高中化学选修四化学反应速率和化学平衡

考点一化学反应速率1．化学反应速率2．化学反应速率与化学计量数的关系(1)原理：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化学方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，或1mv(A)＝1nv(B)＝1pv(C)＝1qv(D)。(2)实例：一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6mol·L－1·s－1，则v(B)＝0.2mol·L－1·s－1，v(C)＝0.4mol·L－1·s－1。[拓展归纳](1)化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时反应速率。(2)同一化学反应，在相同条件下用不同物质表示的化学反应速率，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物质(不是溶液)表示化学反应速率，因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。[题点全练]题点(一)化学反应速率的计算1．在N2＋3H2催化剂高温高压2NH3的反应中，在5s内NH3的浓度变化了8mol·L－1，则NH3的平均反应速率()A．2.4mol·L－1·s－1B．0.8mol·L－1·s－1C．1.6mol·L－1·s－1D．0.08mol·L－1·s－1解析：选C在5s内NH3的浓度变化了8mol·L－1，则v(NH3)＝8mol·L－15s＝1.6mol·L－1·s－1。2．在298K时，实验测得溶液中的反应：H2O2＋2HI===2H2O＋I2，在不同浓度时的化学反应速率见表，由此可推知当c(HI)＝0.500mol·L－1，c(H2O2)＝0.400mol·L－1时的反应速率为()实验编号12345c(HI)/mol·L－10.1000.2000.3000.1000.100c(H2O2)/mol·L－10.1000.1000.1000.2000.300v/mol·L－1·s－10.007600.01530.02270.01510.0228A．0.0380mol·L－1·s－1B．0.152mol·L－1·s－1C．0.608mol·L－1·s－1D．0.760mol·L－1·s－1解析：选B当c(HI)＝0.100mol·L－1，c(H2O2)＝0.100mol·L－1，v＝0.00760mol·L－1·s－1，由表中数据可知，速率与c(HI)成正比、与c(H2O2)成正比，所以当c(HI)＝0.500mol·L－1，c(H2O2)＝0.400mol·L－1，v＝0.00760mol·L－1·s－1×5×4＝0.152mol·L－1·s－1。3．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2min后，B的浓度减少了0.6mol·L－1。对此反应速率的正确表示是()A．用A表示的反应速率是0.8mol·L－1·s－1B．分别用B、C、D表示的反应速率，其比值是3∶2∶1C．在2min末时的反应速率，用反应物B来表示是0.3mol·L－1·min－1D．在这2min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的解析：选BA项，A物质是固体，浓度视为常数，不能用来表示反应速率，错误；B项，化学反应速率之比等于相应物质的化学计量数之比，其比值为3∶2∶1，正确；C项，v(B)＝0.62mol·L－1·min－1＝0.3mol·L－1·min－1，是2min内的平均速率，不是2min末的瞬时速率，错误；D项，化学反应速率之比等于化学计量数之比，错误。[规律方法]反应速率计算的三种常用方法(1)定义式法v(B)＝ΔcBΔt＝ΔnBV·Δt。(2)比例关系法化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA(g)＋nB(g)===pC(g)中，v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p。(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。对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为amol·L－1，B的浓度为bmol·L－1，反应进行至t1时，A消耗了xmol·L－1，则化学反应速率可计算如下：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/(mol·L－1)ab00转化/(mol·L－1)xnxmpxmqxmt1/(mol·L－1)a－xb－nxmpxmqxm则：v(A)＝xt1mol·L－1·s－1，v(B)＝nxmt1mol·L－1·s－1，v(C)＝pxmt1mol·L－1·s－1，v(D)＝qxmt1mol·L－1·s－1。题点(二)化学反应速率的比较4．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应：N2＋3H22NH3。根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是()A．v(H2)＝0.01mol·L－1·s－1B．v(N2)＝0.3mol·L－1·min－1C．v(NH3)＝0.15mol·L－1·min－1D．v(H2)＝0.3mol·L－1·min－1解析：选B在速率单位相同时，把速率除以其相应物质的化学计量数，数值大者，反应速率快。A项，v(H2)＝0.01mol·L－1·s－1＝0.6mol·L－1·min－1，13v(H2)＝0.2mol·L－1·min－1；B项，v(N2)＝0.3mol·L－1·min－1；C项，12v(NH3)＝0.075mol·L－1·min－1，D项，13v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1。由此可知，B项中表示的反应速率最快。5．(2018·长沙模拟)反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45mol·L－1·s－1②v(B)＝0.6mol·L－1·s－1③v(C)＝0.4mol·L－1·s－1④v(D)＝0.45mol·L－1·s－1。下列有关反应速率的比较中正确的是()A．④③＝②①B．①④②＝③C．①②③④D．④③②①解析：选B用比值法进行反应速率大小的比较，v(A)＝0.45mol·L－1·s－1；13v(B)＝13×0.6＝0.2mol·L－1·s－1；12v(C)＝12×0.4＝0.2mol·L－1·s－1；12v(D)＝12×0.45＝0.225mol·L－1·s－1，故①④②＝③，B项正确。[规律方法]化学反应速率大小的比较方法(1)归一法将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。(2)比值法将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若vAmvBn，则反应速率AB。[真题验收]1．(2014·北京高考)一定温度下，10mL0.40mol·L－1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。t/min0246810V(O2)/mL0.09.917.222.426.529.9下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)()A．0～6min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1B．6～10min的平均反应速率：v(H2O2)3.3×10－2mol·L－1·min－1C．反应至6min时，c(H2O2)＝0.30mol·L－1D．反应至6min时，H2O2分解了50%解析：选C根据题目信息可知，0～6min，生成22.4mL(标准状况)氧气，消耗0.002molH2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6min时，剩余0.002molH2O2，此时c(H2O2)＝0.20mol·L－1，C项错误；反应至6min时，消耗0.002molH2O2，转化率为50%，D项正确。2．(2014·全国卷Ⅱ节选)在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。在0～60s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1。解析：由题图可知，0～60s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060mol·L－1，v(N2O4)＝0.060mol·L－160s＝0.0010mol·L－1·s－1。答案：0.00103．(2015·广东高考节选)用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：t/min02.04.06.08.0n(Cl2)/10－3mol01.83.75.47.2计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。解析：据反应4HCl＋O2===2Cl2＋2H2O可知：v(HCl)＝ΔnHClΔt＝5.4－1.8×10－3mol×26.0－2.0min＝1.8×10－3mol·min－1。答案：v(HCl)＝5.4－1.8×10－3mol×26.0－2.0min＝1．8×10－3mol·min－1考点二影响化学反应速率的因素1．内因反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。如相同条件下，Na、Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系是NaMgAl。2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)3．理论解释——有效碰撞理论(1)活化分子、活化能、有效碰撞①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。②活化能：如图[注意]E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，且ΔH＝E1－E2，E3为使用催化剂时的活化能。③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系[拓展归纳](1)升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。(2)催化剂能同等程度的改变正、逆化学反应速率，但不能改变反应进行的程度。(3)压强及惰性气体对化学反应速率的影响①改变压强，实质是通过改变物质的浓度来实现化学反应速率改变的。若压强改变导致了反应物浓度增大或减小，则化学反应速率会增大或减小。②根据上述第①条原则，充入惰性气体对化学反应速率的影响可分为以下两种情况：恒温恒容充入“惰性气体”――→引起总压强增大，但各物质的浓度不变(活化分子浓度不变)，反应速率不变恒温恒压充入“惰性气体”――→引起体积增大――→引起各反应物浓度减小(活化分子浓度减小)――→引起反应速率减慢③对于没有气体参加的反应，改变体系压强，反应物的浓度不变，则化学反应速率不变。(4)固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固体的表面积改变才能改变化学反应速率。[题点全练]题点(一)影响化学反应速率的因素1．下列说法正确的是________。A．100mL2mol·L－1稀盐酸与锌反应时，加入少量硫酸铜固体，生成氢气的速率加快B．相同条件下，等量的锌粒分别与100mL2mol·L－1稀硫酸、100mL2mol·L－1稀盐酸反应，反应速率相同C．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用铁片和浓硫酸反应可以加快产生氢气的速率D．对于A(s)＋B(g)C(g)＋D(g)的反应，加入A，反应速率加快E．工业生产中常将矿石粉碎，可以增大接触面积，使反应速率加快F．2NO2N2O4(正反应放热)，升高温度，v(正)增大，v(逆)减小G．某恒容密闭容器中，发生反应A(g)===B(g)＋C(g)，通入He，压强增大，反应速率加快H．某恒压密闭容器中，发生反应A(g)===B(g)＋C(g)，通入He，压强不变，反应速率不变答案：AE2．NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓缓地反应生成N2和CO2，化学方程式为2NO＋2CO催化剂N2＋2CO2，对此反应，下列叙述错误的是()A．使用正催化剂能加大反应速率B．改变反应物的压强对反应速率产生影响C．冬天气温低，反应速率减慢，对人体危害更大D．无论外界条件怎样改变，均