2、3可得, 浓度越大,镁和水反应速率越快
B.由实验1、4、5可得,Cl-对镁和水的反应有催化作用
C.由实验3、7可得,反应过程产生的Mg(OH) 覆盖在镁表面,减慢反应
2
D.无论酸性条件还是碱性条件, 都能加快镁和水的反应
【答案】A
【解析】A、试验2、3中主要反应为: ,由于试验2中的
n(NH +)大于试验3中的n(NH +),而镁是过量的,所以不能得出 浓度越大,反应速率越快的结论,故
4 4
A符合题意;B、由试验1、2对比可知,反应速率加快,其原因有可能是Na+、Cl-具有催化作用,由试验
4、5对比可知,Na+对反应无催化作用,由此可知,Cl-对镁和水的反应有催化作用,故B不符合题意;
C、试验7中NH Cl浓度较试验3高,产生氢气的速率应更快,但由表格可知,二者产生氢气的速率几乎
4
相等,其原因在于试验7中加入了高浓度NH ·H O,NH ·H O与Mg2+反应生成了Mg(OH) 覆盖在镁表面,
3 2 3 2 2
减慢反应,故C不符合题意;D、由试验1、2、7对比可知,无论酸性条件还是碱性条件, 都能加快
镁和水的反应,故D不符合题意;故答案为A。
考点二 影响化学反应速率的因素
知识点1 影响化学反应速率的因素1.内因(决定因素):反应物本身的性质是主要因素。反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定
因素。如在相同条件下卤素单质与H 反应的速率大小关系为F>Cl>Br >I ;镁、铝、锌、铁与稀硫酸反应
2 2 2 2 2
的速率大小关系为Mg>Al>Zn>Fe。
【名师点睛】内因包括组成、结构、性质等物质自身因素。
2.外因(其他条件不变,只改变一个条件)
(1)浓度:当其他条件不变时,增大反应物的浓度,化学反应速率增大;降低反应物的浓度,化学反应
速率减小。
(2) 压强:对有气体参加的反应,在其他条件不变时,改变压强同样可以改变化学反应速率。
(3) 温度:升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减小。大量实验证明,温度每升高
10 ℃,化学反应速率通常增大为原来的 2 ~ 4 倍。
(4) 催化剂:催化剂也可以改变化学反应速率(不作特殊强调,一般指正催化剂)。
(5) 其他因素:除了上述浓度、温度、压强、催化剂这四大影响因素外,反应物颗粒的大小、构成微小
原电池、光、超声波、激光等也能影响反应速率。
【特别提醒】(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数,故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变
小时,其表面积增大将导致反应速率增大。
(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的,所以分析压强的改变对反应速率的影响
时,要从反应物浓度是否发生改变的角度来分析。若改变总压强而各物质的浓度不改变,则反应速率不
变。
(3)改变温度,使用催化剂,反应速率一定发生变化,其他外界因素的改变,反应速率则不一定发生变
化。
(4)其他条件一定,升高温度,不论正反应还是逆反应,不论放热反应还是吸热反应,反应速率都要增
大,只不过正、逆反应速率增加的程度不同。
(5)稀有气体对有气体参与的反应速率的影响
①恒温恒压
②恒温恒容
3.控制变量法探究外界条件对速率的影响
探究 变量 举例 备注
①确定变量:先弄清楚影响反应速率的因
素有哪些(浓度、温度、压强、催化剂、
温度 温度不同
固体物质的表面积等)
②控制变量:“定多变一”,仅要探究的因素(如催化剂)不同,其余的因素(浓
度、温度、压强、固体物质的表面积等)
浓度 浓度不同
要完全相同
③ 探究不同催化剂对反应速率的影响时,
加入催化剂的体积相同可保证加入催化剂
后过氧化氢的浓度相同;对比实验中加入
相同体积的水也是为了保证过氧化氢的浓
催化剂 催化剂不同 度相同
④ 若探究温度对反应速率的影响,则必须
在 将溶液加热(或降温)到所
需要的温度
知识点2 反应速率理论——“有效碰撞理论”
1.基元反应:一个化学反应往往经过多个步骤才能实现,每一步反应都称为基元反应。
2.活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子:有足够的能量,能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。活化分子百分数 =
活化分子数目
×100%。
反应物分子总数
②活化能:如图
图中:E 为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E,反应热为E - E 。(注:E 为逆反应的活化能)
1 3 1 2 2
③有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞为有效碰撞。化学反应发生的先决条件是反应物分子间必须发生碰
撞。有效碰撞必须具备两个条件:一是发生碰撞的分子具有较高的能量,二是碰撞时要有一定的方向。
3.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
4.利用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响——活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率
条件变化 微观因素变化
化学反应速活化分子百分数 单位体积内活化分子数目 有效碰撞 率变化
浓度 增大 不变 增加 增加 加快
压强 增大 不变 增加 增加 加快
温度 升高 增加 增加 增加 加快
催化剂 使用 增加 增加 增加 加快
知识点3 速率常数和速率方程
1.基元反应与反应历程
(1)定义:基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,又称为简单反应。大多数化学反应并不
是经过简单碰撞就能完成的,而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程中的每一步反应都称为基元反
应。反应历程又称反应机理。例如H (g)+I (g) 2HI(g),它的反应历程可能是如下两步基元反
2 2
应:
①I I+I(快)
2
②H +2I 2HI(慢)
2
其中慢反应为整个反应的决速步骤。
(2)基元反应过渡状态理论
基元反应过渡状态理论认为,基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态,这个状态
称为过渡态。
AB+C―→[A…B…C]―→A+BC
反应物 过渡态 生成物
过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型,过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活
化能[活化能(能垒)越高,此步基元反应速率越慢]。例如,一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为
CHBr+OH-―→[Br…CH…OH]―→Br-+CHOH
3 3 3
(3)活化能(能垒)与反应机理
使用催化剂,可以改变活化能,改变反应机理,在反应机理中每一步反应的活化能不同,且均比总反应的
活化能低,故一般使用催化剂可以降低反应活化能,加快反应速率,如图所示:E 为总反应的活化能,E、E 为使用催化剂反应机理中各步的活化能。
1 2 3
2.速率方程
一定温度下,化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于反应:aA+bB===gG+hH
则v=kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。
如:①SO Cl SO +Cl v=k c (SO Cl)
2 2 2 2 1 2 2
②2NO 2NO+O v=k c 2 (NO )
2 2 2 2
③2H+2NO N+2HO v=k c 2 (H )· c 2 (NO)
2 2 2 3 2
3.速率常数含义
速率常数(k)是指在给定温度下,反应物浓度皆为1 mol·L-1时的反应速率。在相同的浓度条件下,可用速
率常数大小来比较化学反应的反应速率。化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比,而速率常数
是其比例常数,在恒温条件下,速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此,可以应用速率方程求出该
温度下任意浓度时的反应速率。
4.速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的,速率常数是温度的函数,同一反应,温度不同,速率常数将有不同
的值,但浓度不影响速率常数。
5.速率常数与化学平衡常数之间的关系
一定温度下, 可逆反应:aA(g)+bB(g ) gG(g)+hH(g),达到平衡状态时,v =k ca(A)·cb(B),v =k
正 正 逆
·cg(G)·ch(H),由于平衡时 v =v ,则k ca(A)·cb(B)=k ·cg(G)·ch(H),所以==K。
逆 正 逆 正 逆
知识点4 速率-时间(vt)图像
1.图像类型
由图像变化分析外界条件对其影响,已知反应为mA(g)+nB(g ) pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1。
(1)“渐变”类vt图像
图像 分析 结论
t 时v′ 突然增大,v′ 逐渐增大;v′ >v′ t 时其他条件不变,增大反应物的浓
1 正 逆 正 1
,平衡向正反应方向移动 度
逆
t 时v′ 突然减小,v′ 逐渐减小;v′ >v′ t 时其他条件不变,减小反应物的浓
1 正 逆 逆 1
,平衡向逆反应方向移动 度
正t 时v′ 突然增大,v′ 逐渐增大;v′ >v′ t 时其他条件不变,增大生成物的浓
1 逆 正 逆 1
,平衡向逆反应方向移动 度
正
t 时v′ 突然减小,v′ 逐渐减小;v′ >v′ t 时其他条件不变,减小生成物的浓
1 逆 正 正 1
,平衡向正反应方向移动 度
逆
(2)“断点”类vt图像
图像 分析 结论
t 时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+
1
t 时v′ 、v′ 均突然增大,且v′ n>p+q(正反应为体积减小的反应)
1 正 逆 正
>v′ ;平衡向正反应方向进行
逆
t 时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
1
t 时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+
1
t 时v′ 、v′ 均突然增大,且v′ n<p+q(正反应为体积增大的反应)
1 正 逆 逆
>v′ ;平衡向逆反应方向进行
正
t 时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
1
t 时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+
1
t 时v′ 、v′ 均突然减小,且v′
1 正 逆 正 n<p+q(正反应为体积增大的反应)
>v′ ;平衡向正反应方向进行
逆
t 时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
1
t 时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+
1
t 时v′ 、v′ 均突然减小,且v′
1 逆 正 逆 n>p+q(正反应为体积减小的反应)
>v′ ;平衡向逆反应方向进行
正
t 时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
1
(3)“平台”类vt图像
图像 分析 结论
t 时其他条件不变使用催化剂
1
t 时v′ 、v′ 均突然增大且v′ =v′
1 正 逆 正
t 时其他条件不变增大反应体系的压强且m+
1
,平衡不移动
逆
n=p+q(反应前后气体体积无变化)
t 时v′ 、v′ 均突然减小且v′ =v′ t 时其他条件不变,减小反应体系的压强且m
1 正 逆 正 1
,平衡不移动 +n=p+q(反应前后气体体积无变化)
逆
2.常见v-t图像分析方法
(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变
化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压
强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。
(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变
化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆
移,v(正) ,正反应为放热,则说明降低温度平衡正向移动,则
,C正确;D.c点透光率迅速增大,然后又逐渐减小,则c点为增大体积,导致d点平衡逆向移动,物质的量增大,使得d点平均相对分子质量减小,故c、d两点对应气体的平均相对分子质量
,D错误;故选C。
【变式训练2】(2024·湖南·二模)室温下,某溶液中初始时仅溶有等物质的量的M和N,同时发生以下
两个反应:① ;② (产物均易溶)。反应①的速率 ,反应②的速
率 ( 、 为速率常数)。反应体系中M和Z的浓度随时间变化如图。下列说法正确的是
A.反应过程中,体系中Y和Z的浓度之比逐渐减小
B.0~30min内,M的平均反应速率约为
C.若反应能进行完全,则反应结束时37.5%的N转化为Y
D.反应的活化能:① ②
【答案】C
【解析】A.由图可知,M的起始浓度为 ,反应①的速率 ,反应②的速率
, 、 为速率常数,则同一反应体系中反应①、②的速率之比始终不变,所以Y、Z的浓
度变化之比始终不变,A错误;B.① ② ,则体系中始终有
,由图可知,30min时 ,M的平均反应
速率为 ,B错误;C.30min时, ,则
,即反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比为
,当反应能进行到底时, ,则
, ,反应结束时N转化为Y
的特化率为 ,C正确;D.30min时, ,即
、 ,反应的活化能越高,反应速率越慢,所以反应①的活化能小于反应②的活化能,D
错误;故选C。
考向5 考查速率图像分析例5(2024·广东梅州·一模)对于同一体系内存在竞争反应:① ,② ;测得反
应速率与时间t关系如图,依据图像信息,下列说法不正确的是
A.反应①的反应限度大于反应②
B.加入催化剂定能有效降低反应活化能,加快反应速率
C.无催化剂时 后反应①达到平衡
D.加入催化剂,可有效提高C的产率
【答案】B
【解析】A.反应①和反应②相互竞争,未加入催化剂时,B的速率更大,浓度更大,说明反应①的反应
限度大于反应②,加入催化剂后虽然C速率更大,是因为催化剂导致的速率增大,不是浓度因素导致的速
率更大,故A正确;B.加入催化剂C的速率明显增大,B的速率略有减小,说明加入催化剂加快了生成
C的反应速率,不一定加快了生成B的反应速率,选项没有指明对于哪个反应,故B错误;C.反应速率
不变时浓度不反应到达平衡,无催化剂时t 后反应①达到平衡,C正确;D.加入催化剂,C的速率明显增
2
大,能更快产生C,提高了C的产率,D正确;本题选B。
【思维建模】(1)看起点:分清反应物和生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物,生成物
多数以原点为起点。
(2)看变化趋势:分清正反应和逆反应,分清放热反应和吸热反应。升高温度时,△V吸热>△V放热。
(3)看终点:分清消耗浓度和增生浓度。反应物的消耗浓度与生成物的增生浓度之比等于反应方程式中
各物质的计量数之比。
(4)对于时间—速度图象,看清曲线是连续的,还是跳跃的。分清“渐变”和“突变”、“大变”和
“小变”。比如增大反应物浓度V正突变,V逆渐变;升高温度,V吸热大增,V放热小增;使用催化
剂,V正和V逆同等程度突变。
【变式训练1】(2024·北京顺义·二模)某小组进行“反应物浓度对反应速率影响”实验研究。分别取
不同浓度的葡萄糖溶液和 溶液于试管中,再依次向试管中滴加 酸性 溶
液,通过色度计监测溶液透光率随时间的变化关系。实验结果如图所示。已知:(1)溶液透光率与溶液中显色微粒的浓度成反比。
(2)酸性 溶液与 溶液反应时,某种历程可表示如图。
下列说法中不合理的是
A.从图1可知,该实验条件下,葡萄糖溶液浓度越大,反应速率越大
B.理论上, 和 的反应中参与反应的
C.图2中曲线甲反应速率加快的原因可能与反应生成有催化作用的物质有关
D.图2中 溶液浓度不同时,数据呈现的原因是:随 浓度增大,反应历程中①、②、③、
④速率均减小
【答案】D
【解析】A.由图1,葡萄糖浓度越大,透光率上升越快,由已知(1),即高锰酸根浓度下降越快,故反
应速率越大,A正确;B.高锰酸钾氧化草酸,生成二价锰离子和二氧化碳,锰化合价从+7变为+2,得5
个电子,碳化合价+3变为+4,1个草酸分子失2个电子,根据氧化还原反应得失电子守恒,KMnO 和
4
HC O 的反应中参与反应的n(KMnO):n(H C O)=2:5,B正确;C.由历程图,Mn2+可以作为高锰酸钾
2 2 4 4 2 2 4
和草酸反应的催化剂,故图2中曲线甲反应速率加快的原因可能与反应生成Mn2+有催化作用有关,C正
确;D.随HC O 浓度增大,草酸根浓度增大,反应历程①中,草酸根是反应物,随浓度增大,历程①速
2 2 4
率是增大的,故D错误;本题选D。
【变式训练2】(23-24高三上·内蒙古·阶段考试)如图表示可逆反应A(g)+3B(g)⇌2C(g) △H<0达平衡
后,t 时改变某一反应条件,反应速率随时间变化的情况,根据曲线判断下列说法中正确的是(
1
)A.t 时降低了温度,平衡向正反应方向移动
1
B.t 时增大了压强,平衡向正反应方向移动
1
C.t 时可能使用了催化剂
1
D.t 时增大了A的浓度,同时减小了C的浓度,平衡向正反应方向移动
1
【答案】D
【解析】由图象可知,改变条件瞬间,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,平衡正向移动,且再次平衡
时,正反应速率比改变条件前的反应速率小,A. 降低温度,正、逆反应速率都减小,图中正反应速率在t
1
时增加,A项错误;B. 该反应为气体体积减小的反应,t 时增大压强,正反应速率增加,平衡正向移动,
1
根据勒夏特列原理知,再次平衡时,容器内压强比加压前大,则再次平衡时,反应速率应大于加压前的反
应速率,B项错误;C. t 时若使用催化剂,正反应速率增加,但是平衡不移动,速率应保持不变,C项错
1
误;D. t 时增大了反应物A的浓度,正反应速率增加,同时减少了C的浓度,逆反应速率减小,平衡正向
1
移动,最终反应物浓度减小,再次平衡时的正反应速率应小于之前平衡时的反应速率,D项正确;答案选
D。
1.(2024·吉林卷)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品, 时其制备过程及相关物质浓度
随时间变化如图所示, 后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是
A. 时,反应②正、逆反应速率相等B.该温度下的平衡常数:①>②
C. 平均速率(异山梨醇)
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
【答案】A
【解析】A.由图可知,3小时后异山梨醇浓度继续增大, 后异山梨醇浓度才不再变化,所以 时,
反应②未达到平衡状态,即正、逆反应速率不相等,故A错误;B.图像显示该温度下, 后所有物质
浓度都不再变化,且此时山梨醇转化完全,即反应充分,而1,4-失水山梨醇仍有剩余,即反应②正向进行
程度小于反应①、反应限度小于反应①,所以该温度下的平衡常数:①>②,故B正确;C.由图可知,在
内异山梨醇的浓度变化量为0.042mol/kg,所以平均速率(异山梨醇)=
,故C正确;D.催化剂只能改变化学反应速率,不能改变物质平衡转化率,所以反应②加入催化剂不改
变其平衡转化率,故D正确;故答案为:A。
8.(2024·甘肃卷)下列措施能降低化学反应速率的是
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂 B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释 D.石墨合成金刚石时增大压强
【答案】C
【解析】A.催化剂可以改变化学反应速率,一般来说,催化剂可以用来加快化学反应速率,故催化氧化
氨制备硝酸时加入铂可以加快化学反应速率,A项不符合题意;B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶,可以
让反应物快速接触,可以加快化学反应速率,B项不符合题意;C.锌粉和盐酸反应时加水稀释会降低盐
酸的浓度,会降低化学反应速率,C项符合题意;D.石墨合成金刚石,该反应中没有气体参与,增大压
强不会改变化学反应速率,D项不符合题意;故选C。
10.(2023·辽宁卷)一定条件下,酸性 溶液与 发生反应, (Ⅱ)起催化作用,过程中不
同价态含 粒子的浓度随时间变化如下图所示。下列说法正确的是
A. (Ⅲ)不能氧化
B.随着反应物浓度的减小,反应速率逐渐减小
C.该条件下, (Ⅱ)和 (Ⅶ)不能大量共存
D.总反应为:
【答案】C【分析】开始一段时间(大约13min前)随着时间的推移Mn(Ⅶ)浓度减小直至为0,Mn(Ⅲ)浓度增大直至
达到最大值,结合图像,此时间段主要生成Mn(Ⅲ),同时先生成少量Mn(Ⅳ)后Mn(Ⅳ)被消耗;后来(大
约13min后)随着时间的推移Mn(Ⅲ)浓度减少,Mn(Ⅱ)的浓度增大;据此作答。
【解析】A.由图像可知,随着时间的推移Mn(Ⅲ)的浓度先增大后减小,说明开始反应生成Mn(Ⅲ),后
Mn(Ⅲ)被消耗生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ)能氧化HC O,A项错误;B.随着反应物浓度的减小,到大约13min
2 2 4
时开始生成Mn(Ⅱ),Mn(Ⅱ)对反应起催化作用,13min后反应速率会增大,B项错误;C.由图像可知,
Mn(Ⅶ)的浓度为0后才开始生成Mn(Ⅱ),该条件下Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存,C项正确;D.HC O
2 2 4
为弱酸,在离子方程式中应以化学式保留,总反应为2 +5H C O+6H+=2Mn2++10CO ↑+8H O,D项错
2 2 4 2 2
误;答案选C。
4.(2022·辽宁卷)某温度下,在 恒容密闭容器中 发生反应 ,有关数据如
下:
时间段/ 产物Z的平均生成速率/
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是
A. 时,Z的浓度大于
B. 时,加入 ,此时
C. 时,Y的体积分数约为33.3%
D. 时,X的物质的量为
【答案】B
【解析】A.反应开始一段时间,随着时间的延长,产物Z的平均生成速率逐渐减小,则 内Z的平
均生成速率大于 内的,故 时,Z的浓度大于 ,A正确;
B. 时生成的Z的物质的量为 , 时生成的Z的物质的量为
,故反应在 时已达到平衡,设达到平衡时生了 ,列三段
式:
根据 ,得 ,则Y的平衡浓度为 ,Z的平衡浓度为 ,平衡常数
, 时Y的浓度为 ,Z的浓度为 ,加入 后Z的浓度变为 , ,反应正向进行,故 ,B错误;C.反应
生成的Y与Z的物质的量之比恒等于1∶2,反应体系中只有Y和Z为气体,相同条件下,体积之比等于物
质的量之比, ,故Y的体积分数始终约为33.3%,C正确;D.由B项分析可知 时反应处
于平衡状态,此时生成Z为 ,则X的转化量为 ,初始X的物质的量为 ,剩余X的物质
的量为 ,D正确;故答案选B。
5.(2022·浙江卷)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:
,测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示,下
列说法不正确的是
A.实验①, ,
B.实验②, 时处于平衡状态,
C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大
D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
【答案】C
【解析】A.实验①中,0~20min,氨气浓度变化量为2.40 10-3mol/L-2.00 10-3mol/L=4.00 10-4mol/L,
v(NH )= =2.00 10-5mol/(L·min),反应速率之比等于化学计量数之比,v(N )= v(NH )=1.00
3 2 3
10-5mol/(L·min),A正确;B.催化剂表面积大小只影响反应速率,不影响平衡,实验③中氨气初始浓度
与实验①中一样,实验③达到平衡时氨气浓度为4.00 10-4mol/L,则实验①达平衡时氨气浓度也为4.00
10-4mol/L,而恒温恒容条件下,实验②相对于实验①为减小压强,平衡正向移动,氨气浓度减小,因此实
验②60min时处于平衡状态,根据等效平衡可以判断x<0.2,即x≠0.4,B正确;C.实验①、实验②中
0~20min、20min~40min氨气浓度变化量都是4.00 10-4mol/L,实验②中60min时反应达到平衡状态,实验
①和实验②催化剂表面积相同,实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍,实验①60min时
反应未达到平衡状态,相同条件下,增加氨气浓度,反应速率并没有增大,C错误;D.对比实验①和实
验③,氨气浓度相同,实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍,实验③先达到平衡状态,
实验③的反应速率大,说明相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大,D正确;答案选C。