第20讲化学反应速率（讲）-2023年高考化学一轮复习讲练测（全国通用）（原卷版）_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_一轮复习

第 20 讲 化学反应速率 目录 第一部分：网络构建（总览全局） 第二部分：知识点精准记忆 第三部分：典型例题剖析 高频考点1 考查化学反应速率概念的理解 高频考点2 考查化学反应速率的计算 高频考点3 考查化学反应速率大小的比较 高频考点4 考查外界因素对化学反应速率的影响 高频考点5 考查控制变量法探究反应速率的影响因素 高频考点6 考查利用“断点”突破化学反应速率图像(vt图) 高频考点7 考查速率常数及其应用 正文 第一部分：网络构建（总览全局） 第二部分：知识点精准记忆知识点一 化学反应速率的概念及计算 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。 知识点二 影响化学反应速率的因素 1.内因：反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为 Mg ＞ Al。 2.外因 【特别提醒】(1)压强对反应速率的影响是通过改变浓度来实现的，浓度不变，速率不变。 (2)温度改变，化学反应速率一定改变。 (3)不特别指明，催化剂一般是加快化学反应速率。 (4)固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固体的表面积改变才能改变化学反应速率。 3.理论解释——有效碰撞理论 (1)活化分子、活化能、有效碰撞 ①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。 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 2③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 【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 知识点三 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)比例关系法：化学反应速率之比等于化学计量数之比。 (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。 (4)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 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。 3．化学反应速率与化学计量数的关系 对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单 位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。 如一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g) 2C(g)。已知v(A)＝0.6 mol·L－1·s－1，则v(B)＝ 0.2 mol·L－1·s－1，v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1。 4．化学反应速率的大小比较 (1)归一法：将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的 大小比较。 (2)比值法：将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的 数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若＞，则反应速率A ＞B。 (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。 知识点四 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′ t 时其他条件不变，增大反应物 1 正 逆 1 ＞v′ ，平衡向正反应方向移动 的浓度 正 逆 t 时v′ 突然减小，v′ 逐渐减小；v′ t 时其他条件不变，减小反应物 1 正 逆 1 ＞v′ ，平衡向逆反应方向移动 的浓度 逆 正 t 时v′ 突然增大，v′ 逐渐增大；v′ t 时其他条件不变，增大生成物 1 逆 正 1 ＞v′ ，平衡向逆反应方向移动 的浓度 逆 正t 时v′ 突然减小，v′ 逐渐减小；v′ t 时其他条件不变，减小生成物 1 逆 正 1 ＞v′ ，平衡向正反应方向移动 的浓度 正 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 1 t 1 时v′ 正 、v′ 逆 均突然增大，且 且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应) v′ ＞v′ ；平衡向正反应方向进 正 逆 行 t 1 时其他条件不变，升高温度且Q＞0(吸 热反应) t 时其他条件不变，增大反应体系的压强 1 t 1 时v′ 正 、v′ 逆 均突然增大，且 且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应) v′ ＞v′ ；平衡向逆反应方向进 逆 正 行 t 1 时其他条件不变，升高温度且Q＜0(放 热反应) t 时其他条件不变，减小反应体系的压强 1 t 1 时v′ 正 、v′ 逆 均突然减小，且 且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应) v′ ＞v′ ；平衡向正反应方向进 正 逆 行 t 1 时其他条件不变，降低温度且Q＜0(放 热反应) t 时其他条件不变，减小反应体系的压强 1 t 1 时v′ 逆 、v′ 正 均突然减小，且 且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应) v′ ＞v′ ；平衡向逆反应方向进 逆 正 行 t 1 时其他条件不变，降低温度且Q＞0(吸 热反应) （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′ 1 正 逆 正 ＝v′ 逆 ，平衡不移动 t 1 时其他条件不变增大反应体系的压强 且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化) t 时其他条件不变，减小反应体系的压 t 时v′ 、v′ 均突然减小且v′ 1 1 正 逆 正 强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变 ＝v′ ，平衡不移动 逆 化) 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)0 B．反应Ⅰ，在0～20min时的平均反应速率v(H )=0.15mol•L-1•min-1 2 C．反应Ⅰ达到平衡时，加入1molCO 和1molCH OH，此时平衡不移动 2 3 D．起始温度相同的反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时平衡常数K也相同 【变式训练2】（依据图像计算）（2020·全国·高三专题练习）一定温度下，把6 mol A和5 mol B通入容 积为4L的恒容密闭容器中发生反应3A(g)＋B(g) 2C(g)＋2D(g)，反应经过5min达到平衡，此时生成2 mol C，正反应速率(v )和逆反应速率(v )随时间(t)的变化如图所示。下列说法正确的是 正 逆 A．t＝5min，平衡时3v (A)＝2v (D) 2 正 逆 B．0～t，A的平均反应速率为0.15 mol·L－1·min－1 2 C．t～t，各物质的浓度一定相等 2 3 D．B的平衡转化率为25% 【变式训练3】（依据化学方程式计算）（2021·浙江高三二模）利用催化剂将尾气中的NO和CO转变成 CO 和N，是尾气处理的一种方法，方程式为： 。为测定在某种催化剂作用下 2 2 的反应速率，在某温度下用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表： 时间(s) 0 1 2 3 4 5 下列说法不正确的是；A．该反应能自发进行，则反应的 B．前2s内的平均反应速率 C．在该温度下，反应的平衡常数K=500 D．在密闭容器中发生上述反应，缩小容积能提高NO转化率 高频考点3 考查化学反应速率大小的比较 例3．（2022·全国·高三专题练习）对于可逆反应A(g)+3B(s) 2C(g)+2D(g)，在不同条件下的化学反应速 率如下，其中表示的反应速率最快的是 A．v(A)=0.5mol·L-1·min-1 B．v(B)=1.2mol·L-1·s-1 C．v(D)=0.4mol·L-1·min-1 D．v(C)=0.1mol·L-1·s-1 【规律总结】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】（根据图像判断某点反应速率的大小）（2021·浙江高三） 温度下，向2L真空密闭容器中 加入 固体，发生反应： (未配平)，反应过程如图，下列说法正确的是 A．X可能为 B． 用 表示的反应速率为 C．第2min时逆反应速率大于第4min时逆反应速率 D．第4min时，保持温度和容积不变，向容器中再加入 ，混合气体颜色加深 高频考点4 考查外界因素对化学反应速率的影响 例4．（2022·上海松江·二模）相同条件下，取pH=2的HCl溶液和pH=2的CHCOOH溶液各100mL，分 3 别加入0.65g锌粉充分反应，有关叙述正确的是 A．CHCOOH与锌反应起始速率快 B．HCl与锌粉反应放出H 多 3 2 C．HCl与锌反应起始速率快 D．CHCOOH与锌粉反应放出H 多 3 2 【易错警示】警惕外界因素对化学反应速率影响的5大误区 (1)误认为随着化学反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小。其实不一定，因为反应速率不仅受浓度影响， 而且受温度影响，一般会先增大后减小。 (2)误用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算化学反应速率。速率大小比较时易忽视各物质的反应速率 的单位是否一致，单位书写是否正确。 (3)误认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应 速率，但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。 (4)误认为只要增大压强，化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行，若充入氦气 (或不参与反应的气体)，压强增大，但参与反应的各物质的浓度不变，反应速率不变；若反应在密闭容积 可变的容器中进行，充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变，容器体积增大，各组分浓度减小， 反应速率减小。(5)误认为温度、压强等条件的改变对正、逆反应速率影响不一致。如认为升温既然使化学平衡向吸热方向 移动，则对于放热反应，升温时，逆反应速率增大，而正反应速率减小。其实不然，温度升高，正、逆反 应速率都增大，只是吸热反应方向速率增大程度大；同理，降温会使吸热反应方向速率减小程度大，而导 致化学平衡向放热方向移动。 【变式训练】（2021·陕西咸阳市·高三一模）氨的工业合成对工农业生产具有划时代意义。在容积固定的 密闭容器中充入一定量的 和 ，一定条件下发生反应 。下 列有关叙述正确的是 A．相同条件下， B．温度不变时，向容器中充入氦气，反应速率加快 C．升高温度，正反应速率减小，平衡向逆反应方向移动 D．增大 的浓度，能提高 的转化率 高频考点5 考查控制变量法探究反应速率的影响因素 例5．（2022·北京·101中学三模）化学小组探究铜与硝酸反应的快慢及产物。 实验 开始无明显现象，渐有小气泡生成，液面上方出现浅红棕色气体，溶液呈蓝 Ⅰ 色。 实验 最初反应较慢，随后加快，反应剧烈；产生红棕色气体；溶液呈绿色。 Ⅱ 资料：铜与浓 反应一旦发生就变快，生成的 可溶于水形成 (弱酸)，反应就加快。 下列说法正确的是A． 与 反应生成 和NO B．亚硝酸能加快反应速率，是因为亚硝酸可做铜与硝酸反应的催化剂 C．I中反应慢的原因可能是因为稀硝酸不能将NO氧化为 ，体系中不能生成 D．分别向1mL浓硝酸中加入几滴30% 溶液或一定量 固体，再加入铜片，预计反应均较慢 【名师归纳】控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略(1)确定变量：理清影响实验探究结果的所有因素。 (2)定多变一：在探究时，先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的 关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因 素与所探究问题之间的关系。 (3)数据有效：解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。 【变式训练】（2021·山东滨州市·高三二模）某同学为探究浓度对化学反应速率的影响，设计以下实验。 ① ② ③ ④ 1mL0.01mol/L酸性高 1mL0.01mol/L酸性 1mL0.01mol/L酸性 1mL0.01mol/L酸性高 试剂a 锰酸钾水溶液 高锰酸钾水溶液 高锰酸钾水溶液 锰酸钾水溶液 1mL以浓盐酸为溶剂 试剂b 2mL0.1mol/LH 2 C 2 O 4 水 2mL0.2mol/LH 2 C 2 O 4 1mL0.2mol/ 配制的0.2mol/L 溶液 水溶液 LHC O 水溶液 2 2 4 HC O 水溶液 2 2 4 褪色时 690s 677s 600s 间 下列说法错误的是 A．对比实验①、②可知，HC O 水溶液浓度增大，反应速率加快 2 2 4 B．对比实验②、③可知，酸性高锰酸钾水溶液浓度增大，反应速率加快 C．为验证H+浓度对反应速率的影响，设计实验④并与③对照 D．实验③的离子方程式为2 +6H++5H C O=2Mn2++10CO ↑+8H O 2 2 4 2 2 高频考点6 考查利用“断点”突破化学反应速率图像(vt图) 例6．（2021·全国·高三专题练习）对于反应2SO (g)＋O(g) 2SO (g) ΔH＜0已达平衡，如果其他条件 2 2 3 不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是(0～t：v 1 ＝v ；t 时改变条件，t 时重新建立平衡)( ) 正 逆 1 2 A．增加氧气的浓度 B．增大压强C．升高温度 D．加入催化剂 【规律总结】(1)当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率－时间图像的 曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况做 出判断。如：t 时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反 1 应)。 (2)常见含“断点”的速率变化图像分析 【变式训练】对于反应：X(g)＋Y(g) 2Z(g) ΔH＜0的反应，某一时刻改变外界条件，其速率随时间的 变化图像如图所示。则下列说法符合该图像的是( ) A．t 时刻，增大了X的浓度 1 B．t 时刻，升高了体系温度 1 C．t 时刻，降低了体系温度 1 D．t 时刻，使用了催化剂 1高频考点7 考查速率常数及其应用 例7．（2022·全国·高三专题练习）T℃时，H 还原NO以消除氮氧化物污染的反应2NO(g)+2H (g) N(g) 2 2 2 +2H O(g)能自发进行，其正反应速率方程为 =kca(NO)cb(H )，实验得到如下数据： 2 2 组 c(NO)起始/mol·L-1 c(H)起始/mol·L-1 (正反应)起始/mol·L-1·s-1 别 2 I 6.00×10-3 2.00×10-3 2.16×10-3 II 1.20×10-2 2.00×10-3 8.64×10-3 III 6.00×10-3 4.00×10-3 4.32×10-3 下列说法正确的是 A．H 还原NO是熵增的反应 B．正反应一定为吸热反应 2 C．a=2，b=2 D．T℃时，k的数值为3×104 【变式训练】（2021·山东高三）某反应 的速率方程为 ,其半衰期(当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间)为 。改变反应物浓度时, 反应的瞬时速率如表所示: 0.25 0.050 1.4 0.50 0.050 2.8 1.00 0.050 5.6 0.50 0.100 2.8 下列说法正确的是 A．速率方程中的 、 B．该反应的速率常数 C．增大反应物浓度,k增大导致反应的瞬时速率加快D．在过量的B存在时,反应掉87.5%的A所需的时间是375min 高频考点8 考查化学速率的测定 例8.（2021·河南·濮阳一高高三阶段练习）用酸性KMnO 和HC O(草酸)反应研究影响反应速率的因素。 4 2 2 4 一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO 的速率，探究某种影响化学反应速率的因素，设计实验方案如 2 表，(KMnO 溶液用稀硫酸酸化)，实验装置如下图： 4 实验序号 A溶液 B溶液 ① 20mL0.1 HC O 溶液 30mL0.0l KMnO 溶液 2 2 4 4 ② 20mL0.2 HC O 溶液 30mL0.01 KMnO 溶液 2 2 4 4 (1)该反应的化学方程式为_______ (2)该实验探究的是_______因素对化学反应速率的影响。 (3)若实验①在2min末收集了2.24mLCO(标准状况下)，则在2min末， =_______ 。(假设 2 混合溶液体积为50mL) (4)除通过测定一定时间内CO 的体积来比较反应速率，本实验还可通过测定_______来比较化学反应速率。 2 (一条即可) (5)小组同学发现反应速率随时间的变化如下图所示，其中t~t 时间内速率变快的主要原因可能是： 1 2 ①_______；②_______。 【变式训练】（2022·山西吕梁·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中反应的化学能分转化为电能