第06讲化学反应的速率-2023年新高二化学暑假课程（沪科版2020选择性）（原卷版）

第06讲化学反应的速率教学目标知道化学反应速率的定量的表示方法，了解测定化学反应速率的实验方法。知道化学反应是有历程的，认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响。了解碰撞理论和过渡态理论的要点，知道反应条件改变对化学反应速率的影响，提升模型认知素养。模块模块一化学反应速率知识预习知识预习化学反应速率的意义和表示方法意义：表示某一化学反应进行快慢程度的一种物理量。表示方法：用单位时间内某一反应物浓度的减少或某生成物浓度的增加来表示。化学反应速率的计量特征表达式：(△c表示某一反应物或某一生成物物质的量浓度的绝对变化值，△t表示时间变化量)单位：mol·L1·s1或mol·L1·min1或mol·L1·h1说明：①化学反应速率无正负之分；②化学反应速率不是瞬时速率而是平均速率；③用不同物质来表示某一化学反应速率时，其数值一般不一定相等，所以必须标明物质；④用不同物质来表达化学反应速率时，其数值不一定相等，但它们的速率比等于方程式中的系数比。即：对于反应aA+bBcC+dD来说，υ(A)：υ(B)：υ(C)：υ(D)=a：b：c：d【注意】这里的速率均是指同一方向的，要么是正反应方向，要么是逆反应方向。化学反应速率的测定化学反应速率是可以通过实验测定的。根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物（或生成物）的浓度。实际上，任何一种与物质浓度有关的可观察量都可加以利用，如气体体积、体系压强、颜色深浅、光的吸收、导电能力等。例如：对于溶液中进行的反应，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，人们常常利用颜色的变化与浓度变化间的比例关系来测量反应速率。【例1】合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)⇌高温高压催化剂2NH3(g)ΔH=92kJ·mol(1)如果将1mol氮气和3mol氢气混合，使其充分反应，反应放出的能量总小于上述数值，为什么？___________。(2)实验室模拟工业合成氨时，在容积为2L的密闭容器内，充入2mol氮气和3mol氢气，反应经过2分钟后，容器内压强变为原来的80%，则0～2分钟内用氮气表示的化学反应速率是___________，此时氢气的转化率为___________(3)在容积为2L的密闭容器内，充入1mol氮气和3mol氢气，在500℃、有催化剂作用条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法正确的是___________。a．正反应速率和逆反应速率相等且为零

b．氮气和氢气的转化率相等c．氮气的转化率达到最大值

d．氮气和氢气的浓度相等e．NH3的体积分数保持不变

f．反应达到该条件下的最大限度(4)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25℃、101kPa下，已知该反应每消耗9.95gCuCl(s)放热4.44kJ，该反应的热化学方程式是___________。(5)根据所学知识，比较下列反应热的大小。①同一反应的生成物状态不同时反应热不同，如2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH1，2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH2，则ΔH1___________ΔH2(填“>”、“<”或“=”，下同)。②同一反应的反应物状态不同时，反应热不同，如S(g)+O2(g)=SO2(g)ΔH1，S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH2，则ΔH1___________ΔH2。【例2】已知反应4COA．υCO=0.6molC．υN2=模块模块二影响化学反应速率的因素知识预习知识预习基元反应研究表明，绝大多数化学反应并不是一步完成的，而是分几步完成的。例如，H2+I2⇌2HI的反应分几步完成：I2⇌2I（快速平衡）2I+H2→2HI（慢）当然也有些反应确实是一步完成的，例如NO2（g）+CO（g）⇌NO（g）+CO2（g），这种由反应物只经过一步就转化成生成物的反应，称为基元反应。反应机理(1)反应机理是用来描述某反应物到反应产物所经由的全部基元反应，就是把一个复杂反应分解成若干个基元反应，以图示的形式来描述某一化学变化所经由的全部反应，然后按照一定规律组合起来，从而阐述复杂反应的内在联系，以及总反应与基元反应内在联系。(2)反应机理详细描述了每一步转化的过程，包括过渡态的形成，键的断裂和生成，以及各步的相对速率大小等。典型的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。(3)反应机理中包含的基元反应是单分子反应或双分子反应。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。(4)认识化学反应机理，任何化合物的每一步反应都应该是在该条件下此类化合物的通用反应。有效碰撞理论(1)化学反应发生的条件：在化学反应中，反应物分子不断发生碰撞，大多数碰撞无法发生反应，只有少数分子的碰撞才能发生化学反应，能发生有效碰撞的分子是活化分子。普通反应物分子形成活化分子所需要的能量叫活化能。而活化分子的碰撞也不一定都能发生有效碰撞。发生有效碰撞不仅有能量的因素，还有空间因素，只有同时满足这两者的要求才能发生有效碰撞。（2）活化分子的碰撞取向与化学反应分子间的自由碰撞必然会有不同的碰撞取向。研究发现，有效的分子碰撞，分子除了要有足够的能量以外，还要有合适的碰撞取向。若分子碰撞取向合适，就发生化学反应；若分子碰撞取向不合适，则化学反应不能发生。也就是说，只有活化分子以合适的取向发生碰撞以后，才能使分子内的化学键断裂，从而引发化学反应，即(具有较高能量的)活化分子按照合适的取向发生有效碰撞后才能发生化反应。(3)反应历程：发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高的能量。活化分子比普通分子所高出的能量称为活化能。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示，反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。

在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。活化能越大，反应速率越慢，化学反应取决于最慢的一步。(4)催化剂与化学反应化学反应中，反应分子原有的某些化学键，必须解离并形成新的化学键，这需要一定的活化能。在某些难以发生化学反应的体系中，加入有助于反应分子化学键重排的第三种物质(催化剂)其作用可降低反应的活化能。催化剂能改变反应的途径、降低反应的活化能、加快反应速率，但不能改变反应热的符号与数值、不能改变平衡的移动方向。上图虚线表示催化剂对反应的影响，下图为催化反应历程示意图。【例3】基于Al2O3载氮体的碳基化学链合成氨气的反应分吸氮反应和释氮吸氮反应ⅰ：Al2O3s释氮反应ⅱ：2AlNs+3H2OA．总反应为3Cs+NB．高温低压有利于提高反应ⅰ中N2C．比较不同路径，反应ⅱ中路径1能垒较低的原因是O—H键的键能小于Al—H键的键能D．相较于哈伯法合成氨，碳基化学链合成氨的优势有减少原料成本和获得副产物CO【例4】科学工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了在Pt/SiO2催化剂表面上CO2与H2的反应历程，前三步历程如图所示，其中吸附在Pt/SiO2催化剂表面上的物种用“•”标注，Ts表示过渡态。

下列有关叙述正确的是A．前三步总反应的ΔH＞0B．•HOCO转化为•CO和•OH为吸热过程C．催化剂通过参与化学反应，能降低反应的活化能，提高反应物的转化率D．历程中活化能(能垒)最小的反应方程式为•CO+•OH+•H+3H2(g)=•CO+3H2(g)+H2O(g)对点训练对点训练1．向一恒容密闭容器中加入1molCH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(A．xB．反应速率：vC．点a、b、c对应的平衡常数：KD．反应温度为T12．一定条件下，1-苯基丙炔(Ph-C≡C-CH3)

反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应I、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是A．反应焓变：反应I>反应ⅡB．反应活化能：反应I<反应ⅡC．增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物I的比例D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ3．一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4

A．Mn(Ⅲ)不能氧化HB．随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小C．该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存D．总反应为：24．在某催化剂作用下，乙炔选择性加成反应C2H2(g)+H2(g)⇌C2H4(g)

ΔH<0。速率方程为v正=k正c(C2H2)c(H2)，v逆=k逆c(C2H4)(k正、k逆为速率常数，只与温度、催化剂有关)。一定温度下，在2L恒容密闭容器中充入1molC2H2(g)和1molH2(g)，只发生上述反应。测得C2H4的物质的量如下表所示：t/min05101520n/mol00.30.50.60.6下列说法错误的是A．0~10min内，v(H2)=0.025mol・L1・min1B．升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数C．净反应速率(v正v逆)由大到小最终等于0D．在上述条件下，15min时2k逆=15k正5．某温度下，向VL恒容密闭容器中通入4molX(g)，发生反应：①2X(g)=Y(g)+4Z(g)，②2Zg⇌Mg。反应体系中X、YA．25min时，气体X反应完全B．0~10min内，气体X的平均反应速率为0.32C．25min时，向该体系中仅通入1molYg后，反应②的平衡不发生移动(保持其他条件不变D．该温度下，反应②的平衡常数K=2VL⋅mol-16．一定温度下，在2L恒容密闭容器中充入3molNH2COONH4，发生反应：NH2A．vB．该反应的平衡常数K＝4C．CO2的体积分数保持不变时，说明该反应达到平衡状态D．平衡后，再加入少量NH27．对于纯气体的反应A+A．vA=0.15 mol/(LC．vC=0.2 mol/(L8．在一定条件下，将2molA和3molB两种气体混合于容积为2L的恒容密闭容器中，发生如下反应：2Ag+3Bg⇌xCg+2Dg。2minA．2min时A的反应速率为0.2molB．2min时，B的浓度为0.9molC．A的转化率为40%D．x=19．H2与ICl的反应分①②两步进行，其能量曲线如图所示，下列有关说法正确的是A．反应①、反应②均为吸热反应B．活化能：反应①＜反应②C．反应速率；反应①＞反应②D．H2g10．已知：2NO第1步：2NOg⇌N2第2步：N2O2g+在固定容积的容器中充入一定量NO和O2发生上述反应，测得体系中部分物质的物质的量(n)随温度(T)A．第1步、第2步正反应活化能分别为E1、E2B．a点后，nN2O2迅速减小的原因是第C．b点后，nN2O2增加的原因是第D．若其他条件不变，仅将容器变为恒压状态，则体系建立平衡的时间不变11．H2在生物学、医学等领域有重要应用，传统制氢成本高、技术复杂，研究新型制氢意义重大，已成为科学家研究的重要课题。回答下列问题：我国科学家研究发现，在Rh的催化下，单分子甲酸分解制H2反应的过程如图所示，其中带“*”的物质表示吸附在Rh表面，该反应过程中决定反应速率步骤的化学方程式为______；甲酸分解制H2的热化学方程式可表示为______(阿佛加德罗常数的值用NA表示)。

12．三甲胺[N(CH3)3]是重要的化工原料。最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N，N－二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，简称DMF]转化为三甲胺的合成路线。回答下列问题：(1)结合实验与计算机模拟结果，研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程，如图所示：

该历程中最大能垒(活化能)=______eV，该步骤的化学方程式为______。(2)该反应变化的ΔH______0(填“＜”、“＞”或“=”)，制备三甲胺的热化学方程式为______。13．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化氧可以快速氧化SO2。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。无水情况下，一个氧分子反应的活化能为______，容易活化氧分子的条件是______(填“有水”或“无水”)。14．乙烯是重要的有机化学原料，工业上可利用乙烷脱氢制备乙烯。(1)乙烷裂解为乙烯为自由基反应，其可能的引发反应及对应化学键的解离能如下：可能的引发反应有关键的解离能(kJ/mol)C2H6(g)→C2H5·(g)+H·(g)410C2H6(g)→2CH3·(g)368根据表格信息，乙烷裂解引发的反应主要为___________。(2)经过引发的后续反应历程为(已略去链终止过程)：……C2H5H⋅g①C2H4(g)+H2(g)→C2H6(g)的ΔH=___________(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。②上述历程中“……”所代表