第六章 化学反应与能量第二节 化学反应的速率与限度【学习目标】 1.了解化学反应速率的概念和表示方法，并能进行简单计算。2.理解影响化学反应速率的因素及规律，并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。3.学会运用变量控制研究影响化学反应速率的方法。4.了解可逆反应及特点。5.理解化学平衡状态的特征及标志，知道改变条件化学平衡会发生移动。6.了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。【基础知识】一、化学反应速率1、表示方法：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的 减少量 或生成物浓度的 增加量 (均取正值)来表示。2、表达式：v＝，单位 mol/(L·min) 或 mol/(L·s) 。3、化学反应速率的影响因素（1）浓度：增大反应物浓度，化学反应速率 增大 。（2）温度：升高温度，化学反应速率 增大 。（3）压强：对于气体参加的反应，增大压强，气体反应物浓度 增大 ，化学反应速率增大 。（4）催化剂：催化剂可以改变化学反应速率，一般加快反应速率。（5）其他：反应物状态、固体的 表面积 、溶剂、光照等。4、温度对化学反应速率的影响实验操作试管中均为 2 mL 5%的 H2O2溶液，同时滴入 2 滴 FeCl3溶液实验现象①产生气泡速率 最慢②产生气泡速率 较快③产生气泡速率 最快实验结论其他条件相同时，升高温度，化学反应速率 增大 ，降低温度，化学反应速率 减小5、催化剂对化学反应速率的影响实验操作实验现象①有 少量 气泡出现②产生 大量 气泡③产生 大量 气泡实验结论MnO2、FeCl3可以使 H2O2分解的速率 加快6、压强对化学反应速率的影响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)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图所示)。（1）恒容时： 增大 压强――→体积 缩小 ――→反应速率 增大 。（2）气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响（3）恒容：充入“惰性气体”―→总压 增大 ―→反应物浓度 不变 ―→反应速率 不变 。（4）恒压：充入“惰性气体”―→体积 增大 ―→反应物浓度 减小 ―→反应速率 减小。 二、化学反应的限度1、可逆反应（1）概念：在同一条件下 正反应 方向和 逆反应 方向均能进行的化学反应。（2）特点：①反应不能进行 到底 ；②在一定条件下 反应物 与 生成物 同时存在；③正、逆反应方向 同时 进行。2、化学平衡（1）化学平衡的建立①浓度对速率的影响的角度：在一定条件下，向反应容器中加入 N2和 H2，发生反应：N2＋3H22NH3。浓度 速率变化 v正、v逆关系开始反应物浓度最大 v正最大v正＞v逆生成物浓度最小 v逆最小变化反应物浓度减小 v正减小v正＞v逆生成物浓度增大 v逆增大平衡反应物浓度不变 v正不变v正＝v逆≠0生成物浓度不变 v逆不变②利用速率—时间(vt)图像分析：（2）化学平衡状态的概念：在一定条件下，当反应进行到一定程度时， 正反应速率 与 逆反应速率 相等，反应物的 浓度 和生成物的 浓度 都不再改变，达到一种表面静止的状态，称之为 化学平衡 状态。（3）化学反应的限度是指可逆反应在一定条件下所能达到或完成的 最大 程度，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下转化为生成物的最大 转化率 。（4）转化率＝×100%。（5）影响因素：改变反应条件，可以在一定程度上改变该反应的化学 平衡 状态。三、化学反应条件的控制1、化学反应条件的控制（1）目的：促进 有利 的化学反应，抑制 有害 的化学反应。（2）基本措施 ①改变化学反应速率：改变反应体系的 温度 、物质的 浓度 、气体的 压强 、固体的 表面积 以及催化剂的合理使用等。②改变可逆反应进行的限度：改变 可逆反应 体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。（3）考虑因素：控制反应条件的成本和实际可能性。2、提高煤的燃烧效率（1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉目的是增大与空气中 O2的 接触面积 ，煤粉燃烧 更充分 ，反应速率快；通入适当过量的空气可以使煤粉充分燃烧，生成 CO2，放出更多的热量；若空气不足，会造成煤燃烧不完全，生成 CO，产生热量减少，且会造成污染。（2）选择保温隔热且耐热的炉灶材料的主要目的是 防止 热量散失。（3）充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过 热交换 装置，供其他方面使用。【考点剖析】考点一　化学反应速率的概念及表示方法1.下列对化学反应速率的理解正确的是(　　)A.化学反应速率表示的是化学反应进行的程度B.化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示C.化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物来表示D.化学反应速率可以是正值，也可以是负值答案　B解析　A 项，化学反应速率表示化学反应进行的快慢，不表示反应进行的程度，错误；B 项，化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少量来表示，也可以用单位时间内生成物浓度的增加量来 表示，正确；C 项，化学反应速率不能用纯液体或纯固体的物质的量浓度的变化来表示，错误；D 项，化学反应速率都是正值，无负值，错误。2.一定条件下反应 N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)在 10 L 的密闭容器中进行，测得 2 min 内，N2的物质的量由 20 mol 减小到 8 mol，则 2 min 内 N2的反应速率为(　　)A.1.2 mol·L－1·min－1B.6 mol·L－1·min－1C.0.6 mol·L－1·min－1D.0.4 mol·L－1·min－1答案　C解析　2 min 内，N2的物质的量由 20 mol 减小到 8 mol，则 Δc＝＝1.2 mol·L－1，则 2 min 内 N2的反应速率为v＝＝＝0.6 mol·L－1·min－1，故选 C。3.反应 4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)经 2 min 后，B 的浓度减少了 0.6 mol·L－1。下列说法正确的是(　　)A.用 A 表示的化学反应速率是 0.4 mol·L－1·min－1B.分别用 B、C、D 表示化学反应速率，其比是 3∶2∶1C.在 2 min 末的反应速率用 B 表示是 0.3 mol·L－1·min－1D.在这 2 min 内 B 和 C 两物质的浓度都减小答案　B解析　A 为固体，浓度不变，不能用单位时间内的浓度变化量来表示反应速率，A 项错误；同一反应中用各物质表示的反应速率，其数值之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比，B 项正确；2 min 内，B 的浓度减少 0.6 mol·L－1，用 B 表示的 2 min 内的平均反应速率是 0.3 mol·L－1·min－1，而不是 2 min 末的瞬时速率，C 项错误；随着反应的进行，反应物 B 的浓度降低，生成物 C 的浓度增大，D 项错误。4.已知 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，则正确的关系式为(　　)A.4v(NH3)＝5v(O2) B.5v(O2)＝6v(H2O)C.2v(NH3)＝3v(H2O) D.4v(O2)＝5v(NO)答案　D解析　在同一化学反应里，各物质的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。A 选项应为5v(NH3)＝4v(O2)；B 选项应为 6v(O2)＝5v(H2O)；C 选项应为 3v(NH3)＝2v(H2O)。考点二　化学反应速率的计算及运用数值比较反应快慢5.在 2A(g)＋B(g)3C(g)＋4D(g)反应中，表示该反应速率最快的是(　　)A.v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1B.v(B)＝0.3 mol·L－1·s－1C.v(C)＝0.8 mol·L－1·s－1D.v(D)＝1 mol·L－1·s－1答案　B解析　用反应速率判断反应快慢时，首先把各物质的反应速率除以其化学方程式中的化学计量数：A 选项＝0.25 mol·L－1·s－1，B 选项＝0.3 mol·L－1·s－1，C 选项＝ mol·L－1·s－1，D 选项＝0.25 mol·L－1·s－1；然后比较大小，B 选项最大。6.某温度下，浓度都是 1 mol·L－1的两种气体 X2和 Y2，在密闭容器中反应生成气体 Z。反应 2 min后，测得参加反应的 X2为 0.6 mol·L－1，用 Y2表示的反应速率v(Y2)＝0.1 mol·L－1·min－1，生成的c(Z)为 0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式是(　　)A.X2＋2Y2===2XY2 B.2X2＋Y2===2X2YC.3X2＋Y2===2X3Y D.X2＋3Y2===2XY3答案　C解析　用 X2表示的反应速率为v(X2)＝＝0.3 mol·L－1·min－1。用 Z 表示的反应速率为v(Z)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。根据 X2、Y2和 Z 反应速率之比即化学方程式中相应物质的化学计量数之比，则v(X2)∶v(Y2)∶v(Z)＝0.3 mol·L－1·min－1∶0.1 mol·L－1·min－1∶0.2 mol·L－1·min－1＝3∶1∶2。根据原子守恒，可确定 Z 的化学式为 X3Y。故可得出反应的化学方程式为 3X2＋Y2===2X3Y。考点三　影响化学反应速率的因素7.盐酸与块状 CaCO3反应时，不能使反应最初的速率明显加快的是(　　)A.将盐酸的用量增加一倍B.盐酸的浓度增加一倍，用量减半C.温度升高 30 ℃D.将块状 CaCO3粉碎后再与盐酸反应答案　A 解析　影响化学反应速率的因素有浓度、温度、催化剂、固体物质状态等，将盐酸的用量增加一倍，但浓度不变，故不能明显加快反应速率，故 A 正确；B、C、D 三项中条件都可加快反应速率。8.相同温度下，有关反应速率的下列说法中正确的是(　　)A.0.1 mol·L－1盐酸和 0.1 mol·L－1硫酸与 2 mol·L－1 NaOH 溶液反应的速率相同B.大理石块和大理石粉与 0.1 mol·L－1盐酸反应的速率相同C.等量的镁粉、铝粉和 0.1 mol·L－1盐酸反应的速率相同D.0.1 mol·L－1盐酸和 0.1 mol·L－1硝酸与相同形状和大小的大理石反应的速率相同答案　D解析　A 选项是酸碱中和，硫酸的 H＋浓度是盐酸 H＋浓度的 2 倍，所以速率不同；B 选项中大理石块与盐酸接触面积小，反应慢；C 选项中 Mg 比 Al 活泼，反应速率快。9.下列各组反应(表中物质均为反应物)，反应刚开始时，放出 H2的速率最大的是(　　)选项金属(粉末状)酸的浓度体积反应温度A 0.1 mol Mg6 mol·L－1 硝酸10mL60 ℃B 0.1 mol Mg3 mol·L－1盐酸10mL60 ℃C 0.1 mol Fe3 mol·L－1盐酸10mL60 ℃D 0.1 mol Mg3 mol·L－1硫酸10mL60 ℃答案　D解析　金属与硝酸反应不产生 H2，排除 A 项；Fe 不如 Mg 活泼，排除 C 项；其他两项中只比较c(H＋)即可，显然 3 mol·L－1盐酸中c(H＋)小于 3 mol·L－1硫酸中c(H＋)，因此 D 项放出 H2的速率最大。10.为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为 CO 和 H2，再将它们转化为甲醇，某实验人员在一定温度下的密闭容器中，充入一定量的 H2和 CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)，测定的部分实验数据如下：t/s 05001 000c(H2)/mol·L－15.003.522.48c(CO)/mol·L－12.50 (1)在 500 s 内用 H2表示的化学反应速率是_________________________________________。(2)在 1 000 s 内用 CO 表示的化学反应速率是_______________________________________。(3)在 500 s 时生成的甲醇的浓度是________________________________________________。答案　(1)2.96×10－3 mol·L－1·s－1(2)1.26×10－3 mol·L－1·s－1(3)0.74 mol·L－1考点四　可逆反应的特点11.下列各组反应中，属于可逆反应的一组是(　　)A.2H2O=====2H2↑＋O2↑，2H2＋O2=====2H2OB.NH3＋CO2＋H2O===NH4HCO3，NH4HCO3=====NH3↑＋CO2↑＋H2OC.H2＋I2=====2HI,2HI=====H2＋I2D.2Ag＋Br2=====2AgBr,2AgBr=====2Ag＋Br2答案　C解析　可逆反应必须是在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，A、B、D 三项中反应条件不同，都不是可逆反应，只有 C 满足条件，故选 C。12.2 mol H2和 3 mol I2蒸气在持续加热的条件下进行：I2(g)＋H2(g)2HI(g)，充分反应后HI 的物质的量可能是(　　)A.4 mol B.小于 4 molC.6 mol D.大于 6 mol答案　B解析　I2蒸气过量，2 mol H2若完全反应，可转化为 4 mol HI，由于该反应为可逆反应，H2的转化率小于 100%，故反应后 HI 的物质的量小于 4 mol。考点五　化学平衡状态和限度 13.下列有关化学反应限度的说法不正确的是(　　)A.任何可逆反应的进程都有一定限度B.提高反应的限度可以提高反应物的利用率C.化学平衡状态是指一定条件下进行的可逆反应达到的最大限度D.化学反应达到最大限度时，可逆反应的正、逆反应速率为零答案　D解析　在一定条件下的可逆反应，当达到最大限度时，反应就达到平衡状态，此时反应的正、逆反应速率相等，但不为零，是动态平衡，故选 D 项。14.向一密闭容器中放入 1 mol X，进行可逆反应 2X(g)3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是(　　)A.t1时，只有正反应B.t2～t3时，反应不再发生C.t2时，容器内有 1.5 mol YD.t2～t3时，X、Y 的物质的量均没有发生变化答案　D解析　t1时，v正＞v逆＞0，正、逆反应都在发生，A 项错误；t2～t3时，v正＝v逆＞0，反应并未停止，B 项错误；该反应为可逆反应，1 mol X 不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内 Y 的物质的量小于 1.5 mol，C 项错误；t2～t3时为化学平衡状态，X、Y 的物质的量均不发生变化，D 项正确。15.下列对于可逆反应 2M(g)＋N(g)2P(g)达到平衡时的说法正确的是(　　)A.M、N 全部变成了 PB.反应已经停止C.反应混合物中各组分的浓度不再改变D.反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)一定等于 2∶1∶2答案　C解析　可逆反应的转化率达不到 100%，即 M、N 不可能全部变成 P，A 项错误；平衡时正、逆反应速率相等，但不为 0，即反应没有停止，B 项错误；平衡时反应混合物中各组分的浓度不再改变，C 项正确；平衡时反应混合物中c(M)∶c(N)∶c(P)不一定等于 2∶1∶2，D 项错误。考点六　化学平衡状态的判断16.一定条件下的可逆反应 2NO2(红棕色)2NO(无色)＋O2(无色)，在恒压密闭容器中充入 NO2，达到化学平衡状态的标志是(　　)A.反应停止了B.NO 的正反应速率与 O2的逆反应速率相等C.c(NO)∶c(O2)＝2∶1D.气体的颜色不再变化答案　D解析　A 项，反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，故错误；B 项，NO 的正反应速率与 O2的逆反应速率之比为 2∶1 时才能确定反应达到平衡状态，故错误；C 项，c(NO)∶c(O2)始终是 2∶1，不能作为判断是否达到平衡的依据，故错误；D 项，混合气体的颜色不再改变，说明 NO2气体的浓度不变，达到平衡状态，故正确。17.在一定条件下，使一定量的 A 和 B 气体混合发生反应 2A(g)＋3B(g)4C(g)。下列描述中，说明反应已达到平衡状态的是(　　)A.各物质的浓度之比c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶3∶4B.混合气体中各物质的浓度相等C.单位时间内，消耗a mol A 物质的同时消耗 2a mol C 物质D.混合气体的体积是反应开始前的答案　C解析　化学平衡状态时，各组分浓度保持不变，不是浓度相等；用不同物质的反应速率表示达到平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比为化学计量数之比。考点七　化学反应条件的控制18.通过控制或改变反应条件可以加快、减缓甚至阻止反应的进行，使化学反应有利于人类的生存 和提高生活质量。下列各图所示的措施中，能加快化学反应速率的是(　　)答案　C19.工业上合成氨反应为 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在实际生产中为提高合成氨的反应速率，下列说法正确的是(　　)A.温度越高，反应速率越快，因此采取的温度越高越好B.压强越高，反应速率越快，因此采取的压强越高越好C.催化剂能加快反应速率，因此可选用适当的催化剂D.可向容器中加入一定量的水蒸气，使氨气溶解以提高反应速率答案　C解析　A 项，温度高反应速率快，但温度过高会消耗更多的燃料，因此实际生产中的温度不是越高越好，故错误；B 项，压强大反应速率快，但压强过高会增加设备的成本，因此实际生产中的压强不是越高越好，故错误；C 项，可选用适当的催化剂提高反应速率，故正确；D 项，加入水蒸气会降低反应体系的温度，且氨气溶于水并不能提高反应速率，故错误。20.某温度下，在 2 L 密闭容器中 X、Y、Z 三种物质(均为气态)间进行反应，其物质的量随时间的变化曲线如图。据图回答：(1)该反应的化学方程式可表示为_______________________________________________。(2)反应起始至t min(设t＝5)，X 的平均反应速率是________________。(3)在t min 时，该反应达到了____________状态，下列可判断反应已达到该状态的是________(填字母，下同)。A.X、Y、Z 的反应速率相等B.X、Y 的反应速率比为 2∶3C.混合气体的密度不变D.生成 1 mol Z 的同时生成 2 mol X(4)一定能使该反应的反应速率增大的措施有________。A.其他条件不变，及时分离出产物B.适当降低温度C.其他条件不变，增大 X 的浓度D.保持温度不变，将容器体积压缩为 1 L答案　(1)2X3Y＋Z　(2)0.08 mol·L－1·min－1 (3)化学平衡　D　(4)CD解析　(1)由图像可以看出 X 为反应物，Y 和 Z 为生成物，当反应达到t＝5 min 时，Δn(X)＝0.8 mol，Δn(Y)＝1.2 mol，Δn(Z)＝0.4 mol，化学反应中，各物质的物质的量变化值与化学计量数呈正比，故 Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝2∶3∶1，所以反应的化学方程式为 2X3Y＋Z。(2)v(X)＝＝＝0.08 mol·L－1·min－1。(3)在t min 时，反应中各物质的物质的量不再变化，反应达到化学平衡状态。A 项，X、Y、Z 的化学计量数不相等，则 X、Y、Z 的反应速率也不会相等，错误；B 项，用不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比，无论平衡与否，X、Y 的反应速率之比都为 2∶3，错误；C 项，据ρ＝，由于反应的体积不变，气体的总质量不变，则混合气体的密度不变，错误；D 项，当生成 1 mol Z 的同时生成 2 mol X，说明正、逆反应速率相等，达到平衡状态，正确。(4)减小产物浓度，降低温度，会使反应速率减小，故 A、B 项错误；增大反应物浓度，会使反应速率增大，故 C、D 项正确。