第03讲化学反应速率新高二化学暑假精品课(人教版2019选择性必修1)(原卷版)

第03讲化学反应速率
1．知道化学反应速率的表示方法，会计算和比较反应速率，了解测定化学反应速率的简单方法。

2．通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。

3．了解反应活化能的概念，知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。

1．化学反应速率的计算与大小的判断。

2．变量控制法研究影响化学反应速率的因素。

3．活化能对化学反应速率影响解释。

1．变量控制法研究影响化学反应速率有关量的判断。

2．基元反应活化能对化学反应速率的影响。

有的化学反应瞬间完成，而有的化学反应则很慢，如何定量描述化学反应的快慢呢？
一、化学反应速率
1．概述
意义表示化学反应进行的物理量
表示用单位时间内反应物浓度的或生成物浓度的表示
表达式υ＝Δc
ΔtΔc浓度的变化Δt时间的变化
单位mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1
与化学计量数关系各物质的化学反应速率之比化学方程式中各物质的化学计量数之比
（1）对于一些化学反应，也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变化量来表示化学反应速率。

（2）化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬时速率。

（3）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，但表示的意义相同。

（4）固体或纯液体的浓度视为常数，不能用固体或纯液体的浓度变化计算化学反应速率。

2．计算和比较
（1）化学反应速率的计算 ①公式法：υ＝Δc
Δt
注意：①如果题目中给出的是 ，在计算速率时应先除以 ，转化为浓度的变化量。

②规律法：
运用同一反应中“速率之比等于化学计量数之比”的规律进行计算。

对于一个化学反应：m A ＋n B ＝p C ＋q D ，υ(A)∶υ(B)∶υ(C)∶υ(D)＝m ∶n ∶p ∶q 。

③三段式法
a ．写出有关反应的 。

b ．找出各物质的 、转化量、某时刻量(转化量之比 各物质的化学计量数之比)。

c ．根据已知条件列方程式计算。

例如：反应 m A(g)＋n B(g)＝p C(g) 起始浓度/mol·L －
1 a b c 转化浓度/mol·L －1 x
nx m px
m
某时刻浓度/mol·L －
1 a －x b －nx m c ＋px m
利用化学反应速率的定义式求算，如υ(A)＝x mol·L
－1
t s ，υ(C)＝px m mol·L －
1t s。

注意：①计算中以下量的关系，对反应物：c (起始)－c (转化)＝c (某时刻)；对生成物：c (起始)＋c (转化)＝c (某时刻)。

②转化率＝c (某反应物转化量)
c (该反应物起始量)×100%。

（2）比较
科学仪器测定：如反应体系颜色的变化。

在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，
可利用和间的比例关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。

1．速率常数的含义
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，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。

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：a A＋b B＝g G＋h H
则v＝k·c a(A)·c b(B)(其中k为速率常数)。

如：①SO2Cl2＝SO2＋Cl2v＝k1·c(SO2Cl2)
②2NO2＝2NO＋O2v＝k2·c2(NO2)
③2H2＋2NO＝N2＋2H2O v＝k3·c2(H2)·c2(NO)
3．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。

影响反应速率的因素有哪些？是如何影响的？
二、影响化学反应速率的因素
1．内因
在相同条件下，不同的化学反应的反应速率首先是由反应物的、和等因素决定的。

❶实验Ⅰ：定性探究影响化学反应速率的外界因素
实验原理：
实验方案设计
影响因素实验步骤实验现象实验结论
浓度
增大浓度，
化学反应速率增大
温度混合后均出现浑浊，但
70℃热水一组首先出现浑
浊
升高温度，
化学反应速率
催化剂前者无明显现象，
后者出现大量
催化剂能加快
化学反应速率
❷实验Ⅱ：反应速率的定量测定和比较
实验步骤：
①取一套装置(如图所示)，加入40 mL 1 mol·L－1的硫酸和锌粒，测量收集10 mL H2所需的时间。

②取另一套装置，加入40 mL 4 mol·L－1的硫酸和锌粒，测量收集10 mL H2所需的时间。

实验现象锌与稀硫酸反应产生，收集10 mL气体，②所用时间比①所用时间。

实验结果
加入试剂
反应时间
(填“长”或“短”)
反应速率
(填“快”或“慢”)
40 mL 1 mol·L－1硫酸
40 mL 4 mol·L－1硫酸
实验结论：
4 mol·L－1硫酸与锌反应比1 mol·L－1硫酸与锌反应的速率快。

注意事项：①锌的颗粒大小基本；②40 mL的稀硫酸要加入；③装置气密性良好，且计时要迅速准确；④气体收集可以用排水量气装置(如图所示)代替。

实验讨论：除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有：
①测定一定时间内产生的H2的；
②测定一段时间内H＋的变化；
③测定一段时间内锌粒的变化。

2．外因(其他条件不变，只改变一个条件) 浓度 增大反应物浓度，化学反应速率 ，反之
压强 对于有气体参加的反应，增大压强(减小容器容积)，反应速率 ，反之 温度 升高温度，化学反应速率 ，反之 (温度每升高10℃，化学反应速率通常增大为原来的2～4倍)
催化剂 催化剂可以 化学反应速率 (对于可逆反应，正、逆反应速率的改变程度 ) 其他因素
如增大反应物的接触面积、光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、形成原电池等，都有可能改变化学反应速率
❶由于固体和纯液体的浓度可视为常数，故增加(或减少)固体或纯液体的量，反应速率不变。

但当固体颗粒变小时，其表面积将增大，反应速率将加快。

溶液中的离子反应，只有改变实际参加反应的离子浓度，才会影响反应速率，如Zn 与稀H 2SO 4反应，加入少量Na 2SO 4固体，生成H 2速率不变。

❷增大压强实际上就是减小气体体积，增大反应物的浓度。

恒温
增大压强――→引起
体积缩小――→引起
浓度增大――→引起
反应速率增大。

恒温恒容
a ．充入气体反应物――→引起
反应物浓度增大――→引起
反应速率增大。

b ．充入稀有气体(或非反应气体)――→引起
总压强增大，但各物质的浓度不变，反应速率不变。

恒温恒压 充入稀有气体(或非反应气体)――→引起体积增大――→引起各物质浓度减小――→引起
反应速率减小。

❸不论是放热反应还是吸热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大；降低温度，正、逆反应速率均减小。

一、许多化学反应，尽管其反应方程式很简单，却不是基元反应，而是经由两个或多个步骤完成的复杂反应。

例如H 2(g)＋I 2(g)＝2HI(g)，它的反应历程有如下两步基元反应：
①I 2―→I ＋I(快)；②H 2＋2I ＝＝＝2HI(慢) 其中慢反应为整个反应的决速步骤。

二、分子发生反应必须发生碰撞，但有的碰撞不一定能发生反应。

2．理论解释 （1）有效碰撞理论 基元反应 大多数化学反应往往经过几步完成的，其中的 都称为基元反应 反应机理 先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理 基元反应发生的
先决条件 反应物的分子必须发生
但是并不是每一次分子碰撞都能发生 有效碰撞
概念：能够发生 的碰撞
条件：；
与反应速率的关系：有效碰撞的频率越高，则反应速率
活化分子和活化能①活化分子：能够发生分子
对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是的。

②活化能：活化分子具有的与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能
反应物、生成物
的能量与活化能
的关系图
E1：E1：正反应的活化能
E2：活化分子变成生成物分子放出的能量，也认为是逆反应的活化能
E1－E2为反应热，即ΔH＝E1－E2
（2）基元反应发生经历的过程
分
子
运动―→
相
互
碰
撞
①活化分子具有足够的能量
——————————————→
②碰撞取向合适
有
效
碰
撞
―→
化
学
反
应
（3）有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释
浓度反应物浓度增大→单位体积内活化分子数→单位时间内的次数增加→反应速率；反之，反应速率
压强增大→气体体积→反应物浓度→单位体积内增多→单位时间内的次数增加→反应速率；反之，反应速率
温度升高温度→的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数→增大；反之，反应速率
催化剂使用催化剂→改变了反应的历程，反应的降低→活化分子的增大→单位时间内有效碰撞的→反应速率
绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随着温度的升高，反应速率逐渐增大，物质转化效率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。

考点一：化学反应速率大小判断
例1．（2023·浙江杭州市高二上学期期中）在2A(g)＋B(g)＝3C(g)＋4D(g)反应中，表示该反应速率最快的是
A．v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1B．v(B)＝0.5 mol·L－1·min－1
C．v(C)＝1.8 mol·L－1·min－1D．v(D)＝1.6 mol·L－1·min－1
考点二：反应时间的判断
例2．（2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中）一定温度下，在固定体积的密闭容器中发生下列反应：PCl5(g)＝PCl3(g)＋Cl2(g)。

若c(PCl5)由0.12 mol·L－1降到0.1 mol·L－1时，需要10 s，那么c(PCl5)由0.1 mol·L－1降到0.09 mol·L－1时，所需反应的时间为
A．等于2．5 s B．等于5 s C．大于5 s D．小于5s
考点三：考查活化分子
例3．（2022·河南洛阳高二上学期期中）在气体反应中，能使反应物中活化分子数和活化分子百分数都增大的方法有
①增大反应物的浓度；②升高温度；③增大压强；④加入催化剂
A．①②③④B．②④C．②③D．①②
考点四：用控制变量法探究影响化学反应速率的因素
例4．（2023·广东广州市高二上学期期中）下列有关化学反应速率的实验探究方案设计合理的是
选项实验方案实验目的
A
向等体积等浓度的H2O2溶液中分别加入5滴等浓度的CuSO4和
FeCl3溶液，观察气体产生的速度
比较Cu2＋和Fe3＋的催化效果
B 两支试管，都加入2 mL 1 mol·L－1的酸性KMnO4溶液，再同时向
两支试管分别加入2 mL 0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液和2 mL 0.05
mol·L－1的H2C2O4溶液，观察高锰酸钾溶液褪色所需时间(2KMnO4
＋5H2C2O4＋3H2SO4＝2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O)
探究草酸浓度对反应速率影响
探究硫酸浓度对应速率影响C
在锥形瓶内各盛有2 g锌粒(颗粒大小基本相同)，然后通过分液漏
斗分别加入40 mL 1 mol·L －1和40 mL 18 mol·L－1的硫酸。

比较两
者收集10 mL 氢气所用的时间
D 探究温度对反应速率的影响
关于“控制变量法”题目的解题策略
考点五：碰撞理论与活化能
例5．（2023·湖南邵阳市武冈市高二上学期期中）关于有效碰撞理论，下列说法不正确的是A．相同条件下活化分子百分数越多，有效碰撞次数越多，反应速率越快
B．一般情况下，正、逆反应的活化能越小反应速率越快
C．增大压强提高活化分子百分数，反应速率增大
D．催化剂降低反应所需活化能，提高活化分子百分数反应速率增大
1．（2023·北京通州区高二上学期期中）下列措施不能．．
加快Zn 与1 mol·L －1
H 2SO 4反应产生H 2的速率的是
A ．升高温度
B ．用Zn 粉代替Zn 粒
C ．用4 mol·L －1 H 2SO 4代替1 mol·L －1 H 2SO 4
D ．再加入1 mol·L －1 CH 3COOH 溶液
2．（2023·北京东城区高二上学期期末）M 与N 在密闭容器中反应生成P ，其反应速率分别用v (M)、v (N)、v (P)表示。

已知v (M)、v (N)、v (P)之间有以下关系：2v (M)＝3v (N)、v (N)＝v (P)，则此反应可表示为
A ．2M ＋3N ＝P
B ．2M ＋3N ＝3P
C ．3M ＋2N ＝2P
D ．2M ＋2N ＝P
3．（2023·湖北宜昌市协作体高二上学期期中）对于反应3H 2(g)＋N 2(g)2NH 3(g) ΔH ＜0，下列条
件中能使活化分子百分数增加的是
A ．增加反应物浓度
B ．增大气体的压强
C ．缩小反应容器的体积
D ．升高体系的温度
4．（2023·山东临沂市沂水县高二上学期期中）向刚性容器中通入1 mol CO 和1 mol NO 2，发生反应：CO(g)＋NO 2(g)＝CO 2(g)＋NO(g)。

已知该反应的v ＝kc 2(NO 2)，在其他条件不变的情况下，反应速率无法增大的是
A ．升高温度
B ．加入催化剂
C ．充入更多的CO
D ．充入更多的NO 2
5．（2023·北京通州区高二上学期期中）下列方法不能实现．．．．对应化学反应速率测定的是 A Fe 2O 3＋3CO ＝2Fe ＋3CO 2 压力传感器测量反应前后体系压强变化 B Mg ＋2HCl ＝MgCl 2＋H 2↑ 分析天平称量镁条变化前后的质量变化 C 2H 2O 2=====催化剂
2H 2O+O 2↑
注射器收集反应后气体体积 D
Na 2S 2O 3+H 2SO 4＝Na 2SO 4+S↓+SO 2↑+H 2O
浊度计测量反应前后浊度变化
6．（2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中）一定条件下，向某密闭容器中充入HI ，发生反应：2HI(g)
H 2(g)＋I 2(g) ΔH ＞0，达到平衡状态。

该反应经过以下两步基元反应完成：
①2HI →2H ＋2I ΔH 1
②2I→I2 ΔH2
下列分析不正确
．．．的是
A．ΔH1＜0、ΔH2＞0
B．反应物的分子必须发生碰撞才能发生基元反应
C．缩小容器体积，①的反应速率增大
D．加入催化剂，能降低该反应的活化能
7．（2023·湖北孝感市协作体高二上学期期中）下列说法中不正确的是
A．降低温度能使化学反应速率减小，主要原因是降低了反应物中活化分子的百分数
B．减小反应物浓度，可降低单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数减少
C．对反应Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑来说，若增大压强，产生气泡的速率不变
D．催化剂可以改变化学反应速率，虽然在反应过程中参与反应，但反应前后的质量不变
8．（2023·四川乐山市高二下学期开学考）一定温度下，某化学兴趣小组设计如下实验探究影响化学反应速率的因素。

回答下列问题：
（1）实验①和②是在探究____________对化学反应速率的影响，其中H2O2分解产生气泡较快的是实验_______。

（2）有同学建议将实验②中CuSO4改为CuCl2溶液，理由是__________________________________。

还有同学认为即使改用CuCl2溶液仍不严谨，还应做对比实验：向2 mL 5%的H2O2溶液中滴入
___________________(填试剂及其用量)。

（3）联系实验③、④，预期结论是__________________________________________________。

（4）实验④中n(CO2)随时间的变化如图所示，简述反应速率的变化特点__________________________ _____________，图象中发生A点到B点变化的原因是__________________________。

1．（2023·江苏南通如东县高二上学期月考）反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一密闭容器中进行，下列条件的改变能加快反应速率是
A．增加C的量B．将容器的体积缩小一半
C．保持容器体积不变，充入N2D．保持压强不变，充入He
2．（2023·四川乐山市高二下学期开学考）目前国际空间站常采用还原法处理CO2，反应为CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)。

不同条件下测得该反应的化学反应速率如下，其中表示反应进行得最快的是A．v(CO2)=0.1 mol·L－1·min－1B．v(H2)=0.3 mol·L－1·min－1
C．v(CH4)=0.01 mol·L－1·s－1D．v(H2O)=0.16 mol·L－1·min－1
3．（2023·北京平谷区高二上学期期末）在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，下列说法正确的是
A．无催化剂时，反应不能进行
B．使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．与催化剂Ⅰ相比，催化剂Ⅱ使反应活化能更低
4．（2023·辽宁鞍山市高二上学期第三次月考）在一定温度下，某密闭容器中发生反应：2C(g)A(g)＋2B(s) ΔH＞0，若0～10 s内c(C)由0.1 mol·L－1降到0.08 mol·L－1，则下列说法正确的是A．0～10 s内用B表示的平均反应速率为v(B)＝0.002 mol·L－1·s－1
B．c(C)由0.1 mol·L－1降到0.04 mol·L－1所需的反应时间小于5 s
C．升高温度正反应速率加快，逆反应速率减慢
D．减小反应体系的体积，化学反应速率加快
5．（2022·辽宁丹东高二上学期期末）下列各组反应中(表中物质均为反应物，且金属的物质的量均为0.1 mol)，反应开始时放出H2的速率最快的是
选项金属(粉末状) 酸体积/mL 浓度/mol·L－1反应温度/℃
A Mg稀盐酸10 6 40
B Zn稀硝酸10 6 40
C Zn 稀盐酸20 3 30
D Mg稀硫酸10 3 30
6．（2023·北京西城区高二上学期期末）关于化学反应速率增大的原因，下列分析不正确
．．．的是A．有气体参加的化学反应，增大压强使容器容积减小，可使单位体积内活化分子数增多
B．增大反应物的浓度，可使活化分子之间发生的碰撞都是有效碰撞
C．升高温度，可使反应物分子中活化分子的百分数增大
D．使用适宜的催化剂，可使反应物分子中活化分子的百分数增大
7．（2023·江苏南通如东县高二上学期月考）甲酸在一定条件下可分解生成CO和H2O，在有、无催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示。

下列说法正确的是
A．途径1的活化能为E a1，其大小与∆H1有关
B．途径1使用了催化剂，途径2没有使用催化剂，但∆H1＝∆H2
C．途径2要经过三步才完成，而途径1只要一步就完成，所以途径1反应速率更快
D．途径2中第二步反应的速率比第三步反应要慢
8．（2023·福建龙岩高二上学期期末）已知：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4＝2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。

某化学小组欲探究浓度、温度对该反应速率的影响，进行如下实验(忽略溶液体积变化)。

编号0.01 mol·L－1 0.1 mol·L－1 水的体积/mL 反应温度/℃反应结束
酸性KMnO4溶液体积/mL H2C2O4溶液体积/mL 时间/min I 2 V10 20 2.1
II 2 1 1 20 5.5
III 2 V20 50 0.5
下列说法错误的是
A．V1＝2，V2＝2
B．实验I、III的目的是探究温度对化学反应速率的影响
C．实验Ⅲ中v(KMnO4)＝0.01 mol·L－1·min－1
D．其他条件不变，若改用0.1 mol·L－1酸性KMnO4溶液，也能达到实验目的
9．（2023·北京西城区高二上学期期末）已知1 mol H2O2分解放出热量98 kJ。

在含有少量I－的溶液中，H2O2分解的机理是：i．H2O2＋I－＝H2O＋IO－，ii．H2O2＋IO－＝H2O＋O2↑＋I－。

H2O2分解过程中能量变化如图。

下列说法正确的是
A．①表示加催化剂后反应过程中的能量变化
B．①的活化能等于98 kJ·mol－1
C．i和ii均为放热反应
D．i的化学反应速率比ii的小
10．（2022·河南洛阳高二上学期期中）某学习小组同学对影响H2O2分解速率的因素进行探究。

【实验I】小组同学进行以下对比实验，并记录实验现象。

【实验II】另取两支试管分别加入5 mL 5% H2O2溶液和5 mL 10% H2O2溶液，均未观察到有明显的气
泡产生。

（1）实验I的目的是______________________________________________________________________。

（2）实验II未观察到预期现象，为了达到该实验的目的，可采取的改进措施是
___________________________________________________________________________________________。

【实验III】为了探究Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果：在两支试管中各加入2 mL5%的H2O2溶液，再向其中分别滴入1 mL浓度均为0.1 mol·L－1的FeCl3溶液和CuSO4溶液。

（3）有同学建议将CuSO4改为CuCl2溶液，理由是___________________________________________；还有同学认为即使改用了CuCl2溶液，仍不严谨，建议补做对比实验：向2 mL5%的H2O2溶液中滴入的试剂及其用量是_______________________________________________。

【探究IV】某同学查阅文献资料发现KI也对该反应具有催化作用。

资料1：KI在该反应中的作用：H2O2＋I－＝H2O＋IO－；H2O2＋IO－＝H2O＋O2↑＋I－。

（4）总反应的化学方程式是_____________________________________。

资料2：H2O2分解反应过程中能量变化如图所示，其中①有KI加入，②无KI加入。

（5）下列判断正确的是___________(填字母)。

a．加入KI后改变了反应的路径
b．加入KI后改变了总反应的能量变化
c．H2O2＋I－＝H2O＋IO－是放热反应
催化剂只能改变反应的活化能，但不能改变反应的焓变。