化学反应速率——速率的测定

课时44 化学反应速率的测定

【考试说明详解】

【要求】①了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。

【解读】了解催化剂对化学速率的影响及在在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。

【要求】②了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。【解读】以合成氨为例，应用影响化学反应速率和化学平衡移动的原理来选择和确定合成氨

的生产条件，合成氨的工艺流程不做要求，能设计反应速率定量测定实验及有关图表分析。

【要求】③了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。

【解读】了解催化剂对化学速率的影响及在在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。

【自学达标】

控制变量思想是中学化学实验中常用的思想方法，对影响实验结果的因素进行控制，以

达到明确各因素在实验中意义的目的。

在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某

个因素的影响均需控制其他因素相同或不变时，再进行实验。在近几年高考题中，多以探究

型实验题的形式出现。涉及因素较多，有其复杂性，但仍然重在考查学生基础知识和基本技

能、学生分析能力和实验能力。

例：甲、乙两个实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因

素。（1）该反应的离子方程式为（提示：H2C2O4的一级电离常数为

5.4×10-2）。

设计实验方案如下（实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4）：

（2）甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较

化学反应速率的大小。

实验装置如图，实验时分液漏斗中A溶液一次性放下，A、B的成

分见下表：

序号A溶液B溶液

① 2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液

② 2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液

③ 2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液和少量MnSO4

【探究】该实验探究的是对化学反应速率的影响。在反应停止之前，相同

时间内针管中所得CO2的体积由大到小的顺序是(用实验序号填空)。

（3）乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的多少来比较化学反应速率的大小。取两

支试管各加入2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液，另取两支试管各加入4 mL 0.1 mol/L KMnO4溶

液。将四支试管分成两组（各有一支盛有H2C2O4溶液和KMnO4溶液的试管），一组放入冷

水中，另一组放入热水中，经过一段时间后，分别混合并振荡，记录溶液褪色所需时间。该

实验目的是研究对化学反应速率的影响，但该组同学始终没有看到溶液褪

色，其原因是。

【引导探究】

例：下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：

实验序号金属

质量/g

金属

状态

c(H2SO4)/mol/L V(H2SO4)/mL

溶液温度/℃

金属消失

的时间/s

反应前反应后

1 0.10 丝0.5 50 20 34 500

2 0.10 粉末0.5 50 20 35 50

3 0.10 丝0.7 50 20 36 250

4 0.10 丝0.8 50 20 3

5 200

5 0.10 粉末0.8 50 20 3

6 25

6 0.10 丝 1.0 50 20 35 125

7 0.10 丝 1.0 50 35 50 50

8 0.10 丝 1.1 50 20 34 100

9 0.10 丝 1.1 50 30 44 40

分析上述数据，回答下列问题：

（1）实验4和5表明，对反应速率有影响，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有（填实验序号）；

（2）仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有（填实验序号）；（3）本实验中影响反应速率的其他因素还有，其实验序号是。

（4）实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值（约15℃）相近，推测其原因：。

【典例分析】

例1．二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。该反应进行到45秒时，达到平衡(NO2浓度约为0.0125mol/L)。下图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25s内的反应进程。

(1)请计算20s内氧气的平均生成速度。

(2)若反应延续至70s请在图中用实线画出25至70s的反应进程曲线。

(3)若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变)，请在图上用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。

解析：根据O2浓度的变化求出20s内O2的平均生成速率：

＝5.5×10-4mol／(L·s)。答案(1)5.5×10-4mol／(L·s)(2)图中实线(3)图中虚线

例2.（09安徽卷28）（17分）Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在Fe浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运调节好PH和 2

用该方法降解有机污染物p-CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。

[实验设计]控制p-CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K（其余实验条件见下表），设计如下对比试验。

（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验编号实验目的T/K PH c/10-3mol·L-1

H2O2Fe2+

①为以下实验作参考298 3 6.0 0.30

②探究温度对降解反应速率的影响

③298 10 6.0 0.30

[数据处理]实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如右上图。

（2）请根据右上图实验①曲线，计算降解反应在50~150s内的

反应速率：

（p-CP）= mol·L-1·s-1

[解释与结论]

（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过

高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2

的角度分析原因：。

（4）实验③得出的结论是：PH等于10时，。

[思考与交流]

（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：

解析：（1）实验①是参照实验，所以与实验①相比，实验②和③只能改变一个条件，这样才能起到对比实验的目的，则实验②是探究温度对反应速率的影响，则T=313K，pH=3，

c(H2O2)=6.0 mol·L-1，c(Fe2＋)=0.30 mol·L-1，实验③显然是探究pH的大小对反应速率的影响；（2）在50～150s内，△c(p-CP)=0.8mol·L-1，则v (p-CP)=0.08mol·L-1·s-1；（3）温度过高时，H2O2分解，c(H2O2)浓度减小，导致反应速率减小；（4）从图中看出，pH=10时，c(p-CP)不变，即反应速率为零，说明碱性条件下，有机物p-CP不能降解；

（5）从第（4）可以得出，在发言液中加入NaOH溶液，使溶液的pH迅速增大，反应停止。答案：（1）

实验编号实验目的T/K PH

c/10-3mol·L-1

H2O2Fe2+

①

②313 3 6.0 0.30

③探究实验的对PH降解反应速率的影响

（2）8.0×10-6（3）过氧化氢在温度过高时迅速分解。

（4）反应速率趋向于零（或该降解反应趋于停止）

（5）将所取样品迅速加入到一定量的NaOH溶液中，使pH约为10（或将所取样品骤冷等

其他合理答案均可）

【达标自测】

1．在298 K时，实验测得溶液中的反应：H2O2 + 2 HI 2 H2O + I2，在不同浓度时的化

学反应速率见下表，由此可推知当[HI]= 0.500 mol/L, [H

实验编号 1 2 3 4 5

[HI]/mol/L 0.100 0.200 0.300 0.100 0.100 [H2O2]/mol/L 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300 v/mol/(L·s) 0.007 60 0.015 3 0.022 7 0.015 1 0.022 8

A.0.038 0 mol/(L·s)

B.0.152 mol/(L·s)

C.0.608 mol/(L·s)

D.0.760 mol/(L·s) 2．CaCO3与稀盐酸反应（放热反应）生成CO2的量与反应时间的关系如图所示，下列结