不同条件对化学反应速率的影响

■王兴琴

化学反应有快有慢,千差万别,对于化学反应过程进行的快慢可以用反应速率来表示。化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或者生成物浓度的增加量(均取正值)来表示,单位为mol·L-1·min-1或者mol·L-1·s-1。影响化学反应速率的因素很多,主要影响因素有浓度、温度、压强及催化剂等。

一、化学反应速率的影响因素

例1 下列食品添加剂中,其使用目的与反应速率有关的是( )。

A.抗氧化剂 B.调味剂

C.着色剂 D.增稠剂

抗氧化剂的作用是减少食品与氧气的接触,延缓食品被氧化的化学反应速率,A 项正确。调味剂的作用是增加食品的味道,与速率无关,B 项错误。着色剂的作用是给食品添加某种颜色,与速率无关,C 项错误。增稠剂主要用于增加食品的黏稠度,起到乳化和稳定作用,与速率无关,D 项错误。

答案：A

例2 把下列四种X 溶液分别加入四个盛有10mL2mol·L-1盐酸的烧杯中,均加水稀释到50mL,此时,X 和盐酸缓慢地进行反应,其中反应最快的是( )。

A.10℃20mL3mol·L-1的X 溶液

B.20℃30mL2mol·L-1的X 溶液

C.20℃10mL4mol·L-1的X 溶液

D.10℃10mL2mol·L-1的X 溶液

在化学反应中,当其他条件不变时,浓度越大,反应速率越快;温度越高,反应速率越快。先比较浓度的大小,由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等,因此只需比较X 的浓度,X 浓度越大,反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50mL,所以X 的物质的量越大,浓度就越大。混合稀释后A 项和B 项中X 的浓度相等,且大于C 项和D 项的浓度。再比较温度的大小,显然B 项中溶液温度比A 项的高,因此B的反应速率最快。

答案：B

例3 反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),在一体积可变的密闭容器中进行,改变下列条件:

①加C的用量

②将容器体积缩小一半

③保持体积不变,充入氮气使容器内压强增大

④保持压强不变,充入氮气使容器的体积增大

⑤体积不变,减少H2使容器内压强变小

对反应速率有影响的是( )。

A.②④⑤ B.①③⑤

C.②③④ D.①④⑤

①因固体、纯液体浓度始终为一常数,改变其量对速率无影响。②因体积缩小,反应混合物浓度增大,相当于加压,正、逆反应速率均增大。③因体积未变,充入氮气,浓度未变,所以速率未变。④因压强未变,充入氮气,容器体积变大,浓度减小,正、逆速率均减小。⑤因H2浓度减少,正、逆速率均减少。

答案：A

二、化学反应速率的计算

例4 实验室常用Zn 与稀硫酸反应来制取H2,加入少量CuSO4可加快反应的速率。为了研究CuSO4的加入量对生成H2速率的影响,某同学设计了如下实验方案(见表1)。将表中所给的试剂按一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集反应产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需时间。下列说法中正确的是( )。

表1

A.t1=t2=t3=t4

B.V4=V5=10

C.V6=7.5

D.V1＜V2＜V3＜20

对比甲、乙、丙、丁实验的数据,目的是探究CuSO4的用量对生成H2速率的影响,故四个反应容器中c(H+)应相同,即开始加入4mol·L-1硫酸的量相同,V1=V2=V3=20,而收集相同体积的气体所需的时间不可能相同,故A 项和D 项错误。加水后溶液的总体积应相同,因此,根据丁中加入了10mLCuSO4溶液而未加水,可知四个容器中溶液的总体积均为20mL+10mL=30mL,则V5=30-20=10,V6=30-20-2.5=7.5,V4=30-20-5=5,故B项错误,C项正确。

答案：C

例5 在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如表2。下列判断不正确的是( )。

表2

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

根据表中数据,318.2K 时,蔗糖的浓度越小,其水解的瞬时速率越小,浓度每减小0.100mol·L-1,水解瞬时速率均减小0.60mmol·L-1·min-1;bK时,蔗糖的浓度越小,其水解的瞬时速率也越小,浓度每减小0.100mol·L-1,水解瞬时速率均减小0.36mmol·L-1·min-1。由此可以得出如下一般规律:当温度(变量)不变时,随着蔗糖浓度逐渐减小,水解的瞬时速率逐渐减小,且浓度每减小0.100mol·L-1,水解瞬时速率均减小一定值。将此一般规律应用于328.2K时的情况,328.2K 时,蔗糖浓度每减小0.100mol·L-1,水解瞬时速率减小1.50mmol·L-1·min-1,则a=7.50-1.50=6.00,故A 项正确。进一步定量分析可知,每升高10 ℃,水解瞬时速率增大2.5倍,同时改变反应温度(升温)和蔗糖的浓度(稀释),前者可使速率增大,后者可使速率减小,则v可能不变(也可能增大或减小),故B项正确。蔗糖浓度相同(如0.600mol·L-1)时,水解瞬时速率:3.60mmol·L-1·min-1＞2.16mmol·L-1·min-1,说明b＜318.2,故C项正确。不同温度时,蔗糖水解的瞬时速率

答案：D

例6 在一定温度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如表3所示。

表3

下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )。

A.0 ～6 min 的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2mol·L-1·min-1

B.6 ～10 min 的平均反应速率:v(H2O2)＜3.3×10-2mol·L-1·min-1

C.反应6min时,c(H2O2)=0.30mol·L-1

D.反应6min时,H2O2分解了50%

随着反应的进行,H2O2的浓度逐渐减小,又由于反应物浓度越小,反应越慢,所以6～10min的平均反应速率小于前6min的平均速率,即小于3.3×10-2mol·L-1·min-1,故B项正确。

答案：C

三、化学反应速率与图像

例7 某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,在不同的时间段,分别改变影响反应的一个条件,测得容器中物质的物质的量浓度、反应速率分别随时间的变化如图1所示。下列说法中正确的是( )。

图1

A.30～40min间该反应使用了催化剂

B.化学方程式中的x=1,正反应为吸热反应

C.30 min 时降低温度,40 min 时升高温度

D.8 min 前 A 的平均反应速率为0.08mol·L-1·min-1

答案：D

点拨：在学习化学反应速率知识时,一定要准确把握概念,理解催化剂是通过改变反应机理,对反应速率产生影响,而压强是通过浓度的变化,从而改变化学反应速率。