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專題 化學(xué)反應(yīng)速率、合成氨 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 高考第一輪復(fù)習(xí)《化學(xué)選修4》 第2章 化學(xué)反應(yīng)方向、限度和速率 第3節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率、合成氨 1、化學(xué)反應(yīng)速率的概念、表示方法及簡單計(jì)算。 2、濃度、壓強(qiáng)、溫度及催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響。 3、反應(yīng)速率常數(shù)與反應(yīng)速率的關(guān)系。 4、合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 5、合成氨的適宜條件和生產(chǎn)流程。 二. 教學(xué)目的： 1、理解化學(xué)反應(yīng)速率的概念，掌握其表示方法及簡單計(jì)算。 2、掌握濃度、壓強(qiáng)、溫度及催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 3、理解反應(yīng)速率常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系。 4、了解合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)以及外部條件對(duì)合成氨反應(yīng)的影響。 5、了解合成氨的生產(chǎn)流程、綜合分析合成氨的適宜條件。 三. 重點(diǎn)和難點(diǎn)： 1、反應(yīng)速率的表示方法及簡單計(jì)算。 2、濃度、壓強(qiáng)、溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 3、反應(yīng)速率常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)系。 4、合成氨適宜條件的綜合分析及選擇。 四. 考點(diǎn)分析： 本節(jié)內(nèi)容在高考中的主要考查點(diǎn)是 1、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法及簡單計(jì)算。 2、外部條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。 3、合成氨適宜條件的綜合分析及選擇。 五. 知識(shí)要點(diǎn)： （一） 1、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法_____________。 2、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響——阿累尼烏斯公式是__________________________。 3、基元反應(yīng)的概念__________________________。 4、碰撞理論的基本要點(diǎn)是__________________________。 5、過渡態(tài)理論基本要點(diǎn)是__________________________。 6、對(duì)一般反應(yīng)，常溫下溫度每升高10℃，反應(yīng)速率大約增快_____________倍。 7、測定化學(xué)反應(yīng)速率的方法有_______________________________________。 8、什么叫活化能？反應(yīng)速率表示式與反應(yīng)歷程有關(guān)嗎？ 9、化學(xué)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的數(shù)學(xué)關(guān)系式是什么？適用范圍如何？書寫時(shí)應(yīng)注意什么問題？ （二） 1、化學(xué)平衡研究的對(duì)象是_____________。 2、可逆反應(yīng)的定義是__________________________。 3、化學(xué)平衡的實(shí)質(zhì)是_____________，宏觀標(biāo)志是_____________。 4、勒夏特列原理的含義是指_____________。勒夏特列原理也叫_____________，適用于所有平衡體系。 5、合成氨的適宜條件是_____________ 6、寫出下列化學(xué)方程式： （1）碳與水反應(yīng)_____________。 （2）一氧化碳與水反應(yīng)_____________ ［注意］ （一） 1、基元反應(yīng)：大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都是分幾步完成的，其中能夠一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。 2、總反應(yīng)：基元反應(yīng)的總和稱為總反應(yīng)。由幾個(gè)基元反應(yīng)所組成的總反應(yīng)也稱復(fù)雜反應(yīng)。 3、反應(yīng)歷程（反應(yīng)機(jī)理）：基元反應(yīng)構(gòu)成的反應(yīng)序列稱為反應(yīng)歷程（又叫反應(yīng)機(jī)理）。 4、化學(xué)反應(yīng)分為只有一個(gè)基元反應(yīng)的簡單反應(yīng)和由幾個(gè)基元反應(yīng)組成的復(fù)雜反應(yīng)。 （二） 1、定量表示法：化學(xué)反應(yīng)速率可以用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物的變化量或生成物的變化量來表示。 表達(dá)式為 △t代表某段時(shí)間間隔； △n代表該時(shí)間間隔內(nèi)反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量的變化量。 對(duì)于反應(yīng)體系體積不變的反應(yīng)，可以用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或生成物濃度的變化量來表示，即： v的單位可以是mol/（Ls）或mol/（Lmin）或mol/（Lh）。 2、化學(xué)反應(yīng)速率的特點(diǎn)： （1）化學(xué)反應(yīng)速率為平均速率，且均為正值。 （2）對(duì)某一個(gè)具體反應(yīng)來說，在用不同物質(zhì)表示化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)所得數(shù)值往往不同。 （3）用各物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。 對(duì)于反應(yīng)：mA＋nBpC＋qD而言： （三） 1、內(nèi)因 化學(xué)反應(yīng)速率由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)歷程決定。 2、外因 （1）反應(yīng)速率常數(shù)及濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 反應(yīng)速率常數(shù)表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率。通常，反應(yīng)速率常數(shù)越大，反應(yīng)進(jìn)行的越快。反應(yīng)速率常數(shù)與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。 例如：在298K時(shí)，反應(yīng)的反應(yīng)速率v與的關(guān)系為： 式中的比例系數(shù)K稱為反應(yīng)速率常數(shù)。 必須指明的是，總反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式是實(shí)驗(yàn)測定的結(jié)果，不能隨意根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式直接寫出。 對(duì)于氣態(tài)反應(yīng)，在溫度、體積一定的條件下，壓強(qiáng)與濃度成正比，因此上述關(guān)系式中的濃度可以用分壓來表示。對(duì)于只涉及液體和固體的反應(yīng)，壓強(qiáng)的改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率幾乎沒有影響。 規(guī)律：其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度可加快反應(yīng)速率，反之，濃度越小，反應(yīng)速率減慢。 （2）溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 科學(xué)家們根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)出了大量關(guān)于溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。例如，范托夫（van’t Hoff）曾總結(jié)出一條近似規(guī)律：溫度每升高10K，反應(yīng)速率增加2~4倍。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律可以對(duì)一些反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率做粗略的估計(jì)，但適用范圍有限。 1889年，阿累尼烏斯（S. Arrhenius）在長期大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了反應(yīng)速率常數(shù)與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。 式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)；A為比例系數(shù)；e為自然對(duì)數(shù)的底；R為摩爾氣體常量；為活化能，單位為。 該經(jīng)驗(yàn)公式表明，當(dāng)時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率常數(shù)增大，化學(xué)反應(yīng)速率隨之增大。 規(guī)律：I. 溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，對(duì)吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)都適用，且不受反應(yīng)物狀態(tài)的限制。 II. 許多實(shí)驗(yàn)表明：溫度每升高10℃，反應(yīng)速率通常增大到原來的2倍到4倍。若溫度為時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率為，溫度升至?xí)r化學(xué)反應(yīng)速率為，則溫度對(duì)反應(yīng)速率影響的經(jīng)驗(yàn)公式 （3）壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響規(guī)律：對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，若其他條件不變，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快；減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率緩慢。 說明：I. 恒溫時(shí)：增大壓強(qiáng)→體積減小→濃度增大→反應(yīng)速率增大。 II. 恒容時(shí)：充入氣體反應(yīng)物→反應(yīng)物濃度增大→總壓增大→反應(yīng)速率增大；充入“無關(guān)氣體”（如He、Ne、Ar或不參與反應(yīng)的等）→引起總壓增大，但各反應(yīng)物的分壓不變，各物質(zhì)的濃度不變→反應(yīng)速率不變。 III. 恒壓時(shí)：充入“無關(guān)氣體”（如He、Ne、Ar或不參與反應(yīng)的等）→引起體積增大→各反應(yīng)物濃度減小→反應(yīng)速率減慢。 IV. 若參加反應(yīng)的物質(zhì)為固體或溶液發(fā)生反應(yīng)有氣體產(chǎn)生的，壓強(qiáng)改變不影響反應(yīng)的速率。 （4）催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響：能加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑叫正催化劑、而能減緩化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑稱負(fù)催化劑。 說明：催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)的速率，但不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。若為正催化劑則可縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。 （四） 1、合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：合成氨反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，同時(shí)也是氣體的物質(zhì)的量減小的熵減的可逆反應(yīng)。 2、合成氨反應(yīng)限度分析： 3、合成氨速率分析 4、合成氨的適宜條件： 選擇合成氨條件時(shí)，不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率或高反應(yīng)速率，而應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)?shù)钠胶廪D(zhuǎn)化率的條件。此外還要考慮原料的價(jià)格，未轉(zhuǎn)化合成氣的循環(huán)使用，反應(yīng)熱的綜合利用等問題。 【典型例題】 例1. 某反應(yīng)在催化劑的作用下按以下兩步進(jìn)行：第一步為X＋Y＝Z；第二步：Y＋Z＝M＋N＋X，此反應(yīng)的總方程式是_____________，反應(yīng)的催化劑為_____________。 分析：從題給兩反應(yīng)可以看出：X與Y反應(yīng)生成Z，Z又轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)物M、N和X，則Z為中間產(chǎn)物，而X開始參與反應(yīng)，后又生成，其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)均不變，即X為催化劑。將題給兩反應(yīng)相加得： 答案：；X 例2. 在一定條件下，可逆反應(yīng)：（正反應(yīng)是放熱反應(yīng)）達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（ ） A. 加催化劑，都發(fā)生變化且變化的倍數(shù)相等 B. 加壓，都增大，且增大的倍數(shù)大于增大的倍數(shù) C. 降溫，都減小，且減小的倍數(shù)大于減小的倍數(shù) D. 加入氬氣，都增大，且增大的倍數(shù)大于增大的倍數(shù) 分析：催化劑能同等程度改變，A正確。加壓，均增大，且向正反應(yīng)方向移動(dòng)，，B正確。降溫，均減小，且向正反應(yīng)方向移動(dòng)，，C錯(cuò)誤。加入氬氣，如恒溫、恒容，平衡不移動(dòng)，均不變，D錯(cuò)誤。 答案：CD 例3. 某溫度下，反應(yīng)。開始時(shí)，經(jīng)1min后測得，則該反應(yīng)速率為（ ） 分析：此題應(yīng)先求出1min內(nèi)的濃度變化值應(yīng)為 然后求出用來表示的反應(yīng)速率 再根據(jù)同一化學(xué)反應(yīng)在相同時(shí)間內(nèi)用不同的物質(zhì)表示反應(yīng)速率時(shí)，其速率之比等于化學(xué)方程式中對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，得出C正確。 答案：C 例4. 反應(yīng)速率v和反應(yīng)濃度的關(guān)系是用實(shí)驗(yàn)方法測定的?；瘜W(xué)反應(yīng)2HCl的反應(yīng)速率v可表示為，式中K為常數(shù)，m、n值可用下表中數(shù)據(jù)確定之。 1.0 1.0 1.0K 2.0 1.0 2.0K 2.0 4.0 4.0K 由此可推得，m、n值正確的是（ ） A. B. C. D. 分析：用代入法即可。 答案：D 例5. 反應(yīng)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對(duì)其反應(yīng)速率幾乎無影響的是（ ） A. 增加Fe的量 B. 將容器的體積縮小一半 C. 保持體積不變，充入使體系壓強(qiáng)增大 D. 壓強(qiáng)不變，充入使容器體積增大 分析：A中Fe為固體，增多其用量對(duì)反應(yīng)速率無影響，B中將體積縮小，壓強(qiáng)增大，水蒸氣和的濃度增大，反應(yīng)速率加快，C中恒容充入，不參與反應(yīng)，和水蒸氣的濃度不變，因此對(duì)反應(yīng)速率無影響，D中壓強(qiáng)不變充入，體積增大，和水蒸氣的濃度減小，故反應(yīng)速率減慢。 答案：AC 例6. 已知： 。回答下列問題： （1）從影響速率和平衡的因素分析，要有利于的生成，理論上應(yīng)采取的措施是________________________________________________________________________。實(shí)際上生產(chǎn)中采取的措施分別是________________________________________________。 （2）合成氨實(shí)際生產(chǎn)過程中，要分離出氨氣，目的是________________________；而合成過程中，不需要分離出，原因是_____________________________________。 分析：此題主要是考查了反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，難度不大，但體現(xiàn)了高考的命題主向。 答案：（1）高溫、高壓、催化劑；合成氨：適宜溫度、高壓、催化劑；合成：高溫、常壓、催化劑 （2）減小生成物濃度，使平衡向生成方向移動(dòng)；該反應(yīng)向生成的方向進(jìn)行程度大，達(dá)到平衡后余量較少，故不需要分離。