专题2 化学反应速率与化学平衡
第一单元 化学反应速率
第2课时 影响化学反应速率的因素
一、浓度对化学反应速率的影响 碰撞理论
1．实验探究浓度对反应速率的影响
(1)实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O
通过改变Na2S2O3溶液的浓度观察反应速率的快慢
(2)实验操作：
(3)实验现象：硫代硫酸钠溶液的浓度越大，产生沉淀和气体的速率就________。
(4)实验结论：
其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率________；减小反应物的浓度，反应速率________。
2．碰撞理论
(1)碰撞理论要点
①反应物分子间必须相互碰撞才有________发生反应，反应速率的大小与_______________________成正比。
②能________________的碰撞称为有效碰撞。
③发生有效碰撞的条件：一是分子必须具有________的能量，二是分子在________________发生碰撞。
(2)活化分子和活化能
①活化分子：能量________，有可能发生________________的分子。
②活化能：活化分子的________________与所有分子的________________之差称为活化能。
(3)碰撞理论解析浓度对化学反应速率的影响：
当增加反应物的浓度时，单位体积内反应物的活化分子数目________，反应物发生有效碰撞的次数________，所以反应速率________。
3．化学反应的过程
(1)基元反应和复杂反应
①基元反应：反应物分子经过________________就转化为产物分子的反应，称为基元反应，反应过程中没有任何________生成。
②复杂反应：经过________________步骤完成的反应。
(2)基元反应的活化能与反应速率的关系
①每个基元反应都有对应的活化能，活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例就________，化学反应速率________。
②化学反应速率理论只适用于基元反应。
【名师点拨】基元反应与活化能
(1)基元反应发生的条件
研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。
如H2(g)+I2(g)===2HI(g)，经历了两步基元反应：I2===2I H2+2I===2HI
每一步反应都称为基元反应，这两个先后进行的基元反应反映了2HI= H2+ I2 的反应历程。反应历程又称反应机理。
基元反应发生的条件就是要发生有效碰撞。
(2)反应物、生成物的能量与活化能的关系
如图所示，是基元反应反应物和生成物的能量与活化能的关系，其中：E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能；E1-E2表示反应热。
二、压强、温度对化学反应速率的影响
1．压强对反应速的影响
(1)影响规律：
对于有气体参加的反应，其他条件不变时，增大压强，气体体积________，相当于________反应物的浓度，化学反应速率________。减小压强，气体体积________，相当于________反应物的浓度，化学反应速率________。
(2)微观解释：
增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞几率________→反应速率________；反之，反应速率________。
(3)适用范围：
压强对反应速率的影响可以归结为________改变对反应速率的影响，适用于有________参加的反应，对于固体、液体之间或溶液中的反应影响很小。
2．温度对反应速的影响
(1)实验探究温度对反应速率的影响
①实验原理：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O
通过改变反应温度观察反应速率的快慢
②实验操作：
③实验现象：溶液紫红色褪去所需时间长短：________________
④实验结论：反应物的温度越高，反应速率________
(2)影响规律：其他条件相同时，升高温度，化学反应速率________；降低温度，化学反应速率________。
(3)微观解释：升高温度→活化分子数目________→活化分子有效碰撞的次数________→反应速率________。
三、催化剂对反应速率的影响 过渡态理论
1．催化剂对反应速率的影响
(1)实验探究催化剂对反应速率的影响
①实验原理：2H2O22H2O＋O2↑
通过使用不同催化剂观察反应速率的快慢
②实验操作：
③实验现象：加入MnO2的试管中产生气泡的速率比加入FeCl3溶液的________。
(2)催化剂对反应速率的影响
①影响规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率________。
②微观解释：使用催化剂→改变了反应的路径(如下图)，反应的活化能________→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞几率________→反应速率________。
2．过渡态理论
(1)过渡态理论要点
反应物转化为生成物的过程中要经过________________的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。
Ea为________的活化能，Ea'为________的活化能。
化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率________。
正反应的ΔH=________________。
(2)催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过________化学反应所需的活化能来增大化学反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1) ________，反应速率________；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea1') ________，反应速率________。
使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH________。
3．基元反应模型与化学反应历程
(1)基元反应模型
①一个化学反应自开始后________________称为反应历程。
②基元反应的逆反应也是基元反应，并且经过同一个________状态。
③复杂反应中的________________步骤决定了该反应的速率。
(2)加入催化剂后反应历程
如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行：
①A+K→AK 活化能为________（______反应）
②AK+B→AB+K 活化能为________ (______反应)
总反应：A+BAB 活化能为________
加入催化剂K后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率________。
由于Ea1>Ea2，第1步反应是______反应，是________整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”，第1步反应越快，则整体反应速率就越快。
对总反应来说，第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
四、影响化学反应速率的因素
1．主要因素
影响化学反应速率的主要因素是________________。例如：金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。
2．外部因素(其他条件不变，只改变一个条件)
(1)浓度：增大反应物浓度，反应速率________，反之________；
(2)压强：对于________________的反应，增大压强，反应速率________，反之________；
(3)温度：升高温度，反应速率________，反之________；
(4)催化剂：使用催化剂，反应速率显著________。
(5)其他因素：增大反应物间的接触面积，反应速率________，另外光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。
【名师点拨】用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子百分数 活化分子数
增大反应物浓度 增加 不变 增加 增加 加快
增大压强 增加 不变 增加 增加 加快
升高温度 不变 增加 增加 增加 加快
使用催化剂 不变 增加 增加 增加 加快
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应( )
(2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应( )
(3)活化分子比普通分子具有更高的能量( )
(4)活化能越大，反应速率越大，化学反应的实质是原子的重新组成( )
(5)化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞( )
(6)减小反应物的浓度，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( )
(7)增加固体反应物的质量，化学反应速率增大( )
(8)100 mL 2 mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的NaCl溶液，反应速率不变( )
(9)升高温度，C＋CO2??2CO(吸热反应)反应速率加快，而N2＋3H2??2NH3(放热反应)反应速率会减慢( )
(10)升高温度，会使分子的平均能量升高，活化分子所占百分数增大，从而使反应速率加快( )
(11)催化剂可以降低反应的活化能，也可以改变反应的ΔH( )
(12)一种催化剂可以催化所有的反应( )
2．反应2SO2＋O2??2SO3的ΔH＜0，当其他条件不变时，只改变一个反应条件，将生成SO3的反应速率的变化填入空格里（填写“增大”“减小”或“不变”）。
编号 改变的条件 生成SO3的速率
① 升高温度
② 降低温度
③ 增大氧气的浓度
④ 使用V2O5作催化剂
⑤ 压缩体积
⑥ 保持压强不变，充入N2
⑦ 保持气体总体积不变，充入N2
3．在一个容积可变的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)。
回答下列问题：
(1)增加Fe的量，正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)将容器容积缩小一半，正反应速率____________，逆反应速率____________。
(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，正反应速率____________，逆反应速率____________。
(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，正反应速率____________，逆反应速率____________。
4．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题：
(1)曲线O→a段，不产生氢气的原因是 ；有关反应的化学方程式为 。
(2)曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是 。
(3)曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是 。
5．在有气体参与的反应中，①增大反应物浓度、②升高温度、③增大压强(压缩体积)、④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题：
(1)降低反应活化能的是________(填序号，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是________。
(3)未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是________。
(4)增加单位体积内活化分子数的是________。
6．某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响，设计以下四组实验。
实验方案 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O
V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1) V/mL
① 25 5 0.1 10 0.1 5
② 25 V1 0.2 5 0.2 10
③ 35 5 0.1 10 0.1 5
④ 35 5 0.2 5 0.2 V2
回答下列问题：
(1)V1＝______，V2＝______。
(2)设计实验方案①和②的目的是：____________________________________。
(3)设计实验方案②和④的目的是：____________________________________。
(4)各实验方案均需加入一定体积的水的原因：____________________________________。
问题一 碰撞理论
【典例1】下列说法正确的是( )
A．活化分子发生碰撞即发生化学反应
B．升高温度会增大反应速率，原因是增大了活化分子的碰撞次数
C．某一反应的活化分子的百分数是一个定值
D．活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞
【解题必备】活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
【变式1-1】某反应的ΔH＝100 kJ·mol－1，下列有关该反应的叙述正确的是( )
A．正反应活化能小于100 kJ·mol－1
B．逆反应活化能一定小于100 kJ·mol－1
C．正反应活化能大于100 kJ·mol－1
D．正反应活化能比逆反应活化能小100 kJ·mol－1
【变式1-2】在体积可变的容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，当增大压强使容器体积缩小时，化学反应速率加快，其主要原因是( )
A．分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多
B．反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多
C．活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多
D．分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞
问题二 浓度对化学反应速率的影响
【典例2】已知反应：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O。下列各组反应是在相同温度下发生的，则最快产生浑浊的是( )
选项 反应物
硫代硫酸钠溶液 硫酸溶液
A 0.2 mol·L－1，20 mL 0.2 mol·L－1，20 mL
B 0.5 mol·L－1，20 mL 0.5 mol·L－1，20 mL
C 1.0 mol·L－1，20 mL 1.0 mol·L－1，20 mL
D 1.0 mol·L－1，20 mL 1.2 mol·L－1，20 mL
【解题必备】浓度对化学反应速率的影响注意事项
(1)对于固体或纯液体，其浓度可视为常数，其质量改变不影响化学反应速率。
(2)固体物质的反应速率与接触面积有关，颗粒越细，表面积越大，反应速率就越快。
(3)对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。
【变式2-1】相同温度条件下，将下列4种不同浓度的NaHCO3溶液，分别加入到4个盛有20 mL 0.06 mol·L－1盐酸的烧杯中，并加水稀释至50 mL，NaHCO3溶液与盐酸反应产生CO2的速率由大到小的顺序是 。
①20 mL,0.03 mol·L－1
②20 mL,0.02 mol·L－1
③10 mL,0.04 mol·L－1
④10 mL,0.02 mol·L－1
【变式2-2】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( )
A．加入NH4HSO4固体，v(H2)不变
B．加入少量硫酸钠固体，v(H2)减小
C．加入少量水，v(H2)减小
D．滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
问题三 压强对反应速率的影响
【典例3】在反应C（s）＋CO2（g??2CO（g）中，现采取下列措施，其中能够使反应速率增大的是（ ）
①缩小体积，增大压强 ②增加碳的量 ③通入CO2 ④恒容下充入N2 ⑤恒压下充入N2
A．①④ B．②③⑤ C．①③ D．①②④
【解题必备】
压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度
(1)恒容下充入稀有气体，气体压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。
(2)恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。
【变式3-1】在一定条件下的密闭容器中存在下列四个化学反应，增大容器的体积对化学反应速率没有影响的是( )
A．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
B．CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
C．CO2(g)＋H2O(l)??H2CO3(aq)
D．Fe3＋(aq)＋3SCN－(aq)??Fe(SCN)3(aq)
【变式3-2】在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p Pa，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH<0，改变下列条件能加快化学反应速率的是( )
A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)
B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2
C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)
D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)
问题四 温度、催化剂对反应速率的影响
【典例4】某小组设计如图所示实验，探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是( )
A．该实验探究的是温度对反应速率的影响
B．该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C．实验中，H2O2的浓度不宜过大
D．温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，反应速率相同
【解题必备】
(1)温度对反应速率的影响具有一致性，升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，v都增大，降低温度，v都减小。
(2)探究外界因素对化学反应速率影响的思维模型：“实验现象——影响规律——理论解释”，解决实际问题时注意运用证据推理思路和思维认知模型。
【变式4-1】亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂，在常温，不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O。分解时，刚加入硫酸，反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2，这是因为( )
A．酸使亚氯酸的氧化性增强
B．溶液中的H＋起催化作用
C．溶液中的Cl－起催化作用
D．逸出的ClO2使反应生成物的浓度降低
【变式4-2】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 反应 温度 /℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4
V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1)
A 25 5 0.1 20 0.1
B 25 5 0.2 20 0.2
C 35 5 0.1 20 0.1
D 35 5 0.2 20 0.2
问题五 基元反应和化学反应历程
【典例5】氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O―→2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：
第一步：I2(g)??2I(g)(快反应)；
第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)；
第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)。
下列说法错误的是( )
A．第二步对分解反应速率起决定作用
B．I2的浓度与N2O的分解速率无关
C．慢反应的活化能高于快反应的活化能
D．第二步反应中I(g)作还原剂
【变式5-1】某反应过程能量变化如图所示，下列说法不正确的是( )
A．反应过程b有催化剂参与
B．该反应为放热反应
C．升高温度，v正增大，v逆减小
D．有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1
【变式5-2】已知反应2NO＋2H2===N2＋2H2O的速率方程为v＝kc2(NO)·c(H2)(k为反应速率常数)，其反应历程如下：①2NO＋H2―→N2＋H2O2 慢
②H2O2＋H2―→2H2O 快
下列说法错误的是( )
A．增大c(NO)，可提高总反应的反应速率
B．c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度相同
C．该反应的快慢主要取决于反应①
D．减小c(H2)，可降低总反应的反应速率
问题六 分析化学反应速率的影响因素
【典例6】某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时，将3支试管分别编号为①②③，并按下表中物质的量进行实验，记录下的时间数据是16 s、28 s、33 s。请将3个数据填入下面的适当位置，并写出实验结论。
试管编号 加3% Na2S2O3 加H2O 加H2SO4(1∶5) 出现浑浊时间
① 3 mL 3 mL 5滴 (a)
② 4 mL 2 mL 5滴 (b)
③ 5 mL 1 mL 5滴 (c)
(1)将对应①、②、③的时间分别写出：
(a)____________，(b)__________，(c)__________。
(2)实验结论：___________________________________________________________。
(3)写出反应的化学方程式：________________________________________________。
【解题必备】“控制变量法”的解题策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，知道影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时，应该先确定其他因素不变，只改变一种因素，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。
【变式6-1】某探究小组利用反应CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：
实验 序号 初始浓度c/(mol·L－1) 溴颜色消失所需时间t/s
CH3COCH3 HCl Br2
① 0.80 0.20 0.001 0 290
② 1.60 0.20 0.001 0 145
③ 0.80 0.40 0.001 0 145
④ 0.80 0.20 0.002 0 580
分析实验数据所得出的结论不正确的是( )
A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)，v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
【变式6-2】实验室用Zn与稀硫酸反应来制取H2，常加入少量CuSO4来增大反应速率。为了研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，某同学设计了实验方案(见下表)，将表中所给的试剂按一定体积混合后，分别加入到四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应容器(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。
试剂 实验
甲 乙 丙 丁
4 mol·L－1 H2SO4溶液/mL 20 V1 V2 V3
饱和CuSO4溶液/mL 0 2.5 V4 10
H2O/mL V5 V6 8 0
收集气体所需时间/s t1 t2 t3 t4
下列说法正确的是( )
A．t1＝t2＝t3＝t4 B．V4＝12
C．V6＝7.5 D．V11．下列说法正确的是( )
A．活化分子具有的能量是活化能
B．活化分子的总数越多，反应速率越大
C．某一反应的活化分子的百分数是个定值
D．单位时间内有效碰撞次数越多，反应速率越大
2．下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是( )
A．大小、形状相同的镁片、铁片，前者与盐酸反应放出H2的速率比后者大
B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C．N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应
D．Cu与浓硫酸能反应，而不与稀硫酸反应
3．已知反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列措施中可使生成CO2的速率加快的是(不考虑CaCO3与HCl接触面积改变的影响)( )
A．加大CaCO3的量 B．加大盐酸的浓度
C．加大盐酸的量 D．减少CaCl2的浓度
4．将盐酸滴到碳酸钠粉末上，能使反应的最初速率加快的是( )
A．盐酸浓度不变，使用量增大一倍
B．盐酸浓度增加一倍，用量减至一半
C．增大Na2CO3粉末的量
D．把盐酸换为浓硫酸
5．下表为某学生进行的两组实验：
反应物 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 水
甲 0.1 mol·L－1 10 mL 0.1 mol·L－1 10 mL 5 mL
乙 0.2 mol·L－1 5 mL 0.2 mol·L－1 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 B．甲<乙
C．甲＝乙 D．无法判断
6．对于反应N2(g)＋O2(g)??2NO(g)，在密闭容器中进行，下列条件能减慢该反应的反应速率的是( )
A．缩小体积使压强增大
B．体积不变，充入N2使压强增大
C．体积不变，充入He使压强增大
D．压强不变，充入He使体积增大
7．某反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是( )
A．该反应为放热反应
B．催化剂能改变该反应的焓变
C．催化剂能降低该反应的活化能
D．逆反应的活化能大于正反应的活化能
8．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，则( )
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
9．在实验Ⅰ和实验Ⅱ中，用一定量、一定浓度的盐酸与足量的石灰石反应，并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石，实验Ⅱ用的是粉末状的石灰石。下图中能正确反映这两种实验结果的图像是( )
10．“碘钟”实验中，3I－＋S2O===I＋2SO的反应速率可以用I与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 ℃进行实验，得到的数据如下表：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
c(I－)/(mol·L－1) 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120
c(S2O)/(mol·L－1) 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040
t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1
回答下列问题：
(1)该实验的目的是 。
(2)表中t1为 。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40 ℃条件下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t2的范围为 (填字母)。
A．＜22.0 B．22.0～44.0
C．＞44.0 D．数据不足，无法判断
(4)通过分析比较上表数据，得到的结论是 。
1．已知反应：2NO(g)＋Br2(g)??2NOBr(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下：
①NO(g)＋Br2(g)??NOBr2(g) 快
②NO(g)＋NOBr2(g)??2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应的速率主要取决于②的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能大a kJ·mol－1
D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
2．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，下列说法正确的是( )
A．pH越小，氧化率越小
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
3．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为H2O2＋I－===H2O＋IO－(慢)、H2O2＋IO－===H2O＋O2＋I－(快)。下列有关该反应的说法不正确的是( )
A．总反应中v(H2O2)∶v(O2)＝2∶1
B．H2O2的分解速率与I－的浓度有关
C．该反应的催化剂是I－，而不是IO－
D．由于催化剂的加入降低了反应的活化能，使该反应的活化能低于98 kJ·mol－1
4．研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示，两步反应分别为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是( )
A．反应①是非氧化还原反应
B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定
C．Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物
D．若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O
5．(1)某反应在体积为5 L的恒容密闭的绝热容器中进行，各物质的量随时间的变化情况如图所示(已知A、B、C均为气体)。
①该反应的化学方程式为________________________________________。
②反应开始至2 min时，B的平均反应速率为________。
③2 min时A的转化率为________。
(2)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，某同学设计了如下一系列实验：将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的容器中，收集产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。
实验 混合溶液 A B C D E F
4 mol·L－1H2SO4溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
①请完成此实验设计：其中V1＝________，V6＝________。
②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：
___________________________________________________________________。
6．KI溶液在酸性条件下能与氧气反应。现有以下实验记录：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
温度/℃ 30 40 50 60 70
显色时间/s 160 80 40 20 10
回答下列问题：
(1)该反应的离子方程式为________________________。
(2)该实验的目的是______________________________________。
(3)实验试剂除了1 mol·L－1KI溶液、0.1 mol·L－1 H2SO4溶液外，还需要的试剂是________________，实验现象为________________________。
(4)实验操作中除了需要上述条件外，还必须控制______(填字母)不变。
A．温度
B．试剂的用量(体积)
C．试剂添加的顺序
(5)由上述实验记录可得出的结论是________________________________。
(6)若要进行溶液酸性强弱对反应速率影响的探究实验，你会采取的措施是
________________________________________________________________________。专题2 化学反应速率与化学平衡
第一单元 化学反应速率
第2课时 影响化学反应速率的因素
一、浓度对化学反应速率的影响 碰撞理论
1．实验探究浓度对反应速率的影响
(1)实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O
通过改变Na2S2O3溶液的浓度观察反应速率的快慢
(2)实验操作：
(3)实验现象：硫代硫酸钠溶液的浓度越大，产生沉淀和气体的速率就越快。
(4)实验结论：
其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。
2．碰撞理论
(1)碰撞理论要点
①反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子碰撞次数成正比。
②能发生反应的碰撞称为有效碰撞。
③发生有效碰撞的条件：一是分子必须具有足够高的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。
(2)活化分子和活化能
①活化分子：能量较高，有可能发生有效碰撞的分子。
②活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。
(3)碰撞理论解析浓度对化学反应速率的影响：
当增加反应物的浓度时，单位体积内反应物的活化分子数目增多，反应物发生有效碰撞的次数增多，所以反应速率增大。
3．化学反应的过程
(1)基元反应和复杂反应
①基元反应：反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应，反应过程中没有任何中间物生成。
②复杂反应：经过两个或多个步骤完成的反应。
(2)基元反应的活化能与反应速率的关系
①每个基元反应都有对应的活化能，活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例就越小，化学反应速率越小。
②化学反应速率理论只适用于基元反应。
【名师点拨】基元反应与活化能
(1)基元反应发生的条件
研究发现，大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。
如H2(g)+I2(g)===2HI(g)，经历了两步基元反应：I2===2I H2+2I===2HI
每一步反应都称为基元反应，这两个先后进行的基元反应反映了2HI= H2+ I2 的反应历程。反应历程又称反应机理。
基元反应发生的条件就是要发生有效碰撞。
(2)反应物、生成物的能量与活化能的关系
如图所示，是基元反应反应物和生成物的能量与活化能的关系，其中：E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能；E1-E2表示反应热。
二、压强、温度对化学反应速率的影响
1．压强对反应速的影响
(1)影响规律：
对于有气体参加的反应，其他条件不变时，增大压强，气体体积减小，相当于增大反应物的浓度，化学反应速率增大。减小压强，气体体积增大，相当于减小反应物的浓度，化学反应速率减小。
(2)微观解释：
增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞几率增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。
(3)适用范围：
压强对反应速率的影响可以归结为浓度改变对反应速率的影响，适用于有气体参加的反应，对于固体、液体之间或溶液中的反应影响很小。
2．温度对反应速的影响
(1)实验探究温度对反应速率的影响
①实验原理：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O
通过改变反应温度观察反应速率的快慢
②实验操作：
③实验现象：溶液紫红色褪去所需时间长短：甲>乙>丙
④实验结论：反应物的温度越高，反应速率越快
(2)影响规律：其他条件相同时，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小。
(3)微观解释：升高温度→活化分子数目增多→活化分子有效碰撞的次数增多→反应速率增大。
三、催化剂对反应速率的影响 过渡态理论
1．催化剂对反应速率的影响
(1)实验探究催化剂对反应速率的影响
①实验原理：2H2O22H2O＋O2↑
通过使用不同催化剂观察反应速率的快慢
②实验操作：
③实验现象：加入MnO2的试管中产生气泡的速率比加入FeCl3溶液的快。
(2)催化剂对反应速率的影响
①影响规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率增大。
②微观解释：使用催化剂→改变了反应的路径(如下图)，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞几率增加→反应速率加快。
2．过渡态理论
(1)过渡态理论要点
反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。
Ea为正反应的活化能，Ea'为逆反应的活化能。
化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。
正反应的ΔH=Ea-Ea'。
(2)催化剂对反应速率的影响
催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大化学反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，反应速率较大；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea1')较大，反应速率较小。
使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH不变。
3．基元反应模型与化学反应历程
(1)基元反应模型
①一个化学反应自开始后所经历的过程称为反应历程。
②基元反应的逆反应也是基元反应，并且经过同一个过渡状态。
③复杂反应中的速率控制步骤决定了该反应的速率。
(2)加入催化剂后反应历程
如图所示：反应A+B→AB的活化能为Ea，加入催化剂K后，反应分两步进行：
①A+K→AK 活化能为Ea1（慢反应）
②AK+B→AB+K 活化能为Ea2(快反应)
总反应：A+BAB 活化能为Ea1
加入催化剂K后，两步反应的活化能Ea1和Ea2均小于原反应的活化能Ea，因此反应速率加快。
由于Ea1>Ea2，第1步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，称为“定速步骤”或“决速步骤”，第1步反应越快，则整体反应速率就越快。
对总反应来说，第一步反应的活化能Ea1就是在催化条件下总反应的活化能。
四、影响化学反应速率的因素
1．主要因素
影响化学反应速率的主要因素是反应物的性质。例如：金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。
2．外部因素(其他条件不变，只改变一个条件)
(1)浓度：增大反应物浓度，反应速率加快，反之减慢；
(2)压强：对于有气体参加的反应，增大压强，反应速率加快，反之减慢；
(3)温度：升高温度，反应速率加快，反之减慢；
(4)催化剂：使用催化剂，反应速率显著加快。
(5)其他因素：增大反应物间的接触面积，反应速率加快，另外光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。
【名师点拨】用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子百分数 活化分子数
增大反应物浓度 增加 不变 增加 增加 加快
增大压强 增加 不变 增加 增加 加快
升高温度 不变 增加 增加 增加 加快
使用催化剂 不变 增加 增加 增加 加快
1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应(×)
(2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应(×)
(3)活化分子比普通分子具有更高的能量(×)
(4)活化能越大，反应速率越大，化学反应的实质是原子的重新组成(×)
(5)化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞(√)
(6)减小反应物的浓度，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(×)
(7)增加固体反应物的质量，化学反应速率增大(×)
(8)100 mL 2 mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的NaCl溶液，反应速率不变(×)
(9)升高温度，C＋CO2??2CO(吸热反应)反应速率加快，而N2＋3H2??2NH3(放热反应)反应速率会减慢(×)
(10)升高温度，会使分子的平均能量升高，活化分子所占百分数增大，从而使反应速率加快(√)
(11)催化剂可以降低反应的活化能，也可以改变反应的ΔH(×)
(12)一种催化剂可以催化所有的反应(×)
2．反应2SO2＋O2??2SO3的ΔH＜0，当其他条件不变时，只改变一个反应条件，将生成SO3的反应速率的变化填入空格里（填写“增大”“减小”或“不变”）。
编号 改变的条件 生成SO3的速率
① 升高温度 增大
② 降低温度 减小
③ 增大氧气的浓度 增大
④ 使用V2O5作催化剂 增大
⑤ 压缩体积 增大
⑥ 保持压强不变，充入N2 减小
⑦ 保持气体总体积不变，充入N2 不变
解析：升高温度，反应速率增大，反之速率减小；增大反应物的浓度，反应速率增大；使用适当催化剂，反应速率增大；压缩体积，浓度增大，反应速率增大；恒容下通入无关气体，反应物、生成物浓度不变，反应速率不变；恒压下通入无关气体，容器体积增大，反应物、生成物浓度减小，速率减小。
3．在一个容积可变的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)。
回答下列问题：
(1)增加Fe的量，正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)将容器容积缩小一半，正反应速率____________，逆反应速率____________。
(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，正反应速率____________，逆反应速率____________。
(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，正反应速率____________，逆反应速率____________。
答案：(1)不变 (2)增大 增大 (3)不变 不变 (4)减小 减小
解析：(1)Fe为固体，因此增加Fe的量，反应速率不变。
(2)将容器容积缩小一半，体系中各气态物质的浓度均增大，正反应速率和逆反应速率都增大。
(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，体系中各物质的浓度不变，正反应速率和逆反应速率均不变。
(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，体系中各气态物质的浓度均减小，正反应速率和逆反应速率均减小。
4．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题：
(1)曲线O→a段，不产生氢气的原因是 ；有关反应的化学方程式为 。
(2)曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是 。
(3)曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是 。
答案 (1)久置的铝片表面有氧化铝薄膜，会先与H2SO4反应 Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O
(2)该反应是放热反应，体系温度升高，化学反应速率增大
(3)随着反应的进行，H2SO4溶液的浓度减小，化学反应速率逐渐减小
解析 (1)在空气中久置的铝片表面有氧化铝薄膜，因此，H2SO4先和氧化铝反应，不产生氢气。(2)a→b段，虽然H2SO4溶液的浓度减小，但该反应是放热反应，体系温度升高，温度起主导作用，故化学反应速率增大。(3)曲线上b点之后，H2SO4溶液的浓度减小，成为影响化学反应速率的主要因素，因此化学反应速率逐渐减小。
5．在有气体参与的反应中，①增大反应物浓度、②升高温度、③增大压强(压缩体积)、④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题：
(1)降低反应活化能的是________(填序号，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是________。
(3)未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是________。
(4)增加单位体积内活化分子数的是________。
答案 (1)④ (2)②④ (3)①③ (4)①②③④
6．某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响，设计以下四组实验。
实验方案 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O
V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1) V/mL
① 25 5 0.1 10 0.1 5
② 25 V1 0.2 5 0.2 10
③ 35 5 0.1 10 0.1 5
④ 35 5 0.2 5 0.2 V2
回答下列问题：
(1)V1＝5，V2＝10。
(2)设计实验方案①和②的目的是：探究Na2S2O3的浓度对化学反应速率的影响。
(3)设计实验方案②和④的目的是：探究温度对化学反应速率的影响。
(4)各实验方案均需加入一定体积的水的原因：各实验方案中混合液的体积均相等。
问题一 碰撞理论
【典例1】下列说法正确的是( )
A．活化分子发生碰撞即发生化学反应
B．升高温度会增大反应速率，原因是增大了活化分子的碰撞次数
C．某一反应的活化分子的百分数是一个定值
D．活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞
答案：D
解析：只有活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应，温度升高，分子的能量增大，活化分子的百分数增大，化学反应速率增大，活化分子的碰撞次数增多只是化学反应速率增大的次要因素，故选D。
【解题必备】活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
【变式1-1】某反应的ΔH＝100 kJ·mol－1，下列有关该反应的叙述正确的是( )
A．正反应活化能小于100 kJ·mol－1
B．逆反应活化能一定小于100 kJ·mol－1
C．正反应活化能大于100 kJ·mol－1
D．正反应活化能比逆反应活化能小100 kJ·mol－1
答案 C
解析 某反应的ΔH＝100 kJ·mol－1，说明该反应的正反应为吸热反应，且正反应的活化能比逆反应的活化能大100 kJ·mol－1，正反应的活化能应大于100 kJ·mol－1，无法确定逆反应的活化能大小。
【变式1-2】在体积可变的容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，当增大压强使容器体积缩小时，化学反应速率加快，其主要原因是( )
A．分子运动速率加快，使反应物分子间的碰撞机会增多
B．反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多
C．活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多
D．分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞
答案 C
解析 A项，由于温度不变，因此分子运动速率不变，错误；B项，由于温度不变，因此反应物分子的能量不变，错误；D项，增大压强使容器体积缩小时，单位体积内反应物浓度增大，但单位体积内分子间的碰撞不一定都是有效碰撞，错误。
问题二 浓度对化学反应速率的影响
【典例2】已知反应：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O。下列各组反应是在相同温度下发生的，则最快产生浑浊的是( )
选项 反应物
硫代硫酸钠溶液 硫酸溶液
A 0.2 mol·L－1，20 mL 0.2 mol·L－1，20 mL
B 0.5 mol·L－1，20 mL 0.5 mol·L－1，20 mL
C 1.0 mol·L－1，20 mL 1.0 mol·L－1，20 mL
D 1.0 mol·L－1，20 mL 1.2 mol·L－1，20 mL
答案 D
解析 反应物浓度越大，反应速率越快，则越快产生浑浊，D项中Na2S2O3和H2SO4的浓度最大，则反应速率最快，最先出现浑浊。
【解题必备】浓度对化学反应速率的影响注意事项
(1)对于固体或纯液体，其浓度可视为常数，其质量改变不影响化学反应速率。
(2)固体物质的反应速率与接触面积有关，颗粒越细，表面积越大，反应速率就越快。
(3)对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。
【变式2-1】相同温度条件下，将下列4种不同浓度的NaHCO3溶液，分别加入到4个盛有20 mL 0.06 mol·L－1盐酸的烧杯中，并加水稀释至50 mL，NaHCO3溶液与盐酸反应产生CO2的速率由大到小的顺序是 。
①20 mL,0.03 mol·L－1
②20 mL,0.02 mol·L－1
③10 mL,0.04 mol·L－1
④10 mL,0.02 mol·L－1
答案 ①>②＝③>④
解析 混合后氢离子浓度相同，四种溶液中c(HCO)的大小决定产生CO2的速率大小。混合后HCO的浓度分别为①0.012 mol·L－1、②0.008 mol·L－1、③0.008 mol·L－1、④0.004 mol·L－1。
【变式2-2】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( )
A．加入NH4HSO4固体，v(H2)不变
B．加入少量硫酸钠固体，v(H2)减小
C．加入少量水，v(H2)减小
D．滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
答案 C
解析 A项，加入NH4HSO4固体，电离出H＋，c(H＋)增大，v(H2)增大；B项，加入Na2SO4固体，c(H＋)不变，v(H2)不变；D项，滴加少量CuSO4溶液，构成原电池，v(H2)增大。
问题三 压强对反应速率的影响
【典例3】在反应C（s）＋CO2（g??2CO（g）中，现采取下列措施，其中能够使反应速率增大的是（ ）
①缩小体积，增大压强 ②增加碳的量 ③通入CO2 ④恒容下充入N2 ⑤恒压下充入N2
A．①④ B．②③⑤ C．①③ D．①②④
答案：C
解析：①缩小体积，增大压强，反应速率加快；②碳是固体，增加固体的量不影响化学反应速率；③通入CO2，反应物浓度增大，反应速率加快；④恒容下充入N2，容器的体积不变，反应物的浓度不变，化学反应速率不变；⑤恒压下充入N2，容器的体积增大，反应物的浓度减小，化学反应速率减小。
【解题必备】
压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度
(1)恒容下充入稀有气体，气体压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。
(2)恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。
【变式3-1】在一定条件下的密闭容器中存在下列四个化学反应，增大容器的体积对化学反应速率没有影响的是( )
A．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
B．CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
C．CO2(g)＋H2O(l)??H2CO3(aq)
D．Fe3＋(aq)＋3SCN－(aq)??Fe(SCN)3(aq)
答案 D
解析 增大容器的体积对于没有气体参与或生成的反应的反应速率无影响，D项正确。
【变式3-2】在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p Pa，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH<0，改变下列条件能加快化学反应速率的是( )
A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)
B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2
C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)
D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)
答案 B
解析 保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2，参加反应的物质的浓度不变，则反应速率不变，故A不符合题意；保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2，反应物浓度增大，反应速率增大，故B符合题意；保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2，体积增大，反应物的浓度减小，则反应速率减小，故C不符合题意；保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，因体积增大为2倍，物质的量增大为2倍，则浓度不变，反应速率不变，故D不符合题意。
问题四 温度、催化剂对反应速率的影响
【典例4】某小组设计如图所示实验，探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是( )
A．该实验探究的是温度对反应速率的影响
B．该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C．实验中，H2O2的浓度不宜过大
D．温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，反应速率相同
答案 D
解析 两个装置中的变量是温度，所以该实验探究的是温度对反应速率的影响，A项正确；由于二氧化锰是催化剂，且探究的是温度对反应速率的影响，所以该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同，B项正确；H2O2浓度过大，反应速率过快，不易控制，所以实验中H2O2的浓度不宜过大，C项正确；温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，由于改变了催化剂，则反应速率不可能相同，D项错误。
【解题必备】
(1)温度对反应速率的影响具有一致性，升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，v都增大，降低温度，v都减小。
(2)探究外界因素对化学反应速率影响的思维模型：“实验现象——影响规律——理论解释”，解决实际问题时注意运用证据推理思路和思维认知模型。
【变式4-1】亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂，在常温，不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O。分解时，刚加入硫酸，反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2，这是因为( )
A．酸使亚氯酸的氧化性增强
B．溶液中的H＋起催化作用
C．溶液中的Cl－起催化作用
D．逸出的ClO2使反应生成物的浓度降低
答案 C
解析 由题目信息可知，NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应加快，这说明分解生成的产物中某种物质起了催化剂的作用且该物质反应前不存在。
【变式4-2】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 反应 温度 /℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4
V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1)
A 25 5 0.1 20 0.1
B 25 5 0.2 20 0.2
C 35 5 0.1 20 0.1
D 35 5 0.2 20 0.2
答案 D
解析 因35 ℃>25 ℃，则选项C和D中的反应速率大于选项A和B中的反应速率，又选项D中反应物的浓度大于C中反应物的浓度，则D中反应速率最快，最先出现浑浊。
问题五 基元反应和化学反应历程
【典例5】氧化亚氮在碘蒸气存在时的热分解反应：2N2O―→2N2＋O2，其反应机理包含以下步骤：
第一步：I2(g)??2I(g)(快反应)；
第二步：I(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋IO(g)(慢反应)；
第三步：IO(g)＋N2O(g)―→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)。
下列说法错误的是( )
A．第二步对分解反应速率起决定作用
B．I2的浓度与N2O的分解速率无关
C．慢反应的活化能高于快反应的活化能
D．第二步反应中I(g)作还原剂
答案 B
解析 反应的快慢取决于慢反应，则第二步对分解反应速率起决定作用，故A正确；N2O分解反应中，I2是反应物，碘蒸气的浓度与N2O的分解速率有关，故B错误；活化能越大反应速率越慢，则慢反应的活化能高于快反应的活化能，故C正确；第二步反应中I(g)→IO(g)，I元素化合价升高，作还原剂，故D正确。
【变式5-1】某反应过程能量变化如图所示，下列说法不正确的是( )
A．反应过程b有催化剂参与
B．该反应为放热反应
C．升高温度，v正增大，v逆减小
D．有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1
答案 C
解析 据图可知b中活化能降低，所以b中使用了催化剂，故A正确；反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，故B正确；E1、E2分别代表反应过程中各步反应的活化能，整个反应的活化能为能量较高的E1，故D正确。
【变式5-2】已知反应2NO＋2H2===N2＋2H2O的速率方程为v＝kc2(NO)·c(H2)(k为反应速率常数)，其反应历程如下：
①2NO＋H2―→N2＋H2O2 慢
②H2O2＋H2―→2H2O 快
下列说法错误的是( )
A．增大c(NO)，可提高总反应的反应速率
B．c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度相同
C．该反应的快慢主要取决于反应①
D．减小c(H2)，可降低总反应的反应速率
答案 B
解析 根据速率方程v＝kc2(NO)·c(H2)知，增大c(NO)，可提高总反应的反应速率，减小c(H2)，可降低总反应的反应速率，故A、D项正确；根据速率方程v＝kc2(NO)·c(H2)知，c(NO)、c(H2)增大相同的倍数，对总反应的反应速率的影响程度不同，如c(NO)增大为原来的2倍，v增大为原来的4倍，c(H2)增大为原来的2倍，v增大为原来的2倍，故B项错误；反应速率由最慢的一步决定，该反应的快慢主要取决于反应①，故C项正确。
问题六 分析化学反应速率的影响因素
【典例6】某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时，将3支试管分别编号为①②③，并按下表中物质的量进行实验，记录下的时间数据是16 s、28 s、33 s。请将3个数据填入下面的适当位置，并写出实验结论。
试管编号 加3% Na2S2O3 加H2O 加H2SO4(1∶5) 出现浑浊时间
① 3 mL 3 mL 5滴 (a)
② 4 mL 2 mL 5滴 (b)
③ 5 mL 1 mL 5滴 (c)
(1)将对应①、②、③的时间分别写出：
(a)____________，(b)__________，(c)__________。
(2)实验结论：___________________________________________________________。
(3)写出反应的化学方程式：________________________________________________。
答案：(1)33 s 28 s 16 s
(2)反应物浓度越大，反应速率越快
(3)Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O
解析：①②③中最终溶液体积一样，而Na2S2O3的量③>②>①，所以c(Na2S2O3)是③>②>①；反应速率(v)：③>②>①；反应时间：③<②<①。
【解题必备】“控制变量法”的解题策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，知道影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时，应该先确定其他因素不变，只改变一种因素，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。
【变式6-1】某探究小组利用反应CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：
实验 序号 初始浓度c/(mol·L－1) 溴颜色消失所需时间t/s
CH3COCH3 HCl Br2
① 0.80 0.20 0.001 0 290
② 1.60 0.20 0.001 0 145
③ 0.80 0.40 0.001 0 145
④ 0.80 0.20 0.002 0 580
分析实验数据所得出的结论不正确的是( )
A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)，v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
答案 D
解析 对比①②组数据，可以判断出增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大，故A正确；比较实验②和③数据，Br2的浓度相等，溴颜色消失所需的时间也相等，溴的反应速率是相等的，故B正确；对比①③数据可以判断出，增大c(HCl)，v(Br2)增大，故C正确；对比①④两组实验中CH3COCH3、HCl的浓度是相同的，而④中Br2比①中的大，所以时间变长，但不能说明v(Br2)的大小，故D不正确。
【变式6-2】实验室用Zn与稀硫酸反应来制取H2，常加入少量CuSO4来增大反应速率。为了研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，某同学设计了实验方案(见下表)，将表中所给的试剂按一定体积混合后，分别加入到四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应容器(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。
试剂 实验
甲 乙 丙 丁
4 mol·L－1 H2SO4溶液/mL 20 V1 V2 V3
饱和CuSO4溶液/mL 0 2.5 V4 10
H2O/mL V5 V6 8 0
收集气体所需时间/s t1 t2 t3 t4
下列说法正确的是( )
A．t1＝t2＝t3＝t4 B．V4＝12
C．V6＝7.5 D．V1答案 C
解析 本实验是研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，所以应控制H2SO4的浓度不变，即硫酸溶液体积、CuSO4溶液体积及H2O的体积之和应等于30 mL，V5＝10；V1＝20，V6＝7.5；V2＝20，V4＝2；V3＝20，C项正确。
1．下列说法正确的是( )
A．活化分子具有的能量是活化能
B．活化分子的总数越多，反应速率越大
C．某一反应的活化分子的百分数是个定值
D．单位时间内有效碰撞次数越多，反应速率越大
答案 D
解析 单位体积内活化分子总数越多，有效碰撞几率越大，反应速率越大，B错误；只有在一定条件下，活化分子在反应物中所占百分数才是定值，C错误。
2．下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是( )
A．大小、形状相同的镁片、铁片，前者与盐酸反应放出H2的速率比后者大
B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C．N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应
D．Cu与浓硫酸能反应，而不与稀硫酸反应
答案 A
解析 要想说明反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素，则该实验事实应区别在反应物本身而不是外界因素如浓度、压强、温度、催化剂等。其中选项B、D为反应物浓度不同对反应速率的影响，选项C为反应条件不同对反应速率的影响，只有选项A是因Mg、Fe本身性质不同对反应速率产生影响。
3．已知反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列措施中可使生成CO2的速率加快的是(不考虑CaCO3与HCl接触面积改变的影响)( )
A．加大CaCO3的量 B．加大盐酸的浓度
C．加大盐酸的量 D．减少CaCl2的浓度
答案 B
解析 加大反应物的量不影响化学反应速率，改变浓度才影响化学反应速率，由于给定的反应是不可逆反应，因此，该化学反应的速率和生成物的浓度无关。
4．将盐酸滴到碳酸钠粉末上，能使反应的最初速率加快的是( )
A．盐酸浓度不变，使用量增大一倍
B．盐酸浓度增加一倍，用量减至一半
C．增大Na2CO3粉末的量
D．把盐酸换为浓硫酸
答案 B
解析 Na2CO3粉末为固体，改变固体的量不影响反应速率，需要改变盐酸的浓度等。浓硫酸中c(H＋)非常小，与Na2CO3粉末反应非常慢。
5．下表为某学生进行的两组实验：
反应物 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 水
甲 0.1 mol·L－1 10 mL 0.1 mol·L－1 10 mL 5 mL
乙 0.2 mol·L－1 5 mL 0.2 mol·L－1 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 B．甲<乙
C．甲＝乙 D．无法判断
答案 A
解析 甲组和乙组中Na2S2O3、H2SO4的物质的量均相等，甲的总体积小于乙的总体积，则甲的反应物浓度大，反应速率快。
6．对于反应N2(g)＋O2(g)??2NO(g)，在密闭容器中进行，下列条件能减慢该反应的反应速率的是( )
A．缩小体积使压强增大
B．体积不变，充入N2使压强增大
C．体积不变，充入He使压强增大
D．压强不变，充入He使体积增大
答案 D
解析 A项中缩小反应体系的体积，总压强增大，各物质的浓度均增大，故反应速率加快；B项中体积不变，充入N2，反应物浓度增大，反应速率加快；C项中体积不变，充入He，总压强虽增大，但体系中各物质浓度均没有改变，故反应速率不变；D项中压强不变，充入He，导致反应体系的体积增大，各物质的浓度均减小，故反应速率减慢。
7．某反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是( )
A．该反应为放热反应
B．催化剂能改变该反应的焓变
C．催化剂能降低该反应的活化能
D．逆反应的活化能大于正反应的活化能
答案 C
解析 使用催化剂可降低反应的活化能，增加活化分子百分数，使化学反应速率增大，但不会改变反应的焓变。
8．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，则( )
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，0～2 min内，v(X)＝1.0 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物的浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；由图可知，催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好，反应速率大，说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低，故B错误；由图可知，使用催化剂Ⅱ时，在0～2 min 内Y的浓度变化了2.0 mol·L－1，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0 mol·L－1，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随时间t的变化，故C错误；使用催化剂Ⅰ时，在0～2 min内，Y的浓度变化了4.0 mol·L－1，则v(Y)＝＝＝2.0 mol·L－1·min－1，v(X)＝v(Y)＝×2.0 mol·L－1·min－1＝1.0 mol·L－1·min－1，故D正确。
9．在实验Ⅰ和实验Ⅱ中，用一定量、一定浓度的盐酸与足量的石灰石反应，并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石，实验Ⅱ用的是粉末状的石灰石。下图中能正确反映这两种实验结果的图像是( )
答案 B
解析 在其他条件相同的情况下，粉末状石灰石与盐酸的接触面积比块状的大，所以粉末状石灰石与盐酸的反应速率大，表现在图像上应是曲线Ⅱ的斜率大于曲线Ⅰ的斜率，又由于盐酸中n(H＋)一定，故实验Ⅰ、Ⅱ中生成的CO2的体积相同。
10．“碘钟”实验中，3I－＋S2O===I＋2SO的反应速率可以用I与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 ℃进行实验，得到的数据如下表：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
c(I－)/(mol·L－1) 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120
c(S2O)/(mol·L－1) 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040
t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1
回答下列问题：
(1)该实验的目的是 。
(2)表中t1为 。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40 ℃条件下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t2的范围为 (填字母)。
A．＜22.0 B．22.0～44.0
C．＞44.0 D．数据不足，无法判断
(4)通过分析比较上表数据，得到的结论是 。
答案 (1)研究反应物I－与S2O的浓度对反应速率的影响 (2)(或29.3) (3)A (4)反应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比)
解析 由表中数据容易发现：②④组所用时间相同，③组所用时间为它们的一半，①组所用时间为它们的2倍。进一步分析：②④两组中c(I－)与c(S2O)的乘积相等，③组中乘积为②④组的2倍，①组乘积为其一半。因此可得结论：当c(I－)·c(S2O)相等时，显色时间相等，反应速率相等，显色时间与反应速率成反比，即t与c(I－)·c(S2O)成反比。＝，得t1＝≈29.3。
1．已知反应：2NO(g)＋Br2(g)??2NOBr(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下：
①NO(g)＋Br2(g)??NOBr2(g) 快
②NO(g)＋NOBr2(g)??2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应的速率主要取决于②的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能大a kJ·mol－1
D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
答案 A
解析 反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A项正确；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B项错误；由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1，故C项错误；增大Br2(g)的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多，所以能加快反应速率，故D错误。
2．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，下列说法正确的是( )
A．pH越小，氧化率越小
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
答案 D
解析 由②③可知，温度相同时，pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大；C项，Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
3．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为H2O2＋I－===H2O＋IO－(慢)、H2O2＋IO－===H2O＋O2＋I－(快)。下列有关该反应的说法不正确的是( )
A．总反应中v(H2O2)∶v(O2)＝2∶1
B．H2O2的分解速率与I－的浓度有关
C．该反应的催化剂是I－，而不是IO－
D．由于催化剂的加入降低了反应的活化能，使该反应的活化能低于98 kJ·mol－1
答案 D
解析 总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，速率之比等于化学计量数之比，则总反应中v(H2O2)∶v(O2)＝2∶1，A正确；IO－为中间产物，该反应的催化剂是I－，C正确；催化剂可降低反应的活化能，但其活化能的大小不能确定，D错误。
4．研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示，两步反应分别为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)；②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是( )
A．反应①是非氧化还原反应
B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定
C．Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物
D．若转移1 mol电子，则消耗11.2 L N2O
答案 C
解析 总反应速率由反应慢的一步决定，即由反应①决定，故B项错误；Fe＋作催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物，故C项正确；气体存在的条件未知，不能确定气体的体积，故D项错误。
5．(1)某反应在体积为5 L的恒容密闭的绝热容器中进行，各物质的量随时间的变化情况如图所示(已知A、B、C均为气体)。
①该反应的化学方程式为________________________________________。
②反应开始至2 min时，B的平均反应速率为________。
③2 min时A的转化率为________。
(2)为了研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，某同学设计了如下一系列实验：将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的容器中，收集产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。
实验 混合溶液 A B C D E F
4 mol·L－1H2SO4溶液/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
①请完成此实验设计：其中V1＝________，V6＝________。
②该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：
___________________________________________________________________。
答案 (1)①2A＋B??2C ②0.1 mol·L－1·min－1 ③40% (2)①30 10 ②当加入的CuSO4溶液超过一定量后，生成的单质Cu沉积在Zn粒表面，减小了Zn与H2SO4溶液的接触面积
解析 (1)①由题图可以看出，A、B的物质的量逐渐减小，则A、B为反应物，C的物质的量逐渐增大，所以C为生成物；当反应进行2 min时，Δn(A)＝2 mol，Δn(B)＝1 mol，Δn(C)＝2 mol，则Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝2∶1∶2，已知在化学反应中，各物质的物质的量的变化值之比等于其化学计量数之比，且反应结束时，反应物、生成物同时存在，反应为可逆反应，所以该反应的化学方程式为2A＋B??2C。②由题图可以看出，反应开始至2 min时，Δn(B)＝1 mol，B的平均反应速率为＝0.1 mol·L－1·min－1。③平衡时A的转化率为×100%＝40%。(2)①要对比实验效果，需要控制单一变量。本题是探究硫酸铜的量对反应的影响，那么每组实验中硫酸的量要相同，六组实验溶液的总体积也应该相同。A组中硫酸溶液体积为30 mL，那么其他组硫酸溶液的体积也都为30 mL。而硫酸铜溶液和水的总体积应相同，F组中硫酸铜溶液和水的总体积为20 mL，所以V6＝10。②因为锌会先与硫酸铜反应，直到硫酸铜消耗完才与硫酸反应生成氢气，硫酸铜的量较多时，锌与硫酸铜反应的时间较长，而且生成的铜会附着在Zn粒表面，会阻碍Zn粒与硫酸继续反应，导致氢气的生成速率下降。
6．KI溶液在酸性条件下能与氧气反应。现有以下实验记录：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
温度/℃ 30 40 50 60 70
显色时间/s 160 80 40 20 10
回答下列问题：
(1)该反应的离子方程式为________________________。
(2)该实验的目的是______________________________________。
(3)实验试剂除了1 mol·L－1KI溶液、0.1 mol·L－1 H2SO4溶液外，还需要的试剂是________________，实验现象为________________________。
(4)实验操作中除了需要上述条件外，还必须控制______(填字母)不变。
A．温度
B．试剂的用量(体积)
C．试剂添加的顺序
(5)由上述实验记录可得出的结论是________________________________。
(6)若要进行溶液酸性强弱对反应速率影响的探究实验，你会采取的措施是
________________________________________________________________________。
答案 (1)4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O
(2)探究温度对反应速率的影响
(3)淀粉溶液 无色溶液变蓝
(4)BC
(5)温度每升高10 ℃，反应速率约增大2倍
(6)保证其他实验条件不变，采用不同浓度的H2SO4溶液进行对比实验
解析 (1)根据得失电子数目相等、电荷守恒和原子守恒，可得该反应的离子方程式为4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O。(2)表中数据只有温度和显色时间，故该实验的目的是探究温度对反应速率的影响。(3)为测定显色时间，产物中有碘单质生成，还需要的试剂是淀粉溶液，实验现象为无色溶液变为蓝色。(4)设计实验必须保证其他条件不变，只改变一个条件，才能得到准确的结论，故还必须控制试剂的用量(体积)和试剂添加的顺序不变。(5)分析实验数据，温度每升高10 ℃，显色时间缩短到原来的一半，故可得出结论是温度每升高10 ℃，反应速率约增大2倍。(6)若要进行溶液酸性强弱对反应速率影响的探究实验，需保证其他实验条件不变，采用不同浓度的H2SO4溶液进行对比实验。
