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一、化学反应速率易错点归纳
1.有关反应速率的问题
v=Δc/Δt,表示在Δt内化学反应的平均速率,不是瞬时速率.在同一反应中,用不同的物质来表示反应速率时,数值可以相同,也可以是不同的.这些数值所表示的都是同一反应速率.因此,表示反应速率时,必须说明用哪种物质作为标准.用不同物质来表示反应速率时,其比值一定等于化学方程式中的化学计量数之比.
例1 已知:4NH3+5O2=4NO+6H2O,若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)[mol/(L•min)]表示,则正确的关系式是( )
(A) 4/5v(NH3)=v(O2) (B) 5/6v(O2)=v(H2O)
(C) 2/3v(NH3)=v(H2O)(D) 4/5v(O2)=v(NO)
解析:将等式改成比例关系,(D)项v(O2)∶v(NO)=5∶4,故正确.答案:(D).
2.比较化学反应速率大小的方法
化学反应速率大小的比较容易弄错,现介绍两种比较方法,以确保不出差错.
(1)统一标准法:将某一物质表示的反应速率选定为比较标准,以其他物质表示的反应速率全部按上述换算方法换算成以同一物质表示的反应速率,然后直接依据数值大小比较化学反应速率的大小,但一定要注意单位相同.此方法很直观,易理解,一般用得较多.
(2)比较比值法:先求出不同的物质表示的反应速率比和化学方程式中相应物质的化学计量数之比,再比较两个比值的大小,确定表示反应速率的大小.例如:任一反应:
mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g),若v(A)∶
v(B)>m∶n,则以A表示的反应速率大;若v(A)
∶v(B)=m∶n,则以A、B表示的反应速率相等;若v(A)∶v(B)<m∶n,则以B表示的反应速率大.此方法计算较麻烦,在比较反应速率大小时也常使用.
例2 对于反应A(g)+3B(g)2C(g),下列各数据表示不同条件下的反应速率,其中反应进行得最快的是( )
(A) v(A)=0.01 mol/(L•s)
(B) v(B)=0.02 mol/(L•s)
(C) v(B)=0.60 mol/(L•min)
(D) v(C)=1.00 mol/(L•min)
解析:将各项换算为v(A)且以mol/(L•s)为单位进行比较:
v(A)[mol/(L•s)]
(A) []0.01
(B) v(B)=0.02 mol/(L•s) 0.02 3=1 150
(C) v(B)=0.6 mol/(L•min) 0.01 3=1 300
(D) v(C)=1.00 mol/(L•min) 0.50 60=1 120
答案:(A).
3.研究化学反应速率应注意的几个问题
(1)在整个化学反应过程中,反应不是以同样的速率进行的.因此,单位时间内反应物或生成物浓度的变化是指这段时间内化学反应的平均速率,而不是瞬时速率.
(2)由于物质间严格按照一定量的关系相互反应的,因此同一化学反应在同一时间间隔内的各物质的浓度变化不一定相等,同一化学反应中的不同物质反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比.虽然用不同物质的浓度变化来表示时,其数值不一定相等,但是这些数值所表示的意义是相同的.
(3)固体反应物颗粒大小可影响化学反应速率,但改变固体的量对化学反应速率的影响可以忽略不计.
(4)用单位时间内某一物质浓度的变化来表示的反应速率与化学平衡中的正、逆反应速率是不同的概念.例如,在2NO2N2O4平衡体系中,v(NO2)=0,但v(正)=v(逆)≠0,可见二者有本质区别.
例3 下列各组反应(表中物质均为反应物)中,反应刚开始时,放出氢气的速率最大的是( )
编号 金属(块状) 酸的浓度及体积 反应温度/℃
(A) 0.4 mol Mg 6 mol•L-1硝酸10 mL 60
(B) 0.3 mol Mg 3 mol•L-1盐酸40 mL 60
(C) 0.4 mol Fe 3 mol•L-1盐酸50 mL 60
(D) 0.1 mol Mg 3 mol•L-1硫酸10 mL 60
解析:依据金属的化学性质,金属镁的活动性大于铁的活动性,首先把(
C)选项排除;硝酸具有强氧化性,与金属反应不会放出氢气,排除(A)项;影响放出氢气的速率与固体镁的多少无关,只与溶液中H+浓度的大小有关,(
D)选项符合.
答案:(D).
例4 合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=
-92.4 kJ•mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图1所示,下列说法正确的是( )
(A) t1升高了温度 〖WB]
(B) t2时使用了催化剂
(C) t3时降低了温度
(D) t4时减小了压强
解析:(A)项,升高温度,正反应速率应是突增后再逐渐增大的;
(C)项,降低温度,正反应速率应是突降后再逐渐减小的;(D)项,t4时对应的速率变化的条件应为减小NH3的浓度.减小压强,正反应速率应先突降再逐渐减小.答案:(B).
二、化学反应速率考点扫描
考点1:反应速率的计算
例5 反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10 L的密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则此反应的平均速率(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为( )
(A) v(NH3)=0.010 mol•L-1•s-1
(B) v(O2)=0.0010 mol•L-1•s-1
(C) v(NO)=0.0010 mol•L-1•s-1
(D) v(H2O)=0.045 mol•L-1•s-1
解析:由题意可计算:v(H2O)=
0.45 mol 30 s×10 L=0.0015
mol•L-1•s-1,且有:v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6,所以v(NH3)=0.0010 mol•L-1•s-1;v(NO)=0.0010 mol•L-1•s-1;v(O2)=0.00125 mol•L-1•s-1.答案:(C).
考点2:影响反应速率的因素
第1类:反应放热导致反应速率加快
例6 把除去氧化膜的镁条投入到盛有稀盐酸的试管中发现H2产生的速率变化如图2所示,其中t1~t2速率变化的主要原因是 ;t2~t3速率变化的主要原因是 .
解析:对液体反应物而言,导致速率变化的主要原因是浓度和温度,t1~t2速率增加应考虑温度影响,即反应放热;t2~t3速率减小应考虑浓度影响,即随着反应的进行稀盐酸浓度减小.
答案:t1~t2:该反应是放热反应,放出的热使温度升高,故反应速率加快;t2~t3:随着反应的进行稀盐酸浓度减小,反应速率减小.
第2类:反应物的浓度随反应进行而减小,使反应速率减小或停止反应
例7 向50 mL18 mol/L的H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热,充分反应后,被还原的硫酸的物质的量是( )
(A) 等于0.90 mol(B) 大于0.45 mol,小于0.90mol
(C) 等于0.45mol(D) 小于0.45 mol
解析:“18 mol/L的H2SO4”即为浓硫酸,由Cu+2H2SO4(浓)〖FY(=〗△ 〖FY)〗 CuSO4+SO2↑+2H2O知2 mol H2SO4参加反应,被还原的H2SO4为1 mol,若50 mL×10-3 L/mL×18 mol/L=0.90 mol都参加反应,被还原的H2SO4应为0.45 mol.但浓硫酸随着反应的进行越来越稀,稀硫酸不能氧化铜,故0.90 mol硫酸不能完全反应,故被还原的硫酸的物质的量应小于0.45 mol.答案:(D).
第3类:生成物对化学反应起催化作用,加快反应速率
例8 亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂,在常温下不见光时可保存一年,但中酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解:
5HClO2=4ClO2↑+H++Cl-+2H2O
分解时,刚加入硫酸反应缓慢,随后突然反应释放出ClO2,这是因为( )
(A) 酸使亚氯酸的氧化性增强
(B) 溶液中的H+起催化作用
(C) 溶液中的Cl-起催化作用 (D) 逸出的ClO2使反应的生成物浓度降低
解析:对于(A)项,因反应为自身分解反应,亚氯酸的氧化性增强与否,与反应速率无关;(B)项若H+起催化作用,则开始时反应速率就应迅速;(C)项随反应进行,产生氯离子对反应起到催化作用,符合题意;(D)项ClO2逸出使反应正向进行,其他生成物浓度升高,而不是降低.答案:(C).
例9 氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成-1价的Cl和+6价的硫的反应速率如图3所示,已知这个反应随着溶液中c(H+)的增大而加快.
(1)为什么反应开始的一段时间反应速率加快?
(2)为什么反应后期反应速率下降?
解析:把问题(1)作为已知考查,开始时反应速率加快的可能因素有:①增大浓度,②加压,③升温,④加催化剂,联系题意排除②④,由于题意不涉及热量变化,故不考虑③,接下来考虑①,但题中无外加物,所以只考虑c(H+)的变化,c(H+)浓度增加会增强KClO3的氧化性,从而使反应速率加快.
答案:(1)2KClO3+6NaHSO3=3Na2SO4+2KCl+3H2SO4,溶液中c(H+)增大,化学反应速率加快.
(2)NaHSO3会与H2SO4反应使c(H+)和c(HSO-3)减小,化学反应速率变慢.
1.有关反应速率的问题
v=Δc/Δt,表示在Δt内化学反应的平均速率,不是瞬时速率.在同一反应中,用不同的物质来表示反应速率时,数值可以相同,也可以是不同的.这些数值所表示的都是同一反应速率.因此,表示反应速率时,必须说明用哪种物质作为标准.用不同物质来表示反应速率时,其比值一定等于化学方程式中的化学计量数之比.
例1 已知:4NH3+5O2=4NO+6H2O,若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)[mol/(L•min)]表示,则正确的关系式是( )
(A) 4/5v(NH3)=v(O2) (B) 5/6v(O2)=v(H2O)
(C) 2/3v(NH3)=v(H2O)(D) 4/5v(O2)=v(NO)
解析:将等式改成比例关系,(D)项v(O2)∶v(NO)=5∶4,故正确.答案:(D).
2.比较化学反应速率大小的方法
化学反应速率大小的比较容易弄错,现介绍两种比较方法,以确保不出差错.
(1)统一标准法:将某一物质表示的反应速率选定为比较标准,以其他物质表示的反应速率全部按上述换算方法换算成以同一物质表示的反应速率,然后直接依据数值大小比较化学反应速率的大小,但一定要注意单位相同.此方法很直观,易理解,一般用得较多.
(2)比较比值法:先求出不同的物质表示的反应速率比和化学方程式中相应物质的化学计量数之比,再比较两个比值的大小,确定表示反应速率的大小.例如:任一反应:
mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g),若v(A)∶
v(B)>m∶n,则以A表示的反应速率大;若v(A)
∶v(B)=m∶n,则以A、B表示的反应速率相等;若v(A)∶v(B)<m∶n,则以B表示的反应速率大.此方法计算较麻烦,在比较反应速率大小时也常使用.
例2 对于反应A(g)+3B(g)2C(g),下列各数据表示不同条件下的反应速率,其中反应进行得最快的是( )
(A) v(A)=0.01 mol/(L•s)
(B) v(B)=0.02 mol/(L•s)
(C) v(B)=0.60 mol/(L•min)
(D) v(C)=1.00 mol/(L•min)
解析:将各项换算为v(A)且以mol/(L•s)为单位进行比较:
v(A)[mol/(L•s)]
(A) []0.01
(B) v(B)=0.02 mol/(L•s) 0.02 3=1 150
(C) v(B)=0.6 mol/(L•min) 0.01 3=1 300
(D) v(C)=1.00 mol/(L•min) 0.50 60=1 120
答案:(A).
3.研究化学反应速率应注意的几个问题
(1)在整个化学反应过程中,反应不是以同样的速率进行的.因此,单位时间内反应物或生成物浓度的变化是指这段时间内化学反应的平均速率,而不是瞬时速率.
(2)由于物质间严格按照一定量的关系相互反应的,因此同一化学反应在同一时间间隔内的各物质的浓度变化不一定相等,同一化学反应中的不同物质反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比.虽然用不同物质的浓度变化来表示时,其数值不一定相等,但是这些数值所表示的意义是相同的.
(3)固体反应物颗粒大小可影响化学反应速率,但改变固体的量对化学反应速率的影响可以忽略不计.
(4)用单位时间内某一物质浓度的变化来表示的反应速率与化学平衡中的正、逆反应速率是不同的概念.例如,在2NO2N2O4平衡体系中,v(NO2)=0,但v(正)=v(逆)≠0,可见二者有本质区别.
例3 下列各组反应(表中物质均为反应物)中,反应刚开始时,放出氢气的速率最大的是( )
编号 金属(块状) 酸的浓度及体积 反应温度/℃
(A) 0.4 mol Mg 6 mol•L-1硝酸10 mL 60
(B) 0.3 mol Mg 3 mol•L-1盐酸40 mL 60
(C) 0.4 mol Fe 3 mol•L-1盐酸50 mL 60
(D) 0.1 mol Mg 3 mol•L-1硫酸10 mL 60
解析:依据金属的化学性质,金属镁的活动性大于铁的活动性,首先把(
C)选项排除;硝酸具有强氧化性,与金属反应不会放出氢气,排除(A)项;影响放出氢气的速率与固体镁的多少无关,只与溶液中H+浓度的大小有关,(
D)选项符合.
答案:(D).
例4 合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=
-92.4 kJ•mol-1,在反应过程中,正反应速率的变化如图1所示,下列说法正确的是( )
(A) t1升高了温度 〖WB]
(B) t2时使用了催化剂
(C) t3时降低了温度
(D) t4时减小了压强
解析:(A)项,升高温度,正反应速率应是突增后再逐渐增大的;
(C)项,降低温度,正反应速率应是突降后再逐渐减小的;(D)项,t4时对应的速率变化的条件应为减小NH3的浓度.减小压强,正反应速率应先突降再逐渐减小.答案:(B).
二、化学反应速率考点扫描
考点1:反应速率的计算
例5 反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在10 L的密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45 mol,则此反应的平均速率(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为( )
(A) v(NH3)=0.010 mol•L-1•s-1
(B) v(O2)=0.0010 mol•L-1•s-1
(C) v(NO)=0.0010 mol•L-1•s-1
(D) v(H2O)=0.045 mol•L-1•s-1
解析:由题意可计算:v(H2O)=
0.45 mol 30 s×10 L=0.0015
mol•L-1•s-1,且有:v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6,所以v(NH3)=0.0010 mol•L-1•s-1;v(NO)=0.0010 mol•L-1•s-1;v(O2)=0.00125 mol•L-1•s-1.答案:(C).
考点2:影响反应速率的因素
第1类:反应放热导致反应速率加快
例6 把除去氧化膜的镁条投入到盛有稀盐酸的试管中发现H2产生的速率变化如图2所示,其中t1~t2速率变化的主要原因是 ;t2~t3速率变化的主要原因是 .
解析:对液体反应物而言,导致速率变化的主要原因是浓度和温度,t1~t2速率增加应考虑温度影响,即反应放热;t2~t3速率减小应考虑浓度影响,即随着反应的进行稀盐酸浓度减小.
答案:t1~t2:该反应是放热反应,放出的热使温度升高,故反应速率加快;t2~t3:随着反应的进行稀盐酸浓度减小,反应速率减小.
第2类:反应物的浓度随反应进行而减小,使反应速率减小或停止反应
例7 向50 mL18 mol/L的H2SO4溶液中加入足量的铜片并加热,充分反应后,被还原的硫酸的物质的量是( )
(A) 等于0.90 mol(B) 大于0.45 mol,小于0.90mol
(C) 等于0.45mol(D) 小于0.45 mol
解析:“18 mol/L的H2SO4”即为浓硫酸,由Cu+2H2SO4(浓)〖FY(=〗△ 〖FY)〗 CuSO4+SO2↑+2H2O知2 mol H2SO4参加反应,被还原的H2SO4为1 mol,若50 mL×10-3 L/mL×18 mol/L=0.90 mol都参加反应,被还原的H2SO4应为0.45 mol.但浓硫酸随着反应的进行越来越稀,稀硫酸不能氧化铜,故0.90 mol硫酸不能完全反应,故被还原的硫酸的物质的量应小于0.45 mol.答案:(D).
第3类:生成物对化学反应起催化作用,加快反应速率
例8 亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂,在常温下不见光时可保存一年,但中酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解:
5HClO2=4ClO2↑+H++Cl-+2H2O
分解时,刚加入硫酸反应缓慢,随后突然反应释放出ClO2,这是因为( )
(A) 酸使亚氯酸的氧化性增强
(B) 溶液中的H+起催化作用
(C) 溶液中的Cl-起催化作用 (D) 逸出的ClO2使反应的生成物浓度降低
解析:对于(A)项,因反应为自身分解反应,亚氯酸的氧化性增强与否,与反应速率无关;(B)项若H+起催化作用,则开始时反应速率就应迅速;(C)项随反应进行,产生氯离子对反应起到催化作用,符合题意;(D)项ClO2逸出使反应正向进行,其他生成物浓度升高,而不是降低.答案:(C).
例9 氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成-1价的Cl和+6价的硫的反应速率如图3所示,已知这个反应随着溶液中c(H+)的增大而加快.
(1)为什么反应开始的一段时间反应速率加快?
(2)为什么反应后期反应速率下降?
解析:把问题(1)作为已知考查,开始时反应速率加快的可能因素有:①增大浓度,②加压,③升温,④加催化剂,联系题意排除②④,由于题意不涉及热量变化,故不考虑③,接下来考虑①,但题中无外加物,所以只考虑c(H+)的变化,c(H+)浓度增加会增强KClO3的氧化性,从而使反应速率加快.
答案:(1)2KClO3+6NaHSO3=3Na2SO4+2KCl+3H2SO4,溶液中c(H+)增大,化学反应速率加快.
(2)NaHSO3会与H2SO4反应使c(H+)和c(HSO-3)减小,化学反应速率变慢.