全国版2021高考化学一轮复习第20讲化学反应速率及其影响因素课件

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化学反应速率和化学平衡 第七章 第 20 讲　化学反应速率及其影响因素 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调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 栏 目 导 航 考点一　化学反应速率的概念及计算 　 考点二　影响化学反应速率的因素 探究高考 · 明确考向 考点一　化学反应速率的概念及计算 减少 　 增加 　 mol·L － 1 ·min － 1 　 mol·L － 1 ·s － 1 不同 化学计量数 × × × √ √ (6) 同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快 ( 　　 ) (7) 化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加 ( 　　 ) × × A 　 解析 0.03 mol·L － 1 ·min － 1 　 　 20% 　 　 　 0.45 mol·L － 1 　 　 　 B 　 解析 ③①②⑤④ 　 1 ． 内因 反应物本身的 __________ 是影响化学反应速率的主要因素。 2 ． 外因 ( 其他条件不变，只改变一个条件 ) 考点二　影响化学反应速率的因素 性质 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 图中： E 1 为 ____________________ ，使用催化剂时的活化能为 __________ ， E 2 为 ________________________ 。 ③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 正反应的活化能 　 E 3 　 逆反应的活化能 　 (2) 活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 题组一　活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 1 ． (2019 · 安徽宣城月考 ) 下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．反应物分子的每次碰撞都能发生化学反应 B ．活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞 C ．能够发生化学反应的碰撞是有效碰撞 D ．增大反应物浓度时，活化分子百分数增大 C 　 解析 A. 反应物分子的每次碰撞不一定为有效碰撞，则不一定发生化学反应，分子需达到足量的能量及合适的取向才反应，故 A 错误； B. 活化分子碰撞不一定发生反应，还与取向有关，则不一定为有效碰撞，故 B 错误； C. 能够发生化学反应的碰撞是有效碰撞，有效碰撞的条件： ① 活化分子， ② 有合适的取向，所以只有活化分子的有效碰撞才能发生化学反应，故 C 正确； D. 增大反应物浓度时，增大单位体积内活化分子个数，但活化分子百分数不变，故 D 错误。 A 　 解析 升高温度可提高反应物中的活化分子百分数，降低温度降低反应物中的活化分子百分数，增大压强、增大反应物浓度只增大活化分子的浓度，不改变活化分子百分数。 C 　 解析 ① 该反应为气体参加的反应，增大压强，反应速率加快，故正确； ② 增加炭的量，增加固体物质的量不影响化学反应速率，故错误； ③ 恒容通入 CO 2 ，反应物浓度增大，反应速率加快，故正确； ④ 恒压下充入 N 2 ，反应物的分压减小，反应速率减小，故错误； ⑤ 恒容下充入 N 2 ，反应物的浓度不变，反应速率不变，故错误。 4 ．少量铁片与 100 mL 0.01 mol · L － 1 的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变 H 2 的产量，可以使用如下方法中的 ( 　　 ) ① 加 H 2 O 　②加 KNO 3 溶液　③滴入几滴浓盐酸　④加入少量铁粉　⑤加 NaCl 溶液　⑥滴入几滴硫酸铜溶液　⑦升高温度 ( 不考虑盐酸挥发 ) 　⑧改用 10 mL 0.1 mol · L － 1 盐酸 A ．①⑥⑦　　　 B ．③⑤⑧ C ．③⑦⑧　　　 D ．③④⑥⑦⑧ C 　 解析 ① 加水，盐酸被稀释，浓度减小，故反应速率变慢； ② 加硝酸钾溶液相当于加入硝酸，不会生成氢气； ③ 加浓盐酸，反应速率加快； ④ 加入铁粉，铁与盐酸反应生成氢气的量增多； ⑤ 加氯化钠溶液，相当于稀释盐酸浓度，故反应速率变慢； ⑥ 滴加硫酸铜溶液，铁把铜置换出来，形成原电池，故反应速率加快，但与盐酸反应的铁减少，故减少了产生氢气的量； ⑦ 升高温度，反应速率加快； ⑧ 改用浓度大的盐酸，反应速率加快。 所谓 “ 控制变量法 ” 就是研究多个因素 ( 多变量 ) 对某一过程或结果的影响时，为了避免不同因素间的相互干扰，而采取每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对该过程或结果的影响，最后再综合分析解决问题的方法。在研究外界因素对化学反应速率的影响时，由于外界影响因素较多，因此，常用 “ 控制变量法 ” 解决该类问题。 “ 控制变量法”在探究多个条件对化学反应速率影响中的应用 1 ． 常见考查形式 (1) 以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。 (2) 给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。 2 ． 解题策略 (1) 确定变量 解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。 (2) 定多变一 在探究时，应该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。 3 ． 实例分析 探究温度、催化剂对反应： 2H 2 O 2 ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ 的影响，可以确定催化剂 ( 是否加入 MnO 2 ) 或温度 ( 加热、常温 ) 作为可变量，则其他因素作为不变量。 探究对象的反应 2H 2 O 2 ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ 控制的可变量 催化剂 温度 控制的不变量 浓度、温度等 浓度、催化剂等 实验方案 取相同量的 5%H 2 O 2 溶液于两支规格相同的试管中，向其中一支试管中加入少量 MnO 2 ，另一支不加，在常温下观察 取相同量的 5%H 2 O 2 溶液于两支规格相同的试管中，同时加入少量 MnO 2 或都不加 MnO 2 ，给其中一支试管加热，另一支不加热，进行观察 1 ． (2019 · 内蒙古包头四校联考 ) 已知 x 溶液能与氢氧化钠溶液反应，现有四份 20 mL 4 mol/L 的氢氧化钠溶液分别与下列四种 x 溶液反应，其中反应最快的是 ( 　　 ) A ． 10℃ ， 20 mL 3 mol/L 的 x 溶液 B ． 20℃ ， 30 mL 2 mol/L 的 x 溶液 C ． 20℃ ， 10 mL 5 mo/L 的 x 溶液 D ． 10℃ ， 10 mL 2 mol/L 的 x 溶液 解析 A 、 D 与 B 、 C 相比较， B 、 C 温度较高，则反应速率较大， B 、 C 相比较， C 浓度较大，则反应速率较大。 C 　 2 ． (2019 · 陕西榆林质检 ) 等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间 ( t ) 内产生气体体积 ( V ) 的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是 ( 　　 ) A ．第 4 组实验的反应速率最慢 B ．第 1 组实验中盐酸的浓度大于 2.5 mol · L － 1 C ．第 2 组实验中盐酸的浓度等于 2.5 mol · L － 1 D ．第 3 组实验的反应温度低于 30 ℃ D 　 组别 对应曲线 c (HCl)/mol · L － 1 反应温度 / ℃ 铁的状态 1 a 30 粉末状 2 b 30 粉末状 3 c 2.5 块状 4 d 2.5 30 块状 解析 由图像可知， 1 、 2 、 3 、 4 组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第 4 组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢， A 正确；第 1 组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于 2.5 mol · L － 1 ， B 正确；第 2 组实验，铁是粉末状，与 3 、 4 组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于 2.5 mol · L － 1 ， C 正确；由 3 、 4 组实验并结合图像知第 3 组实验中反应温度应高于 30 ℃ ， D 错误。 3 ．为了进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到 6 个盛有过量 Zn 粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。 30 　 10 　 17.5 4 ．某同学设计如下实验方案探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，有关数据如下表所示： (1) 本实验待测数据可以是 ________________________________________ ____________________________ ，实验 Ⅰ 和实验 Ⅱ 可以探究 __________ 对锌与稀硫酸反应速率的影响。 (2) 实验 Ⅲ 和实验 Ⅳ 的目的是 ________________________________ ，写出有关反应的离子方程式 ______________________________________________________ 。 反应结束所需要的时间 ( 或相同条件下产生 序号 纯锌 粉 (g) 2.0 mol · L － 1 硫酸溶 液 (mL) 温度 ( ℃ ) 硫酸铜 固体 (g) 加入蒸馏 水 (mL) Ⅰ 2.0 50.0 25 0 0 Ⅱ 2.0 40.0 25 0 10.0 Ⅲ 2.0 50.0 25 0.2 0 Ⅳ 2.0 50.0 25 4.0 0 等体积的氢气所需要的时间 ) 　 　 硫酸浓度　 探究硫酸铜的量对反应速率的影响　 　 Zn ＋ Cu 2 ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ Cu ， Zn ＋ 2H ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ H 2 ↑ 　 　 解析　 实验 Ⅰ 和实验 Ⅱ 中，锌的质量和状态相同，硫酸的浓度不同，实验 Ⅲ 和实验 Ⅳ 中加入硫酸铜， Cu 2 ＋ 的氧化性强于 H ＋ ，首先发生反应 Zn ＋ Cu 2 ＋ ===Zn 2 ＋ ＋ Cu ，生成的铜附着在锌表面，在稀硫酸溶液中构成原电池，加快锌失电子。但是加入的硫酸铜过多，生成的铜会覆盖在锌表面，阻止锌与稀硫酸进一步反应，产生氢气的速率会减慢。 (1) 本实验待测数据可以是 “ 反应结束所需要的时间 ” 或 “ 相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间 ” ，实验 Ⅰ 和实验 Ⅱ 可以探究硫酸的浓度对反应速率的影响。 (2) 实验 Ⅲ 和实验 Ⅳ 加入的硫酸铜的质量不同，可以探究加入硫酸铜的量与反应速率的关系。 1 ．判断正误，正确的划 “ √ ” ，错误的划 “ × ” 。 (1) (2018 · 全国卷 Ⅲ ， 10A) 用稀硫酸和锌粒制取 H 2 时，加几滴 CuSO 4 溶液以加快反应速率 ( 　　 ) (2) (2018 · 全国卷 Ⅱ ， 13D) 向 2 支盛有 5 mL 不同浓度 NaHSO 3 溶液的试管中同时加入 2 mL 5% H 2 O 2 溶液，通过观察实验现象来探究浓度对反应速率的影响 ( 　　 ) (3) (2018 · 江苏卷， 10D) 在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快 ( 　　 ) 探究高考 · 明确考向 √ 　 × 　 × 　 (4) (2018 · 江苏卷， 13B) 如图是室温下 H 2 O 2 催化分解放出氧气的反应中 c (H 2 O 2 ) 随反应时间变化的曲线，说明随着反应的进行 H 2 O 2 分解速率逐渐减小 ( 　　 ) (5) (2018 · 天津卷， 2C) 反应活化能越高，该反应越易进行 ( 　　 ) √ 　 × 　 2 ． ( 多选 ) (2018 · 海南卷， 12) 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。活化过程的能量变化模拟计算结果如右图所示。活化氧可以快速氧化 SO 2 。下列说法正确的是 ( 　　 ) CD 　 　 A ．每活化一个氧分子吸收 0.29 eV 能量 B ．水可使氧分子活化反应的活化能降低 0.42 eV C ．氧分子的活化是 O － O 的断裂与 C － O 键的生成过程 D ．炭黑颗粒是大气中 SO 2 转化为 SO 3 的催化剂 解析 A. 根据能量变化图分析，最终结果为活化氧，体系能量降低，则每活化一个氧分子放出 0.29 eV 能量，故 A 错误； B. 反应过程中存在多步反应的活化能，整个反应的活化能为各步反应活化能代数和，根据能量图分析，整个反应的活化能为活化能较大者，则没有水加入的反应活化能为 E ＝ 0.75 eV ，有水加入的反应的活化能为 E ＝ 0.57 eV ，所以水可使氧分子活化反应的活化能降低 0.75 eV ﹣ 0.57 eV ＝ 0.18 eV ，故 B 错误； C. 根据图像分析，氧分子活化过程 O － O 键断裂，生成 C － O 键，所以氧分子的活化是 O － O 的断裂与 C － O 键的生成过程，故 C 正确； D. 活化氧可以快速氧化 SO 2 ，而炭黑颗粒可以活化氧分子产生活化氧，所以炭黑颗粒是大气中 SO 2 转化为 SO 3 的催化剂，故 D 正确。 3 ． (2017 · 江苏卷 ) H 2 O 2 分解速率受多种因素影响。实验测得 70℃ 时不同条件下 H 2 O 2 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， H 2 O 2 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， H 2 O 2 分解速率越快 C ．图丙表明，少量 Mn 2 ＋ 存在时，溶液碱性越强， H 2 O 2 分解速率越快 D ．图丙和图丁表明，碱性溶液中， Mn 2 ＋ 对 H 2 O 2 分解速率的影响大 D 　 　 解析 A 错：图甲表明，其他条件相同时， H 2 O 2 浓度越大，其分解速率越快。 B 错：图乙表明，其他条件相同时，溶液 pH 越大， H 2 O 2 分解速率越快。 C 错： Mn 2 ＋ 浓度相同时， 1.0 mol · L － 1 NaOH 溶液中 H 2 O 2 分解速率小于 0.1 mol · L － 1 NaOH 溶液中 H 2 O 2 分解速率。 D 对： pH 相同时， Mn 2 ＋ 浓度越大，分解速率越快，所以图丙和图丁表明，碱性溶液中， Mn 2 ＋ 对 H 2 O 2 分解速率的影响大。 4 ． (2015 · 海南卷， 8 改编 ) 10 mL 浓度为 1 mol · L － 1 的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列物质，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是 ( 　　 ) A ． K 2 SO 4 固体　　　 B ． CH 3 COONa 溶液 C ． CuSO 4 溶液　　　 D ． Na 2 CO 3 溶液 答案　 B 序号 A B C D 试剂 组成 0.4 mol · L － 1 KI a mol · L － 1 KI 0 ． 2 mol · L － 1 H 2 SO 4 0.2 mol · L － 1 H 2 SO 4 0.2 mol · L － 1 KI 0 ． 000 2 mol I 2 序号 A B C D 实验 现象 溶液变黄，一段时间后出现浑浊 溶液变黄，出现浑浊较 A 快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色，变为黄色，出现浑浊较 A 快 (1)B 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， SO 2 的歧化反应速率 D ＞ A 。结合 ⅰ 、 ⅱ 反应速率解释原因： __________________________________________________________________ 。 0.4 　 I － 是 SO 2 歧化反应的催化剂， 反应 ⅱ 比 ⅰ 快； D 中由反应 ⅱ 产生的 H ＋使反应 ⅰ 加快 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