2023屆高中化學人教版二輪專題復習第21講-速率方程與質量作用定律（學案）

第21講－速率方程與質量作用定律知識重構1.基元反應和復雜反應：（1）基元反應：在反應中一步直接轉化為產(chǎn)物的反應，又稱簡單反應。（2）復雜反應：反應歷程較復雜、反應物分子需經(jīng)幾步才能轉化為生成物的反應，又稱非基元反應。2.速率方程：（1）定義：利用反應物濃度或分壓計算化學反應的反應速率的方程。（2）表達式：v=k·c(A)m·c(B)n。（3）速率常數(shù)（k）：是一個與溫度有關，而與濃度、壓強無關的量，也稱為速率系數(shù)。3.速率常數(shù)（k）：是一個與溫度有關，而與濃度、壓強無關的量，也稱為速率系數(shù)。（1）定義：基元反應的動力學規(guī)律符合質量作用定律，即：基元反應的化學反應速率與反應物的濃度數(shù)值相應的方次乘積成正比；其方次即為各物質前面的系數(shù)，均取正值。（2）對于基元反應：aA(g)+bB(g)dD(g)+eE(g)v正=k正·c(A)a·c(B)b；v逆=k逆·c(D)d·c(E)e（3）基元反應的平衡常數(shù)：K=EQ\f(k正,k逆)（4）復雜反應不能只根據(jù)反應式寫出其反應速率方程，而必須根據(jù)實驗測定的結果，推導出反應機理，寫出速率方程。二、重溫經(jīng)典1.（2022·四川·成都外國語學校高二期中）反應“S2O82－(aq)+3I－(aq)=2SO42－(aq)+I3－(aq)ΔH<0”的速率方程可表示v=k·cm(S2O82－)·cn(I－)，其中k為速率常數(shù)，常溫下，實驗測得反應的數(shù)據(jù)如下：實驗編號c(S2O82－)/(mol·L－1)c(I－)/(mol·L－1)v/(mol·L－1·min－1)①1.0×10－41.0×10－26.5×10－7②2.0×10－41.0×10－21.3×10－6③4.0×10－41.0×10－22.6×10－6④2.0×10－42.0×10－22.6×10－6下列說法錯誤的是(

)A．m=1；n=3B．k=0.65L·mol－1·min－1C．增大壓強，該反應速率不變D．升高溫度，速率常數(shù)k增大【答案】A【解析】A．要確定速率方程中物質濃度的方次，需要利用“唯一變量思想”。由①②組實驗對比可知，c(S2O82－)翻倍，反應速率也翻倍，所以m=1，由②④組實驗對比可知，n=1，A項錯誤；B．由任意一組數(shù)據(jù)，代入后均可計算出速率常數(shù)，建議用第①組數(shù)據(jù)計算，可求得k=0.65L·mol－1·min－1，B說法正確；C．增大壓強只對有氣體參加的反應的速率有影響，該反應的反應物均為溶液中的溶質，所以增大壓強，該反應速率不變，C說法正確；D．升高溫度任何反應的速率常數(shù)都會變大，D說法正確。綜上所述，相關說法不正確的只有A，故本題選A。2.（2022·河南商丘·高二期末）一定條件下，反應H2(g)+Br2(g)=2HBr(g)的速率方程為v=k·cα(H2)·cβ(Br2)·cγ(HBr)，某溫度下，該反應在不同濃度下的反應速率如下：c(H2)/(mol·L－1)c(Br2)/(mol·L－1)c(HBr)/(mol·L－1)反應速率2v28v216v42vc4v根據(jù)表中的測定結果，下列結論錯誤的是(

)A．表中c的值為1B．α、β、γ的值分別為1、、－1C．反應體系的三種物質中，Br2(g)的濃度對反應速率影響最大D．在反應體系中保持其他物質濃度不變，增大HBr(g)濃度，會使反應速率增大【答案】D【解析】本題首先確定速率方程，第二、第三組數(shù)據(jù)可得α=1，由第一、第二組數(shù)據(jù)可得β=，由第一、第四組數(shù)據(jù)對比計算可得γ=－1。所以，B選項正確，C選項也正確，D選項錯誤。A選項中c的求法，要對比第一和第五組，從第一到第五組，H2濃度翻倍，所以速率應該翻倍，而實際速率變?yōu)樵瓉淼?倍，根據(jù)γ=－1可知HBr的濃度變?yōu)樵瓉淼囊话耄詂=1。綜上所述，相關說法不正確的只有D，故本題選D。3.（2021年河北卷，11）室溫下，某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等，同時發(fā)生以下兩個反應：①M+N=X+Y；②M+N=X+Z，反應①的速率可表示為v1=k1·c2(M)，反應②的速率可表示為v2=k2·c2(M)(k1、k2為速率常數(shù))。反應體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖，下列說法錯誤的是A．0～30min時間段內(nèi)，Y的平均反應速率為6.67×10－8mol·L－1·min－1B．反應開始后，體系中Y和Z的濃度之比保持不變C．如果反應能進行到底，反應結束時62.5%的M轉化為ZD．反應①的活化能比反應②的活化能大【答案】A【解析】A．由圖中數(shù)據(jù)可知，30min時，M、Z的濃度分別為0.300mol·L－1和0.125mol·L－1，則M的變化量為0.5mol·L－1－0.300mol·L－1=0.200mol·L－1，其中轉化為Y的變化量為0.200mol·L－1－0.125mol·L－1=0.075mol·L－1。因此，0~30min時間段內(nèi)，Y的平均反應速率為EQ\f(mol·L-1,30min)mol·L－1·min－1，A說法不正確；B．由題中信息可知，反應①和反應②的速率之比為EQ\f(k1,k2)，Y和Z分別為反應①和反應②的產(chǎn)物，且兩者與M的化學計量數(shù)相同（化學計量數(shù)均為1），因此反應開始后，體系中Y和Z的濃度之比等于EQ\f(k1,k2)，由于k1、k2為速率常數(shù)，故該比值保持不變，B說法正確；C．結合A、B的分析可知因此反應開始后，在相同的時間內(nèi)體系中Y和Z的濃度之比等于EQ\f(k1,k2)=EQ\f(mol·L-1,mol·L-1)=EQ\f(3,5)，因此，如果反應能進行到底，反應結束時有EQ\f(5,8)的M轉化為Z，即62.5%的M轉化為Z，C說法正確；D．由以上分析可知，在相同的時間內(nèi)生成Z較多、生成Y較少，因此，反應①的化學反應速率較小，在同一體系中，活化能較小的化學反應速率較快，故反應①的活化能比反應②的活化能大，D說法正確。綜上所述，相關說法不正確的只有A，故本題選A。4.（2022年河北卷，11）恒溫恒容條件下，向密閉容器中加入一定量X，發(fā)生反應的方程式為①XY；②YZ。反應①的速率v1=k1·c(X)，反應②的速率v2=k2·c(Y)，式中k1、k2為速率常數(shù)。圖甲為該體系中X、Y、Z濃度隨時間變化的曲線，圖乙為反應①和②的lnk~EQ\f(1,T)曲線。下列說法錯誤的是A.隨c(X)的減小，反應①、②的速率均降低B.體系中v(X)=v(Y)+v(Z)C.欲提高Y的產(chǎn)率，需提高反應溫度且控制反應時間D.溫度低于T1時，總反應速率由反應②決定【答案】AC【解析】由圖中的信息可知，濃度隨時間變化逐漸減小的代表的是X，濃度隨時間變化逐漸增大的代表的是Z，濃度隨時間變化先增大后減小的代表的是Y；由圖乙中的信息可知，反應①的速率常數(shù)隨溫度升高增大的幅度小于反應②的。A．由圖甲中的信息可知，隨c(X)的減小，c(Y)先增大后減小，c(Z)增大，因此，反應①的速率隨c(X)的減小而減小，而反應②的速率先增大后減小，A說法錯誤；B．根據(jù)體系中發(fā)生的反應可知，此時的速率應該為平均速率，單位時間內(nèi)的各物質的凈變化量與時間之比，因為Y來自于X，Z來自于Y，因此，v(X)=v(Y)+v(Z)，B說法正確；C．從題目中無從得知，反應①和反應②到底是放熱反應還是吸熱反應，因此，欲提高Y的產(chǎn)率，不一定是提高反應溫度，C說法錯誤；D．由圖乙信息可知，溫度低于T1時，k1＞k2，反應②為慢反應，因此，總反應速率由反應②決定，D說法正確；綜上所述，本題選AC。5.（2022·山東淄博·高二期末）某興趣小組通過測定溴溶液褪色時間研究丙酮溴代反應的速率方程，反應方程式為：CH3COCH3+Br2CH3COCH2Br+HBr，23.5°C下，實驗數(shù)據(jù)如表所示。下列說法正確的是(

)實驗序號初始濃度c/mol·L－1褪色時間t/sCH3COCH3HClBr2①2.8×102②1.4×102③1.4×102④1.4×102⑤c初始1.4×103A．該反應一定不是基元反應B．實驗①④反應速率：v4=2v1C．實驗⑤：c初始(CH3COCH3)=0.80mol·L－1D．反應速率與參與反應的物質濃度間關系：v=k·c(CH3COCH3)·c(HCl)·c－1(Br2)【答案】AC【解析】本題首先確定速率方程，由①②組數(shù)據(jù)可得c(CH3COCH3)的方次為1，由①③組數(shù)據(jù)可得c(HCl)的方次為1，由③④組數(shù)據(jù)分析可知，雖然的濃度翻倍了速率應該翻倍了，但是題目中給出的是溶液褪色的時間，因為有色物質的濃度也翻倍了，所以c(Br2)增大并沒有增大反應速率，其方次為0。所以，A選項也正確，D選項錯誤。B選項中①④反應速率的關系根據(jù)速率方程，可得v4=4v1，B選項錯誤。C選項中假設c初始(CH3COCH3)=0.80mol·L－1，對比①⑤組數(shù)據(jù)可知，速率相等，褪色時間取決于有色物質的量的多少，C選項正確。綜上所述，故本題選AC。6.(2021年湖北卷，19題節(jié)選)⑷恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C3H8):p(O2):p(N2)=2:13:85的混合氣體，已知某反應條件下只發(fā)生如下反應（k，k＇為速率常數(shù)）：反應Ⅱ：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g) k反應Ⅲ：2C3H8(g)+9O2(g)6CO2(g)+6H2O(g) k＇實驗測得丙烯的凈生成速率方程為v(C3H6)=kp(C3H8)－k＇p(C3H6)，可推測丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為____________________________________________________________，其理由是______________________________________________________________________。【答案】濃度逐漸增大，最后保持不變；隨著丙烷分壓減小和丙烯的分壓增大，丙烯凈生成速率的逐漸減小為零，各反應達到平衡狀態(tài)。【解析】本題中的速率應該為平均速率，即丙烯的濃度變化量與時間之比，隨著反應的進行，丙烷的濃度和分壓在下降，而丙烯的濃度和分壓在增大，k，k＇為速率常數(shù)均大于0，所以一段時間后，v(C3H6)=0，反應達到平衡狀態(tài)。三、模型建構1.思維模型：（1）要注意區(qū)分平均速率和瞬時速率。（2）瞬時速率分正反應和逆反應速率，只跟各自的反應物濃度（分壓）相關。（3）基元反應的速率方程符合質量作用定律，復雜反應一般不符合。（4）跟反應物、生成物都相關的速率方程，一般是復雜反應的經(jīng)驗速率方程。2.方法模型：速率方程的確定方法：（1）先判斷是否為基元反應（2）再根據(jù)唯一變量思想判斷方次（3）根據(jù)任一組數(shù)據(jù)求得速率常數(shù)（4）寫出完