2019届一轮复习鲁科版7-3化学反应的速率化学反应条件的优化——工业合成氨教案 11页

第3节　化学反应的速率　化学反应条件的优化——工业合成氨 考纲定位 全国卷5年考情 ‎1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。‎ ‎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、生产和科研领域中的重要作用。‎ ‎2017年：Ⅰ卷T27(1)；Ⅱ卷T27(2、3)‎ ‎2016年：Ⅲ卷T27(2)‎ ‎2015年：Ⅰ卷T27(1)、T28(4)‎ ‎2014年：Ⅰ卷T9；Ⅱ卷T26(1、2)‎ ‎2013年：Ⅰ卷T28(3)‎ 考点1| 化学反应速率的有关计算 ‎(对应学生用书第140页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1．化学反应速率 提醒：(1)化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬间速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。(2)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。　(3)不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率，因为固体或纯液体物质的浓度视为常数。‎ ‎2．化学反应速率与系数的定量规律 对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋q D(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的系数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q或v(A)＝v(B)＝v(C)＝v(D)。‎ ‎[应用体验]‎ 在‎2 L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。 ‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)该反应的反应物和生成物分别是 ______________________________，‎ 化学反应方程式为____________________________________________。‎ ‎(2)0～10 s的平均反应速率v(H2)＝________________________；‎ v(HI)＝____________________。‎ ‎(3)根据上述反应速率数值，分析用不同物质表示同一化学反应在同一时间内，化学反应速率值是否必须相同？‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(4)能否用I2(s)表示该反应的反应速率，为什么？‎ ‎_________________________________________________________________。‎ ‎【提示】　(1)H2、I2和HI　H2(g)＋I2(s)2HI(g)‎ ‎(2)0.039 5 mol·L－1·s－1　0.079 mol·L－1·s－1‎ ‎(3)同一化学反应在同一时间内，用不同物质表示的化学反应速率值可能相同，也可能不同，但表示的意义都相同，并且化学反应速率之比等于系数之比 ‎ ‎(4)不可以。因为对于有固体或纯液体参加的反应，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率 ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　“三段式”突破化学反应速率的有关计算 ‎1．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)2N2‎ ‎(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的‎2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是(　　)‎ A．v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1‎ B．v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1‎ C．v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1‎ D．v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1‎ C　[　　设4 min后，生成6x mol H2O(g)‎ ‎　　　　　　4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　n(总)‎ 起始(mol) 4 3 0 0 7‎ 变化(mol) 4x 3x 2x 6x ‎4 min后(mol) 4－4x 3－3x 2x 6x 7＋x 据题意，有×100%＝40%，解得：x＝0.5，‎ 则4 min内H2O的变化浓度为Δc(H2O)＝＝1.5 mol·L－1，v(H2O)＝＝0.375 mol·L－1·min－1，再由各物质表示的速率之比等于各物质的系数之比，可得各物质表示的反应速率分别为v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1，v(O2)＝0.187 5 mol·L－1·min－1。]‎ ‎2．将2 mol X和2 mol Y充入‎2 L密闭容器中发生如下反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)，2 min后达到平衡时生成0.8 mol Z，测得Q的浓度为0.4 mol·L－1，下列叙述错误的是(　　) ‎ ‎【导学号：95160216】‎ A．a的值为2‎ B．平衡时X的浓度为0.2 mol·L－1‎ C．Y的转化率为60%‎ D．反应速率v(Y)＝0.3 mol·(L·min)－1‎ B　[　　　　　　　　X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)‎ 始态/(mol·L－1)　　　 1　　　1　　　　0　　　0‎ 反应的量/(mol·L－1) 0.2 0.6 0.4 0.4‎ 终态/(mol·L－1) 0.8 0.4 0.4 0.4‎ 由已知量(无下划线)可求出其他未知量(带下划线)，在做这种类型的题时，一定要注意，方程式中的量要统一，一般用物质的量浓度。‎ A项，2∶a＝0.4∶0.4，a＝2；B项，[X]＝0.8 mol·L－1；C项，α(Y)＝×100%＝60%；D项，v(Y)＝＝0.3 mol·(L·min)－1。]‎ ‎[思维建模]　“三段式”求算v(X)、α的模板 根据已知条件列方程式计算。‎ 例如，反应　　　　　mA　＋　nB　　pC ‎①t0 s/mol·L－‎1 a b 0‎ ‎②转化/mol·L－1 x ‎③t1 s/mol·L－‎1 a－x b－ v(A)＝，v(B)＝，v(C)＝，‎ α(A)＝×100%。‎ 命题点2　化学反应速率的换算与快慢比较 ‎3．已知反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则下列正确的关系是(　　)‎ A．4v(NH3)＝5v(O2)‎ B．5v(O2)＝6v(H2O)‎ C．2v(NH3)＝3v(H2O)‎ D．4v(O2)＝5v(NO)‎ D　[根据＝＝＝可判断。]‎ ‎4．(2018·长沙模拟)反应A(g)＋3B(g)===‎2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为 ‎①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1‎ ‎②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1‎ ‎③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1‎ ‎④v(D)＝0.45 mol·L－1 ·s－1‎ 下列有关反应速率的比较中正确的是(　　)‎ ‎ 【导学号：95160217】‎ A．④＞③＝②＞① B．①＞④＞②＝③‎ C．①＞②＞③＞④ D．④＞③＞②＞①‎ B　[可用比值法进行反应速率大小比较，＝0.45 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.225 mol·L－1·s－1，故①＞④＞②＝③，B项正确。]‎ ‎[方法技巧]　化学反应快慢的比较法 ‎(1)同一物质比较法。换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。‎ ‎(2)比值比较法。比较化学反应速率与系数的比值，即对于一般反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，比较与，若>，则A表示的化学反应速率比B表示的大。‎ 注：单位必须统一 ‎(2016·北京西城调研)向体积为‎2 L的固定密闭容器中通入3 mol X气体，在一定温度下发生如下反应：2X(g)Y(g)＋3Z(g)。经5 min后反应达到平衡，此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍，则用Y表示的化学反应速率为________，X的转化率为________，Z的平衡浓度为________。‎ ‎【解析】　　　　　2X(g)Y(g)＋3Z(g)‎ n(始)/mol 3 0 0‎ Δn/mol x x n(末)/mol 3－x x 由题意：＝1.2‎ 故x＝0.6，‎ 所以v(Y)＝＝0.03 mol/(L·min)，‎ α(X)＝×100%＝20%, ‎ c(Z)＝＝0.45 mol/L。‎ ‎【答案】　0.03 mol/(L·min)　20%　0.45 mol/L 考点2| 化学反应速率的影响因素 ‎(对应学生用书第141页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ ‎1．化学反应速率的影响因素 ‎(1)内因(主要因素)‎ 反应物本身的性质，如Na、Mg、Al与水反应的速率由大到小的顺序为：Na>Mg>Al。‎ ‎(2)外因(其他条件不变，只改变一个条件)‎ ‎2．有效碰撞理论解释反应速率的影响因素 ‎(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：如图所示 a．图中：E1为正反应的活化能，E3为使用催化剂时的活化能，E2‎ 为逆反应的活化能，反应热ΔH为E1－E2。‎ b．使用催化剂可降低活化能，但焓变ΔH不变。‎ ‎③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。‎ ‎(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 提醒：(1)升高温度正反应速率和逆反应速率都加快，但加快的程度不同；降低温度正反应速率和逆反应速率都减慢，但减慢的程度不同，吸热反应的反应速率总是受温度影响大。　(2)对于固体和纯液体反应物，其浓度可视为常数，改变用量速率不变。　(3)对于向容器中通入“惰性气体”应注意：‎ ‎①恒温恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变 ‎②恒温恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小 ‎[应用体验]‎ ‎(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁________铝(填“大于”“小于”或“等于”)。‎ ‎(2) 对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？(填“增大”“减小”或“不变”)‎ ‎①升高温度：________；②增大盐酸浓度：________；‎ ‎③增大铁的质量：________；④增加盐酸体积：________；‎ ‎⑤把铁片改成铁粉：________；⑥滴入几滴CuSO4溶液：________；⑦加入NaCl固体：________；⑧增大压强：________。‎ ‎(3)对于(2)中反应，若将反应中的稀盐酸改为浓H2SO4，产生H2的速率是否加快？________(填“是”或“否”)。‎ ‎(4)在一定温度下，一定体积的恒容体系中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3‎ ‎(g)，若向体系中通入氖气，则化学反应速率如何变化？________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎【提示】　(1)小于 ‎(2)①增大　②增大　③不变　④不变　⑤增大　⑥增大　⑦不变　⑧不变　(3)否　(4)不变 ‎[高考命题点突破]‎ 命题点1　化学反应速率的影响因素分析 ‎1．在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＜0，下列说法正确的是(　　)‎ A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2(g)，反应速率一定加快 B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快 C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快 D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，再次平衡时反应速率一定加快 A　[增加反应物的浓度，反应速率加快，A项正确；加入氮气，因为容器体积不变，反应体系中各气体的浓度不变，故反应速率不变，B项错误；保持压强不变，加入氮气，容器体积增大，反应体系中各气体的浓度减小，反应速率减小，C项错误；保持压强不变，再次充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，则容器容积增大为原来的2倍，再次平衡反应体系中各气体的浓度不变，反应速率不变，D项错误。]‎ ‎2．在不同浓度(c)、温度(T)条件下，蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是(　　)‎ c /(mol·L－1)‎ v /(mol·L－1·min－1)‎ T/K ‎0.600‎ ‎0.500‎ ‎0.400‎ ‎0.300‎ ‎318.2‎ ‎3.60‎ ‎3.00‎ ‎2.40‎ ‎1.80‎ ‎328.2‎ ‎9.00‎ ‎7.50‎ a ‎4.50‎ b ‎2.16‎ ‎1.80‎ ‎1.44‎ ‎1.08‎ A．a＝6.00‎ B．同时改变反应温度和蔗糖的浓度，v可能不变 C．b＜318.2‎ D．不同温度时，蔗糖浓度减少一半所需的时间相同 D　[分析328.2 K的瞬时速率与浓度的关系成正比，则0.600/0.400＝9.00/a，a＝6.00，A项正确；从题给数据看，浓度越大、温度越高，反应速率越快，当增大浓度同时降低温度时，瞬时反应速率可能会不变，B项正确；浓度不变时，b K下反应速率低于318.2 K下的反应速率，故b＜318.2，C项正确；题给数据是瞬时速率而不是平均速率，故不能作为判断所用时间的依据，D项错误。]‎ ‎3.把在空气中久置的铝片‎5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率v与反应时间t可用如图坐标曲线来表示。‎ 下列推论错误的是(　　) ‎ ‎【导学号：95160218】‎ A．O～a段不产生氢气是因为表面的氧化物隔离了铝和硫酸溶液 B．b～c段产生氢气的速率增加较快的主要原因之一是温度升高 ‎ C．t>c时产生氢气的速率降低主要是因为溶液中c(H＋)降低 D．t＝c时反应处于平衡状态 D　[铝片与硫酸的反应不是可逆反应，不存在化学平衡。]‎ 命题点2　“控制变量法”探究反应速率的影响 ‎4．(2018·衡水模拟)为研究硫酸铜的量对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响，某同学设计了如下一系列实验。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，记录获得相同体积的气体所需时间。下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　实验 混合溶液　　‎ A B C D E F ‎4 mol·L－1H2SO4溶液/mL ‎30‎ V1‎ V2‎ V3‎ V4‎ V5‎ 饱和CuSO4溶液/mL ‎0‎ ‎0.5‎ ‎2.5‎ ‎5‎ V6‎ ‎20‎ H2O/mL V7‎ V8‎ V9‎ V10‎ ‎10‎ ‎0‎ A．V1＝30，V6＝10‎ B．反应一段时间后，实验A、E中的金属呈暗红色 C．加入MgSO4与Ag2SO4可以起与硫酸铜相同的加速作用 D．硫酸铜的量越多，产生氢气的速率肯定越快 A　[研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，硫酸的体积、物质的量应相同，由A、F可知溶液的总体积为30 mL＋20 mL＝50 mL，V1＝30，V6＝50－30－10＝10，A正确；实验A中没有加入硫酸铜溶液，不会出现暗红色，B错误；MgSO4与Zn不能反应置换出Mg，也就不能形成原电池，C错误；硫酸铜溶液的量太多，产生大量的铜覆盖在锌粒表面，反应速率反而减慢，D错误。]‎ ‎5．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：‎ ‎ 【导学号：95160219】‎ 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_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎【解析】　实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx＝2.0 mL。‎ ‎【答案】　2.0　保证反应物K2S2O8浓度的改变，而其他物质浓度不变 ‎[思维建模]　“控制变量法”的思维模板 反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是 (　　)‎ ‎①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入Ne使容器体积变大 A．①④　　　　　　　 B．②③‎ C．①③ D．②④‎ C　[增大固体的量，不改变反应速率，恒T、V条件下充入“惰性气体”，组分浓度不变，反应速率不变。]‎