化学反应速率及其影响因素
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化学反应速率及其影响因素
山东省安丘市实验中学：周月明
一、化学反应速率及其影响因素
【知识整合】
1.化学反应速率
(1)概念:通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
(2)表达式:v=
常用单位:mol·L-1·s-1、mol·L-1·min-1。
(3)速率大小判断方法:对同一个反应,用不同物质表示时,数值可能不同,比较的方法是将其换算为同一种物质再进行比较,同时,还要注意其单位是否统一,若单位不统一,要先将单位统一,否则可能会得出错误结论。
①对反应物来说,Δc=c(始)-c(终);对生成物来说,Δc=c(终)-c(始)。
②表示化学反应速率时,要注明具体物质。同一反应中,用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意义相同。各物质的化学反应速率之比等于反应方程式中的化学计量数(系数)之比。例如反应:mA(g)+nB(g)pC(g),其速率比为v(A)∶v(B)∶v(C)=m∶n∶p。
③固体和纯液体的浓度视为常数,因此表示化学反应速率时一般不用固体或纯液体来表示。
2.外界条件对反应速率的影响
(其他条件不变,改变一个条件)
浓度增大反应物的浓度,反应速率增大,反之减小。
压强对于有气体参加的反应,增大压强(反应混合物的浓度增大),反应速率加快,反之减慢。
温度升高温度,反应速率加快,反之减慢。
催化剂使用催化剂,能改变化学反应速率,且正逆反应速率的改变程度相同。
其他因素反应物间的接触面积、光照、放射线辐射、超声波等。 (1)当升高温度或增大压强时,正、逆反应速率都增大,但增大程度不同,取决于反应的热效应和方程式的化学计量数。
(2)当降低温度或减小压强时,正、逆反应速率都降低,但降低程度不同。
(3)温度对吸热方向反应速率影响程度大;压强对体积减小方向反应速率影响程度大。
3.利用有效碰撞理论理解外界条件对化学反应速率的影响
【规律方法】
关于化学反应速率的两个问题
(1)灵活应用“反应速率之比=化学计量数(系数)之比=浓度变化量之比=物质的量变化量之比”这一公式求算化学反应速率,确定物质的化学计量数(系数)、书写化学方程式。
(2)准确理解外界条件对化学反应速率的影响
①固体、纯液体的浓度视为定值,不因其量的增减而影响反应速率,但因表面积(接触面)的变化而改变反应速率。如将硫铁矿粉碎是为了增大接触面,加快反应速率。
②改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度的改变。在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因,这种改变对反应体系的浓度产生何种影响。
对于气体体系,有以下几种情况:
恒温时:增大压强体积缩小气体物质浓度增大反应速率加快
恒容时:a.充入气体反应物浓度增大总压增大反应速率加快
b.充入“惰气”总压增大(分压不变)各反应物浓度不变反应速率不变
恒压时:充入“惰气”体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢
【典例1】 在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是( )
A.图Ⅰ研究的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ研究的是t0时刻通入氦气增大体系压强对反应速率的影响
C.图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响,且甲的催化效率比乙高
D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较高
解析:图Ⅰ中t0时刻的v(正)、v(逆)都高于原平衡化学反应速率且v(正)>v(逆),应是增大体系的压强所致,A项错;图Ⅱ中图像显示v(正)=v(逆)都高于原平衡体系,而体系中通入氦气,并未改变各组分的浓度,故不影响v(正)、v(逆),B项错;催化剂只能改变化学反应速率,对化学平衡无影响,因而加入催化剂后,甲、乙能达到同一平衡状态,C项错;图Ⅲ中乙比甲到达平衡所需时间短,其他条件不变时,T(乙)>T(甲),且此反应的ΔH<0,温度[由T(乙)→T(甲)]降低,α(SO2)降低,符合曲线变化,D项正确。
答案:D。
化学反应速率及其影响因素
1.一定条件下,溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应的影响如图所示。下列判断正确的是( )
A.在0~50 min之间,pH=2和pH=7时R的降解百分率相等
B.溶液酸性越强,R的降解速率越小
C.R的起始浓度越小,降解速率越大
D.在20~25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为0.04 mol·L-1·min-1
解析:由图像可看出,50 min时,pH=2和pH=7时R均完全降解,A正确;在反应物起始浓度小的情况下,pH=2时R的降解速率明显大于pH=7和pH=10时的降解速率,若起始浓度相等,pH=2时的降解速率会更大,说明酸性越强,R降解速率越大,B错误;图像中出现了两个影响速率的条件:反应物起始浓度和pH。因pH不同,不能由图像判断反应物浓度对反应速率的影响。对于所有的化学反应而言,均为反应物浓度越大,反应速率越大,C错误;20~25 min之间,pH=10时R的平均降解速率为:=
4×10-6 mol·L-1·min-1,D错误。 答案:A。
此题以图像题的形式考查了影响反应速率的条件,且同时出现了两个影响速率的条件,考生容易错选C。
2.(双选题)对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是( )
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
B.反应进行的净速率是正、逆反应速率之差
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
解析:各物质的反应速率之比等于各物质化学计量数之比,H2的消耗速率与HI的生成速率之比为1∶2,A错;该反应进行的净速率是指某一物质的正反应速率与逆反应速率之差,B正确;随反应进行正反应速率在减小,逆反应速率在增大,二者之比逐渐减小,C错;正、逆反应速率相等是平衡建立的特征,D正确。
答案:BD。
3.对于化学反应3W(g)+2X(g)4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系中,正确的是( )
A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y) D.3v(W)=2v(X)
解析:用不同物质表示同一反应的反应速率时,其速率值之比等于其化学计量数之比,即===,故C正确。
答案:C。
4.化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如图所示,计算反应4~8
min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度,结果应是( )
A.2.5 μmol·L-1·min-1和2.0 μmol·L-1
B.2.5 μmol·L-1·min-1和2.5 μmol·L-1
C.3.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
D.5.0 μmol·L-1·min-1和3.0 μmol·L-1
解析:分析图像可知,在4~8 min时间段内反应物的浓度由20 μmol·L-1下降到10 μmol·L-1,浓度变化量为10
μmol·L-1,故反应速率为=2.5 μmol·L-1·min-1。随着反应的进行,反应速率逐渐减慢,大致的变化规律是反应每进行4 min,反应速率降低一半,所以当反应进行到16 min时,反应物的浓度降到大约2.5 μmol·L-1。
答案:B。
5.碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L-1 KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1 K2S2O8、0.10 mol·L-1 Na2S2O3等试剂,探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知:S2+2I-2S+I2(慢) I2+2S22I-+S4(快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液,当溶液中的
耗尽后,溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观察到蓝色,S2与S2初始的物质的量需满足的关系为:n(S2)∶n(S2)
。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响,设计的实验方案如下表:
实验
序号 体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液 Na2S2O3溶液
淀粉溶液
① 10.0 0.0 4.0 4.0 2.0
② 9.0 1.0 4.0 4.0 2.0
③ 8.0 Vx 4.0 4.0 2.0
表中Vx= mL,理由是 。
(3)已知某条件下,浓度c(S2)反应时间t的变化曲线如图,若保持其他条件不变,
请在答题卡坐标图中,分别画出降低反应温度和 加入催化剂时c(S2)t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
(4)碘也可用作心脏起搏器电源-锂碘电池的材料。该电池反应为:2Li(s)+I2(s)2LiI(s) ΔH
已知:4Li(s)+O2(g)2Li2O(s) ΔH1
4LiI(s)+O2(g)2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2
则电池反应的ΔH=
;碘电极作为该电池的
极。
解析:(1)根据提供的2个反应可知,当S2耗尽后,生成的I2不再被转化为I-,溶液变为蓝色,若要保证能看到蓝色需有I2剩余。所以n(S2)∶n(S2)<2∶1。
(2)由表格可知溶液的总体积V是定值,所以三次实验的总体积应该是20.0 mL,所以Vx应为2 mL。
(3)降温会使反应速率减慢,加入催化剂会加快反应。
(4)4Li(s)+O2(g)2Li2O(s) ΔH1①
4LiI(s)+O2(g)2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2②
由①-②得:2Li(s)+I2(s)2LiI(s) ΔH=,
I2I-发生还原反应,做正极。
答案:(1)S2 <2∶1
(2)2 为完成实验目的,①②③三组实验中总体积应该是20.0 mL
(3)如图
