归纳与整理教学内容概述

第七章

化学反应速率与化学平衡

第1讲

化学反应速率

1.理解化学反应速率的概念、化学反应速率的定量表示方法。

2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。

考纲要求

3.结合具体实例理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识并能解释其一般规律。

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

化学反应速率的计算与大小比较

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

Δcv＝，单位为mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。

Δt3．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)v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d cC(g)＋dD(g)中，存在v(A)∶

4．化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”

(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。

例如：反应

mA

＋

pC 起始浓度(mol·L－1)

a

b

c nxpx转化浓度(mol·L)

x

mm－1nxpx某时刻浓度(mol·L)

a－x

b－

c＋

mm－1【感悟测评】

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。(

) (2)由v＝Δc计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示Δt为负值。(

) (3)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。(

) (4)对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率。(

) 答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

化学反应速率的计算及比较

ΔcΔn1．利用基本公式v＝＝。

ΔtV·Δt2．利用速率之比＝化学计量数之比＝各物质的物质的量浓度变

化量(Δc)之比＝各物质的物质的量的变化量(Δn)之比。

3．比较反应的快慢

同一化学反应的反应速率用不同物质的浓度变化表示时，数值可能不同，比较化学反应速率的大小不能只看数值大小，而要进行一定的转化。

(1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。

(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA＋，vAvBvAvB即比较与，若>，则用A表示时的反应速率比用Babab表示时大。

考向一

化学反应速率的计算

1．(2018·长春质检)在体积为2 L的密闭容器内合成氨，已知在时间t内，氨的物质的量增加了0.6 mol，在此时间段内，用氢气表示的平均反应速率是0.45 mol/(L·s)，则t是(

) A．0.44 s

C．1.33 s

B.1 s

D.2 s 33解析：n(H2)＝n(NH3)×＝0.6 mol×＝0.9 mol，

22则Δc(H2)＝0.9 molΔcΔcH2＝0.45 mol/L，由v＝得：Δt＝＝2 LΔtvH20.45 mol/L＝1 s。

0.45 molL·s答案：B 2．(2018·临沂模拟)在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋＋xD(g)，5 s达到平衡。达到平衡时，生成了2 mol C，经测定D的浓度为0.5 mol·L

－1，下列判断正确的是(

) A．x＝1 B．B的转化率为20% C．平衡时A的浓度为1.50 mol·L－1

D．B的平均反应速率为0.2 mol·L－1·s－1

解析：平衡时，n(D)＝0.5 mol·L－1×4 L＝2 mol。在相同时间内生成C和D的物质的量相等，因此x＝2；

3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g) 开始/mol:

6

5

0

0 转化/mol:

3

1

2

2 平衡/mol:

3

4

2

2 1 molα(B)＝×100%＝20%；

5 mol3 mol平衡时，c(A)＝＝0.75 mol·L－1；

4 L1 molΔcB4 Lv(B)＝＝＝0.05 mol·L－1·s－1。

Δt5 s答案：B 【题后悟道】

化学反应速率计算的3种方法

(1)定义式法：v(B)＝ΔcBΔnB＝；

ΔtV·Δt(2)比例关系法：化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA(g)＋nB(g)===pC(g)中，v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p。

(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。

例如：反应

mA(g)

＋

nB(g)pC(g)

起始浓度(mol·L－1)

a

b

c nxpx转化浓度(mol·L)

x

mm－1nxpx某时刻浓度(mol·L)

a－x

b－

c＋

mm－1考向二

化学反应速率的大小比较

3．在四个不同的容器中，在不同条件下进行反应：N2＋3H2??2NH3

，根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨气的速率最快的是(

) A．v(H2)＝0.2 mol·L－1·s－1

B．v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1

C．v(NH3)＝0.3 mol·L－1·s－1

D．v(H2)＝0.6 mol·L－1·min－1

解析：对于反应N2＋3H22NH3，都转化为氢气的反应速率进行判断。A项，v(H2)＝0.2 mol·L－1·s－1＝12 mol·L－1·min－1；B项，v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1，反应速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)＝3v(N2)＝1.2 mol·L－1·min－1；C项，v(NH3)＝0.3 mol·L－1·s－1＝18 mol·L－1·min－1，反应速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)＝1.5v(NH3)＝27 mol·L－1·min－1；D项，v(H2)＝0.6 mol·L－1·min－1。

答案：C 4．(2018·宁县校级期末)反应A(g)＋3B(g)在不同条件下反应速率如下，其中最快的是(

) A．v(A)＝0.15 mol/(L·min) B．v(B)＝0.6 mol/(L·min) C．v(C)＝0.4 mol/(L·min) D．v(D)＝0.007 5 mol/(L·s)

2C(g)＋2D(g)

解析：A项，vAvB＝＝0.15 mol/(L·min)；B项，＝0.2 13vC＝0.2 mol/(L·min)；D项，v(D)＝0.007 5 2mol/(L·min)；C项，vDmol/(L·s)＝0.45 mol/(L·min)，＝0.225 mol/(L·min)，故反应速率2v(D)＞v(B)＝v(C)＞v(A)。

答案：D 【技法归纳】

化学反应速率大小的比较方法

(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vAvB>，则反应速率v(A)>v(B)。

mn考点二

化学反应速率的影响因素

1．内因(主要因素) 反应物本身的性质。

2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)：

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：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。(注：E2为逆反应的活化能) ③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

【感悟测评】百分数

1．改变反应Fe(s)＋2HCl(aq)===FeCl2(aq)＋H2(g)的下列条件时，判断生成H2的速率变化正误。

(1)升高溶液的温度，生成H2的速率增大

(

) (2)增大盐酸的浓度，生成H2的速率增大

(

) (3)增大铁的质量，生成H2速率增大(

) (4)增加盐酸的体积，生成H2速率减小

(

) (5)加入几滴硫酸铜溶液，生成H2速率增大

(

) (6)加入CH3COONa固体，生成H2速率减小(

) (7)加入NaCl固体，生成H2速率减小(

) (8)将稀盐酸换成浓硫酸或浓硝酸，生成H2速率增大(

) 答案：(1)√

(2)√

(3)×

(4)×

(5)√

(6)√

(7)×

(8)×

2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化(

) (2)温度、催化剂能改变活化分子的百分数

(

) (3)催化剂参与化学反应，但反应前后的性质和质量均保持不变

(

)

答案：(1)×

(2)√

(3)√

3．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(1)缩小体积使压强增大：________；

(2)恒容充入N2：________；

(3)恒容充入He：________；

(4)恒压充入He: ________。

答案：(1)增大

(2)增大

(3)不变

(4)减小

1．化学反应速率的图象及应用

(1)速率—时间图象及应用(以可逆反应为例分析) ①改变反应物浓度

②改变生成物浓度

③改变气体体系的压强

对于正反应方向气体体积增大的反应：

④改变温度

对于正反应放热的反应：

⑤加催化剂或等体反应加压

(2)速率－温度(T)或压强(p)图象

以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.4 kJ/mol为例

由图可知v(吸热)受温度的影响大，v(缩体)受压强的影响大。

2．外界因素对化学反应速率影响的实验探究

(1)常见考查形式：

①以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对反应的影响。

②给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对反应速率的影响。

(2)解题策略：

①确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。

②定多变一。

在探究时，应该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，否则无法做出正确判断。

考向一

浓度与压强对化学反应速率的影响

1．(2018·龙岩模拟)如表为某学生进行的两组实验：

反应物

甲

乙

Na2S2O3溶液

0.1 mol·L－1

10 mL 0.2 mol·L

5 mL －1H2SO4溶液

0.1 mol·L－1

10 mL 0.2 mol·L

5 mL －1水

5 mL 20 mL 若其他条件均相同，上述两组实验中，对应反应的反应速率关系为(

) A．甲＞乙

C．甲＝乙

B.甲＜乙

D.无法判断

解析：实验甲、乙中的n(Na2S2O3)和n(H2SO4)相同，但实验甲溶液的体积是25 mL，实验乙溶液的体积是30 mL，故实验甲的反应物浓度大，反应速率快。

答案：A 2．(2018·烟台模拟)反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)在一可变体积的容器中进行，则下列条件的改变使其反应速率增大的是(

)

A．增加C的量

B．将容器的体积缩小一半

C．保持温度和容器体积不变，充入He D．保持温度和压强不变，充入He 解析：因C为固体，当增加C的量时，其浓度不会改变，则不会对速率产生影响；将容器的体积缩小一半，气态物质的浓度均增大一倍，故一定会加快反应的进行；当保持温度和容器体积不变，充入He时，原来各种物质的浓度没有发生变化，故速率不变；当保持温度和压强不变，充入He时，容器的体积必然扩大，各物质的浓度减小，故反应速率变小。

答案：B 考向二

外界条件对化学反应速率影响的综合判断

3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(

) 实验

A B C D 反应

温度/℃

25 25 35 35 Na2S2O3溶液

V/mL 5 5 5 5 C/(mol·L－1稀H2SO4

V/mL 10 5 10 5 C/(mol·L－1H2O V/mL 5 10 5 10 ) 0.1 0.2 0.1 0.2 ) 0.1 0.2 0.1 0.2 解析：混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度最高、反应物Na2S2O3的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。

答案：D

4．(2018·黄浦区二模)下列关于催化剂的说法错误的是(

) A．温度越高，催化剂的催化效果越好

B．汽车排气管上的“催化转化器”能减少有害气体排放

C．催化剂可以改变化学反应速率，但不能破坏化学平衡

D．催化剂可以改变化学反应路径，且反应前后其质量和化学性质都不发生变化

解析：温度高时催化剂可能会失去活性或者分解等，故A错误；催化转化器可以使汽车尾气中的CO和NO反应生成无毒N2和CO2，能减少有害气体排放，故B正确；催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，故C正确；催化剂改变反应速率，也可以改变化学反应路径，但反应前后其质量和化学性质都不变，故D正确。

答案：A 考向三

化学反应速率的变量控制

5．实验室用Zn与稀硫酸反应来制取氢气，常加少量CuSO4来加快反应速率。为了探究CuSO4的量对H2生成速率的影响，某同学设计了实验方案(见表)，将表中所给的试剂按一定体积混合后，分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中，收集产生的气体，并记录收集相同体积的气体所需的时间。

实

验

试

剂

4 mol/L H2SO4/mL 饱和CuSO4溶液/mL 甲

乙

丙

V2

3

丁

V10 20 0 V1

2.5 V4

H2O/mL 收集气体所需时间/s 下列说法正确的是(

) A．t1＝t2＝t3＝t4

C．V6＝7.5

V5

t1

V6

t2

8 t3

4

0 tB．V4＝V5＝10

D.V1

答案：C 6．在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应：

＋2－2－2IO－＋5SO＋2H===I＋5SO3324＋H2O 生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：

实验

序号

实验1 实5 5 V1

5 35 40 5 2－10.01 mol·L KIO3酸性溶10.01 mol·L－H2O液(含淀粉)的体积/mL Na2SO3溶液的体积/mL 的实验温度/℃

溶液出现蓝色时所需时间/s 体积/mL 2

验2 实验3 5 5 2

5 V0 该实验的目的是_____________________________________；

表中V2＝________mL。

解析：通过分析表中的数据可知，该实验探究的是温度、浓度对反应速率的影响；由于实验1和实验2的温度相同，故实验2与实验3的溶液的浓度一定相同，即水的体积一定相同，因此V2＝40。

答案：探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠溶液浓度的关系(或其他合理答案)

40 考向四

化学反应速率的图象

7．可逆反应aX(g)＋bY(g)cZ(g)在一定温度下的一密闭容器内达到平衡后，t0时改变某一外界条件，化学反应速率(v)—时间(t)图象如图，则下列说法中正确的是(

)

A．若a＋b＝c，则t0时只能是增大了容器的压强

B．若a＋b＝c，则t0时只能是加入了催化剂

C．若a＋b≠c，则t0时只能是增大了容器的压强

D．若a＋b≠c，则t0时只能是加入了催化剂

解析：若使用了催化剂，无论a＋b是否等于c，都会出现v(正)＝v(逆)。若a＋b≠c，增大压强，平衡要向气体总分子数减少的方向

进行，故v(正)≠v(逆)。

答案：D 8．密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)ΔH<0，根据下列速率—时间图象，回答下列问题：

2C(g)

(1)下列时刻所改变的外界条件是t1________；t3________；t4________。

(2)反应速率最快的时间段是________。

(3)下列措施能增大正反应速率的是________。

A．通入A(g) C．降温

B．分离出C(g)

D.增大容积

解析：(1)t1时，v正、v逆都增大，条件改变应是升高温度或增大压强，但v逆增大的程度大，结合ΔH<0和正反应体积缩小的特点说明改变的条件是升高温度；t3时，v正、v逆同等程度地增大，而该反应是气体体积发生改变的反应，因此只能是加入了催化剂；t4时，v正、v逆都减小，v正减小的程度更大，结合反应特点可判断改变的条件是减小压强。(2)根据图象可以看出，t3～t4段时化学反应速率最快。(3)A项可使v(正)增大；B、C项平衡向右移动，v′(正)>v′(逆)，

但v′(正)比v(正)要小；D项v(正)、v(逆)均减小。

答案：(1)升高温度

加入催化剂

减小压强

(2)t3～t4

(3)A

1．(2015·高考重庆卷)(多选)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是(

) A．降低了反应的活化能

C．降低了反应的焓变

答案：AB 2．(2015·高考福建卷)在不同浓度(c)、温度(T)条件下，蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是(

) B.增大了反应的速率

D.增大了反应的平衡常数

A.a＝6.00 B．同时改变反应温度和蔗糖的浓度，v可能不变

C．b<318.2 D．不同温度时，蔗糖浓度减少一半所需的时间相同

解析：分析328.2 K的瞬时速率与浓度的关系成正比，则0.600/0.400＝9.00/a，a＝6.00，A项正确；从题给数据看，浓度越大、

温度越高，反应速率越快，当增大浓度同时降低温度时，瞬时反应速率可能会不变，B项正确；浓度不变时，b K下反应速率低于318.2 K下的反应速率，故b<318.2，C项正确；题给数据是瞬时速率而不是平均速率，故不能作为判断所用时间的依据，D项错误。

答案：D 3．(2017·高考江苏卷)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(

)

A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快

B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快

C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快

D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大

解析：A.由甲图可知，双氧水浓度越大，分解越快，A错误；B.由图乙可知，溶液的碱性越强即pH越大，双氧水分解越快，B错误；C.在Mn2＋存在下0.1 mol·L－1NaOH溶液中H2O2分解速度大于1 mol·L－1NaOH溶液中H2O2的分解速率，C错误；由图丙和图丁可知，Mn2＋浓度越大，双氧水分解越快，D正确。答案选D。

答案：D 4．(2015·高考广东卷，31(3))一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2t/min n(Cl2)/10－32(g)＋H2O(g)的反应过程中12n(Cl2)的数据如下：

4.0 3.7 6.0 5.4 8.0 7.2 0 0 2.0 1.8 mol 计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。

5.4－1.8×10－3mol×2答案：反应速率＝＝1.8×10－3 mol·min－6.0－2.0min1

5．(2017·高考全国卷Ⅰ，27(3))TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：

温度/℃

33445

0 TiO2·xH2O转化率/% 92 5 95 0 97 5 93 0 88 分析40 ℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因_________________ ___________________________________________________。

解析：当温度低于40 ℃时，H2O2、NH3·H2O不易分解，但是温度低，反应速率慢，TiO2·xH2O转化率低；当温度高于40 ℃时，H2O2分解，NH3逸出，反应物浓度降低，反应速率下降，TiO2·xH2O的转化率低。

答案：低于40 ℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40 ℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化率下降