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一、化学反应速率的定义、表示及理解
例1 某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)的水解反应速率的测定。
已知：NH2COONH4+2H2O?NH4HCO3+NH3·H2O。该研究小组分别用三份初始浓度不同的氨基甲酸铵溶液测定其水解反应速率，得到c(NH2COO-)随时间的变化趋势如图所示。
计算25.0 ℃时，0～6 min 内氨基甲酸铵水解反应的平均速率： 。
解析 25.0 ℃时，0～6 min 内氨基甲酸铵水解的平均速率为:[(2.2-1.9)mol?L-16 min]=0.05 mol·L-1·min-1。
例2 对于可逆反应A(g)+3B(g)?2C(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（ ）
A. v(A)=0.5 mol·L-1·min-1
B. v(B)=1.2 mol·L-1·min-1
C. v(C)=0.4 mol·L-1·min-1
D. v(C)=1.1 mol·L-1·min-1
解析 比较反应速率的大小时，可以用各物质表示的速率除以对应物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的，表示该反应速率快；也可以利用比例关系转化为用同一种表示的反应速率，再比较大小。以物质A为基础，当A以0.5 mol·L-1·min-1的速率反应时，此时v(B)应为1.5 mol·L-1·min-1，v(C) 应为1.0 mol·L-1·min-1，所以表示反应速率最快的是D项。
答案 D
例3 某温度下，浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应，生成气体Z，经过t min后，测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4 mol·L-1，c(Y2)=0.6 mol·L-1，c(Z)=0.4 mol·L-1，则该反应的化学方程式可表示为（ ）
A. 2X2+3Y2?2X2Y3 B. 3X2+2Y2?2X3Y2
C. X2+2Y2?2XY2 D. 2X2+Y2?2X2Y
解析 根据化学反应速率的表示可以求得v(X2)=[1-0.4t]mol·L-1·min-1， v(Y2)=[1-0.6t]mol·L-1·min-1， v(Z)=[0.4t]mol·L-1·min-1。在一个反应体系内，各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比，所以该反应的化学方程式可表示为3X2+2Y2?2Z。根据质量守恒，得Z的化学式为X3Y2。
答案 B
点拨 （1）化学反应速率从测定时间分，平均速率和瞬时速率；从反应的方向分，正反应速率和逆反应速率。所以同一反应用不同物质表示的化学反应速率数值可能不同，但表示的意义是相同的，而且必须注明反应物质。（2）在一个反应体系内，各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比，所以依据化学方程式可以计算化学反应速率。比较化学反应速率的大小：①利用上述关系，可求解用不同物质表示的反应速率；②利用上述关系，可求解方程式中未知的化学计量数。
二、化学反应速率的影响因素
例4 为探究锌与稀硫酸的反应速率(以v(H2)表示)，向反应混合液中加入某些物质，下列判断正确的是（ ）
A. 加入NH4HSO4固体，v(H2)不变
B. 加入少量水，v(H2)减小
C. 加入CH3COONa固体，v(H2)减小
D. 滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
解析 对一个液相反应来说，影响化学反应速率的外界因素主要有：温度、浓度、催化剂以及其它影响因素。锌与稀硫酸的反应速率的外界因素主要是温度、氢离子的浓度以及其它影响因素。选项A，加入NH4HSO4固体，增加了体系中的氢离子的浓度，v(H2)增大，错误；选项B，加入少量水，减小了体系中的氢离子的浓度，v(H2)减小，正确；选项C，加入CH3COONa固体，CH3COONa固体电离出来的CH3COO-与溶液中的H+反应生成弱酸分子CH3COOH，使溶液中的氢离子的浓度减小，v(H2)减小，正确；选项D，滴加少量CuSO4溶液，因为锌可以置换出单质铜，使得体系中形成铜锌原电池，加快了反应速率， v(H2)增大，错误。
答案 B
例5 下列有关说法正确的是（ ）
A. CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
B. 镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈
C. N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) ΔH<0，其他条件不变时升高温度，v(H2)和氢气的平衡转化率均增大
D. 水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应
解析 选项A，室温下该反应不能自发进行，所以该反应的ΔG>0，而且该反应的ΔS>0，则ΔH>0，错误；选项B，镀铜铁制品镀层受损后，在环境中形成原电池，铁作负极更容易生锈，正确；选项C，升高温度，反应速率增大，但该反应是放热反应，氢气的平衡转化率减小，错误；选项D，水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是吸热反应，错误。
答案 B
例6 某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
（1）催化剂能加快化学反应速率的原因是 。
（2）常温下5% H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为 。
（3）实验①和②的目的是 。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是 。 （4）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。
分析上图能够得出的实验结论是 。
解析 （1）加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而加快化学反应速率。
（2）常温下，H2O2的pH约为6，则H2O2为弱酸，其电离方程式为：H2O2?H++HO2-。
（3）实验①②中均没有使用催化剂，只是增大了H2O2的浓度，故实验①②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。因实验过程中现象不明显，可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。
（4）实验③④⑤中H2O2的浓度相同，并加入相同量的催化剂，而改变的条件是④中酸性增强，⑤中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下结论：溶液的碱性增强，能加快H2O2的分解；而溶液的酸性增强，能抑制H2O2的分解。
点拨 （1）在一定温度下，固体和纯液体物质的物质的量浓度为定值，不因其量的增减而影响化学反应速率；（2）温度对正、逆反应速率都有影响；（3）压强的改变对化学反应速率的影响只是对有气体参加的反应而言的；（4）对于一个可逆反应，催化剂既是正反应的催化剂，也是逆反应的催化剂。
练习
1. 在一定条件下，反应N2+3H2?2NH3，在2 L密闭容器中进行，5 min内氨的质量增加了1.7 g，则反应速率为（ ）
A. v(H2)=0.03 mol·L-1·min-1
B. v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1
C. v(NH3)=0.17 g·L-1·min-1
D. v(NH3)=0.01 mol·L-1·min-1
2. 将等物质的量的气体A2和B2注入容积为1 L的密闭容器中反应生成C，平衡时测得c(A2)=0.58 mol·L-1，则c(B2)=0.16 mol·L-1，c(C)=0.84 mol·L-1，则C的分子式为（ ）
A. AB2 B. A2B4 C. AB D. A2B
3. 将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g)?2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1，现有下列几种说法，其中正确的是（ ）
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
A. ①③? B. ①④?? C. ②③ D. ③④
4. 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液与0.1 mol·L-1 H2SO4溶液各5 mL和10 mL水混合，反应速率为v1 mol·L-1·s-1；0.2 mol·L-1 Na2S2O3溶液与0.2 mol·L-1 H2SO4溶液各5 mL和20 mL水混合，反应速率为v2 mol·L-1·s-1。则v1和v2的关系是（ ）
A. 大于 B. 小于
C. 等于 D. 不能确定
5. 在一定条件下，NO能跟H2发生如下反应：2NO+2H2=N2+2H2O。经研究，上述反应是按以下三步反应依次进行的总反应（括号中是该条件下反应的相对速率）：（Ⅰ）2NO+H2=N2O+H2O（慢）；（Ⅱ）2N2O=2N2+O2（快）；（Ⅲ）2H2+O2=2H2O（更快）。以上总反应的速率主要取决于三步反应中的（ ）
A. （Ⅰ） B. （Ⅱ）
C. （Ⅲ） D. （Ⅱ）和（Ⅲ）
6. 亚氯酸盐（NaClO2）可用作漂白剂，在常温下、不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO2=4ClO2↑+H++Cl-+2H2O。分解时，刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应释放出ClO2，这是因为（ ）
A. 酸使亚氯酸的氧化性增强
B. 溶液中的H+起催化作用
C. 溶液中的Cl-起催化作用
D. 逸出的ClO2使反应的生成物浓度降低
7. 在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应：2SO2+O2?2SO3，当气体的物质的量减少0.315 mol时，反应达到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 反应达到平衡时，SO3的生成速率与SO2消耗速率相等
B. 降低温度，正反应速率减小而逆反应速率增大
C. 将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980 g
D. 达到平衡时，SO2的转化率是90%
8. 某化学反应2A?B+D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0。反应物A的浓度（mol·L-1）随反应时间（min）的变化情况如下表：
根据上述数据，完成下列填空：
（1）实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol·L-1·min-1。
（2）实验2，A的初始浓度c2= mol·L-1，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。
（3）设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3 v1（填“>、=、<”），且c3 1.0 mol·L-1（填“>、=、<”）
参考答案
1. D 2. A 3. B 4. B 5. A 6. C 7. D
8. （1）0.013 （2）1.0 催化剂 （3）> >
例1 某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)的水解反应速率的测定。
已知：NH2COONH4+2H2O?NH4HCO3+NH3·H2O。该研究小组分别用三份初始浓度不同的氨基甲酸铵溶液测定其水解反应速率，得到c(NH2COO-)随时间的变化趋势如图所示。
计算25.0 ℃时，0～6 min 内氨基甲酸铵水解反应的平均速率： 。
解析 25.0 ℃时，0～6 min 内氨基甲酸铵水解的平均速率为:[(2.2-1.9)mol?L-16 min]=0.05 mol·L-1·min-1。
例2 对于可逆反应A(g)+3B(g)?2C(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（ ）
A. v(A)=0.5 mol·L-1·min-1
B. v(B)=1.2 mol·L-1·min-1
C. v(C)=0.4 mol·L-1·min-1
D. v(C)=1.1 mol·L-1·min-1
解析 比较反应速率的大小时，可以用各物质表示的速率除以对应物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的，表示该反应速率快；也可以利用比例关系转化为用同一种表示的反应速率，再比较大小。以物质A为基础，当A以0.5 mol·L-1·min-1的速率反应时，此时v(B)应为1.5 mol·L-1·min-1，v(C) 应为1.0 mol·L-1·min-1，所以表示反应速率最快的是D项。
答案 D
例3 某温度下，浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应，生成气体Z，经过t min后，测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4 mol·L-1，c(Y2)=0.6 mol·L-1，c(Z)=0.4 mol·L-1，则该反应的化学方程式可表示为（ ）
A. 2X2+3Y2?2X2Y3 B. 3X2+2Y2?2X3Y2
C. X2+2Y2?2XY2 D. 2X2+Y2?2X2Y
解析 根据化学反应速率的表示可以求得v(X2)=[1-0.4t]mol·L-1·min-1， v(Y2)=[1-0.6t]mol·L-1·min-1， v(Z)=[0.4t]mol·L-1·min-1。在一个反应体系内，各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比，所以该反应的化学方程式可表示为3X2+2Y2?2Z。根据质量守恒，得Z的化学式为X3Y2。
答案 B
点拨 （1）化学反应速率从测定时间分，平均速率和瞬时速率；从反应的方向分，正反应速率和逆反应速率。所以同一反应用不同物质表示的化学反应速率数值可能不同，但表示的意义是相同的，而且必须注明反应物质。（2）在一个反应体系内，各物质的反应速率之比等于其相应的化学计量系数比，所以依据化学方程式可以计算化学反应速率。比较化学反应速率的大小：①利用上述关系，可求解用不同物质表示的反应速率；②利用上述关系，可求解方程式中未知的化学计量数。
二、化学反应速率的影响因素
例4 为探究锌与稀硫酸的反应速率(以v(H2)表示)，向反应混合液中加入某些物质，下列判断正确的是（ ）
A. 加入NH4HSO4固体，v(H2)不变
B. 加入少量水，v(H2)减小
C. 加入CH3COONa固体，v(H2)减小
D. 滴加少量CuSO4溶液，v(H2)减小
解析 对一个液相反应来说，影响化学反应速率的外界因素主要有：温度、浓度、催化剂以及其它影响因素。锌与稀硫酸的反应速率的外界因素主要是温度、氢离子的浓度以及其它影响因素。选项A，加入NH4HSO4固体，增加了体系中的氢离子的浓度，v(H2)增大，错误；选项B，加入少量水，减小了体系中的氢离子的浓度，v(H2)减小，正确；选项C，加入CH3COONa固体，CH3COONa固体电离出来的CH3COO-与溶液中的H+反应生成弱酸分子CH3COOH，使溶液中的氢离子的浓度减小，v(H2)减小，正确；选项D，滴加少量CuSO4溶液，因为锌可以置换出单质铜，使得体系中形成铜锌原电池，加快了反应速率， v(H2)增大，错误。
答案 B
例5 下列有关说法正确的是（ ）
A. CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
B. 镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈
C. N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) ΔH<0，其他条件不变时升高温度，v(H2)和氢气的平衡转化率均增大
D. 水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应
解析 选项A，室温下该反应不能自发进行，所以该反应的ΔG>0，而且该反应的ΔS>0，则ΔH>0，错误；选项B，镀铜铁制品镀层受损后，在环境中形成原电池，铁作负极更容易生锈，正确；选项C，升高温度，反应速率增大，但该反应是放热反应，氢气的平衡转化率减小，错误；选项D，水的离子积常数Kw随着温度的升高而增大，说明水的电离是吸热反应，错误。
答案 B
例6 某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
（1）催化剂能加快化学反应速率的原因是 。
（2）常温下5% H2O2溶液的pH约为6，H2O2的电离方程式为 。
（3）实验①和②的目的是 。实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是 。 （4）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图。
分析上图能够得出的实验结论是 。
解析 （1）加入催化剂，能降低反应的活化能，使更多的分子成为活化分子，从而加快化学反应速率。
（2）常温下，H2O2的pH约为6，则H2O2为弱酸，其电离方程式为：H2O2?H++HO2-。
（3）实验①②中均没有使用催化剂，只是增大了H2O2的浓度，故实验①②的目的是探究浓度对化学反应速率的影响。因实验过程中现象不明显，可采用升温或使用同种催化剂的方法加快反应速率来达到实验目的。
（4）实验③④⑤中H2O2的浓度相同，并加入相同量的催化剂，而改变的条件是④中酸性增强，⑤中碱性增强。通过相同时间内产生O2的快慢(⑤>③>④)可得出如下结论：溶液的碱性增强，能加快H2O2的分解；而溶液的酸性增强，能抑制H2O2的分解。
点拨 （1）在一定温度下，固体和纯液体物质的物质的量浓度为定值，不因其量的增减而影响化学反应速率；（2）温度对正、逆反应速率都有影响；（3）压强的改变对化学反应速率的影响只是对有气体参加的反应而言的；（4）对于一个可逆反应，催化剂既是正反应的催化剂，也是逆反应的催化剂。
练习
1. 在一定条件下，反应N2+3H2?2NH3，在2 L密闭容器中进行，5 min内氨的质量增加了1.7 g，则反应速率为（ ）
A. v(H2)=0.03 mol·L-1·min-1
B. v(N2)=0.02 mol·L-1·min-1
C. v(NH3)=0.17 g·L-1·min-1
D. v(NH3)=0.01 mol·L-1·min-1
2. 将等物质的量的气体A2和B2注入容积为1 L的密闭容器中反应生成C，平衡时测得c(A2)=0.58 mol·L-1，则c(B2)=0.16 mol·L-1，c(C)=0.84 mol·L-1，则C的分子式为（ ）
A. AB2 B. A2B4 C. AB D. A2B
3. 将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)+B(g)?2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1，现有下列几种说法，其中正确的是（ ）
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
A. ①③? B. ①④?? C. ②③ D. ③④
4. 0.1 mol·L-1 Na2S2O3溶液与0.1 mol·L-1 H2SO4溶液各5 mL和10 mL水混合，反应速率为v1 mol·L-1·s-1；0.2 mol·L-1 Na2S2O3溶液与0.2 mol·L-1 H2SO4溶液各5 mL和20 mL水混合，反应速率为v2 mol·L-1·s-1。则v1和v2的关系是（ ）
A. 大于 B. 小于
C. 等于 D. 不能确定
5. 在一定条件下，NO能跟H2发生如下反应：2NO+2H2=N2+2H2O。经研究，上述反应是按以下三步反应依次进行的总反应（括号中是该条件下反应的相对速率）：（Ⅰ）2NO+H2=N2O+H2O（慢）；（Ⅱ）2N2O=2N2+O2（快）；（Ⅲ）2H2+O2=2H2O（更快）。以上总反应的速率主要取决于三步反应中的（ ）
A. （Ⅰ） B. （Ⅱ）
C. （Ⅲ） D. （Ⅱ）和（Ⅲ）
6. 亚氯酸盐（NaClO2）可用作漂白剂，在常温下、不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO2=4ClO2↑+H++Cl-+2H2O。分解时，刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应释放出ClO2，这是因为（ ）
A. 酸使亚氯酸的氧化性增强
B. 溶液中的H+起催化作用
C. 溶液中的Cl-起催化作用
D. 逸出的ClO2使反应的生成物浓度降低
7. 在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.100 mol O2在催化剂作用下加热到600℃发生反应：2SO2+O2?2SO3，当气体的物质的量减少0.315 mol时，反应达到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的82.5%。下列有关叙述正确的是（ ）
A. 反应达到平衡时，SO3的生成速率与SO2消耗速率相等
B. 降低温度，正反应速率减小而逆反应速率增大
C. 将平衡混合气体通入过量BaCl2溶液中，得到沉淀的质量为161.980 g
D. 达到平衡时，SO2的转化率是90%
8. 某化学反应2A?B+D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为0。反应物A的浓度（mol·L-1）随反应时间（min）的变化情况如下表：
根据上述数据，完成下列填空：
（1）实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为 mol·L-1·min-1。
（2）实验2，A的初始浓度c2= mol·L-1，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。
（3）设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3 v1（填“>、=、<”），且c3 1.0 mol·L-1（填“>、=、<”）
参考答案
1. D 2. A 3. B 4. B 5. A 6. C 7. D
8. （1）0.013 （2）1.0 催化剂 （3）> >