化学反应速率

[教材知识层面]

1．表示方法：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表示。

2．表达式：v＝Δc/Δt，单位：mol·L^－1·s^－1或mol·L^－1·min^－1。如在密闭容器中，合成氨的反应N₂＋3H₂2NH₃，开始时c(N₂)＝8 mol/L,2 min后c(N₂)＝4 mol/L，则用N₂表示的化学反应速率为2_mol·L^－1·min^－1。

3．化学反应速率与化学计量数关系

对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(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计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

[高考考查层面]

命题点1　化学反应速率的理解与计算

1．理解化学反应速率要注意以下几点

(1) 化学反应速率一般指平均速率而不是某一时刻的瞬时速率，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表示化学反应速率，因为固体或纯液体的浓度视为常数。

2．计算化学反应速率的常用方法

(1)定义式法：根据“v＝Δc/Δt”进行计算。

(2)比例式法：根据“化学反应速率之比等于化学计量数之比”进行计算。

(3)三段式法：具体步骤如下。

①写出有关反应的化学方程式。

②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。

③根据已知条件列方程式计算。

例如，反应　 　　  mA　＋nBpC

t₀时刻浓度/mol·L^－1　a　　　b　　　0

转化浓度/mol·L^－1　　x　　　eq \f(nx,m)　 　eq \f(px,m)

t₁时刻浓度/mol·L^－1　a－x　b－eq \f(nx,m)　 eq \f(px,m)

则：v(A)＝eq \f(x,t₁－t₀) mol/(L·s)、

v(B)＝eq \f(nx,m(t₁－t₀)) mol/(L·s)、

v(C)＝eq \f(px,m(t₁－t₀)) mol/(L·s)。

[典题示例]

1．下列关于化学反应速率的说法正确的是(　　)

A．化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物或生成物的浓度变化量

B．化学反应速率是指某一时刻，某种反应物的瞬时速率

C．在反应过程中，反应物的浓度逐渐减少，所以用反应物表示的化学反应速率为负值

D．同一反应，用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比

解析：选D　化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物的浓度增加量来表示。固体和纯液体的浓度为常数，不用来表示速率，所以A错。反应物浓度的减少量或生成物的浓度增加量，都为正值，所以反应速率都为正值，C错。化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率，所以B错。

2．将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L容器中混合，一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L^－1，现有下列说法：

①用物质A表示的反应速率为0.3 mol·L^－1·s^－1　②用物质B表示的反应速率为0.6 mol·L^－1·s^－1　③2 s时物质A的转化率为70%　④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L^－1。其中正确的是(　　)

A．①③　　　　　　　　　                  B．①④

C．②③                                                D．③④

解析：选B　由题意知，2 s时C的浓度为0.6 mol·L^－1，根据化学方程式中化学计量数之比可知，B的变化浓度为0.3 mol·L^－1，进而确定2 s时B的浓度是1 mol·L^－1－0.3 mol·L^－1＝0.7 mol·L^－1，④正确；A的变化浓度为0.6 mol·L^－1，从而求出A的转化率为30%，③错误；用C表示的反应速率为0.3 mol·L^－1·s^－1，可推知用A表示的反应速率为0.3 mol·L^－1·s^－1，①正确；用B表示的反应速率为0.15 mol·L^－1·s^－1，②错误。

命题点2　化学反应速率的比较

由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。

(1)先看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。

(2)再用转化同一物质法(或比值法)进行比较。

①转化同一物质法：将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。

②比值法：用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA＋nB===pC＋qD，若eq \f(v(A),m)＞eq \f(v(B),n)，则反应速率A＞B。

[典题示例]

1．已知反应4CO＋2NO₂N₂＋4CO₂在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是(　　)

A．v(CO)＝1.5 mol·L^－1·min^－1

B．v(NO₂)＝0.7 mol·L^－1·min^－1

C．v(N₂)＝0.4 mol·L^－1·min^－1

D．v(CO₂)＝1.1 mol·L^－1·min^－1

解析：选C　换算成同一物质再比较，如以N₂为标准，A、B、D项分别换算为0.375 mol·L^－1·min^－1、0.35 mol·L^－1·min^－1、0.275 mol·L^－1·min^－1，所以最快的为C项。

2．(2015·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·s)

②v(B)＝0.6 mol/(L·s)　③v(C)＝0.4 mol/(L·s)

④v(D)＝0.45 mol/(L·s)。下列有关反应速率的比较中正确的是(　　)

A．④>③＝②>①                                 B．①>④>②＝③

C．①>②>③>④                                   D．④>③>②>①

解析：选B　可用比值法进行反应速率大小比较，eq \f(v(A),1)＝0.45 mol/(L·s)；eq \f(v(B),3)＝eq \f(0.6,3)＝0.2 mol/(L·s)；eq \f(v(C),2)＝eq \f(0.4,2)＝0.2 mol/(L·s)；eq \f(v(D),2)＝eq \f(0.45,2)＝0.225 mol/(L·s)，故①>④>②＝③，B项正确。

[考点达标层面]

1．对于反应A₂＋3B₂===2AB₃来说，下列反应速率中表示该反应进行得最快的是(　　)

A．v(A₂)＝0.6 mol/(L·s)

B．v(B₂)＝2.7 mol/(L·min)

C．v(AB₃)＝12 mol/(L·min)

D．v(A₂)＝6 mol/(L·min)

解析：选A　A项，可表示为v(A₂)＝36 mol/(L·min)；B项，经转化可表示为v(A₂)＝0.9 mol/(L·min)；C项，经转化可表示为v(A₂)＝6 mol/(L·min)，故A项符合要求。

2．(2015·安庆质检)将等物质的量的A、B混合放于2 L 的密闭容器中，发生反应3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)。经 5 min 后达到平衡，平衡时测得D的浓度为 0.5 mol/L，c(A)∶c(B)＝3∶5，v(C)＝0.1 mol/(L·min)。则：

(1)x＝________。

(2)前5 min 内B的反应速率v(B)＝________。

(3)平衡时A的转化率为________________。

(4)若用①v(A)＝12 mol/(L·min)、②v(C)＝0.1 mol/(L·s)分别表示该反应速率，则反应速率较快的是________(填序号)。

解析：(1)v(D)＝eq \f(0.5 mol/L,5 min)＝0.1 mol/(L·min)＝v(C)，由此推知x＝2。

(2)v(B)＝eq \f(v(C),2)＝eq \f(0.1 mol/(L·min),2)＝0.05 mol/(L·min)。

(3)　　　　　　3A(g)　＋　B(g)2C(g)＋2D(g)

起始(mol/L)　　　a　　　　a　　　　0　　0

转化(mol/L)　　0.75　　　　0.25　　0.5　 0.5

平衡(mol/L)　 a－0.75　　a－0.25　 0.5　 0.5

(a－0.75)∶(a－0.25)＝3∶5，解得：a＝1.5，

A的转化率＝eq \f(0.75 mol/L×2 L,1.5 mol/L×2 L)×100%＝50%。

(4)v(C)＝0.1 mol/(L·s)×60＝6 mol/(L·min)，根据速率之比等于计量数之比可知：该情况下v(A)＝9 mol/(L·min)<12 mol/(L·min)，①较快。

答案：(1)2　(2)0.05 mol/(L·min)　(3)50%　(4)①