专题04化学反应速率（教材深度精讲）高二化学知识整合讲练（人教版2019选择性必修1）

专题04化学反应速率（教材深度精讲）【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想：能认识化学反应速率是变化的，知道化学反应速率与外界条件有关，并遵循一定规律；能多角度。动态地分析化学反应速率，运用化学反应原理解决实际问题。2.证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，知道可以通过分析、推理等方法认识化学反应速率的本质特征及其相互关系，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。3.科学探究与创新意识：能发现和提出有关化学反应速的有探究价值的问题；通过控制变量来探究影响化学反应速率的外界条件。【知识导图】【目标导航】本专题内容是高考的重点考查内容，分定性和定量两个方面。定性方面为化学反应速率概念的分析及外界条件改变对化学反应速率结果的判断；定量方面为有关反应速率的计算和比较；通常与理论综合题结合，以填空题的形式考查化学反应速率的简单计算，结合图表、图像、实验等探究化学反应速率的影响因素及实验设计能力。难度一般中档偏上，在填空题中的情境多侧重与生产实际的联系。预计今后，可能通过表格、图象、数据的分析，进行化学反应速率计算的考查，以选择题、填空题、图象或图表题形式考查化学反应速率的影响因素。高考中也常运用控制变量法进行化学反应速率的影响因素的考查。【重难点精讲】一、化学反应速率1．概念：用来衡量化学反应进行快慢的物理量2．表示：单位时间内某种量的变化量3．同一反应中各物质化学反应速率的关系mA（g）+nB（g）pY（g）+qZ（g）（1）化学反应速率之比等于化学计量数之比。（2）v（A）∶v（B）∶v（Y）∶v（Z）＝m∶n∶p∶q。4．化学反应速率的计算（1）常规公式：v＝＝①常用单位：mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1②适用范围：表示气体物质或溶液中可溶性物质的速率，不表示固体或纯液体物质的速率（2）非常规公式：v＝（X代表n、P、m、V等量）①常用单位：mol·min－1、Pa·min－1、g·min－1、L·min－1②适用范围：任何物质的反应速率（3）利用关系式计算①应用前提：同一化学反应②常用关系：速率比＝化学计量数比＝物质的量浓度变化比＝物质的量变化比5．化学反应速率的实验测定1）定性描述:（根据实验现象）①观察产生气泡的快、慢；②观察试管中剩余锌粒的质量的多、少；③用手触摸试管，感受试管外壁温度的高、低2）定量描述：（根据实验测量，单位时间内：）①测定气体的体积;②测定物质的物质的量的变化;③测定物质或离子的浓度变化;④测定体系的温度或测定反应的热量变化。3）测量化学反应速率的常见方法（1）量气法（2）比色法（3）电导法（4）激光技术法4）化学反应速率的测量——实验（1）反应原理：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑（2）实验装置（3）测量数据①单位时间内收集氢气的体积；②收集相同体积氢气所需要的时间③用pH计测相同时间内pH变化，即△c(H＋)。④用传感器测△c(Zn2＋)变化。⑤测相同时间内△m(Zn)。⑥相同时间内恒容压强变化；⑦相同时间内绝热容器中温度变化。6．比较化学反应速率大小（1）比较前提：同一反应，同一物质，同一单位（2）比较步骤：①变换单位——将各化学反应速率的单位统一。②转换物质——将各化学反应速率转换成用同一物质表示的化学反应速率③比较大小——各物质的速率除以相应的化学计量数，数大的速率快【特别提醒】（1）化学反应速率表示某段时间内的平均反应速率，不表示即时速率（2）化学反应速率只有正值，没有负值（3）随着反应的进行，反应物的浓度等量逐渐减小，反应速率越来越慢。（4）即时速率还可以表示为正反应速率和逆反应速率，如N2+3H22NH3反应中，N2、H2的消耗速率和NH3的生成速率为正反应速率，N2、H2的生成速率和NH3的消耗速率为逆反应速率。二、影响化学反应速率的因素1.实验探究——定性与定量研究影响化学反应速率的因素p26【实验探究

I】影响因素实验步骤实验现象结论浓度取两支试管，各加入5mL0.1mol/LNa2S2O3溶液，然后向一支试管中加入5mL0.1mol/LH2SO4溶液，向另一支试管中加入5mL0.5mol/LH2SO4溶液，记录出现浑浊的时间加入0.5mol/LH2SO4溶液的试管中出现浑浊所用的时间短溶液中反应物的浓度越大，反应速率越快；反之反应速率越慢温度取两支试管，各加5mL0.1mol/LNa2S2O3溶液，另取两支试管各加入2SO4溶液，将四支试管分成两组(各有一支盛有Na2S2O3溶液和H2SO4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，记录出现浑浊的时间放入热水的试管中出现浑浊所用的时间短，放入冷水的试管中出现浑浊所用的时间长溶液的温度越高，反应速率越快；溶液的温度越低，反应速率越慢催化剂在两支试管中各加入2mL5%H2O2溶液，再向两支盛有H2O2溶液的试管中分别加入0.1mol/LFeCl3溶液和H2O各1mL，摇匀，比较产生气泡的快慢加入FeCl3溶液的试管中，产生气泡快；加入H2O的试管中，产生气泡缓慢加入催化剂能加快化学反应速率【实验探究

II】试剂所用时间反应速率结论1mol/LH2SO4溶液长慢4mol/LH2SO4溶液与锌反应比1mol/LH2SO4溶液与锌反应的速率快4mol/LH2SO4溶液短快【问题与讨论】参考答案：实验探究

I用的是定性观察法，实验探究

II用的是定量测定法，这两种方法又都是实验法、控制变量法。2．主要因素：反应物的组成、结构和性质等因素。3．外界因素（其他条件相同）（1）温度①基本规律：温度越高，化学反应速率越快②经验规律：一般温度每升高10℃，其反应速率增加2～4倍（2）压强：气体反应的压强越大，化学反应速率越快（3）浓度：浓度越大，化学反应速率越快（4）催化剂：使用适当的催化剂可以显著改变化学反应速率（5）接触面积：反应物的颗粒越小，接触面积越大，化学反应速率越快（6）原电池：形成原电池，可以加快氧化还原反应的速率4．特殊情况（1）温度①催化反应，升高温度，催化剂可能失活，反应速率减慢②有机反应，升高温度，有可能发生副反应，主反应速率减慢（2）压强①改变非气体反应的压强，反应速率不变②改变等体反应的压强，v正和v逆变化幅度相同（3）浓度①固体和纯液体的浓度为定值，改变固体或纯液体的用量，反应速率不变②加入固体物质，有可能改变接触面积，反应速率可能加快（4）无关气体①恒容容器通无关气体，压强增大，浓度不变，速率不变②恒压容器通无关气体，体积变大，浓度减小，速率减慢三、活化能1．基元反应（1）含义：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应叫基元反应。（2）特点：大多数化学反应都是由几个基元反应组成的。2．反应历程（反应机理）：多个基元反应构成的反应序列。3．有效碰撞理论与活化能（1）相关概念（2）图示①E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能②（E1－E2）表示反应热4．反应历程中的速率（1）决速反应：活化能最大的反应或速率最慢的反应（2）决速浓度：最慢反应中反应物的浓度决定总反应的反应速率5．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系（1）关系：活化分子的百分数越大，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。（2）解释解释说明：①影响化学反应速率的内因——反应物的组成、结构和性质，决定了反应的活化能的大小；②使用催化剂降低了反应的活化能，增大了活化分子百分数，进而单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；③升高反应体系的温度，吸收能量，增大了活化分子百分数，进而单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；④增大反应物的浓度，单位体积内分子总数增大，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；⑤增大气体压强，减小反应体系的体积，单位体积内分子总数增大，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；⑥增大固体的表面积，增大单体时间和单体体积内的有效碰撞次数，从而增大反应速率。（3）催化剂对反应的影响①催化剂参与反应，降低反应的活化能，加快反应速率②催化剂不能改变反应热，可以降低反应所需的温度，减小反应的能耗③总反应的活化能大于催化反应过程中各分反应的活化能④催化剂具有选择性：相同反应物用不同催化剂生成物不同A+BCA+BD四、速率时间图像1.图像类型由图像变化分析外界条件对其影响，已知反应为mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)ΔH＝QkJ·mol－1。（1）“渐变”类v­t图像图像分析结论t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变，增大反应物的浓度t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变，减小反应物的浓度t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反应方向移动t1时其他条件不变，增大生成物的浓度t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′正＞v′逆，平衡向正反应方向移动t1时其他条件不变，减小生成物的浓度（2）“断点”类v­t图像图像分析结论t1时v′正、v′逆均突然增大，且v′正＞v′逆；平衡向正反应方向进行t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＞0(吸热反应)t1时v′正、v′逆均突然增大，且v′逆＞v′正；平衡向逆反应方向进行t1时其他条件不变，增大反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)t1时其他条件不变，升高温度且ΔH＜0(放热反应)t1时v′正、v′逆均突然减小，且v′正＞v′逆；平衡向正反应方向进行t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应)t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＜0(放热反应)t1时v′逆、v′正均突然减小，且v′逆＞v′正；平衡向逆反应方向进行t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＞p＋q(正反应为体积减小的反应)t1时其他条件不变，降低温度且ΔH＞0(吸热反应)（3）“平台”类v­t图像图像分析结论t1时v′正、v′逆均突然增大且v′正＝v′逆，平衡不移动t1时其他条件不变使用催化剂t1时其他条件不变增大反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正＝v′逆，平衡不移动t1时其他条件不变，减小反应体系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后气体体积无变化)2.常见vt图像分析方法(1)看图像中正、逆反应速率的变化趋势,看二者是同等程度的变化,还是不同程度的变化。同等程度的变化一般从压强(反应前后气体体积不变的反应)和催化剂角度考虑;若是不同程度的变化,可从温度、浓度、压强(反应前后气体体积改变的反应)角度考虑。(2)对于反应速率变化程度不相等的反应,要注意观察改变某个条件瞬间,正、逆反应速率的大小关系及变化趋势。同时要联系外界条件对反应速率的影响规律,加以筛选、验证、排除。(3)改变条件判断v(正)、v(逆)的相对大小时,可以从平衡移动方向讨论,若平衡正移,v(正)>v(逆),若平衡逆移,v(正)<v(逆)。五、探究外界条件对化学反应速率的影响1.方法：控制变量法2.溶液反应：加水调节溶液的总体积不变，以保证某种成分的浓度不变3.实例：探究Y溶液浓度对反应速率的影响实验（混合溶液）1234564mol/LX溶液/mL606060606060饱和Y溶液/mL0102040H2O/mL40393530200六、速率方程1．基元反应（1）定义：基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应，又称为简单反应。（2）基元反应过渡状态理论基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。AB＋C→[A…B…C]→A＋BC反应物过渡态生成物过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－→[Br…CH3…OH]→Br－＋CH3OH（3）活化能与反应机理使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，如图所示：E1为总反应的活化能，E2、E3为使用催化剂反应机理中各步的活化能。2．速率方程（1）定义：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。对于基元反应：aA＋bB===gG＋hH则v＝kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。如：①SO2Cl2SO2＋Cl2 v＝kc(SO2Cl2)②2NO22NO＋O2 v＝kc2(NO2)③2H2＋2NON2＋2H2O v＝kc2(H2)·c2(NO)（2）意义：表示反应物浓度与反应速率的定量关系（3）测定方法：基元反应的α、β可直接写出，非基元反应的α、β必须通过实验测定，无法直接写出。①H2+Cl22HCl，v＝k［c(H2)］［c(Cl2)］1/2②N2（g）+3H2（g）2NH3（g），v＝kc（N2）·c（H2）·c－1（NH3）（4）反应速率常数①定义：速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol·L－1时的反应速率。②符号：反应速率方程中的比例系数k③意义：通常k越大，反应进行得越快，反应的活化能越小，A.反应不同，k值不同。B.同一反应，温度不同k值不同。C.同一反应，温度一定时，有无催化剂k也是不同的。④影响因素：温度、催化剂、固体表面性质，与浓度无关。【典题精练】考点1考查化学反应速率概念的理解例1．（2023秋·浙江宁波·高二统考期末）已知反应：，经过2min时间，B浓度减少了。有关该反应速率的说法正确的是A．02min用A表示的反应速率是0.4mol/(L·min)B．02min用B表示的反应速率是0.3mol/(L·min)C．2min末时用C表示的反应速率是0.2mol/(L·min)D．分别用B、C、D表示的反应速率比值为2：3：6【答案】B【解析】A．A物质是固态，不能表示反应速率，A错误；B．经2min后，B的浓度减少了，则用B物质表示的反应速率是＝0.3mol/(L·min)，B正确；C．反应速率是一段时间内的平均值，而不是瞬时反应速率，C错误；D．反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比，故B、C、D表示的反应速率比值为3：2：1，D错误；故选B。【易错提醒】(1)化学反应速率一般指反应的平均速率而不是瞬时速率，且无论用反应物表示还是用生成物表示均取正值。(2)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。(3)不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。考点2考查化学反应速率的计算例2．（2023秋·广西桂林·高二统考期末）一定温度下，在5L的恒容密闭容器中，反应进行半分钟后，测得NO的物质的量增加了0.3mol。在此段时间内，用NH3表示的化学反应速率为A． B． C． D．【答案】A【解析】若反应进行半分钟后NO的物质的量增加了0.3mol，则用NO浓度变化表示的反应速率为v(NO)=，根据反应方程式中物质反应转化关系可知：在此段时间内，用NH3表示的化学反应速率为v(NH3)=v(NO)=0.002mol/(L∙s)，故合理选项是A。【思维建模】化学反应速率计算的4个方法(1)定义式法：v＝eq\f(Δc,Δt)。(2)比例关系法：化学反应速率之比等于化学计量数之比。(3)三段式法：列起始量、转化量、最终量，再根据定义式或比例关系计算。(4)依据图像求反应速率。考点3考查化学反应速率大小的比较例3．（2023秋·江西宜春·高二统考期末）反应在四种不同情况下的反应速率分别为①；②；③；④，该反应进行的快慢顺序为A．④>③=②>① B．①>②=③>④ C．①>②>③>④ D．④>③>②>①【答案】A【解析】由反应速率之比等于化学计量数之比可知，四种条件下A物质的反应速率分别为①、②、③、④，则反应进行的快慢顺序为④>③=②>①，故选A。【思维建模】定量法比较化学反应速率的大小(1)归一法：按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。(2)比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)cC(g)，即比较eq\f(vA,a)与eq\f(vB,b)，若eq\f(vA,a)>eq\f(vB,b)，则用A表示时的反应速率比用B表示时大。考点4考查外界因素对化学反应速率的影响例4．（2023秋·山西大同·高二统考期末）对于在同一容器中进行的反应：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)，下列说法错误的是A．增加C(s)的量，可以加快反应速率B．升高温度，可以加快反应速率C．保持体积不变，充入He，反应速率不变D．将容器体积扩大至原来2倍，反应速率减慢【答案】A【解析】A．木炭是固体，浓度视为常数，增加C(s)的量不影响反应速率，故A错误；B．升高温度增大活化分子数目，有效碰撞增大，反应速率加快，故B正确；C．保持体积不变，充入He，各物质的浓度不变，则反应速率不变，故C正确；D．容器体积增大，压强减小，反应物浓度减小，反应速率减慢，故D正确；故选：A。【易错警示】警惕外界因素对化学反应速率影响的5大误区(1)误认为随着化学反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小。其实不一定，因为反应速率不仅受浓度影响，而且受温度影响，一般会先增大后减小。(2)误用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算化学反应速率。速率大小比较时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致，单位书写是否正确。(3)误认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率，但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。(4)误认为只要增大压强，化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行，若充入氦气(或不参与反应的气体)，压强增大，但参与反应的各物质的浓度不变，反应速率不变；若反应在密闭容积可变的容器中进行，充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变，容器体积增大，各组分浓度减小，反应速率减小。(5)误认为温度、压强等条件的改变对正、逆反应速率影响不一致。如认为升温既然使化学平衡向吸热方向移动，则对于放热反应，升温时，逆反应速率增大，而正反应速率减小。其实不然，温度升高，正、逆反应速率都增大，只是吸热反应方向速率增大程度大；同理，降温会使吸热反应方向速率减小程度大，而导致化学平衡向放热方向移动。考点5考查控制变量法探究反应速率的影响因素例5．（2023秋·浙江杭州·高二浙江省桐庐中学校联考期末）时，降冰片烯在催化剂作用下反应，反应物浓度与催化剂种类及反应时间的关系如下表所示。下列说法不正确的是编号时间/浓度/催化剂种类0501001502002501催化剂Ⅰ02催化剂Ⅱ0003催化剂Ⅲ000A．催化效果：催化剂Ⅱ优于催化剂ⅠB．编号2和3实验中，反应至之前，反应物都已经消耗完C．编号2实验中，以反应物浓度变化表示的反应速率为D．其他条件相同时，反应物浓度越大，反应速率不一定越大【答案】B【解析】A．由表中数据可知,50min内反应物浓度变化：催化剂I作用时为，催化剂I作用时为，则反应速率：催化剂Ⅱ>催化剂Ⅰ，所以催化效果：催化剂Ⅱ优于催化剂I，A正确；B．编号2和3实验的反应速率始终不变，分别为，，则编号2实验反应物恰好都消耗完所需时间，编号3实验反应物恰好都消耗完所需时间，B错误；C．编号2的反应速率始终不变，为24mol/L，C正确；D．分析反应物浓度对反应速率的影响，应该对比编号2实验、3实验或编号l实验、3实验,根据控制变量法可知，编号2实验和3实验或编号l实验和3实验均有两个变量不同,则不能据此判断反应物浓度与反应速率的关系，D正确；故选B。【思维建模】控制变量法探究影响反应速率的因素题目解题策略(1)确定变量：理清影响实验探究结果的所有因素。(2)定多变一：在探究时，先确定其他的因素不变，只变化一种因素，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，否则无法作出正确判断。考点6考查利用“断点”突破化学反应速率图像(v­t图)例6．（2022秋·广东深圳·高二统考期末）如图是表示：2X＋YZ＋R△H＞0的气体反应速率(υ)与时间(t)的关系