分析一个化学反应,需要从化学反应进行的方向、化学反应的快慢和化学反应进行的程度三个方面来分析,其中化学反应速率是很重要的知识衔接点,它是学习化学平衡的基础,内容繁杂,易错点多。本文通过分析概念、总结规律,帮助同学们理清解题思路,掌握相关重点,解决难点。
考点一 化学反应速率的计算
【例题】某温度下,在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B,发生反应3A(g)+bB(g)=(可逆号)cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0),12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
【解题分析】分析图像可知12 s内A的浓度变化为(0.8-0.2) mol·L-1=0.6 mol·L-1,反应速率v(A)===0.05 mol·L-1·s-1,A项错误;由图像知,12 s内B的浓度变化为(0.5-0.3) mol·L-1=0.2 mol·L-1,v(B)== mol·L-1·s-1,速率之比等于化学计量数之比,v(A)∶v(B)=3∶b=0.05∶,故b=1;v(A)∶v(C)=3∶c=0.05∶,故c=2,所以b∶c=1∶2,C项正确;12 s后达到平衡状态,A的消耗速率与B的生成速率与A、B的化学计量数成正比,即3∶1,B项错误;消耗3 mol A放热Q kJ,12 s内消耗A的物质的量为0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol,消耗1.2 mol A放出的热量为0.4Q kJ,D项错误。答案为C。
【点拨】化学反应速率的计算——“三段式”法
反应 mA(g)+nB(g)=(可逆号)pC(g)
起始浓度/mol·L-1 a b c
转化浓度/mol·L-1 x nx/m px/m
某时刻(t s)浓度/mol·L-1 a-x b-nx/m c+px/m
特别注意:用不同物质表示同一反应的速率时,速率之比等于各物质的化学计量数之比。
考点二 外界条件对化学反应速率的影响
【例题】[2019全国卷Ⅱ,27(3)]环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是____。
A.T1>T2
B.a点的反应速率小于c点的反应速率
C.a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D.b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L-1
【解题分析】由相同时间内环戊二烯浓度减小量越大,反应速率越快可知,T1<T2,A项错误;由曲线上a点的斜率可知,a点的反应速率大于c点的反应速率,B项错误;影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等,a点时温度较低(T1<T2)、但环戊二烯浓度较大,c点时温度较高、但环戊二烯浓度较小,故无法比较a点和c点的反应速率大小,B项错误;a点和b点温度相同、a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度,即a点的正反应速率大于b点的正反应速率,因为b点时反应未达到平衡,b点的正反应速率大于逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项正确;b点时,环戊二烯的浓度减小1.5-0.6=0.9 (mol·L-1),生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度减少量的,可知二聚体的浓度为0.45 mol·L-1,D项正确。答案为CD。
【点拨】(1)浓度对化学反应速率影响的易错点
对于固体或纯液体,其浓度可视为常数,其质量改变时不影响化学反应速率。增大其接触面积,才能加快反应速率。
(2)压强是否影响化学反应速率,取决于是否影响反应物的浓度。若充入“惰性”气体(指不与反应物、生成物发生化学反应的任何气体),常见的情形如下:
①恒容下充入,气体压强增大,但反应物浓度不变,故反应速率不变。
②恒压下充入,气体压强不变,但体积增大,反应物浓度减小,反应速率减小。
考点三 有效碰撞理论
【例题】下列说法正确的是 ( )
A.增大反应物浓度,可增大单位体积内活化分子的百分数,从而使有效碰撞次数增加
B.对于有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的体积),可增大活化分子的百分数,从而使反应速率增大
C.改变条件能使化学反应速率增大的主要原因是增大了反应物分子中活化分子的有效碰撞几率
D.对于反应2NO(g)+Br2(g)=(可逆号)2NOBr(g) ΔH=-a kJ·mol-1(a>0),正反应的活化能比逆反应的活化能大a kJ·mol-1
【解题分析】增大反应物浓度、增大气体反应物的压强都会使单位体积内活化分子数增加,但由于反应物分子的平均能量和发生反应所需能量(即活化能)都未发生变化,所以活化分子的百分数并未改变。A项、B项均错误;改变条件使化学反应速率增大,主要靠增加活化分子的百分数或增加单位体积内活化分子的总数,从而增加有效碰撞次数,C项正确;由于该反应为放热反应,说明反应物的总能量高于生成物的总能量,所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol-1,D项错误。答案为C。
【点拨】活化分子、有效碰撞与反应速率的关系: