2020-2021学年高中化学人教版选修四课件：第二章 第二节 影响化学反应速率的因素

(共120张PPT)
第二节　影响化学反应速率的因素
一、有效碰撞理论
1.化学反应发生的条件
2.有效碰撞理论与活化能
活化能:如图　
图中:E1为_______的活化能,E2为_______的活化能,使用催化剂时正反应的活
化能为__,反应热为_______________。
正反应
逆反应
E3
(E1-E2)kJ·mol-1
3.化学反应发生所经历的过程
【自主探索】
　判断下列说法是否正确,正确的打√,错误的打×。
(1)活化分子之间的碰撞一定属于有效碰撞。(　　)
提示:×。活化分子之间的碰撞不一定能发生化学反应。
(2)活化分子的化学性质与普通分子的化学性质不同。(　　)
提示:×。活化分子与普通分子的结构相同,所以化学性质相同,只是能量不同。
(3)使用催化剂能降低反应所需的活化能,使一部分普通分子变成了活化分子。(　　)
提示:√。催化剂能降低反应所需的活化能,从而使一部分普通分子变成了活化分子。
(4)不存在活化能为0的化学反应。(　　)
提示:×。离子之间的反应、原子之间的反应,因为不需要破坏化学键,所以活化能几乎为0。
(5)正反应活化能一般都大于逆反应活化能。(　　)
提示:×。放热反应的正反应活化能小于逆反应活化能,吸热反应,逆反应活化能大于正反应活化能。
二、影响化学反应速率的因素
1.浓度对化学反应速率的影响
(1)实验探究记录
(2)规律
反应物浓度增大→反应速率_____;反应物浓度减小→反应速率_____。
(3)理论解释
加快
减慢
2.压强对化学反应速率的影响
对于气体来说,在一定温度下,一定质量的气体所占的体积与压强成反比。如图所示:
(1)适用范围:有气体参与的化学反应。
(2)结论:增大压强,气体体积_____,浓度_____,化学反应速率_____。
(3)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次数_____→反应速率_____;反之,反应速率
_____。
缩小
增大
加快
增多
增加
加快
减慢
3.温度对化学反应速率的影响
(1)实验探究记录
(2)影响规律
(3)理论解释
4.催化剂对化学反应速率的影响
(1)实验探究记录
现象
余烬_______
余烬_____
解释
H2O2分解_____
加入MnO2,H2O2分解速率_____
不复燃
复燃
缓慢
加快
(2)影响规律
当其他条件不变时,使用催化剂,反应速率增大。
(3)理论解释
【自主探索】
　(1)(情境思考)光触媒空气净化器产品很流行,它的原理就是用纳米级二氧化钛颗粒在光照的条件下催化空气中的氧气和水变成氢氧自由基,这些自由基可以氧化室内装修带来的甲醛、苯等有害物质,变成二氧化碳和水。
①“触媒”的作用是什么?
提示:触媒是催化剂。
②触媒是如何改变化学反应速率的?
提示:降低反应所需的活化能,改变反应途径。
(2)对于Fe+2HCl====FeCl2+H2↑,改变下列条件对生成氢气的速率有何影响?(填“增大”“减小”或“不变”)
①增大盐酸浓度:________;?
②增大铁的质量:________;?
③增加盐酸体积:________;?
④把铁片改成铁粉:________;?
⑤滴入几滴CuSO4溶液:________;?
⑥加入NaCl固体:________。?
提示:①增大　②不变　③不变　④增大　⑤增大　⑥不变
　知识点一　外界因素对化学反应速率影响的再认识?
1.活化分子、有效碰撞与反应速率的关系图
2.浓度影响再认识
(1)固体或纯液体的浓度为常数,所以增加其用量时,化学反应速率不变。
(2)增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂,能增大化学反应速率。
3.压强影响再认识
压强对速率的影响是通过改变体积而使浓度改变来实现的。对于气体反应,有如下3种类型:
4.温度影响需注意
(1)温度对反应速率的影响规律,对吸热反应、放热反应都适用,且不受反应物状态的限制。升温时,化学反应速率增大;降温时,化学反应速率减小。
(2)对于可逆反应来说,升高温度,正、逆反应速率均增大,只是增大的程度不同;同理,降低温度,正、逆反应速率均减小,只是减小的程度不同。
(3)许多实验表明:温度每升高10
℃,反应速率通常增大到原来的2～4倍。
(4)一般情况下,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大,也更易控制。
5.催化剂影响特别提醒
(1)有的催化剂能加快化学反应速率,有的催化剂能减慢化学反应速率,能加快化学反应速率的催化剂叫做正催化剂;能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂。在实践中,若不特别说明,凡是催化剂均指正催化剂。
(2)可逆反应中催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率。
(3)催化剂具有选择性和高效性。
【知识拓展】控制变量法探究影响化学反应速率的因素解题策略
【合作探究】
　(1)若加热KMnO4来制备氧气,在其他条件不变的情况下,增加KMnO4固体的质
量,生成氧气的速率能够加快吗?若研成粉末呢?
提示:增加KMnO4固体的质量不能加快化学反应的速率,但研成粉末,化学反应速
率加快。
(2)保持容器的容积不变,向2SO2+O2
2SO3的反应容器中充入氦气(He),
反应速率如何变化?
提示:充入氦气,尽管压强增大,但反应物的浓度不变,反应速率不变。
△
催化剂
(3)保持容器内气体压强不变,向2SO2+O2
2SO3的反应容器中充入氦气
(He),反应速率如何变化?
提示:充入氦气,尽管压强不变,但容器的体积增大,反应物的浓度减小,反应
速率减慢。
△
催化剂
【典例示范】
【典例】(2020·南昌高二检测)反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(g)
在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的
是(　　)
A.Fe的量
B.将容器的容积缩小一半
C.保持容积不变,充入水蒸气使体系压强增大
D.压强不变,充入N2使容器容积增大
高温
【解题指南】解答与压强有关的速率问题注意审题三方面:
(1)物质的状态是否为气态。
(2)外界条件是“恒温恒容”还是“恒温恒压”。
(3)充入气体是否参与化学反应。
【解析】选A。增加固体Fe的量不能改变其浓度,对反应速率不产生影响;将容器的容积缩小一半时,反应体系中的H2O(g)、H2的浓度将增大,反应速率加快;当向容器中充入反应物H2O(g),保持反应容器的容积不变时,H2O(g)的浓度增大,反应速率加快;保持压强不变,充入N2,只能扩大容积,这时H2O(g)、H2的浓度减小,反应速率减慢。
【规律方法】分析判断反应速率大小时应遵循的思路
【母题追问】
(1)如果将使用颗粒更小的纳米铁,化学反应速率会如何变化?
提示:固体颗粒越小,固体表面积越大,反应速率越快。
(2)如果保持体积不变,充入N2使容器压强增大,反应速率会如何变化?
提示:
恒容充入N2,但反应物的浓度不变,化学反应速率不变。
【素养训练】
1.(2020·衡阳高二检测)在C(s)+CO2(g)====2CO(g)的反应中,现采取下列措施:
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
能够使反应速率增大的措施是(　　)
A.①④　　　B.②③⑤　　　
C.①③　　　D.①②④
【解析】选C。对于气体反应,增大压强,反应速率加快,增加固体物质的用量,对反应速率无影响,充入与反应无关的气体,不会增加反应物浓度,故不会加快反应速率。
2.下列措施能明显增大原反应的化学反应速率的是(　　)
A.制备氢气时将粗锌换成纯锌
B.将稀硫酸改为98%的浓硫酸与Zn反应制取H2
C.在H2SO4与NaOH两溶液反应时,增大压强
D.恒温恒容条件下,在工业合成氨反应中,增加氮气的量
【解析】选D。A项,粗锌制备氢气时,能发生原电池反应,反应速率更快,换成纯锌后,反应速率变慢,错误;B项,将稀硫酸改为98%的浓硫酸与Zn反应生成二氧化硫气体,不生成氢气,错误;C项,反应在溶液中进行,没有气体生成,增大压强,反应速率基本不变,错误;D项,恒温恒容条件下,在工业合成氨反应中,增加氮气的量,反应物浓度增大,则反应速率增大,正确。
3.某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3+Br2
CH3COCH2Br+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
【解析】选D。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;比较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,速率变慢,故D错误。
4.(2020·哈尔滨高二检测)化学与生产、生活密切相关。下列事实与化学反应速率无关的是(　　)
A.食品、蔬菜贮存在冰箱和冰柜里,能延长保鲜时间
B.合成氨的反应,增加反应时间
C.煤炭燃烧时,将煤块制成蜂窝煤
D.中和热的测定时,使用环形玻璃搅拌棒搅拌
【解析】选B。冰箱和冰柜里温度较低,食品、蔬菜氧化较慢,保鲜时间长,A正确;增加反应时间不能增大反应速率,B错误;燃煤时,将煤块制成蜂窝煤,可增大接触面积,加快反应速率,C正确;中和热的测定时,使用环形玻璃搅拌棒搅拌可加快反应速率,D正确。
　知识点二　化学反应中有关图象?
　化学反应速率图象是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中以图的形式表达的结果,是化学反应速率变化规律的反映。在认识和应用化学反应速率图象时,要立足于化学方程式,应用化学反应速率变化的规律,分析直角坐标系及其图象的含义。
1.定性图象
(1)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如图1所示。
AB段:Zn与盐酸的反应是放热反应,使溶液的温度升高,化学反应速率逐渐增大;BC段:随着反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,化学反应速率逐渐减小。
(2)速度—温度图:
其他条件一定,反应速率随着温度的升高而增大;其他条件一定,反应速率随着温度的降低而减小,如图2A所示。
(3)速率—压强图:
其他条件一定,增大气态反应物的压强(缩小容器的容积),反应速率随着压强的增大而增大;其他条件一定,减小气态反应物的压强(增大容器的容积),反应速率随着压强的减小而减小,如图2B所示。
2.定量图象
定量图象主要是指反应物或生成物的物质的量(或物质的量浓度)与反应时间t的定量关系。如图3所示。
该类图象能解决的主要问题:反应物、生成物的确定;可逆反应或不可逆反应的确定;化学方程式的确定;某时间段内的平均反应速率;化学反应达到平衡所用的时间。
【知识拓展】化学反应对自身化学反应速率的影响
在敞口容器中进行的不可逆反应,大多会经历一个化学反应速率由“较慢(开始时)→明显加快→减慢→停止”的过程,因为有的反应放热,加快反应速率,如Fe+2HCl====FeCl2+H2↑;有的反应生成催化剂,加快化学反应的速率,如酸性高锰酸钾溶液氧化草酸生成Mn2+对反应起催化作用。
【合作探究】
　(1)增大反应物浓度对可逆反应的逆反应速率有何影响?
提示:增大反应物浓度,正反应速率增大,在改变的瞬间,生成物的浓度可认为不变,逆反应速率不变;但随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度逐渐增大,导致正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,直到两者相等。
(2)对于那些反应物和生成物中都有气体参加的可逆反应来说,增大体系的压强(减小体积),正、逆反应速率怎样变化?
提示:增大体系的压强(减小体积),反应物和生成物的浓度都增大,所以,正反应的速率和逆反应的速率都增大。
【典例示范】
【典例】将锌粒投入一定浓度的稀硫酸中,实际反应速率和时间的关系与下图最接近的是(　　)
【解题指南】解答本类图象题需注意:
明确纵、横坐标的含义,弄清楚曲线含义,联系规律,进行判断。
【解析】选D。锌与硫酸的反应为放热反应,反应开始后温度升高,速率增大,但
随着反应的进行,溶液浓度逐渐减小,则速率逐渐减小,应为
。
【规律方法】
　
解答图象题的方法
【素养训练】
1.(2020·清远高二检测)等质量的稀硫酸分别与足量的镁、铁、锌三种金属(形状相同)反应,收集到氢气体积(V)与反应时间(t)的曲线,应该是下列图中的(　　)
【解析】选B。金属活泼性越强,与酸反应速率越快,金属活泼性Mg>Zn>Fe,则反应速率的顺序为Mg>Zn>Fe,完全反应所需时间的顺序为Fe>Zn>Mg,金属足量,则酸完全反应,等量的硫酸反应生成氢气相同,则B图象符合,故选B。
2.外界其他条件相同,不同pH条件下,用浓度传感器测得反应2A+B====3D中产物D的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是(　　)
A.pH=8.8时,升高温度,反应速率不变
B.保持外界条件不变,反应一段时间后,pH越小,D的浓度越大
C.为了实验取样,可采用调节pH的方法迅速停止反应
D.减小外界压强,反应速率一定减小
【解析】选C。升高温度,反应速率加快,A错误;由图象知pH=7.5与pH=8.2反应的前期,D的浓度相等,B错误;当pH调至8.8时反应停止,C正确;A、B、D不一定为气体,若该反应为溶液中的反应,减小压强对反应速率不一定有影响,D错误。
【加固训练】
　　1.(2020·台州高二检测)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.由图可知:乙酸的生成速率随温度升高而升高
B.250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是催化剂的催化效率降低
C.由300～400
℃可得,其他条件相同时,催化剂的催化效率越低,乙酸的生成速率越大
D.根据图象推测,工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400
℃
【解析】选B。由图可知:250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低,故A错误;250～300
℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是温度超过250
℃时,催化剂的催化效率降低,故B正确;300～400
℃时,催化剂的催化效率接近于0,但温度升高,乙酸的生成速率增大,故C错误;根据图象推测,工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为250
℃,故D错误。
2.铝是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要工业的发
展,要求材料特性具有铝及其合金的独特性质,这就大大有利于这种新金属铝
的生产和应用。
应用极为广泛。把在空气中久置的铝片5.0
g投入盛有
500
mL
0.5
mol·L-1硫酸的烧杯中,该铝片与硫酸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,请回答下列问题:
(1)曲线Oa段不产生氢气的原因是__________,?
有关的化学方程式为_________________。?
(2)曲线ac段产生氢气的速率逐渐增大的主要原因是____________。?
(3)曲线由c以后,产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是_______________。
【解析】(1)在空气中久置的铝片表面有一层氧化铝薄膜,因此硫酸首先和氧化铝反应,不产生氢气。(2)ac段,虽然硫酸的浓度不断减小,但该反应是放热反应,体系温度升高,化学反应速率增大。(3)曲线由c以后,硫酸浓度的逐渐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。
答案:(1)久置的铝片表面覆有一层氧化铝薄膜
Al2O3+3H2SO4====Al2(SO4)3+3H2O
(2)该反应是放热反应,温度升高,化学反应速率增大
(3)硫酸的浓度减小,化学反应速率逐渐减小?
【课堂小结】
【三言两语话重点】
1.“2”个根本:
(1)决定化学反应速率的根本因素是反应物本身的性质即内因。
(2)比较化学反应速率快慢的根本是活化能大小,活化能越小,反应速率越快。
2.“4”个因素:影响化学反应速率的四个主要外界因素为温度、浓度、催化剂、压强。
3.“1”个变量:探究外界因素对化学反应速率的影响时,设计的实验应该控制只有一个变量,即“单一变量”。
4.“1”个理解:判断压强(包括稀有气体)对反应速率的影响,可通过分析压强对反应物浓度的影响进行分析。
1.(2020·北京朝阳区高二检测)下列说法不正确的是(　　)
A.对于有气体参加的反应增大压强能提高活化分子的浓度
B.升高温度增大了活化分子百分数
C.催化剂能够改变化学反应路径
D.具有较高能量的反应物分子一定能发生有效碰撞
【解析】选D。对于有气体参加的反应,通过缩小体积增大压强,浓度增大,则提高活化分子的浓度,故A正确;升高温度,提供能量,增大了活化分子百分数,故B正确;催化剂改变反应的路径,降低反应的活化能,故C正确;具有较高能量的反应物,还需要具有合适的取向,不一定能发生有效碰撞,故D错误。
【加固训练】
　　(2020·金华高二检测)在相同的密闭容器中,用高纯度纳米级Cu2O分别进
行催化分解水的实验:2H2O(g)
2H2(g)+O2(g)　ΔH>0,实验测得反应体系中
水蒸气浓度(mol·L-1)的变化结果如下:
序号
时间/min
0
10
20
30
40
60
①
温度T1/1号
Cu2O
0.050
0
0.049
2
0.048
6
0.048
2
0.048
0
0.048
0
②
温度T1/2号
Cu2O
0.050
0
0.049
0
0.048
3
0.048
0
0.048
0
0.048
0
③
温度T2/2号
Cu2O
0.050
0
0.048
0
0.047
0
0.047
0
0.047
0
0.047
0
下列说法不正确的是(　　)
A.实验时的温度T2高于T1
B.2号Cu2O的催化效率比1号Cu2O的催化效率高
C.实验①前20
min的平均反应速率v(O2)
=
7×10-5mol·L-1·min-1
D.等质量纳米级Cu2O比微米级Cu2O催化效率高,这与Cu2O的粒径大小有关
【解析】选C。从表中②③可以看出相同时间内③中的水蒸气的浓度变化大,
反应速率快,说明实验时的温度T2高于T1,故A正确;②中反应速度比①快,2号
Cu2O的催化效率比1号Cu2O的催化效率高,故B正确;实验①前20
min的平均反应
速率v(H2O)=
=7×10-5
mol·L-1·min-1,
v(O2)=1/2v(H2O)
=3.5×10-5
mol·L-1·min-1,故C错误;等质量纳米级Cu2O比
微米级Cu2O催化效率高,这与Cu2O的粒径大小有关,纳米级Cu2O具有更大的比表
面积,故D正确。
2.(2020·莆田高二检测)在一容积可变的密闭容器中加入WO3和H2进行反应
WO3(s)+3H2(g)
W(s)+3H2O(g),下列说法不正确的是(　　)
A.增加H2O(g)的量,消耗H2的速率瞬间不变
B.将容器的体积缩小一半,其反应速率加快
C.保持体积不变,充入氩气,其反应速率不变
D.保持压强不变,充入氖气,H2O(g)生成速率减慢
高温
====
【解析】选A。增加H2O(g)的量,容器体积会增大,H2
的浓度会瞬间减小,则消耗H2的速率瞬间减小,故A错误;将体积缩小,氢气、H2O(g)的浓度增大,反应速率加快,故B正确;体积不变,充入氩气,H2、H2O(g)的浓度不变,反应速率不变,故C正确;压强不变,充入氖气,体积增大,H2、H2O(g)的浓度减小,反应速率减慢,故D正确。
【加固训练】
　　(2020·丹东高二检测)
已知
。探讨K2S2O8浓
度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验
序号
体积/mL
K2S2O3
溶液
水
KI溶液
Na2S2O3
溶液
淀粉
溶液
①
10.0
0.0
4.0
V3
2.0
②
9.0
1.0
V2
4.0
2.0
③
8.0
V1
4.0
4.0
2.0
下列结论正确的是(　　)
A.V1=0　V2=2.0　　　　　　
B.V1=2.0　V3=2.0
C.V1=2.0　V2=4.0
D.V2=4.0　V3=2.0
【解析】选C。探讨K2S2O8浓度对化学反应速率的影响,则KI的体积均为
4.0
mL,Na2S2O3溶液的体积均为4.0
mL,V2=V3=4.0,且总体积为
10.0
mL+4.0
mL+4.0
mL+2.0
mL=20.0
mL,③中V1=20-18=2.0。
3.(2020·赣州高二检测)一定温度下,在某密闭容器中发生反应:
2HI(g)
H2(g)+I2(s)　ΔH>0,若0～15
s内c(HI)由0.1
mol·L-1降到
0.07
mol·L-1,则下列说法正确的是(　　)
A.0～15
s内用I2的平均反应速率为v(I2)=0.001
mol·L-1·s-1
B.c(HI)由0.07
mol·L-1降到0.05
mol·L-1所需的反应时间为小于10
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
【解析】选D。
0～15
s内c(HI)由0.1
mol·L-1降到0.07
mol·L-1,
v(HI)=0.03
mol·L-1/15
s
=0.002
mol·L-1·s-1,由速率之比等于化学计量
数之比可知,v(I2)=0.002
mol·L-1·s-1×1/2=0.001
mol·L-1·s-1,但I2(s)为
固体,不能用浓度表示反应速率,A错误;若速率不变,c(HI)由0.07
mol·L-1降
到0.05
mol·L-1,所需的反应时间为0.02
mol·L-1/0.002
mol·L-1·s-1=10
s,
但随反应进行浓度减小,反应速率减小,则c(HI)由0.07
mol·L-1降到
0.05
mol·L-1所需的反应时间大于10
s,B错误;升高温度,正逆反应速率均增
大,且正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,C错误;减小反应体系的体积,
压强增大,则化学反应速率加快,D正确
。
4.(2020·菏泽高二检测)合金ThNi5可催化反应CO(g)+3H2(g)====CH4(g)+H2O(g),
在一定温度下,反应过程中有无催化剂的能量变化如图。下列叙述正确的是(　　)
A.使用催化剂时反应的速率主要决定于第②步
B.缩小体积可加快该反应速率,是因为增大了活化分子百分数
C.使用催化剂时的反应,升高温度,反应速率一定加快
D.恒容条件下,移走水蒸气的瞬间,逆反应速率减小,正反应速率不变
【解析】选D。催化剂可降低反应的活化能,活化能越小,反应速率越快,且慢反应决定整个反应速率,则使用催化剂时反应的速率主要决定于第①步,A错误;缩小体积,浓度增大,可加快该反应速率,是因为增大了单位体积内活化分子数目,B错误;催化剂在不同的温度下,催化活性不同,所以使用催化剂的反应,若升高温度,反应速率不一定加快,C错误;恒容条件下,移走水蒸气的瞬间,生成物浓度较小,所以逆反应速率减慢,而该瞬间反应物浓度不变,所以正反应速率不变,D正确。
5.(2020·沈阳高二检测)为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是(　　)
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲所示实验中反应速率为①>②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图乙装置测定反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
【解析】选B。图甲所示实验通过观察产生气泡的快慢,可以得到哪个反应速率快,哪个反应速率慢,主要看产生气泡的速度来得出,故A正确;若图甲所示实验中反应速率为①>②,不能得出Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好,因为氯化铁和硫酸铜两者的阴阳离子都不相同,不能确定是阳离子还是阴离子起的催化作用,故B错误;用图乙装置测定反应速率,根据相同时间内产生气体的体积来测反应速率或者生成相同体积所需的时间来测定反应速率,故C正确;为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位,这就是检查乙装置的气密性的方法,故D正确。
【素养新思维】
6.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化,他在100
mL
稀盐酸中加入足量的锌粉,用排水集气法收集反应放出的氢气,实验记录如下(累计值):
时间(min)
1
2
3
4
5
氢气体积(mL)
50
120
232
290
310
(1)哪一时间段(指0～1、1～2、2～3、3～4、4～5
min)反应速率最大____________________,原因是__________________。?
(2)哪一段时段的反应速率最小______________,原因是_________________.
(3)求2～3分钟时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率(设溶液体积不变)
______________________。?
(4)如果反应太激烈,为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量,他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液:A.蒸馏水、B.NaCl溶液、C.NaNO3溶液、D.Na2CO3溶液,你认为可行的是______________________。?
【解析】(1)在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5
min时间段中,产生气体的体积分别为50
mL、70
mL、112
mL、58
mL、20
mL,由此可知反应速率最大的时间段为2～3
min,这是由于该反应是放热反应,反应液温度升高,反应速率加快;(2)反应速率最小的时间段是4～5
min时间段,此时温度虽然较高,但H+浓度小,反应速率最小;(3)在2～3
min时间段内,n(H2)=0.112
L÷22.4
L·mol-1=0.005
mol,根据2HCl～H2,计算消耗盐酸的物质的量为0.01
mol,浓度是0.1
mol·L-1,则v(HCl)=0.1
mol·L-1÷1
min=
0.1
mol·L-1·min-1;(4)加入蒸馏水,H+浓度减小,反应速率减小且不减少产生氢气的量,A正确;加入NaCl溶液,H+浓度减小,反应速率减小且不减少产生氢气的量,B正确;加入硝酸钠溶液,在酸性溶液中硝酸根具有强氧化性,与金属反应得不到氢气,C错误;加入Na2CO3溶液,生成CO2气体,影响生成氢气的量,D错误;答案选A、B。
答案:(1)2～3
min　该反应是放热反应,此时温度高
(2)4～5
min　此时H+浓度小
(3)0.1
mol·L-1·min-1　(4)
A、B
【加固训练】
　　(2020·赣州高二检测)某实验小组利用KMnO4酸性溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4):
(1)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:
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)。?
序号
A溶液
B溶液
①
2
mL
0.1
mol·L-1
H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液
②
2
mL
0.2
mol·L-1H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液
③
2
mL
0.2
mol·L-1H2C2O4溶液
4
mL
0.01
mol·L-1
KMnO4溶液和少量MnSO4
(2)某组同学利用如图完成该实验。请分析导管a的两点作用:①______;
②______。?
【解析】(1)对比实验①和实验②,所用试剂只有草酸的浓度不同,因此是在探究浓度对反应速率的影响,对比实验②和实验③,所用试剂只有溶液B中加有少量的硫酸锰,因此是在探究催化剂对反应速率的影响,三组实验探究了浓度和催化剂两个因素对反应速率的影响。实验①和实验②中,实验②的H2C2O4浓度大,其他条件不变时增大反应物浓度、化学反应速率加快,反应速率:实验②>实验①,实验②和实验③中,实验③使用了催化剂,则反应速率:实验③>实验②,因此三组实验的反应速率由大到小的顺序为③>②>①,则相同时间内针管中所得CO2的体积由大到小的顺序是③>②>①。
(2)图中导管a连通分液漏斗和锥形瓶,可保持漏斗内压强和锥形瓶内的压强始终相同,这样有利于分液漏斗中的液体顺利流下,同时分液漏斗中滴加进入锥形瓶中的液体不会对产生气体的体积产生影响,使测量气体体积更准确。
答案:(1)浓度和催化剂　③>②>①
(2)①平衡气压,使分液漏斗内液体顺利流下　②消除由于液体的加入引起气体体积测量的误差
六　影响化学反应速率的因素
(30分钟　50分)
课时素养评价
【基础达标】
一、选择题(本题包括2小题,每题7分,共14分)
1.(2020·泉州高二检测)对于溶液中的反应:
+5Fe2++8H+====5Fe3++Mn2++
4H2O
下列措施能使化学反应速率提高的是(　　)
A.加水
B.增加同浓度FeSO4溶液的用量
C.向溶液中滴加稀硫酸
D.加入少量KMnO4晶体
【解析】选D。增大浓度加快反应速率,而增加反应物用量不等于增大反应物浓度。D项加入KMnO4晶体后,KMnO4晶体被溶解,溶液的浓度一定比原KMnO4溶液浓度大。
【加固训练】
1.下列措施可降低化学反应速率的是(　　)
A.将食物放入冰箱冷藏保存
B.乙醇与钠反应时加少量水稀释
C.铁粉代替铁钉与稀硫酸反应制取氢气
D.制取氧气时,向双氧水中加入少量MnO2固体
【解析】选A。食物放在冰箱中冷藏,温度降低,减慢了食品变质的反应速率,故A正确;钠与水反应的速率比乙醇反应快,所以乙醇与钠反应时加少量水稀释加快化学反应的速率,故B错误;固体表面积增大,反应速率加快,故C错误;二氧化锰为双氧水分解的催化剂,可加快反应的速率,故D错误。
2.下列表格中的各种情况,可以用对应选项中的图象表示的是(　　)
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
Mg
Na
B
4
mL
0.01
mol·L-1的KMnO4溶液,分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2
mL反应
0.1
mol·L-1的
H2C2O4溶液
0.2
mol·L-1的
H2C2O4溶液
C
5
mL
0.1
mol·L-1
Na2S2O3溶液和5
mL
0.1
mol·L-1
H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5
mL
4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
【解析】选C。A项,Na、Mg分别与水反应,Na比Mg活泼,反应速率快,则图象中乙应在上方,错误;B项,其他条件相同,H2C2O4的浓度越大,反应速率越快,则图象中乙应在上方,错误;C项,其他条件相同时,温度越高,反应速率越快,随着反应的进行,反应物的浓度减小,反应速率逐渐减小,图中甲应在上方,与图象一致,正确;D项,加催化剂,反应速率加快,则图中乙应在上方,错误。
3.用如图所示的实验装置进行实验X、Y时,每隔半分钟分别测定放出气体的体积,下列选项中能正确表示实验X、Y的结果的是(　　)
实验
所用盐酸
X
25
mL
0.2
mol·L-1
Y
50
mL
0.1
mol·L-1
【解析】选A。由镁和盐酸反应的化学方程式可知,实验X、Y中镁均过量,因此两者产生的H2的最终体积相等,反应物的浓度越大,化学反应速率越快,故实验X产生H2的速率快。
2.(2020·泰安高二检测)下列有关事实或解释不正确的是(　　)
编号
事实
解释
①
锌与稀盐酸反应,加入氯化钠固体,速率加快
增大了氯离子浓度,反应速率加快
②
锌与稀硫酸反应,滴入较多硫酸铜溶液,生成氢气的速率减慢
锌置换铜的反应干扰了锌置换氢的反应,使生成氢气的速率变慢
③
面粉生产车间容易发生爆炸
固体表面积大,反应速率加快
④
5%的双氧水中加入二氧化锰粉末,分解速率迅速加快
降低了反应的焓变,活化分子数增多,有效碰撞增多,速率加快
A.①④　　B.②③　　C.①②③　　D.①②④
【解析】选D。锌与稀盐酸反应的实质是锌与氢离子反应,而加入氯化钠固体,氢离子浓度没变,反应速率不变,故①错误;加入较多硫酸铜,锌与硫酸铜反应生成铜,假如硫酸铜过量,则没有氢气生成,但是如果锌过量,则铜覆盖在锌的表面在稀硫酸中形成了原电池,加快了产生氢气的速率,故②错误;增大固体表面积,反应速率增大,面粉易爆炸,故③正确;二氧化锰为双氧水的催化剂,可降低反应的活化能,但不改变焓变,故④错误;答案选D。
【加固训练】
　　用氢气还原氮氧化物的反应为2H2+2NO====2H2O+N2,该反应速率与反应物浓度之间满足下面的关系:v=k·cm(H2)·cn(NO),其中k是一个常数,m、n的值可由实验测定。科研团队测定了该反应在不同投料关系时N2的起始反应速率,数据列于下表:
实验编号
起始浓度
/10-3
mol·L-1
v(N2)/10-3
mol·L-1·s-1
NO
H2
1
6.00
1.00
3.19
2
6.00
2.00
6.38
3
1.00
6.00
0.48
4
2.00
6.00
1.92
下列说法正确的是(　　)
A.m=2、n=1
B.实验2中NO的平均反应速率约为1.28×10-3
mol·L-1·s-1
C.增大反应物浓度,活化分子百分数增大,有效碰撞几率增大
D.与H2相比,NO浓度的变化对反应速率影响更为显著
【解析】选D。由实验1、2可知
,可知m=1,由实验3、4可知
,
可知n=2,故A错误;实验2中NO的平均反应速率约为6.38×10-3
mol·L-1·s-1
×2≈1.28×10-2
mol·L-1·s-1,故B错误;增大反应物浓度,活化分子数目增加,
有效碰撞几率增大,反应速率加快,故C错误;由幂的数值n大于m可知,与H2相
比,NO浓度的变化对反应速率影响更为显著,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共16分)
3.近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现
的转化与存储。过程如下:
(1)补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+====S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+__
__?====____
__+__
____+2I-?
(2)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18
mL
SO2饱和溶液加入2
mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4
mol·L-1
KI
a
mol·L-1
KI
0.2
mol·L-1
H2SO4
0.2
mol·L-1
H2SO4
0.2
mol·L-1
KI
0.000
2
mol
I2
实验
现
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
溶液变黄,出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a=________。?
②比较A、B、C,可得出的结论是____________________。?
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因:_________
___________________________________________________________。?
【解析】(1)反应ⅱ中I2化合价降低,所以另一种反应物应为还原剂SO2,其化合
价升高,生成物是
,根据电荷守恒原则,在酸性条件下用H+调整电荷守恒,故
I2+2H2O+SO2====
+4H++2I-。(2)①B是A的对比实验,c(I-)应相同,故a=
0.4。②A、B、C三组实验中,C为对照实验,证明在无I-存在时,H2SO4对SO2的歧化
反应无影响;A、B对比证明c(I-)相同时,c(H+)越大,反应ⅰ速率越快。③I2易溶
解在KI溶液中,将反应ⅱ乘以2与反应ⅰ相加,得反应式3SO2+2H2O====S↓+
2
+4H+,可知随着反应的进行c(H+)增大,根据②的结论,SO2的歧化反应速率
D>A。
答案:(1)SO2　
　4H+
(2)①0.4
②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
③反应ⅱ比ⅰ反应速率快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
【能力提升】
一、选择题(本题包括1小题,共8分)
4.(2020·诸暨高二检测)在常温、常压和光照条件下,N2在催化剂表面与H2O发生反应:2N2(g)+6H2O(l)====4NH3(g)+3O2(g)。在2
L的密闭容器中,起始反应物用量相同,催化剂的使用情况也相同,控制不同温度分别进行4组实验,3
h后测定NH3的生成量,所得数据如下表:
实验级别
实验1
实验2
实验3
实验4
温度/K
303
313
323
353
NH3生成量/10-6
mol
4.8
5.9
6.0
2.0
下列说法不正确的是(　　)
A.温度为303
K时,在3
h内用氮气表示的平均反应速率为4×10-7
mol·L-1·h-1
B.实验1和实验3中,3
h内N2的转化率之比为4∶5
C.分析四组实验数据可得出,温度升高可加快反应速率,也可能减慢反应速率
D.353
K时,可能是催化剂催化活性下降或部分水脱离催化剂表面,致使化学反应速率减慢
【解析】选C。303
K时v(NH3)=
=8×10-7
mol·L-1
·h-1,根据速率之比等于化学计量数之比,v(N2)∶v(NH3)=2∶4,v(N2)=
v(NH3)
=4×10-7
mol·L-1·h-1,A项正确;根据实验1和实验3中3
h内NH3的生成量之比为
(4.8×10-6
mol)∶(6.0×10-6
mol)=4∶5,实验1和实验3中转化N2物质的量之比
为4∶5,起始反应物用量相同,实验1和实验3中3
h内N2的转化率之比为4∶5,B项
正确;其他条件相同时升高温度化学反应速率加快,353
K时,温度升高化学反应
速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离催化剂表面,C项错
误;353
K时,化学反应速率减慢,可能是温度升高催化剂活性下降或部分水脱离
催化剂表面,D项正确。
【加固训练】
　　已知反应2NO(g)+2H2(g)
N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-752
kJ·mol-1的反应
机理如下:
①2NO(g)
N2O2(g)(快)
②N2O2(g)+H2(g)
N2O(g)+H2O(g)(慢)
③N2O(g)+H2(g)
N2(g)+H2O(g)(快)
下列有关说法错误的是(　　)
A.①的逆反应速率大于②的正反应速率
B.②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C.N2O2和N2O是该反应的催化剂
D.总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大
【解析】选C。由①2NO(g)
N2O2(g)(快)
②N2O2(g)+H2(g)
N2O(g)+H2O(g)(慢),所以①的逆反应速率大于②的正反应
速率,故A正确;②是可逆反应,②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效,故B正确;反应过
程中N2O2和N2O是中间产物,不是催化剂,故C错误;总反应为放热反应,则总反应
中逆反应的活化能比正反应的活化能大,故D正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共12分)
5.某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均
匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液
温度/℃
浓度/mol·L-1
体积/mL
浓度/mol·L-1
体积/mL
①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4转化为MnSO4,每消耗1
mol
H2C2O4转移________mol电子。为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。?
(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是________。?
(3)实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40
s,忽略混合前后溶液体积的微小变化,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=________mol·L-1·min-1。
【解析】(1)H2C2O4中碳的化合价是+3价,CO2中碳的化合价为+4价,故每消耗
1
mol
H2C2O4转移2
mol电子,配平反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4
====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,为保证KMnO4完全反应,c(H2C2O4)∶c(KMnO4)
≥2.5。
(2)探究温度对反应速率的影响,则浓度必然相同,则为编号②和③;同理探究浓
度对反应速率的影响的实验是①和②。
(3)v(KMnO4)=(0.010
mol·L-1×
)÷
=0.010
mol·L-1·min-1。
答案:(1)2　2.5　(2)②和③　①和②
(3)0.010(或1.0×10-2)