一、化学反应速率
1.化学反应的发生
(1)基元反应:能够一步完成的反应称为基元反应。
(2)反应机理与总反应:基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理),基元反应的总和称为总反应,由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。反应不同,反应历程就不相同;同一反应在不同条件下的反应历程也可能性不同,反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程。
(3)有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞叫有效碰撞。
(4)活化分子:只有具有较高能量(能量超过活化能)的分子,才能发生有效碰撞,能发生有效碰撞的分子叫做活化分子。
(5)活化能:普通分子变成活化分子至少需要吸收的能量称为活化能。不同反应有不同的活化能,基元反应的活化能是活化分子平均能量与普通分子平均能量之差。一定温度下,反应的活化能越高,活化分子数越少,反应速率就越慢,反之亦然。
(1)浓度的影响:当其它条件不变时,增大反应物的浓度,使单位体积内分子数增多,因此可加快反应的速率。如硫粉在氧气中燃烧比在空气中燃烧激烈。
(2)压强的影响:当其它条件不变时,加压(缩小体积)对有气体参加的反应,正逆反应速率均加快,气体体积缩小方向的反应速率增加的倍数大于气体体积增大方向增加的倍数;降压(增大体积),正逆反应速率均减小,气体体积缩小方向的反应速率减小的倍数大于气体体积增大方向减小的倍数。注意改变压强对反应速率产生影响的根本原因是引起反应体系中各物质浓度的改变,若容器恒温、恒容充入稀有气体或其它不反应气体,虽然改变了容器内气体压强,但由于没有改变反应物质的浓度,所以不影响化学反应速率。
(3)温度的影响:其它条件不变时,升高温度,反应物的能量增加,使原来一部分能量较低的分子变成活化分子,所以可以加快反应的速率。通常情况下,温度每升高10度,化学反应的速率增大到原来的2至4倍。升高温度,对可逆反应,正逆反应速率均加快,但吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数;降低温度,正逆反应速率均减小,吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。如相同大小的铁片和不同温度相同浓度的盐酸反应,温度高者反应速率快。
(4)反应物间的接触面积的影响:其他条件不变,增大反应物间的接触面积,由于增大了反应物间的接触机会,因此能增大反应的速率。如相同质量块状碳酸钙和粉末状碳酸钙分别和同体积同浓度的盐酸反应,粉末状碳酸钙反应激烈,放出气体的速率快。
(5)催化剂的影响:其他条件不变的时,使用催化剂能降低反应的活化能,使更多的反应物分子成为活化分子,因此使用催化剂能同时同倍改变正逆反应的速率。如H2O2分别在MnO2、FeCl3、过氧化氢酶等催化作用下的分解,要比没有加催化剂时快得多。
(6)其他因素:除了上述因素外,压强、光波、电磁波、超声波、溶剂等因素对化学反的速率也有影响。
3.化学反应速率图像
例题2、下列有关说法正确的是。
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应
②普通分子有时也能发生有效碰撞
③升高温度会加快反应速率,原因是增加了活化分子的有效碰撞次数
④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多
⑤使用催化剂能提高反应速率,原因是提高了分子的能量,使有效碰撞频率增大
⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞
⑦浓度为1mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的CuSO4溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成量
1.下列说法中正确的是()
A.化学反应速率既有正值,又有负值。
B.测定某化学反应从开始到2秒末的反应速率,指的是2秒末的瞬时速率
C.对于同一化学反应,选用不同的物质表示化学反应速率时,其数值一定不同。
D.不能用固体和纯液体表示化学反应速率
A.图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图甲所示实验中反应速率为①②,则一定说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好
C.用图乙装置测定反应速率,可测定反应产生的气体体积及反应时间
D.为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位
7.用6gCaCO3与mL稀盐酸反应制取少量的CO2,反应过程中生成的CO2的体积(已折算为标准状况)随反应时间变化的情况如右图所示。下列说法正确的是
A.OE段表示的平均反应速率最快,可能的原因是该反应是放热反应
B.EF段用HC1浓度的减小表示的该反应的平均反应速率为0.2mol/(L·min)
C.在F点收集到的CO2的体积最大
D.在G点以后收集的CO2的量不再增多,原因是稀盐酸已反应完全
8.在锌与某浓度的盐酸反应的实验中,得到如下结果:
下列说法中,正确的是
①t1t2②t③实验1和实验2比较,单位时间内消耗的锌的质量前者小于后者
A.只有①B.①②C.只有③D.②③
9.将0.48g镁粉分别加入10.0mL下列溶液,反应6小时,用排水法收集产生的气体,溶液组成与H2体积(已换算成标准状况)的关系如下表。下列说法不正确的是
A.由实验2、3可得,浓度越大,镁和水反应速率越快
B.由实验1、4、5可得,Cl-对镁和水的反应有催化作用
C.由实验3、7可得,反应过程产生的Mg(OH)2覆盖在镁表面,减慢反应
D.无论酸性条件还是碱性条件,都能加快镁和水的反应
10.利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。
下列说法不正确的是
A.①与④⑤比较说明盐溶液可以加快吸氧腐蚀速率
B.向实验②溶液中加等体积的0.5mol·L-1(NH4)2SO4,吸氧腐蚀速率一定加快
C.②与③、④与⑤比较说明吸氧腐蚀速率可能与阴离子种类有关
D.向实验⑤溶液中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快
11.三大化石燃料燃烧会产生大气污染物,特别是含硫煤燃烧后产生的SO2危害巨大。为了保护环境,科学家提出了下列解决方法,同时还能获得某种重要的工业产品。下列说法错误的是
(1)表中Vx=_________mL,t1、t2、t3的大小关系是___________________
实验二:取5mL0.1mol·L-1的KI溶液于试管中,滴加0.1mol·L-1FeCl3溶液2mL,发生如下反应:2Fe3++2I-=2Fe2++I2,为证明该反应存在一定的限度,他们设计了如下实验:
①取少量反应液,滴加AgNO3溶液,发现有少量黄色沉淀(AgI)。
②再取少量反应液,滴加少量CCl4,振荡,发现CCl4层显浅紫色。
根据①②的现象,他们得出结论:该反应具有一定的可逆性,在一定条件下会达到反应限度。
(2)指导老师指出上述实验①不合理,其原因是_______;你的改进方案是____(简要写出操作、试剂和现象)。
(3)实验②适合检验生成I2较多的情况,还有一种简便的方法可以灵敏地检验是否生成了I2,这种方法所用的试剂是_______________________。
14.影响化学反应速率的因素很多,某校化学小组用实验的方法进行探究。
实验一:他们只利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(0.5mol·L-1、2mol·L-1、18.4mol·L-1)设计实验方案来研究影响化学反应速率的因素。甲同学的实验报告如下表:
(1)甲同学表中实验步骤②为_________________________________________。
(2)甲同学的实验目的是_____________;要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是____________。乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,利用如图所示装置进行定量实验。
(3)乙同学在实验中应该测定的数据是_____________。
(4)乙同学完成该实验应选用的实验药品是________,该实验中不选用某浓度的硫酸,理由是___________。
实验二:已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑,在高锰酸钾酸性溶液和草酸溶液反应时,发现开始一段时间,反应速率较慢,溶液褪色不明显;但不久突然褪色,反应速率明显加快。
(5)针对上述实验现象,丙同学认为KMnO4与H2C2O4反应放热,导致溶液温度升高,反应速率加快。从影响化学反应速率的因素看,你猜想还可能是______________的影响。
(6)若用实验证明你的猜想,除高锰酸钾酸性溶液、草酸溶液外,还需要选择的试剂最合理的是________(填字母)。
A.硫酸钾
B.硫酸锰C.二氯化锰D.水
15.影响化学反应速率的因素很多,某课外兴趣小组用实验的方法进行探究。
(1)实验一:取等物质的量浓度等体积H2O2溶液分别进行下列实验,实验报告如下表所示。
试回答:
①实验1、2研究的是_______________对H2O2分解速率的影响。
②实验2、3的目的是_____________________________________________________。
(2)实验二:已知2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑,在酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时,发现开始一段时间,反应速率较慢,溶液褪色不明显但不久突然褪色,反应速率明显加快。
①针对上述实验现象,某同学认为KMnO4与H2C2O4反应是放热反应,导致溶液温度升高,反应速率加快。从影响化学反应速率的因素看,你的猜想还可能是__________的影响。
②若用实验证明你的猜想,除酸性高锰酸钾溶液、草酸溶液试剂外,还需要选择的试剂最合理的是___________。
A、硫酸钾B、硫酸锰C、水D、氯化锰
(3)实验三:经研究知Cu2+对H2O2分解也具有催化作用,为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果,该小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。回答相关问题:
①定性分析:如图甲可通过观察________________________________,定性比较得出结论。有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理,其理由是_________。
②定量分析:如图乙所示,实验时均以生成40mL气体为准,其他可能影响实验的因素均已忽略。实验中需要测量的数据是____________。
16.丙烯(C3H6)是石油化工行业重要的有机原料之一,主要用于生产聚丙烯、二氯乙烯、异丙烯等产品。
(1)丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔH=___kJ/mol。
①为了同时提高反应速率和反应物的平衡转化率,可采取的措施是___。
②目前在丙烷脱氢制丙烯时常加入适量的O2,让其同时发生下列反应:
②该温度下,若平衡时HCl的体积分数为12.5%,反应Ⅰ的平衡常数Kp=__kPa-1。(Kp为以分压表示的平衡常数,保留小数点后2位。)
参考答案
例题1、⑤⑦
不是一定时间内,而是单位时间内,①错误;如果反应速率太大,反应瞬间完成,现象会不明显,②错误;催化剂能改变反应机理,降低反应的活化能,故可加快反应速率,缩短达到平衡的时间,但不能改变反应的限度,③错误;0.1mol·L-1的盐酸与0.1mol·L-1的醋酸中自由移动的c(H+)是不相同的,④错误;加入K2SO4溶液,c(H+)减小,反应减慢,因锌的质量不变,故放出H2的量没有变化,⑤正确;升高温度,活化分子百分数增大,化学反应速率一定增大,⑥错误;H2O2中加入MnO2作催化剂,反应速率加快,升高温度,反应速率也加快,⑦正确;大理石粉改变了与盐酸的接触面积,所以改变了反应速率,⑧错误;同时改变两个变量来研究反应速率的变化,不容易判断影响反应速率的主导因素,因此更难得出有关规律,⑨错误;速率数值所对应的化学反应速率的快慢与该物质在化学反应方程式中的化学计量数有关,可用速率与化学计量数比值的大小判断反应快慢,⑩错误;速率都取正值,错误;反应速率之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比,
课时练习
1.DA.反应速率的数值无负值,均为正值,故A错误;
B.反应速率是指单位时间内物质的浓度变化,所以测定某化学反应从开始到2秒末的反应速率,指的是2秒内的平均速率,故B错误;
C.对于同一化学反应,各物质的反应速率之比等于其计量数之比,所以如果不同物质的计量数相等,则选用不同的物质表示化学反应速率时,其数值可以相同,故C错误;
D.固体或纯液体的浓度视为常数,故不能用固体或纯液体的浓度变化量表示化学反应速率,故D正确;
故答案为D。
2.AA.减小反应体系的体积,相当于增大压强,各物质浓度都增大,则化学反应速率加快,故A正确;
B.反应物浓度越大,化学反应速率越快,则c(HI)由0.07mol/L降到0.05mol/L所需时间大于10s,故B错误;
C.升高温度活化分子百分数增大,则正逆反应速率都加快,故C错误;
6.BA选项,图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢,可以得到哪个反应速率快,哪个反应速率慢,就是主要看气泡的速度来得出,故A正确;
B选项,若图甲所示实验中反应速率为①②,不能得出Fe3+比Cu2+对H2O2分解催化效果好,以为氯化铁和硫酸铜两者的阴阳离子都不相同,不能确定是阳离子还是阴离子起的催化作用,故B错误;
C选项,用图乙装置测定反应速率,根据相同时间内产生气体的体积来测反应速率或者生成相同体积所需时间的来测定反应速率,故C正确;
D选项,为检查图乙所示装置的气密性,可关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,一段时间后松开活塞,观察活塞是否回到原位,这就是检查乙装置的气密性的方法,故D正确;
综上所述,答案为B。
7.DA、由图可知,1min时间内,EF段生成的二氧化碳的体积最多,故EF段反应速率最快,故A错误;
(3)淀粉遇碘变蓝,所以可以用淀粉溶液检验是否生成了碘单质。
14.(1)向等体积浓度分别为0.5mol/L、2mol/L硫酸溶液中投入大小、形状相同的Fe或者Mg(2)研究金属(或反应物)本身的性质及反应物的浓度对化学反应速率的影响;温度相同(3)测定一定时间内产生气体的体积(或产生一定体积的气体所需时间)(4)Mg(或Fe)、0.5mol·L-1硫酸和2mol·L-1硫酸;常温下Mg和18.4mol·L-1浓硫酸反应生成SO2、Fe在18.4mol·L-1浓硫酸中发生钝化(5)MnSO4(或Mn2+)的催化作用(6)B
(1)甲同学表中实验步骤②所得到的实验结论为:反应物浓度越大,反应速率越快。根据控制变量法,可知该操作为:向等体积浓度分别是0.5mol/L、2mol/L的硫酸中加入投入大小、形状相同的Fe或者Mg。
(2)由表中的实验结论可知,甲同学的实验目的是:研究金属(或反应物)本身的性质及反应物的浓度对化学反应速率的影响。要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是:温度相同。这样才能形成对照实验。
(3)若相同的时间内产生的气体体积越大,则反应速率越快;或者收集相同体积的气体,需要的时间越短,则反应速率越快。因此,乙同学在实验中应该测定的数据是:相同时间内产生气体的体积的多少或者产生相同体积的气体所需要的时间的长短。
(4)乙同学完成该实验应选用的实验药品是:Mg(或Fe)、0.5mol·L-1硫酸和2mol·L-1硫酸;在该实验中不能选用18.4mol/L硫酸,是因为Fe在浓硫酸中会发生钝化现象;而Mg与18.4mol/L硫酸发生反应得到硫酸镁、SO2、反应原理发生了改变。
(5)针对该实验现象,丙同学认为KMnO4与H2C2O4反应放热,导致溶液温度升高,反应速率加快。从影响化学反应速率的因素看,还可能是反应产生的Mn2+对反应起催化剂的作用,使反应速率大大加快。
(6)若是Mn2+对反应起催化剂的作用,只要加入的物质中含有+2价的锰元素就可以。分析各个选项,可知应该加入硫酸锰。选项为B。
15.实验一(1)①温度②比较FeCl3溶液和MnO2作为催化剂对H2O2分解反应速率影响的差异
实验二①催化剂或硫酸锰或Mn2+的催化作用②B
实验三①反应产生气泡的快慢;控制阴离子相同,排除阴离子的干扰
②收集40mL气体所需要的时间
实验一:(1)①实验1、2使用相同的催化剂,但温度不同,所以反应速率不同是由温度不同导致的,所以可以探究温度对H2O2分解速率的影响;
②根据实验2、3的数据可知,实验2、3的温度相同,使用的催化剂不同,则实验目的是比较FeCl3溶液和MnO2作为催化剂对双氧水分解反应速率影响的差异;
实验二:①对化学反应速率影响最快的是催化剂,故猜想还可能是催化剂的影响,或硫酸锰或Mn2+的催化作用;