1、第七章 化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率及影响因素,一、化学反应速率 1.定义 单位时间内_。 2.表达式 v=c/t,单位:_,如密闭容器 中,合成氨的反应N2+3H2 2NH3,开始时c(N2)=8 molL-1, 2 min后c(N2)=4 molL-1,则用N2表示的反应速率为 _。,反应物浓度的减少或生成物浓度的增加,molL-1s-1或molL-1min-1,2 molL-1min-1,3.化学反应速率与化学计量数关系 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_
2、之比,即v(A)v(B)v(C) v(D)=_。 如在一个2 L的容器中发生反应:3A(g)+B(g)=2C(g),加入 2 mol A,1 s后剩余1.4 mol,则v(A)=_, v(B)=_, v(C)=_。,化学计量数,mnpq,0.3 molL-1s-1,0.1 molL-1s-1,0.2 molL-1s-1,二、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_。,MgAl,2.外因,增,大,减小,增大,减小,增大,减小,增大,增大固体表面积,如黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的矿粒,_,加 快反应速率;熔化的KClO3放出
3、气泡很慢,撒入少量MnO2很快产 生气体,是因为MnO2的_;夏天的食品易变霉,冬天就不 易发生该现象,是因为夏天_。,增大了固体表面积,催化作用,温度高,3.理论解释有效碰撞理论 (1)活化分子、活化能、有效碰撞: 活化分子:能够发生有效碰撞的分子。 活化能:如图图中:E1为_,使用催化剂时的活化能为_,反应热 为_。 有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。,反应的活化能,E3,E1-E2,(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系:,分子,总数,不变,增加,分子总数,增加,增加,【思考辨析】 1.化学反应速率一定随着时间的延长而减小。( ) 【分析】大多数反应的反应速率是随着时间的延
4、长而减小,但 是对于一些放热反应,如活泼金属与酸的反应,反应速率是先增 大后减小。 2.决定化学反应速率快慢的根本因素是温度、浓度和催化剂。( ) 【分析】化学反应速率的决定因素是反应物自身的性质。,3.(2012江苏高考)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H0,其他条件不变时升高温度,反应速率v(H2)和H2的平衡转化率均增大。( ) 【分析】升高温度可以使反应速率加快,但因该反应为放热反应,升温时平衡逆向移动,H2的转化率减小。 4.(2010福建高考)同时改变两个变量来研究反应速率的变化,能更快得出有关规律。( ) 【分析】同时改变两个变量研究反应速率的因素,难以判断影响反应速率
5、的主导因素,无法得出相关规律。应仅改变一个条件固定其他条件不变来研究化学反应速率的规律。,5.二氧化锰能加快所有化学反应的速率。( ) 【分析】催化剂都有选择性,二氧化锰并不是“万能”催化剂, 它只能催化某些反应。 6.锌与硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越快。( ) 【分析】当硫酸浓度增大为浓硫酸时,Zn与浓硫酸反应不产生 H2。 7.恒压,增加惰性气体的量,原化学反应速率减慢。( ) 【分析】恒压时增加惰性气体的量会使体积增大,反应物浓度 减小,反应速率减慢。,8.增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。( ) 【分析】增大反应物的浓度,不能增大活化分子的
6、百分含量,只能增大单位体积内活化分子的个数。,考点 1 化学反应速率的计算及大小比较,1.计算化学反应速率的基本模式 只要列出了平衡建立过程中三个阶段的量,不论是计算反应速 率、转化率还是平衡常数,都能迎刃而解,堪称万能模式。解题 模式可表示如下,其中的a、b可以是物质的量、浓度或体积等。mA + nB pC + qD 起始量: a b 0 0 转化量: mx nx px qx 平衡量: a-mx b-nx px qx,2.计算化学反应速率的常用依据“速率之比等于化学计量 数之比” 同一个反应的速率,用不同物质表示时,数值之比等于方程式的 计量数之比,即对于反应:aA+bB=cC+dD,有v(
7、A)v(B) v(C)v(D)=abcd或 ;可 利用此比例关系计算用不同物质表示的反应速率或计算方程式 中各物质的化学计量数。,3.比较反应速率大小的方法“一看二转三比较” 比较用不同物质表示的反应速率相对大小时: 第一步看单位是否统一; 第二步是若单位不统一,转化成同一单位,不同物质表示时转化成用同一物质表示; 第三步是比较数值的大小。,【高考警示】 (1)由于固体、纯液体的浓度视为常数,所以不计算它们的化学反应速率。 (2)单位时间内反应物或生成物的物质的量变化大,反应速率不一定快,因为化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示的。,【典例1】(2013太原模拟)一定温度
8、下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )A.该反应的化学方程式为3B+4D 6A+2C B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D) C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.05 molL-1s-1 D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等,【解题指南】解答该题应该注意以下2点: (1)根据物质的量随时间的变化确定反应物与生成物。 (2)根据相同时间段内各物质的物质的量变化确定化学计量数与反应速率之间的关系。,【解析】选C。根据各物质的物质的量随时间的变化图像可 知,A、D为生成物,B、C为反应物,在6 s
9、时反应达到平衡,A、 B、C、D的物质的量变化分别为1.2 mol、0.6 mol、0.8 mol、 0.4 mol。根据化学计量数之比等于变化的物质的量之比可知 A、B、C、D的化学计量数之比为6342,所以反应方程式 为3B+4C 6A+2D,A错;反应过程中和反应达到平衡时各物 质的反应速率之比等于化学计量数之比,B、D错;反应进行到 6 s时,B的平均反应速率为0.6 mol/(2 L6 s)= 0.05 molL-1s-1,C对。,【互动探究】(1)用A、B、C、D四种物质表示的该反应的反应速率,数值最大的是哪种物质? 提示:A,根据反应速率之比等于化学计量数之比可知,化学计量数越大
10、,表示的反应速率越大。 (2)反应进行到1 s时,C的反应速率为多少? 提示:1 s时D的反应速率为0.2 mol/(2 L1 s)= 0.1 molL-1s-1,所以C的反应速率为v(C)=2v(D)= 0.2 molL-1s-1。,考点 2 化学反应速率图像及其应用 1.全程速率时间图 如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如图情况。解释原因:AB段(v渐大),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐高,导致反应速率的渐大;BC段(v渐小),则主要因为随反应的进行,溶液中c(H+)渐小,导致反应速率渐小。,2.物质的量(或浓度)时间图像 例如:某温度时,在定容(V L)容器中,X、
11、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。,(1)由图像得出的信息是: X、Y是反应物,Z是产物; t3时反应达平衡,X、Y没有全部反应。 (2)根据图像可进行如下计算: 某物质的平均速率、转化率,如 v(X)= molL-1s-1,Y的转化率= 100%。 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 (n1-n3)(n2-n3)n2。,3.化学平衡移动与速率的关系图像 以aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) Hc+d)为例:,【高考警示】 (1)压强对反应速率的影响,实质是体积的改变导致反应物浓度的改变而影响反应速率。若改变压强不影响反应物浓度
12、,则不影响反应速率。 (2)只有压强的改变同等程度的引起反应物和生成物浓度的改变时,才能考虑压强的影响。只是改变一种物质的浓度而引起的压强改变,不应该从压强角度分析,应该从浓度角度分析。,【典例2】(2013成都模拟)可逆反应N2+3H2 2NH3是工业上合成氨的重要反应。,(1)根据图1请写出合成氨的热化学方程式 _ _(热量用E1、E2或E3表示)。 (2)图1中虚线部分是通过改变化学反应中的_条件,该条件的改变与图2中哪一时刻条件的改变相同_(用“t1t6”表示)。 (3)图2中t3时刻改变的条件是_,t5时刻改变的条件是_。,答案:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H=-2
13、(E3-E1)kJmol-1 (2)催化剂 t2t3 (3)减小压强 升高温度,【变式训练】如图表示在密闭容器中进行的反应:2SO2+O2 2SO3 H0达到平衡时,由于条件改变而引起反应速度和化学 平衡的变化情况,a时刻改变的条件可能是_ _; b时刻改变的条件可能是_。,答案:升高温度 减少SO3的浓度,1.在铝与稀硫酸的反应中,已知10 s末硫酸的浓度减少了 0.6 molL-1,若不考虑反应过程中溶液体积的变化,则10 s 内生成硫酸铝的平均反应速率是( ) A.0.02 molL-1min-1 B.1.8 molL-1min-1 C.1.2 molL-1min-1 D.0.18 mo
14、lL-1min-1,【解析】选C。v(H2SO4)= = 0.06 molL-1s-1,由于反应3H2SO4+2Al=Al2(SO4)3+3H2 中v(H2SO4)vAl2(SO4)3=31,故vAl2(SO4)3= 0.02 molL-1s-1=1.2 molL-1min-1。,2.在甲、乙、丙、丁四种不同条件下,对于某反应 X+3Y 2Z+2W,分别测得反应速率,甲:v(X)=0.3 molL-1min-1, 乙:v(Y)=1.2 molL-1min-1,丙:v(Z)=0.8 molL-1min-1,丁:v(W)=0.02 molL-1s-1,则反应最快的是( ) A.甲 B.乙 C.丙
15、D.丁,【解析】选D。首先要将丁的反应速率单位换算成 molL-1min-1,然后以X物质的反应速率为标准,把乙、丙、丁情况下其他物质表示的反应速率换算为同情况下的用X物质表示的反应速率;乙:v(X)=1/3v(Y)=0.4 molL-1min-1,丙:v(X)=1/2v(Z)=0.4 molL-1min-1,丁:v(X)=1/2v(W)= 0.6 molL-1min-1,由此分析可知反应速率最快的是丁。,3.(2013亳州模拟)下列说法中正确的是( ) A.二氧化锰是催化剂,能加快反应速率 B.温度越高,催化剂的催化效果越好 C.食品包装袋中的抗氧化剂实质就是“负催化剂”,能使氧化还原反应的
16、反应速率减小 D.升高温度,吸热反应和放热反应的反应速率都加快,【解析】选D。二氧化锰并不是在所有反应中都作催化剂,A项错误;许多催化剂在某特定温度下催化效果最好,称此时该催化剂催化活性最高,B项错误;食品包装袋中的抗氧化剂实质就是还原剂,消耗包装袋中的氧气,从而保护食品不被氧化,C项错误;升高温度,不论是吸热反应还是放热反应、正反应和逆反应的反应速率都加快,D项正确。,4.一定条件下,在体积为10 L的固定容器中发生反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H0,反应过程如图:,下列说法正确的是( ) A.t1min时正逆反应速率相等 B.X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系
17、C.08 min,H2的平均反应速率v(H2)= molL-1min-1 D.10 min12 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.25 molL-1min-1,【解析】选B。t1min后,X和Y的量继续变化,t1min时,只是X和Y 的物质的量相等,没有达到平衡状态,说明正逆反应速率不相 等;根据图像,在2 min时,X的物质的量增加了0.2 mol,Y减少了 0.3 mol,所以Y表示H2的物质的量随时间的变化关系,X表示NH3 的物质的量随时间的变化关系,08 min,H2的平均反应速率 v(H2)= molL-1min-1,10 min12 min,N2的平均反应速率 v(NH3
18、)=0.005 molL-1min-1,则v(N2)= 0.002 5 molL-1min-1。,1.(2012福建高考)一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是( ),A.在050 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等 B.溶液酸性越强,R的降解速率越小 C.R的起始浓度越小,降解速率越大 D.在20 min25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为 0.04 molL-1min-1 【解题指南】解答本题时应明确以下2点: (1)浓度时间图像上斜率越大,反应速率越快。 (2)溶液酸性越强,pH越小。,【解析】选A。从图中可以看
19、出,pH=2和pH=7在50 min时,R的浓 度都等于零,降解率为100%,A选项正确;pH=2和pH=7时降解完成 需要的时间分别约为20 min和40 min,但是二者所对应的溶液 酸性和起始浓度均不一样,即无法判断降解速率与溶液酸性和 起始浓度的关系,所以B、C两项错误;在20 min25 min,pH= 10的R其浓度变化量为(0.6-0.4)10-4molL-1=0.2 10-4molL-1,则v(R)= =0.0410-4molL-1min-1,D选项错误。,2.(双选)(2012上海高考)为探究锌与稀硫酸的反应速率以v(H2)表示,向反应混合液中加入某些物质,下列判断正确的 是
20、( ) A.加入NH4HSO4固体,v(H2)不变 B.加入少量水,v(H2)减小 C.加入CH3COONa固体,v(H2)减小 D.滴加少量CuSO4溶液,v(H2)减小,【解析】选B、C。A项导致溶液中c(H+)增大,v(H2)加快,A项错误;B项导致溶液中c(H+)减小,v(H2)减小,B项正确;C项因发生反应CH3COO-+H+=CH3COOH,导致溶液中c(H+)减小,v(H2)减小,C项正确;D项形成铜锌原电池,v(H2)加快,D项错误。,3.(双选)(2011海南高考)对于可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是
21、( ) A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率比为21 B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差 C.正、逆反应速率的比值是恒定的 D.达到平衡时,正、逆反应速率相等,【解析】选B、D。v(H2)v(HI)=12,A选项错误;随着反应的进行,正、逆反应速率在不断发生变化,其比值也不断发生变化,当达到平衡时,正、逆反应速率相等,不再发生变化,其比值也不再发生变化。,4.(2011大纲版全国卷)反应aA(g)+bB(g) cC(g) H0在等容条件下进行。改变其他反应条件,在、阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图所示:,催化剂,回答问题: (1)反应的化学方程式中,abc为 ; (2)
22、A的平均反应速率v(A)、v(A)、v(A)从大到小排列次序为 ; (3)B的平衡转化率(B)、(B)、(B)中最小的是 ,其值是 。,【解析】(1)第阶段:aA(g)+bB(g) cC(g) 起始物质的 量浓度(molL-1) 2.00 6.00 0 转化物质的 量浓度(molL-1) 1.00 3.00 2.00 平衡物质的 量浓度(molL-1) 1.00 3.00 2.00 所以,反应的化学方程式中,abc为132,催化剂,(2)A的平均反应速率 v(A)=0.05 molL-1min-1 v(A)=0.025 molL-1min-1 v(A)=0.012 molL-1min-1 所以,v(A)、v(A)、v(A)从大到小排列次序为v(A)v(A)v(A),(3)第阶段:(B)= 100%=50% 第阶段:(B)= 100%=38% 第阶段:(B)= 100%19% 所以,B的平衡转化率(B)、(B)、(B)中最小的是(B),其值是19%。 答案:(1)132 (2)v(A)v(A)v(A) (3)(B) 19%(或0.19),
