不同條件對化學反應速率的影響

■王興琴

化學反應有快有慢,千差萬別,對于化學反應過程進行的快慢可以用反應速率來表示。化學反應速率通常用單位時間內反應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-1。影響化學反應速率的因素很多,主要影響因素有濃度、溫度、壓強及催化劑等。

一、化學反應速率的影響因素

例1 下列食品添加劑中,其使用目的與反應速率有關的是( )。

A.抗氧化劑 B.調味劑

C.著色劑 D.增稠劑

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反應速率,A 項正確。調味劑的作用是增加食品的味道,與速率無關,B 項錯誤。著色劑的作用是給食品添加某種顏色,與速率無關,C 項錯誤。增稠劑主要用于增加食品的黏稠度,起到乳化和穩定作用,與速率無關,D 項錯誤。

答案：A

例2 把下列四種X 溶液分別加入四個盛有10mL2mol·L-1鹽酸的燒杯中,均加水稀釋到50mL,此時,X 和鹽酸緩慢地進行反應,其中反應最快的是( )。

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

在化學反應中,當其他條件不變時,濃度越大,反應速率越快;溫度越高,反應速率越快。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,反應速率越快。因為反應后溶液的體積均為50mL,所以X 的物質的量越大,濃度就越大。混合稀釋后A 項和B 項中X 的濃度相等,且大于C 項和D 項的濃度。再比較溫度的大小,顯然B 項中溶液溫度比A 項的高,因此B的反應速率最快。

答案：B

例3 反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),在一體積可變的密閉容器中進行,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,充入氮氣使容器內壓強增大

④保持壓強不變,充入氮氣使容器的體積增大

⑤體積不變,減少H2使容器內壓強變小

對反應速率有影響的是( )。

A.②④⑤ B.①③⑤

C.②③④ D.①④⑤

①因固體、純液體濃度始終為一常數,改變其量對速率無影響。②因體積縮小,反應混合物濃度增大,相當于加壓,正、逆反應速率均增大。③因體積未變,充入氮氣,濃度未變,所以速率未變。④因壓強未變,充入氮氣,容器體積變大,濃度減小,正、逆速率均減小。⑤因H2濃度減少,正、逆速率均減少。

答案：A

二、化學反應速率的計算

例4 實驗室常用Zn 與稀硫酸反應來制取H2,加入少量CuSO4可加快反應的速率。為了研究CuSO4的加入量對生成H2速率的影響,某同學設計了如下實驗方案(見表1)。將表中所給的試劑按一定體積混合后,分別加入四個盛有相同大小的Zn片(過量)的反應瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集反應產生的氣體,并記錄收集相同體積的氣體所需時間。下列說法中正確的是( )。

表1

A.t1=t2=t3=t4

B.V4=V5=10

C.V6=7.5

D.V1＜V2＜V3＜20

對比甲、乙、丙、丁實驗的數據,目的是探究CuSO4的用量對生成H2速率的影響,故四個反應容器中c(H+)應相同,即開始加入4mol·L-1硫酸的量相同,V1=V2=V3=20,而收集相同體積的氣體所需的時間不可能相同,故A 項和D 項錯誤。加水后溶液的總體積應相同,因此,根據丁中加入了10mLCuSO4溶液而未加水,可知四個容器中溶液的總體積均為20mL+10mL=30mL,則V5=30-20=10,V6=30-20-2.5=7.5,V4=30-20-5=5,故B項錯誤,C項正確。

答案：C

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

表2

A.a=6.00

B.同時改變反應溫度和蔗糖的濃度,v可能不變

C.b＜318.2

D.不同溫度時,蔗糖濃度減少一半所需的時間相同

根據表中數據,318.2K 時,蔗糖的濃度越小,其水解的瞬時速率越小,濃度每減小0.100mol·L-1,水解瞬時速率均減小0.60mmol·L-1·min-1;bK時,蔗糖的濃度越小,其水解的瞬時速率也越小,濃度每減小0.100mol·L-1,水解瞬時速率均減小0.36mmol·L-1·min-1。由此可以得出如下一般規律:當溫度(變量)不變時,隨著蔗糖濃度逐漸減小,水解的瞬時速率逐漸減小,且濃度每減小0.100mol·L-1,水解瞬時速率均減小一定值。將此一般規律應用于328.2K時的情況,328.2K 時,蔗糖濃度每減小0.100mol·L-1,水解瞬時速率減小1.50mmol·L-1·min-1,則a=7.50-1.50=6.00,故A 項正確。進一步定量分析可知,每升高10 ℃,水解瞬時速率增大2.5倍,同時改變反應溫度(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項正確。蔗糖濃度相同(如0.600mol·L-1)時,水解瞬時速率:3.60mmol·L-1·min-1＞2.16mmol·L-1·min-1,說明b＜318.2,故C項正確。不同溫度時,蔗糖水解的瞬時速率

答案：D

例6 在一定溫度下,10mL0.40mol·L-1H2O2溶液發生催化分解。不同時刻測得生成O2的體積(已折算為標準狀況)如表3所示。

表3

下列敘述不正確的是(溶液體積變化忽略不計)( )。

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

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

C.反應6min時,c(H2O2)=0.30mol·L-1

D.反應6min時,H2O2分解了50%

隨著反應的進行,H2O2的濃度逐漸減小,又由于反應物濃度越小,反應越慢,所以6～10min的平均反應速率小于前6min的平均速率,即小于3.3×10-2mol·L-1·min-1,故B項正確。

答案：C

三、化學反應速率與圖像

例7 某密閉容器中充入等物質的量的A和B,一定溫度下發生反應A(g)+xB(g)2C(g),達到平衡后,在不同的時間段,分別改變影響反應的一個條件,測得容器中物質的物質的量濃度、反應速率分別隨時間的變化如圖1所示。下列說法中正確的是( )。

圖1

A.30～40min間該反應使用了催化劑

B.化學方程式中的x=1,正反應為吸熱反應

C.30 min 時降低溫度,40 min 時升高溫度

D.8 min 前 A 的平均反應速率為0.08mol·L-1·min-1

答案：D

點撥：在學習化學反應速率知識時,一定要準確把握概念,理解催化劑是通過改變反應機理,對反應速率產生影響,而壓強是通過濃度的變化,從而改變化學反應速率。