高考第一轮复习——化学反应速率化学反应进行的方向学案含答案

高考第一轮复习——化学反应速率化学反应进行的方向学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 化学反应速率、化学反应进行的方向 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎　　化学反应速率、化学反应进行的方向 二、教学目标 了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法；‎ 了解活化能对化学反应速率的影响，认识温度、浓度、压强和催化剂影响化学反应速率的一般规律 了解化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见化学反应的方向 三、教学重点、难点 化学反应速率的定量表示方法；条件对化学反应速率的影响 四、教学过程：‎ ‎（一）化学反应速率的概念及定量表示方法：‎ 化学反应速率是指化学反应进行的快慢程度，一般表示方法为：以单位时间内反应物浓 度的减少或生产物浓度的增加表示 表示方法：以单位时间内反应物浓度的减少或生产物浓度的增加表示。‎ 计算式：V＝Δc/Δt（mol/L·s或mol/L·min）‎ 说明：‎ ‎1、同一反应的反应速率只有一个。同一化学反应，用不同的物质表示的反应速率，‎ 可能相同，也可能不同。但各物质的速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，等于各相应物质的浓度的变化量之比，等于各相应物质的物质的量的变化量之比。‎ ‎2、反应速率为平均速率，非瞬时反应速率。‎ ‎3、固体或纯液体（注意不是溶液）的浓度可视为不变的常数，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。注意纯液体（如无水乙醇）与溶液（如乙醇水溶液）不同。‎ ‎4、比较速率的大小要以单位一致为前提。‎ ‎5、求反应速率的途径一般有两条：一是根据反应速率的定义求；二是根据速率之比=浓度的变化量之比=物质的量的变化量之比=化学计量数之比。‎ ‎［例1］已知反应A＋3B===‎2C＋D在某段时间内以A的浓度变化表示的化学反应速率为 ‎1mol·L－1·min－1，则此段时间内以C的浓度变化表示的化学反应速率为 A、0.5mol·L－1·min－1　　　　　　　　B、1mol·L－1·min－1‎ C、2mol·L－1·min－1　　　　　　　　 D、3mol·L－1·min－1‎ 解析：同一化学反应，在同一时间内用不同物质表示的反应速率，其数值可能相同也可能不同，但表达的意思相同，都表示了同一反应在该时间内的反应速率，且反应速率之比等于方程式前的系数比。根据上述原理，可得：vA:vB:vC:vD＝1：3：2：1，由于vA＝1mol·L－1·min－1，则：vC＝2mol·L－1·min－1‎ 答案：C ‎［例2］把0.6molX气体和0.4molY气体混合于容积为‎2L的容器中，使其发生如下反应：3X（g）＋Y（g）＝nZ（g）＋2W（g），5min末生成0.2molW，若测知以Z浓度变化表示的平均反应速率为0.01mol·L-1·min-1则n的值为　‎ A、4　　　　　　B、‎3　‎　　　　C、2　　　　　　D、1‎ 解析：根据反应速率与单位时间内物质的浓度变化之间的关系，可得：‎ n（Z）＝0.01mol·L-1·min-1×5min×‎2L＝0.1mol，而5min末生成0.2molW ‎，则说明Z与W在方程式中的系数比为1：2，即n＝1‎ 答案：D ‎［例3］反应速率v和反应物浓度的关系是用实验方法测定的，化学反应H2＋Cl2===2HCl的反应速率v可表示为v=k［c（H2）］m［c（Cl2）］n，式中k为常数，m、n值可用下表中数据确定之。‎ ‎ 由此可推得，m、n值正确的是 A、m=1，n=1　　　　　　　　　　　　　B、m=，n=‎ C、m=，n=1　　　　　　　　　　　　D、m=1，n=‎ 解析：本题给定的信息是：化学反应速率与反应物浓度之间的函数关系式。则根据题给信息可得：当c（Cl2）保持不变时，反应速率与c（H2）成正比，即m＝1；而当c（H2） 保持不变时，反应速率与c（Cl2）的平方根成正比，即n＝1/2。‎ 答案：D ‎［例4］某温度时，在‎2L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化关系曲线如图所示。‎ ‎（1）由图中的数据分析，该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　；‎ ‎（2）反应开始至2min、5min Z的平均反应速率为　　　　、　　　　　；‎ ‎（3）5min后Z的生成速率比5min末Z的生成速率　　　　　（大、小、相等）。‎ 解析：本题考查的是化学反应速率的图像题。通过题给信息判断反应物和生成物，及参加反应的各物质之间的物质的量之比，以及单位时间内各物质的浓度变化，判断反应的可逆性并计算反应速率。由图可知：反应物为X和Y，生成物为Z，5min时达平衡，消耗0.6molX同时消耗0.2mol的Y，生成0.4mol的Z，说明三者的物质的量之比为：3：1：2，方程式为：‎ ‎3X+Y 2Z，2min时Z的平均反应速率为：0.2mol/‎2L/2min＝0.05mol·（L·min）－1，5min时Z的平均反应速率为：0.4mol/‎2L/5min＝0.04mol·（L·min）－1，由于5min后，单位时间内X、Y、Z的消耗速率和生成速率相同，达化学平衡状态，因此5min后Z的生成速率与5min末Z的生成速率相等。‎ 答案：（1）3X+Y 2Z ‎（2）0.05mol·（L·min）－1；0.04mol·（L·min）－1‎ ‎（3）5min时，反应达到了平衡，各物质的反应速率不再改变，故5min后Z的生成速率与5min末Z的生成速率相等。‎ ‎（二）影响化学反应速率的因素与活化能 影响反应速率的因素很多，主要从内因和外因两个方面分析。‎ 影响化学反应速率的因素以及微观解释 影响因素 规 律 注 意 点 内 因 反应物的结构、性质、反应的历程是决定化学反应速率的主要因素 化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的生成。若在同样的条件下，反应物分子中化学键越牢固，化学键的断裂就越难，其反应速率就越小 外 ‎ ‎ 因 浓 度 在其他条件不变时，增大反应物浓度，单位体积内活化分子数也相应增大，反应速率加快。反之，反应速率减慢。‎ 固体物质的浓度恒定，故改变固体物质的用量对反应速率无影响。固体物质对速率的影响只与其表面积的大小和生成物在表面的扩散速率有关。‎ 压 强 在其他条件不变时，对于有气体参加的反应，增大压强，气体的体积减小，浓度增大， 也相应增大，反应速率加快。反之，反应速率减慢。‎ 由于压强对固体，液体的体积几乎无影响，因此对于无气体参加的反应，压强对反应速率的影响可忽略不计；恒容时，若充入与平衡体系无关的气体虽总压增大，但各反应物浓度不变，反应速率不变。‎ 温 度 在其他条件不变时，升高温度，反应物分子能量增加，从而增大了活化分子数和活化分子百分数，有效碰撞次数增多，反应速率加快。反之，反应速率减慢。‎ 一般来说，温度每升高10ºC，反应速率增大到原来2—4倍；对于有催化剂参加的反应，要注意催化剂的活性温度。‎ 催 化 剂 在其他条件不变时，使用正催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，反应速率显著增大。‎ 若使用负催化剂，反应速率明显减慢，一般无特殊说明指正催化剂；催化剂具有选择性，反应前后质量与组成保持不变。‎ 其 他 光、超声波、紫外线、固体颗粒大小、溶剂等对化学反应速率也有影响。‎ 说明：‎ ‎1、外因对化学反应速率影响的微观解释 影响因素 分子总数 活化分子百分数 活化分子数 单位体积活化分子数 增大浓度 增加 不变 增加 增加 增大压强 增加 不变 增加 增加 升高温度 不变 增大 增加 增加 正催化剂 不变 增大 增加 增加 ‎2、化学反应速率的大小是由单位体积内活化分子数（相当于活化分子浓度）决定的，而不是由活化分子数的多少决定的。‎ ‎3、“惰性”气体对密闭体系中进行的化学反应速率的影响 ‎⑴恒温、恒容容器：充入稀有气体或其他不参加反应的气体，虽改变了容器内气体的压强，但却没有改变反应体系的分压，即并没有改变反应物的浓度，不影响化学反应速率。‎ ‎⑵恒温、恒压容器：充入稀有气体或其他不参加反应的气体，使容器的容积扩大，虽未减小容器气体的压强，但却减少了反应体系的分压，即降低了反应物的浓度，故能使反应速率降低。‎ ‎4、改变外界条件（浓度、温度、压强、催化剂）对于可逆反应v（正）、v（逆）的影响（利用速率曲线图说明。特别注意，压强的影响结果与可逆反应有无气体参加或反应前后气体体积是否变化有关）。外界条件对于可逆反应v（正）、v（逆）的影响 ‎（1）浓度：增大反应物浓度，v（正）瞬间增大后随反应进行减小，v（逆）瞬间不变后随反应进行增大；增大生成物浓度，v（逆）瞬间增大后随反应进行减小，v（逆）瞬间不变后随反应进行减小。‎ ‎（2）压强：对于有气体参加的反应，增大压强，v（正）、v（逆）均增大，气体体积之和（系数和）大的反应速率增加得快；降低压强，v（正）、v（逆）均减小，气体体积之和（系数和）大的反应速率减少得多，对于反应前后气体体积保持不变的反应，增大或降低压强时，正、逆反应速率变化的幅度相同，平衡不移动。‎ ‎（3）温度 ：升高温度，v（正）、v（逆）一般均增大，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降温，v（正）、v（逆）一般均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。‎ ‎（4）催化剂：能同等程度的改变v（正）、v（逆），改变反应到达平衡的时间。‎ ‎［例1］升高温度能加快反应速率的主要原因是 A、活化分子能量明显增加　　　　　　　　　　　B、降低活化分子的能量 C、增大了活化分子百分数　　　　　　　　　　　D、降低反应所需的能量 解析：升高温度，使分子的能量增大，原有部分没有达到活化分子最低能量的分子吸收能量后转化为活化分子，从而增加单位体积内活化分子百分数和活化分子数目，增大有效碰撞次数，加快反应速度；另外，升高温度也可以使分子的运动速率加快，加快反应速率。‎ 答案：C ‎［例2］可逆反应aX（g）+bY（g）cZ（g）在一定温度下的一密闭容器内达到平衡后，t0时改变某一外界条件，化学反应速率（v）—时间（t）图象如右图。则下列说法中正确的是 A、若a＋b＝c，则t0时只能是增大了容器的压强 B、若a＋b＝c，则t0时只能是加入了催化剂 C、若a＋b≠c，则t0时只能是增大了容器的压强 D、若a＋b≠c，则t0时只能是加入了催化剂 解析：本题考查的是条件对反应速率和化学平衡的影响。改变条件后，反应速率明显增大，而化学平衡没有移动，说明只能是增大压强或使用催化剂。若增大压强，则必须反应前后气体的分子总数保持不变，否则，平衡会发生移动；若升高温度，平衡必然会发生移动；若使用催化剂，则不论反应前后气体分子总数是否发生变化，反应速率均会加快。综上所述，本题答案为D。‎ 答案：D ‎［例3］当A、B两种气体物质的浓度比相同时，在不同温度下进行反应：A＋2B＝‎3C，‎10℃‎时测得反应速率VB＝0.2mol·L-1·s-1，‎50℃‎时测得反应速率VA＝25.6mol·L-1·s-1若温度每升高‎10℃‎，该反应的反应速率增大到原来的几倍，则n约为　‎ A、3　　　　　　B、‎3.5　‎　　　　C、4　　　　　　D、4.5‎ 解析：升高温度反应速率加快，一般情况下，温度每升高‎10℃‎反应速率变为原来的n倍。现根据题给信息：升高温度后VA＝25.6mol·L-1·s-1，根据参加反应的各物质的反应速率之间的关系，可得：升高温度后VB′＝51.2mol·L-1·s-1，是原来的256倍。则n＝256，n＝4‎ 答案：C ‎［例4］某化学反应‎2A===B＋D在四种不同条件下进行。B、D起始浓度为0。反应物A的浓度（mol·L－1）随反应时间（min）的变化情况如下表：‎ 根据上述数据，完成下列填空：‎ ‎（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol·（L·min）－1。‎ ‎（2）在实验2，A的初始浓度C2＝__________mol·L－1，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是__________。‎ ‎（3）设实验3的反应速率为ｖ3，实验1的反应速率为ｖ1，则ｖ3__________ｖ1（填“＞”“＝”或“＜”，且C3__________1.0　mol·L－1（填“＜”“＝”或“＞”）。‎ ‎（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是__________反应（填“吸热”或“放热”）。理由是 。‎ 解析：（1）根据表给信息可得：10至20分钟时间内平均速率 为：（0.80－0.67）mol/L/10min＝0.013mol·L-1·min-1‎ ‎（2）实验2中达平衡时A的浓度保持不变，说明（2）与（1）属于等效平衡，c2＝0.1mol·L－1但由于（2）中达平衡时所需时间短，因此，（2）中可能使用了催化剂。‎ ‎（3）比较（3）与（1）在时间10－20min时的反应速率可知，（3）的反应速率大于（1），同时（3）达到平衡时A的浓度也大于（1），说明起始时（3）中A的浓度大于（1） 中A的浓度，即大于0.1mol·L－1。‎ ‎（4）实验4中温度高于实验1，达到平衡时A的浓度比实验1中低，说明升高温度有利于A的转化，而升高温度平衡向反应方向移动，说明消耗A的方向是吸热反应方向，即正反应是吸热反应。‎ 答案：⑴0.013　　⑵1.0　　催化剂　　⑶＞　＞　　⑷吸热　温度升高，平衡向右移动 ‎（三）化学反应进行的方向：‎ 在一定的条件下，一个化学反应能否自发进行，既可能与反应的焓变有关，又可能与反应的熵变有关。在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是熵变和焓变共同影响的结果，反应的判据是：△G＝△H－T△S（Ｔ为热力学温度，均为正值）（△G：吉布斯自由能），△G＜０时，反应可自发进行。‎ 说明：‎ ‎1、△H－T△S只能用于说明该反应在理论上能否在此条件下发生，是一个化学反应发生的必要条件，只是反应的可行性问题。过程的自发性只用于判断过程的方向，并不能确定该反应在此条件下是否一定会发生以及过程发生的速率。‎ ‎　2、在恒温、恒压下，用DG判断化学反应在该状况时自发进行的方向可列表表示：‎ 焓变DH 熵变DS ‎△G 反应在该状况下能否自发进行 ‎＜０‎ ‎＞０‎ ‎＜０‎ 能自发进行 ‎＞０‎ ‎＜０‎ ‎＞０‎ 不能自发进行 ‎＞０‎ ‎＞０‎ 低温时＞０，高温时＜０‎ 低温时不能自发进行，高温时自发进行 ‎＜０‎ ‎＜０‎ 高温时＞０，低温时＜０‎ 高温时不能自发进行，低温时自发进行 ‎[例1] 已知反应2CO（g）＝‎2C（s）＋O2（g）的DH为正值，DS为负值。设DH和DS不随温度而变，下列说法正确的是　　　　　　（　　）‎ A、低温下能自发进行　　　　　　B、高温下能自发进行 C、低温下不能自发进行，高温下能自发进行 D、任何温度下都不能自发进行 解析：反应自发进行的条件是：△G＝△H－T△S＜０，DH为正值，DS为负值，则无论温度为多少，△G＝△H－T△S均大于0，说明该反应不能自发进行。‎ 答案：D ‎［例2］已知：CuSO4溶液分别与Na2CO3溶液、Na2S溶液的反应情况如下：‎ ‎⑴：CuSO4＋Na2CO3‎ Cu2＋＋CO32－＋H2O＝Cu（OH）2↓＋CO2↑　　　　（主要）‎ Cu2＋＋CO32－＝CuCO3↓　　　　　　　　　　（次要）‎ ‎⑵CuSO4＋Na2S Cu2＋＋S2－＝CuS↓　　　　　　　　　　　　（主要）‎ Cu2＋＋S2－＋2H2O＝Cu（OH）2↓＋H2S↑　　　　（次要）‎ 则下列物质的溶解度的比较正确的是：‎ A、Cu（OH）2＞CuCO3＞CuS　　　　　B、Cu（OH）2＜CuCO3＜CuS C、CuS＞Cu（OH）2＞CuCO3　　　　　D、CuS＜Cu（OH）2＜CuCO3‎ 解析：沉淀反应中，生成物的溶解度越小，沉淀反应越容易发生。根据信息⑴可知：生成Cu（OH）2的反应容易发生，说明Cu（OH）2的溶解度小于CuCO3的溶解度；根据信息⑵可知：生成CuS的反应容易发生，说明CuS的溶解度小于Cu（OH）2的溶解度。由此可得，三种物质的溶解度的大小关系为：CuS＜Cu（OH）2＜CuCO3‎ 答案：D ‎［例3］高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气：N2（g）＋O2（g）＝2NO（g）。试通过计算说明在‎1200℃‎的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？‎ ‎（已知：DH＝180.50kJ/mol，DS＝247.7J/mol·K）‎ 解析：反应自发进行的条件是：△G＝△H－T△S＜０，在‎1200℃‎的条件下，△G＝180.50－（1200＋273）×247.7×10－3＝－184.36＜０，说明反应能够自发进行。假设反应自发进行的最低温度为t，则有：△G＝180.50－（t＋273）×247.7×10－3＜０，解得：t＞‎‎455.7℃‎ 答案：该反应在‎1200℃‎的条件下能够自发进行，该反应自发进行的最低温度约为‎455.7℃‎