【新高考】高三化学一轮复习知识点第22讲 化学反应速率

【考情分析】

1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。 2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。

3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。 4.了解化学反应速率的在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 【核心素养分析】

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。

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。

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。

【重点知识梳理】

知识点一 化学反应速率的概念及计算 1．化学反应速率

2．化学反应速率计算的万能方法——三段式法 对于反应mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为amol·L1，B的浓度为bmol·L1，

－

－

－

反应进行至t1s时，A消耗了xmol·L1，则化学反应速率可计算如下：

mA(g)＋nB(g)

pC(g)＋qD(g)

起始/(mol·L1) ab 0 0 转化/(mol·L1) x

－

－

nxpxqx

mmm

nxpxqx－

t1/(mol·L1) a－xb－

mmm

xnx－－－－

则：v(A)＝ mol·L1·s1，v(B)＝ mol·L1·s1，

t1mt1pxqx－－－－

v(C)＝ mol·L1·s1，v(D)＝ mol·L1·s1。

mt1mt13．化学反应速率与化学计量数的关系

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计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

如一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g) ＝0.2 mol·L1·s1，v(C)＝0.4 mol·L1·s1。

4．化学反应速率的大小比较 (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vAvB

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＞，则反应mn速率A＞B。

知识点二 影响化学反应速率的因素 1．影响化学反应速率的因素 (1)内因

反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。 (2)外因(只改变一个条件，其他条件不变)

－

－

－

－

2C(g)。已知v(A)＝0.6 mol·L1·s1，则v(B)

－－

【特别提醒】

①改变固体或纯液体的量对化学反应速率无影响。

②浓度、温度、压强发生变化或加入催化剂时，正、逆反应速率均增大或减小，如升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。

(3)反应体系条件改变对反应速率的影响

引起引起引起

①恒温时：体积缩小――→压强增大――→浓度增大――→反应速率增大。 ②恒温恒容时：

引起引起引起

a．充入气体反应物――→总压强增大――→浓度增大――→反应速率增大。

引起

b．充入“惰性气体”――→总压强增大，但各气体分压不变―→各物质的浓度不变―→反应速率不变。

引起引起引起

③恒温恒压时：充入“惰性气体”――→体积增大――→各反应物浓度减小――→反应速率减小。 总之，压强改变而对反应速率产生的影响是因为压强改变会引起浓度变化，从而对反应速率产生影响。

2．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

图中：E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，使用催化剂时的活化能为_E3__，反应热为E1－E2。

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

知识点三速率－时间(v-t)图像

由图像变化分析外界条件对其影响，已知反应为mA(g)＋nB(g)1．“渐变”类v-t图像

图像 分析 t1时v′正突然增大，v′逆逐渐增大；v′ 正pC(g)＋qD(g) ΔH＝QkJ·mol1。

－

结论 t1时其他条件不变，增大反应物的浓度 ＞v′逆，平衡向正反应方向移动 t1时v′正突然减小，v′逆逐渐减小；v′ 逆t1时其他条件不变，减小反应物的浓度 ＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时v′逆突然增大，v′正逐渐增大；v′ 逆t1时其他条件不变，增大生成物的浓度 ＞v′正，平衡向逆反应方向移动 t1时v′逆突然减小，v′正逐渐减小；v′ 正t1时其他条件不变，减小生成物的浓度 ＞v′逆，平衡向正反应方向移动 2．“断点”类v-t图像

图像 分析 结论 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，升高温度且Q＞0(吸热反应) 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，升高温度且Q＜0(放热反应) t1时其他条件不变，减小反应体系t1时v′正、v′逆均突然减小，且 的压强且m＋n＜p＋q(正反应为体积增大的反应) 减小的反应) v′正＞v′逆；平衡向正反应方向进行 增大的反应) t1时其他条件不变，降低温度且Q＜0(放热反应) 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，降低温度且Q＞0(吸热反应) 3．“平台”类v-t图像

图像 分析 结论 t1时其他条件不变使用催化剂 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时其他条件不变，减小反应体t1时v′正、v′逆均突然减小且v′正系的压强且m＋n＝p＋q(反应前后 ＝v′逆，平衡不移动 气体体积无变化) 减小的反应) 【典型题分析】 高频考点一化学反应速率

【例1】[2019·全国卷Ⅱ，27(3)]环戊二烯(

)容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同

温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。

A．T1＞T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率 C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率 D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L1

【解析】由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1－

速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等，a点时温度较低，但环戊二烯浓度较大，c点时温度较高，但环戊二烯浓度较小，故无法比较a点和c点的反应速率大小，B项错误；a点和b点温度相同，a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度，即a点的正反应速率大于b点的正反应速率，因为b点时反应未达到平衡，b点的正反应速率大于逆反应速率，故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，C项正确；b点时，1－环戊二烯的浓度减小0.9 mol·L1，结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的，可知二聚体的浓度

2为0.45 mol·L1，D项正确。

【答案】CD

【举一反三】 [2018·全国卷Ⅰ，28(2)②]F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：

－

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：

t/min p/kPa 0 35.8 40 40.3 80 42.5 －

160 45.9 260 49.2 －

1 300 61.2 1 700 62.3 ∞ 63.1 研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×103×pN2O5(kPa·min1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min1。

【解析】t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据“三段式”法得

2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)

起始/kPa 35.8 0 0 转化/kPa 5.8 5.8 2.9 62 min/kPa 30.0 5.8 2.9

则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×103×30.0 kPa·min1＝6.0×102kPa·min1。 【答案】30.0 6.0×10

－2

－

－

－

－

－

【变式探究】（2020·陕西咸阳中学模拟）在一密闭容器中充入一定量的N2和O2，在电火花作用下发生反应N2＋O2===2NO，经测定前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L1·s1，则6 s末NO的浓度( )

A．等于1.2 mol·L1 B．小于1.2 mol·L1 C．大于1.2 mol·L1 D．不能确定

－－－

－

－

【解析】选B。前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol·L1·s1，即用NO表示的反应速率为0.2 mol·L

－1

－－

·s1。如果3～6 s用NO表示的反应速率仍为0.2 mol·L1·s1，则6 s末NO的浓度为1.2 mol·L1。由于

－

－－－－

随着反应进行，反应物浓度减小，反应速率减慢，故6 s末NO的浓度小于1.2 mol·L1。

高频考点二影响化学反应速率的因素

【例2】(2017·江苏卷)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )

A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快 B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快 C．图丙表明，少量Mn2存在时，溶液碱性越强，H2O2

＋

＋

分解速率越快

D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2对H2O2分解速率的影响大 【答案】D

【解析】从图甲看出，相同时间内，起始c(H2O2)越大，H2O2的浓度变化量越大，即分解速率越快，A项错误；从图乙看出，NaOH溶液浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，B项错误；从图丙看出，0.1 mol·L1NaOH与1.0 mol·L1 NaOH所示曲线相比，0.1 mol·L1 NaOH对应曲线表示的H2O2分解速率快，C项错误。

【变式探究】(2018·江苏卷)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。 将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置如图1)

－

－

－

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图2所示，在50～250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是

________________________________________________________________________；

当反应温度高于380℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是

________________________________________________________________________。

【答案】迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大 催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO

【解析】迅速上升段是催化剂活性随温度升高而增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大；温度高于380℃，催化剂活性下降，且NH3与O2反应生成了NO导致NOx的去除率减小。

高频考点三有关反应速率实验探究 【例3】(2018·北京卷)

(1)I可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ⅱ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 0.000 2 mol I2 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：

浑浊较A快 试剂组成 0.4 mol·L1 KI a mol·L1 KI 溶液变黄，出现浑浊较A快 0.2 mol·L H2SO4 0.2 mol·L1 H2SO4 0.2 mol·L1 KI －－－1－－－

－

＋

－

实验现象 溶液变黄，一段时间后出现浑浊 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色，变为黄色，出现_____________________________________________________________________________________。

【解析】(1)根据歧化反应的特点，反应ⅰ生成S，则反应ⅱ需生成H2SO4，即I2将SO2氧化为H2SO4，反应的离子方程式为I2＋2H2O＋SO2===SO2(2)①对比实验只能存在一个变量，4＋4H＋2I。因实验B比实验A多了H2SO4，则B中KI溶液的浓度应不变，故a＝0.4。②由表中实验现象可知，I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加入少量I2时，反应明显加快，说明反应ⅱ比反应ⅰ快；D中由反应ⅱ产生的H使反应ⅰ加快。

【答案】(1)SO2 SO24 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快；D中由反应ⅱ产生的H使反应ⅰ加快

【变式探究】（2020·浙江台州中学模拟）某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)

3能将其中的Cr2O224H2O]即可对该反应起7转化为Cr。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·

－

＋

＋

－

＋

＋

－

＋

＋

－

＋

＋

－

＋

－

催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，作对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。 实验编号 ① ② ③ 初始pH 4 5 5 －

废水样品体积/mL 60 60 60 草酸溶液体积/mL 10 10 蒸馏水体积/mL 30 30 测得实验①和②溶液中的Cr2O27浓度随时间变化关系如图所示。

(2)上述反应后草酸被氧化为______________(填化学式)。

(3)实验①和②的结果表明_________________________________________________； 实验①中O～t1时间段反应速率v(Cr3)＝____________ mol·L1·min1(用代数式表示)。 (4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：Fe2起催化作用； 假设二：________________；

＋

＋

－

－

假设三：________________； ………

(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。

[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的试剂有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3

等。溶液中Cr2O27的浓度可用仪器测定]

实验方案(不要求写具体操作过程) 预期实验结果和结论 －

【解析】(1)实验①、②中初始pH不同，为探究pH对反应速率的影响，则实验②、③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响，则实验②、③中试剂总用量应相同。(2)草酸中C为＋3价，则其被氧

332

化为CO2。(3)实验①和②表明pH越小，则Cr2O27转化为Cr的反应速率越快；v(Cr)＝2v(Cr2O7)＝

－

＋

＋

－

2

c0－c1－－＋－

mol·L1·min1。(4)根据铁明矾的组成可知，起催化作用的还可能为Al3、SO24。(5)进行对比t1

实验，加入等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·

24H2O代替①中的铁明矾，验证起催化作用的是否为Fe2。 【答案】(1)20 20 (2)CO2 (3)溶液的pH对该反应的速率有影响 SO24起催化作用

(5)

实验方案(不要求写具体操作过程) 用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他反应条件与实验①相同，进行对比实验 设一不成立 高频考点四速率常数及其应用

【例4】(2018·全国卷Ⅲ) [2018·高考全国卷Ⅲ，28(3)③]三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

预期实验结果和结论 反应进行相同时间后，若溶液中2c(Cr2O27)大于实验①中的c(Cr2O7)，则假设－－－

＋

2

c0－c1＋

(4)Al3起催化作用 t1

一成立；若两溶液中的c(Cr2O27)相同，则假－

比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3v正

－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保

v逆留一位小数)。

【解析】温度越高，反应速率越大，a处所在曲线对应的温度高于b处所在曲线对应的温度，所以a处反应速率大于b处反应速率。a处所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知，a处所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3y mol，则根据三段式法得

2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)

开始/mol y 0 0

转化/mol 0.22y 0.11y0.11y 平衡/mol 0.78y 0.11y0.11y 代入k正

x2SiHCl3＝k

逆

xSiH2Cl2xSiCl4得，0.782k

正

＝0.112k

k正0.112＝ ① 逆，

k逆0.782

在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得

2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)

开始/mol y 0 0 转化/mol 0.2y 0.1y0.1y a处/mol 0.8y 0.1y0.1y

v正k正x2SiHCl3k正0.82v正则＝＝×2，将①代入计算得出＝1.3。 v逆k逆xSiH2Cl2xSiCl4k逆0.1v逆【答案】大于 1.3 【方法技巧】 1．速率常数含义

速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1 mol·L可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。

化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。

2．速率方程

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。 对于反应：aA＋bB===gG＋hH 则v＝kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。 如：①SO2Cl2

SO2＋Cl2 v＝k1c(SO2Cl2)

－1

时的反应速率。在相同的浓度条件下，

②2NO22NO＋O2 v＝k2c2(NO2)

N2＋2H2O v＝k3c2(H2)·c2(NO)

③2H2＋2NO

3．速率常数的影响因素

温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。

【变式探究】(2016·海南卷)顺-1,2-二甲基环丙烷和反-1，2-二甲基环丙烷可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：

(1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s1，k(逆)＝0.002 s1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。

(2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝__________；温度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由是_______________________________________________________。

－

－

【解析】(1)根据v(正)＝k(正)c(顺)、k(正)＝0.006 s1，则v(正)＝0.006c(顺)，k(逆)＝0.002 s1，v(逆)＝k(逆)c(反)＝0.002c(反)，化学平衡状态时正逆反应速率相等，则0.006c(顺)＝0.002c(反)，K1＝c(反)/c(顺)＝0.006÷0.002＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于零。

(2)反应开始时，c(顺)的浓度大，单位时间的浓度变化大，w(顺)的变化也大，故B曲线符合题意，设顺式异构体的起始浓度为x，该可逆反应左右物质系数相等，均为1，则平衡时，顺式异构体为0.3x，反式7

异构体为0.7x，所以平衡常数值K2＝0.7x÷0.3x＝，因为K1＞K2，放热反应升高温度时平衡向逆反应方向

3移动，所以温度t2大于t1。

【答案】(1)3 小于 (2)B

7

大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动 3

－

－