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 -l。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

解析 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10 mL 2 mol · L-1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50 mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（

）。

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50 ml_，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）+HzO（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，充人氮气使容器内压强增大

④保持压强不变，充人氮气使容器的体积增大

⑤体积不变，减少H。使容器内压强变小0.03 mol×2=0.06 mol，即转移电子数目为0.06NA或0.06×6.02×10 23.

（2）通人燃料甲醇的电极为负极，通人氧气的电极为正极。由于该燃料电池以电极a为正极，电极b为负极，是a电极通人氧气，b电极通人甲烷。b电极为负极，负极上甲烷被氧化产生的Co。与溶液中OH-结合形成COi2-.所以负极的电极反应式为CH4 -8e-+ 10OH-==-CO2-+7 H2O

（3）根据图中电子流向可判断a为负极，b为正极，燃料电池中正极需通人O2，故空氣从B口通人。

（4）由图可知，Fe为负极，石墨为正极，电解质为CuSO4，正极是Cu2+发生反应Cu2+ +2e==Cu，当导线中有3.01×10 23个电子流过，即转移0.5 mol电子，溶液中Cu2+转化为Cu，析出64 g.mol -1×0. 25 mol—16 gCu，Fe转化为Fe2+进入溶液，质量为56 g.mol-1×0.25 mol= 14 g，故溶液质量减少16 g-14 g=2 g。

对反应速率有影响的是（

）。

A.②④⑤

B.①③⑤

C.②③④

D.①④⑤

解析 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，充人氮气，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H。浓度减少，正、逆速率均减少。

答案：八

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H。，加入少量CuSO4可加快反应的速率。为了研究CLiS04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（

）。

解析 对比甲、乙、丙、丁实验的数据，目的是探究CuSO4的用量对生成H。速率的影响，故四个反应容器中c（H+）应相同，即开始加入4 mol ·L-l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，故人项和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10 ml，CuSO4溶液而未加水，可知四个容器中溶液的总体积均为20 mL+10 mL=30 ml_，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（

）。

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

解析 根据表中数据，318.2 K时，蔗糖的浓度越小，其水解的瞬时速率越小，浓度每减小0.100 mol ·L-1，水解瞬时速率均减小0.60 mmol ·L-1· min-l;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. 100 mol ·L -1，水解瞬时速率均减小0.36 mmol ·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. 100 mol ·L-1，水解瞬时速率均减小一定值。将此一般规律应用于328.2 K时的情况，328.2 K时，蔗糖浓度每减小0. 100 mol ·L-1，水解瞬时速率减小1.50 mmol ·L_-l· min-l，则a=7. 501.50=6.00，故A项正确。进一步定量分析可知，每升高lO℃，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0.600 mol ·L-l）时，水解瞬时速率：3.60 mmol - I=1 - min-l>2.16 mmol ·L -1 · min-l，说明b <318.2，故C项正确。不同温度时，蔗糖水解的瞬时速率不同，平均反应速率也不同，由△t=△c/v可知，

蔗糖浓度减少一半所需的时间不同，故D项错误。

答案：D

例6 在一定温度下，10 mL 0.40 mol ·L-1H2O3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。

三、化学反应速率与图像

例7 某密闭容器中充人等物质的量的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l所示。下列说法中正确的是（

）。

解析 若使用催化剂，则化学反应速率应加快，故A项错误。由物质的量浓度一时间图像可知，A、B的浓度变化相同，故A、B的化学计量数相同，都为1。由反应速率一时间图像可知，30 min时改变的条件为减小压强，40 min时改变的条件为升高温度，且升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。8 min前A的平均反应

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。