高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率学案及答案

第1课时　化学反应速率的表示方法

课程目标,

1．了解化学反应速率的概念。

2．了解化学反应速率的定量表示方法。

3．掌握化学反应速率的简单计算。

4．了解反应速率的测量方法。

图说考点

[新知预习]

一、化学反应速率及表示方法

1．化学反应速率：

2．表示化学反应速率时的注意事项：

（1）某一段时间内的反应速率，是一段时间内的　　　　速率，而不是指瞬时速率。

（2）无论是反应物还是生成物，其化学反应速率值都取　　　　。

（3）固体或纯液体（注意：不是溶液）的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用　　　　或　　　　表示化学反应速率。

（4）同一化学反应里，用不同物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，故描述反应速率时必须指明具体的　　　　。

二、化学反应速率的测定

1．测定原理

利用化学反应中与某一种化学物质的　　　　（或　　　　）相关的性质进行测定。

2．测定方法

①根据颜色变化：在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，人们常利用　　　　和　　　　的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。

②根据释放出气体的体积：

如通过测量一定　　　　释放出气体的体积，或测定一定时间和　　　　气体体积的变化来测定反应速率。

[即时性自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量变化来表示。（　　）

（2）一般来说，化学反应过程不是等速的，因此一段时间内的反应速率实际是这一段时间内的平均速率。（　　）

（3）在化学反应过程中，反应物的浓度逐渐减小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值。（　　）

（4）在同一化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但是它们表示的实际意义完全相同。（　　）

（5）Na2S2O3和H2SO4反应的方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，此反应的速率可通过出现浑浊的时间来测定。（　　）

（6）化学反应速率越大，化学反应现象越明显。（　　）

2．某一反应物的浓度是1.0 mol·L－1，经过20 s后，它的浓度变成了0.2 mol·L－1，在这20 s内用该物质浓度变化表示的化学反应速率为（　　）

A．0.04              B．0.04 mol·L－1·s－1

C．0.08 mol·L－1·s－1    D．0.04 mol·L－1

3．在一定条件下发生反应2A（g）===2B（g）＋C（g），将2 molA通入2 L容积恒定的密闭容器甲中，若维持容器内温度不变，5 min末测得A的物质的量为0.8 mol。用B的浓度变化来表示该反应的速率为（　　）

A．0.24 mol/（L·min）    B．0.08 mol/（L·min）

C．0.06 mol/（L·min）    D．0.12 mol/（L·min）

4．在2 L的密闭容器中发生反应：2A（g）＋B（g）⇌2C（g）＋D（g）。若最初加入的A和B都是4 mol，在前10 s内A的平均反应速率为0.12 mol/（L·s），则10 s时，容器中B的物质的量是（　　）

A．1.6 mol    B．2.8 mol

C．2.4 mol    D．1.2 mol

5．如图表示800 ℃时，A、B、C三种气体物质的量浓度随时间变化的情况，t是到达平衡状态的时间。试回答：

（1）该反应的反应物是　　　　。

（2）该反应的化学反应方程式为________________________________________________________________________。

（3）若达到平衡状态的时间是2 min，则起始至平衡时，A物质的平均反应速率为　　　　。

提升点一　化学反应速率的简单计算

 [例1]　将等物质的量的A和B，混合于2 L的密闭容器中，发生反应3A（g）＋B（g）===xC（g）＋2D（g），经过5 min后测得D的浓度为0.5 mol·L－1，c（A）∶c（B）＝3∶5，C的反应速率是0.1 mol·L－1·min－1。

（1）x的值是　　　　。

（2）A在5 min末的浓度是　　　　。

（3）5 min内，B的平均反应速率是　　　　，D的平均反应速率是　　　　。

填空题中化学反应速率必须有单位！

[提升1]　已知反应aA（g）＋bB（g）⇌cC（g），某温度下，在2 L密闭容器中投入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。

（1）从反应开始到12 s时，用A表示的反应速率为________________________________________________________________________。

（2）经测定，前4 s内v（C）＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（3）请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。

（4）若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经相同时间后，测得三个容器中的反应速率分别为甲：v（A）＝0.3 mol·L－1·s－1，乙：v（B）＝0.12 mol·L－1·s－1，丙：v（C）＝9.6 mol·L－1·min－1。则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为　　　　。

状元随笔　速率大小比较“三步骤”

1．“一看”单位是否一致，不一致转化为同一单位。

2．“二化”将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的化学反应速率。

3．“三比较”比较数值大小。

[关键能力]

化学反应速率的计算

（1）利用反应速率的定义式v＝求算。

（2）利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。

（3）利用三段式进行计算

①求解化学反应速率计算题的一般步骤：

a．写出有关反应的化学方程式；

b．找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；

c．根据已知条件列方程计算。

例如，对于反应：mA＋nB===pC＋qD。A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1。反应从t0 s开始进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则反应速率可计算如下：

mA＋nB===pC＋qD

起始浓度/mol·L－1    a        b       0     0

转化浓度/mol·L－1    x                    

最终浓度/mol·L－1    a－x    b－         

则v（A）＝ mol·L－1·s－1，v（B）＝ mol·L－1·s－1，v（C）＝mol·L－1·s－1，v（D）＝mol·L－1·s－1。

②计算时注意以下量的关系：

a．对反应物：c起始－c转化＝c某时刻；

b．对生成物：c起始＋c转化＝c某时刻；

c．转化率：×100%。

提升点二　化学反应速率的测定

[例2]　化学反应速率是描述化学反应进行快慢的物理量。某同学利用如图所示装置测定化学反应速率。（已知：＋2H＋===H2O＋S↓＋SO2↑）

（1）为保证实验的准确性、可靠性，利用该装置进行实验前应先进行的步骤是　　　　　　；除如图所示装置的实验用品、仪器外，还需要的一种实验仪器是　　　　。

（2）若在2 min时收集到224 mL（已折算成标准状况）气体，可计算出这2 min内H＋的反应速率，但该测定值比实际值偏小，其原因是________________________________________________________________________。

（3）试简述测定该反应的反应速率的其他方法：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________（写一种即可）。

状元随笔

定量测定速率时可结合反应中反应物的消耗量或生成物的生成量变化来测定。

[提升2]　某学生设计如图甲装置，测定2 mol·L－1的硫酸溶液分别与锌粒、锌粉反应的速率。请回答：

（1）图甲中盛放硫酸溶液的仪器名称是　　　　。

（2）按照图甲装置实验时，已限定了两次实验时间均为10 min，还需要测定的另一个数据是　　　　。

（3）实验结束后，得到的结论是　　　　。

（4）该学生又将图甲装置中的气体收集装置改为图乙，实验完毕待冷却后，该学生准备读取水准管上液面所在处的刻度数，发现水准管中液面高于干燥管中液面，应首先采取的操作是　　　　。

[关键能力]

比较反应速率快慢的常用方法：

（1）定性描述——通过在相同时间点，不同的实验现象来判断反应的快慢。

①观察产生气泡的快慢；

②观察试管中剩余锌粒的多少；

③用手接触试管，感受试管外壁温度的高低。

（2）定量描述——通过实验测量来判断反应的快慢。

①测定气体的体积或体系的压强；

②测定物质的物质的量的变化；

③测定物质或离子的浓度变化；

④测定体系的温度或反应的热量变化。

若有多种测量方案时，一般采取易操作，现象明显的实验方案。

1．下面有关化学反应速率的说法中正确的是（　　）

A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显

B．化学反应速率通常是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加

C.化学反应速率为“0.8 mol·L－1·s－1”所表示的意思是时间为1 s时，某物质的浓度为0.8 mol·L－1

D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度

2．某温度下，反应2N2O5⇌4NO2＋O2开始进行时，c（N2O5）＝0.040 8 mol/L，1 min后，c（N2O5）＝0.030 mol/L，则该反应的反应速率为（　　）

A．v（N2O5）＝1.8×10－4 mol/（L·s）

B．v（N2O5）＝1.08×10－2 mol/（L·s）

C．v（NO2）＝1.8×10－4 mol/（L·s）

D．v（O2）＝1.8×10－4 mol/（L·s）

3．某温度下按右图安装好实验装置，在锥形瓶内放入6.5 g锌粒（颗粒大小基本相同），通过分液漏斗加入40 mL 2.5  mol·L－1的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10 s时恰好收集到气体的体积为50 mL（若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL），在该温度下，下列说法不正确的是（　　）

A．可以通过测定锌粒减少的质量来测定反应速率

B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1

C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示10 s内该反应的速率为0.01  mol·L－1·s－1

D．用H2来表示10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·s－1

4．在mA＋nB⇌pC的反应中（m、n、p为各物质的化学计量数），现测得C每2 min增加2 mol·L－1，B每分钟减少1.5 mol·L－1，A每分钟减少0.5 mol·L－1，则m∶n∶p为（　　）

A．2∶3∶2    B．2∶2∶3

C．1∶3∶2    D．3∶1∶2

5．一定温度下，向一个容积为2 L的真空密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2发生反应：N2＋3H2⇌2NH3，3 min后，测得容器内的压强是开始时的0.9倍，则这段时间内v（H2）为（　　）

A．0.2 mol·L－1·min－1    B．0.6 mol·L－1·min－1

C．0.1 mol·L－1·min－1    D．0.3 mol·L－1·min－1

6．某温度时，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2，在恒容密闭容器中发生可逆反应生成气体Z，充分反应后X2的浓度为0.4 mol·L－1，Y2的浓度为0.8 mol·L－l，生成的Z的浓度为0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式（Z用X、Y表示）是（　　）

A．X2＋2Y2⇌2XY2    B．2X2＋Y2⇌2X2Y

C．X2＋3Y2⇌2XY3    D．3X2＋Y2⇌2X3Y

7．化学反应速率是通过实验测定的，测量下列化学反应的速率时，测量依据不合理的是（　　）

8.请回答下列有关化学反应速率的问题：

（1）在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4（g）⇌2NO2（g）。100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v（N2O4）为　　　　 mol·L－1·s－1。

（2）温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝　　　　mL·g－1·min－1。

（3）已知4HCl（g）＋O2（g）===2H2O（g）＋2Cl2（g），一定条件下测得反应过程中n（Cl2）的数据如表所示：

计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率（以mol·min－1为单位，写出计算过程）。

9．向2 L密闭容器中通入a mol气体A和b mol气体B，在一定条件下发生反应：xA（g）＋yB（g）⇌pC（g）＋qD（g）。已知：平均反应速率v（C）＝v（A）；反应2 min时，A的浓度减少了a mol，B的物质的量减少了a mol，有a mol D生成。

回答下列问题：

（1）反应2 min内，v（A）＝　　　　，v（B）＝　　　　。

（2）化学方程式中，x＝　　　　，y＝　　　　，p＝　　　　，q＝　　　　。

（3）反应平衡时，D为2a mol，则B的转化率为　　　　。

练后感悟

化学反应速率计算的误区

在做有关反应速率的计算题目时，由于粗心大意及对反应速率概念理解不够透彻，部分学生会出现以下失误：

误区一　忽视反应容器的容积

某些试题不是直接给出反应物或生成物的物质的量浓度，而是给出物质的量及容器的容积。解答这类题目时，部分学生想当然地认为容器容积为1 L，从而导致出错。

误区二　忽视统一单位

部分涉及反应速率计算的题目中，时间单位（s、min）与反应速率的单位（mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1）不统一，如给出的时间单位为min，要求的反应速率单位为mol·L－1·s－1，此时就需要将min换算为s，否则就会出现计算错误。

第1课时　化学反应速率的表示方法

基础知识

新知预习

一、

1．快慢　减少　增加　mol/(L·s)　mol·L－1·s－1

2．(1)平均　(2)正值　(3)固体　纯液体　(4)化学物质

二、

1．浓度　质量

2．颜色深浅　有色物质浓度　温度　压强

即时性自测

1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×

2．解析：v＝＝＝0.04 mol·L－1·s－1。A项无单位，D项单位不正确。

答案：B

3．解析：v(A)＝＝＝0.12 mol/(L·min)，v(B)＝v(A)＝0.12 mol/(L·min)。

答案：D

4．解析：前10 s内A的平均反应速率为0.12 mol/(L·s)，则A消耗了0.12 mol/(L·s)×10 s×2 L＝2.4 mol，则B消耗了1.2 mol，故10 s时容器中B的物质的量是4 mol－1.2 mol＝2.8 mol，选B。

答案：B

5．解析：对于图像题，首先要弄清图像横、纵坐标所代表的意义，计算平均反应速率时，把握化学反应各物质的变化量与化学计量数成正比，另外还要注意单位的统一。(1)无论反应是否可逆，反应的实质都是旧物质的消耗、新物质的生成。表现于量上，旧物质量的减少即为反应物；新物质量的增加即为生成物。从图像来看消耗了A，故A为反应物。(2)化学反应中各物质的变化量与其化学计量数成正比，由于变化是同时发生、同时停止的，所以有(2.4－1.2)∶(0.4－0)∶(1.2－0)＝3∶1∶3，即各物质的化学计量数比，故此可逆反应的方程式为3A⇌B＋3C。(3)v(A)＝＝＝0.6 mol·L－1·min－1。

答案：(1)A　(2)3A⇌B＋3C

(3)0.6 mol·L－1·min－1

技能素养

例1　解析：v(D)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，与C的反应速率相等，故x＝2。5 min末，c(C)＝0.1 mol·L－1·min－1×5 min＝0.5 mol·L－1。

设起始时A与B的浓度均为c mol·L－1。

　　　　　3A　　＋　B===　2C　＋　2D

    c    c    0    0

    0.75    0.25    0.5    0.5

5 min末浓度

(mol·L－1)    (c－0.75)    (c－0.25)    0.5    0.5

根据题意得(c－0.75)∶(c－0.25)＝3∶5，解得c＝1.5，故A在5 min末的浓度为1.5 mol·L－1－0.75 mol·L－1＝0.75 mol·L－1。v(B)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。

答案：(1)2　(2)0.75 mol·L－1

(3)0.05 mol·L－1·min－1　0.1 mol·L－1·min－1

提升1　解析：(1)0～12 s内，Δc(A)＝0.8 mol·L－1 －0.2 mol·L－1＝0.6  mol·L－1，v(A)＝0.6 mol·L－1÷12 s＝0.05  mol·L－1·s－1。(2)前4 s内，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.5 mol·L－1＝0.3 mol·L－1，v(A)＝0.3 mol·L－1÷4 s＝0.075 mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075 mol·L－l·s－1∶0.05 mol·L－1·s－1＝3∶2；由图像知，0～12 s内Δc(A)∶Δc(B)＝0.6 mol·L－1∶0.2 mol·L－1＝3∶1＝a∶b，则a∶b∶c＝3∶1∶2，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)⇌2C(g)。(3)生成物C的浓度从0开始增加，到12 s时达到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝2×0.6 mol·L－1÷3＝0.4 mol·L－1，则该曲线如图所示。

(4)丙容器中v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1＝0.16 mol·L－1·s－1，则丙容器中v(B)＝0.08 mol·L－1·s－1，甲容器中v(B)＝0.1 mol·L－1·s－1，乙容器中v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1，故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。

答案：(1)0.05 mol·L－1·s－1　(2)3A(g)＋B(g)⇌2C(g)　(3)见解析图　(4)乙>甲>丙

例2　解析：(1)气体的制备及性质探究实验等需要保证装置气密性良好，否则会导致实验失败或测定结果不准确；反应速率的计算公式：v＝，故需要测定收集气体所用的时间，即需要秒表或计时器。(2)该反应为稀硫酸与Na2S2O3溶液的反应，生成的SO2会少量溶于水中，导致收集到的SO2偏少，测定结果偏小。(3)由给出的离子方程式可知，生成物中有S单质，反应物中有H＋，故也可以通过测定一段时间内生成S单质的质量或测定一段时间内溶液中H＋浓度的变化，达到测定反应速率的目的。

答案：(1)检查装置的气密性　秒表(或计时器)　(2)部分SO2溶于水，导致所得SO2体积偏小　(3)测定一段时间内生成S单质的质量(或测定一段时间内溶液中H＋浓度的变化等)

提升2　解析：(1)根据装置的特点可知，图甲中盛放硫酸溶液的仪器名称是分液漏斗。

(2)根据v＝可知，要测定反应速率，则还需要测定的另一个数据是收集到气体的体积。

(3)由于增大反应物的接触面积可以加快反应速率，所以该实验中得出的结论是其他条件相同时，锌粉与硫酸反应的速率比锌粒与硫酸反应的速率快。

(4)由于气体的体积受压强的影响较大，所以在读数之前还需要采取的措施是调节水准管的高度，使得两侧液面相平。

答案：(1)分液漏斗

(2)收集到气体的体积

(3)其他条件相同时，锌粉与硫酸反应的速率比锌粒与硫酸反应的速率快

(4)调节水准管的高度使得两侧液面相平

形成性自评

1．解析：A项，反应速率越大，反应现象不一定越明显，如酸碱中和反应，速率很快，但现象不明显；B项，“一定时间”与“单位时间”含义不同；C项中化学反应速率是平均速率，而不是瞬时速率，化学反应速率为“0.8 mol·L－1·s－1”所表示的意思是在这段时间内，某物质浓度变化的平均值为每秒钟。故答案为D。

答案：D

2．解析：v(N2O5)＝[c始(N2O5)－c末(N2O5)]÷60 s＝(0.040 8 mol/L－0.030 mol/L)÷60 s＝1.8×10－4 mol/(L·s)。根据各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比可知，v(NO2)＝3.6×10－4 mol/(L·s)，v(O2)＝9×10－5 mol/(L·s)。

答案：A

3．解析：可以通过测定锌粒减少的质量来测定反应速率，故A正确；H2的物质的量为＝0.002 mol，忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示10 s内该反应的速率为 mol·L－1·s－1 ＝0.01  mol·L－1·s－1，故B正确；发生反应的化学方程式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，故生成Zn2＋的物质的量等于生成H2的物质的量为0.002 mol，忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示10 s内该反应的速率为0. 005  mol·L－1·s－1，故C错误；用H2表示10 s内该反应的速率为 mol·s－1＝0.000 2 mol·s－1，故D正确。

答案：C

4．解析：可逆反应中各物质的反应速率之比为方程式中各物质的化学计量数之比，因此C项正确。

答案：C

5．解析：　　　　　　N2　＋　3H2⇌　2NH3

开始量(mol)　　　1　　　　3　　　　　0

反应量(mol)    x    3x    2x

3 min时(mol)    1－x    3－3x    2x

由于＝0.9，则＝0.9，故＝0.9，解得x＝0.2 mol，v(H2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。

答案：C

6．解析：X2的浓度变化量为0.6 mol·L－1，Y2的浓度变化量为，Z的浓度变化量为0.4 mol·L－1，对于同一反应，同一时间内浓度变化量之比等于化学计量数之比，所以选D。

答案：D

7．解析：化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。该反应是气体分子数不变(反应前后的化学计量数之和相等)的反应，反应前后压强不变，A项不合理；单位时间内H2体积变化多，速率快，B项合理；2NO2⇌N2O4，NO2是红棕色气体，N2O4是无色气体，可以用单位时间内气体颜色的变化来衡量反应的快慢，C项合理；单位时间内产生沉淀的质量越多，速率越快，D项合理。

答案：A

8．解析：(1)在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)＝＝0.001 mol·L－1·s－1。

(2)根据反应速率计算公式可知v＝＝30 mL·g－1·min－1。

(3)由不同物质的反应速率之比等于其化学计量数之比可知，2.0～6.0 min内，v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝1.8×10－3mol·min－1。

答案：(1)0.001　(2)30　(3)v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝1.8×10－3 mol·min－1

9．解析：(1)反应2 min 时，A的浓度减少了，则Δc(A)＝＝a mol/L，则v(A)＝＝a mol/(L·min)，v(B)＝＝a mol/(L·min)；(2)平均反应速率v(C)＝v(A)，则x∶p＝2∶1，A的浓度减少了，则消耗的A为a mol，B的物质的量减少了mol，有a mol D生成，则x∶y∶q＝a mol∶mol∶a mol＝2∶3∶6，故x∶y∶p∶q＝2∶3∶1∶6，则反应方程式为：2A(g)＋3B(g)===1C(g)＋6D(g)；(3)反应达到平衡时，D为2a mol，由方程式2A(g)＋3B(g)===C(g)＋6D(g)可知消耗的B为2a mol×＝a mol，则B的转化率为×100%＝×100%。

答案：(1) mol/(L·min)　 mol/(L·min)　(2)2　3　1　6　(3)×100%