不同條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

王興琴

化學(xué)反應(yīng)有快有慢，千差萬別，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的快慢可以用反應(yīng)速率來表示。化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或者生成物濃度的增加量（均取正值）來表示，單位為mol · L -1· min-1或者mol - L-1 · s -l。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很多，主要影響因素有濃度、溫度、壓強(qiáng)及催化劑等。

一、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

例1 下列食品添加劑中，其使用目的與反應(yīng)速率有關(guān)的是（

）。

A.抗氧化劑

B.調(diào)味劑

C.著色劑

D.增稠劑

解析 抗氧化劑的作用是減少食品與氧氣的接觸，延緩食品被氧化的化學(xué)反應(yīng)速率，A項(xiàng)正確。調(diào)味劑的作用是增加食品的味道，與速率無關(guān)，B項(xiàng)錯(cuò)誤。著色劑的作用是給食品添加某種顏色，與速率無關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。增稠劑主要用于增加食品的黏稠度，起到乳化和穩(wěn)定作用，與速率無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：A

例2把下列四種X溶液分別加入四個(gè)盛有10 mL 2 mol · L-1鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50 mL，此時(shí)，X和鹽酸緩慢地進(jìn)行反應(yīng)，其中反應(yīng)最快的是（

）。

A.10℃20 mL3 mol ·L-1的X溶液

B.20℃30 mL 2 mol · L-1的X溶液

C.20℃10 mL4 mol ·L-1的X溶液

D.10℃10 mL2 mol.L-1的X溶液

解析 在化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)其他條件不變時(shí)，濃度越大，反應(yīng)速率越快;溫度越高，反應(yīng)速率越快。先比較濃度的大小，由于混合后各燒杯中鹽酸的濃度相等，因此只需比較X的濃度，X濃度越大，反應(yīng)速率越快。因?yàn)榉磻?yīng)后溶液的體積均為50 ml_，所以X的物質(zhì)的量越大，濃度就越大。混合稀釋后A項(xiàng)和B項(xiàng)中X的濃度相等，且大于C項(xiàng)和D項(xiàng)的濃度。再比較溫度的大小，顯然B項(xiàng)中溶液溫度比A項(xiàng)的高，因此B的反應(yīng)速率最快。

答案：B

例3 反應(yīng)C（s）+HzO（g）==CO（g）+H2 （g），在一體積可變的密閉容器中進(jìn)行，改變下列條件：

①加C的用量

②將容器體積縮小一半

③保持體積不變，充人氮?dú)馐谷萜鲀?nèi)壓強(qiáng)增大

④保持壓強(qiáng)不變，充人氮?dú)馐谷萜鞯捏w積增大

⑤體積不變，減少H。使容器內(nèi)壓強(qiáng)變小0.03 mol×2=0.06 mol，即轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.06NA或0.06×6.02×10 23.

（2）通人燃料甲醇的電極為負(fù)極，通人氧氣的電極為正極。由于該燃料電池以電極a為正極，電極b為負(fù)極，是a電極通人氧氣，b電極通人甲烷。b電極為負(fù)極，負(fù)極上甲烷被氧化產(chǎn)生的Co。與溶液中OH-結(jié)合形成COi2-.所以負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH4 -8e-+ 10OH-==-CO2-+7 H2O

（3）根據(jù)圖中電子流向可判斷a為負(fù)極，b為正極，燃料電池中正極需通人O2，故空氣從B口通人。

（4）由圖可知，F(xiàn)e為負(fù)極，石墨為正極，電解質(zhì)為CuSO4，正極是Cu2+發(fā)生反應(yīng)Cu2+ +2e==Cu，當(dāng)導(dǎo)線中有3.01×10 23個(gè)電子流過，即轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，溶液中Cu2+轉(zhuǎn)化為Cu，析出64 g.mol -1×0. 25 mol—16 gCu，F(xiàn)e轉(zhuǎn)化為Fe2+進(jìn)入溶液，質(zhì)量為56 g.mol-1×0.25 mol= 14 g，故溶液質(zhì)量減少16 g-14 g=2 g。

對(duì)反應(yīng)速率有影響的是（

）。

A.②④⑤

B.①③⑤

C.②③④

D.①④⑤

解析 ①因固體、純液體濃度始終為一常數(shù)，改變其量對(duì)速率無影響。②因體積縮小，反應(yīng)混合物濃度增大，相當(dāng)于加壓，正、逆反應(yīng)速率均增大。③因體積未變，充人氮?dú)猓瑵舛任醋儯运俾饰醋儭＂芤驂簭?qiáng)未變，充入氮?dú)猓萜黧w積變大，濃度減小，正、逆速率均減小。⑤因H。濃度減少，正、逆速率均減少。

答案：八

二、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算

例4 實(shí)驗(yàn)室常用Zn與稀硫酸反應(yīng)來制取H。，加入少量CuSO4可加快反應(yīng)的速率。為了研究CLiS04的加入量對(duì)生成H2速率的影響，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案（見表1）。將表中所給的試劑按一定體積混合后，分別加入四個(gè)盛有相同大小的Zn片（過量）的反應(yīng)瓶（甲、乙、丙、丁）中，收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，并記錄收集相同體積的氣體所需時(shí)間。下列說法中正確的是（

）。

解析 對(duì)比甲、乙、丙、丁實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，目的是探究CuSO4的用量對(duì)生成H。速率的影響，故四個(gè)反應(yīng)容器中c（H+）應(yīng)相同，即開始加入4 mol ·L-l硫酸的量相同，V1=V2=V3=20，而收集相同體積的氣體所需的時(shí)間不可能相同，故人項(xiàng)和D項(xiàng)錯(cuò)誤。加水后溶液的總體積應(yīng)相同，因此，根據(jù)丁中加入了10 ml，CuSO4溶液而未加水，可知四個(gè)容器中溶液的總體積均為20 mL+10 mL=30 ml_，則v5=30- 20=10 ，V6=30 - 20 2.5=7.5，V4=30 - 20 -5=5，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。

答案：C

例5在不同濃度（c）、溫度（T）條件下，蔗糖水解的瞬時(shí)速率（v）如表2。下列判斷不正確的是（

）。

A.a=6.00

B.同時(shí)改變反應(yīng)溫度和蔗糖的濃度，V可能不變

C.b<318.2

D.不同溫度時(shí)，蔗糖濃度減少一半所需的時(shí)間相同

解析 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，318.2 K時(shí)，蔗糖的濃度越小，其水解的瞬時(shí)速率越小，濃度每減小0.100 mol ·L-1，水解瞬時(shí)速率均減小0.60 mmol ·L-1· min-l;bK時(shí)，蔗糖的濃度越小，其水解的瞬時(shí)速率也越小，濃度每減小0. 100 mol ·L -1，水解瞬時(shí)速率均減小0.36 mmol ·L -1· min-1。由此可以得出如下一般規(guī)律：當(dāng)溫度（變量）不變時(shí)，隨著蔗糖濃度逐漸減小，水解的瞬時(shí)速率逐漸減小，且濃度每減小0. 100 mol ·L-1，水解瞬時(shí)速率均減小一定值。將此一般規(guī)律應(yīng)用于328.2 K時(shí)的情況，328.2 K時(shí)，蔗糖濃度每減小0. 100 mol ·L-1，水解瞬時(shí)速率減小1.50 mmol ·L_-l· min-l，則a=7. 501.50=6.00，故A項(xiàng)正確。進(jìn)一步定量分析可知，每升高lO℃，水解瞬時(shí)速率增大2.5倍，同時(shí)改變反應(yīng)溫度（升溫）和蔗糖的濃度（稀釋），前者可使速率增大，后者可使速率減小，則v可能不變（也可能增大或減小），故B項(xiàng)正確。蔗糖濃度相同（如0.600 mol ·L-l）時(shí)，水解瞬時(shí)速率：3.60 mmol - I=1 - min-l>2.16 mmol ·L -1 · min-l，說明b <318.2，故C項(xiàng)正確。不同溫度時(shí)，蔗糖水解的瞬時(shí)速率不同，平均反應(yīng)速率也不同，由△t=△c/v可知，

蔗糖濃度減少一半所需的時(shí)間不同，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：D

例6 在一定溫度下，10 mL 0.40 mol ·L-1H2O3溶液發(fā)生催化分解。不同時(shí)刻測得生成O2的體積（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）如表3所示。

三、化學(xué)反應(yīng)速率與圖像

例7 某密閉容器中充人等物質(zhì)的量的A和B，一定溫度下發(fā)生反應(yīng)A（g） +xB（g）==2C（g），達(dá)到平衡后，在不同的時(shí)間段，分別改變影響反應(yīng)的一個(gè)條件，測得容器中物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度、反應(yīng)速率分別隨時(shí)間的變化如圖l所示。下列說法中正確的是（

）。

解析 若使用催化劑，則化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)加快，故A項(xiàng)錯(cuò)誤。由物質(zhì)的量濃度一時(shí)間圖像可知，A、B的濃度變化相同，故A、B的化學(xué)計(jì)量數(shù)相同，都為1。由反應(yīng)速率一時(shí)間圖像可知，30 min時(shí)改變的條件為減小壓強(qiáng)，40 min時(shí)改變的條件為升高溫度，且升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。8 min前A的平均反應(yīng)

答案：D

點(diǎn)撥：在學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率知識(shí)時(shí)，一定要準(zhǔn)確把握概念，理解催化劑是通過改變反應(yīng)機(jī)理，對(duì)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響，而壓強(qiáng)是通過濃度的變化，從而改變化學(xué)反應(yīng)速率。