高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率第一课时学案

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eq \a\vs4\al(化学反应速率及其表示方法)
室温下，有少量催化剂存在时，过氧化氢在水溶液中发生分解反应：2H2O2 eq \(=====,\s\up7(催化剂)) 2H2O＋O2↑，反应过程中过氧化氢的物质的量浓度变化如下表所示。
表1 H2O2分解过程中浓度随时间的变化
表2
[问题探讨]
1．请结合教材P41观察思考中绘制的H2O2分解反应的浓度—时间曲线及表2数据分析，如何表示化学反应速率？
提示：曲线的斜率 eq \f(Δc,Δt) 可以表示化学反应速率，其数学表达式为v＝ eq \f(Δc,Δt) 。
2．化学反应速率有无单位？不同单位之间如何换算？
提示：化学反应速率的常用单位是ml·L－1·min－1、ml·L－1·s－1等。
1 ml·L－1·s－1＝ eq \f(1 ml,L·\f(1,60) min) ＝60 ml·L－1·min－1。
3．能否用液态水表示化学反应速率？
提示：不能用固体和纯液体表示化学反应速率，因为其浓度可视为不变的常数。
4．一定条件下，在2 L的密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，5分钟内生成了6.8 g NH3，试求出用NH3、N2、H2表示的化学反应速率。
提示：n(NH3)＝ eq \f(6.8 g,17 g·ml－1) ＝0.4 ml，则v(NH3)＝ eq \f(Δc（NH3）,Δt) ＝ eq \f(\f(0.4 ml,2 L),5 min) ＝0.04 ml·L－1·min－1，
v(N2)＝ eq \f(Δc（N2）,Δt) ＝ eq \f(\f(0.2 ml,2 L),5 min) ＝0.02 ml·L－1·min－1，
v(H2)＝ eq \f(Δc（H2）,Δt) ＝ eq \f(\f(0.6 ml,2 L),5 min) ＝0.06 ml·L－1·min－1。
5．通过4的计算，在合成氨的反应中，用N2、H2、NH3表示的反应速率数值之间有何关系？
提示：v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝0.02 ml·L－1·min－1∶0.06 ml·L－1·min－1∶0.04 ml·L－1·min－1＝1∶3∶2，即化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(1)由公式v＝ eq \f(Δc,Δt) 计算得到的化学反应速率，是某一时间段的平均速率而不是瞬时速率。
(2)不论是反应物还是生成物，用其表示的化学反应速率的值都取正值。
(3)固体或纯液体(不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(4)同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率的意义完全相同，但它们表示的数值可能不同。因此，要在反应速率v后标明具体的物质。
1．下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
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．化学反应速率可用任何一种反应物或任何一种生成物来表示
C．若某化学反应中用某反应物表示的反应速率为0.5 ml·L－1·s－1，就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 ml·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
解析：选D A项，中和反应速率很快，但有的没有明显现象，错误；B项，在化学反应中，由于固体和纯液体的浓度视为常数，其浓度变化值为零，不能用其表示化学反应速率，错误；C项，由于化学计量数不一定相同，在该时间段内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5 ml·L－1，错误。
2．某温度下，N2O5在CCl4中发生反应：2N2O5===4NO2＋O2，N2O5的浓度随反应时间(t)的变化数据如下表。在0～10 s内，平均反应速率为( )
A.v(N2O5)＝0.032 ml·L－1
B．v(N2O5)＝0.050 ml·L－1
C．v(N2O5)＝0.050 ml·L－1·s－1
D．v(N2O5)＝0.032 ml·L－1·s－1
解析：选C 根据化学反应速率的数学表达式知，v(N2O5)＝ eq \f(0.82－0.32,10 ) ml·L－1·s－1＝0.050 ml·L－1·s－1。
化学反应速率的测定方法及化学反应速率的计算与大小比较
通过实验测定化学反应速率的方法有多种。
下面是实验室测定锌粒与稀硫酸反应的化学反应速率的装置图。
[问题探讨]
1．如何设计实验方案测定上述反应的化学反应速率？
提示：方案1：测定一定时间(如1分钟)内产生H2的体积；
方案2：测定产生一定体积的H2所需的时间。
2．你还能想到哪些测定化学反应速率的方法？
提示：通过一定时间内气体压强的变化来测定化学反应速率；利用科学仪器测量(如用于比色分析的分光光度计)。
3．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2 L 密闭容器中充入4 ml NH3和3 ml O2，4 min后，测得生成的H2O(g)占混合气体体积的40%，则此段时间内该反应的平均速率如何计算？
提示：设4 min后NH3转化的物质的量为x ml，列三段式为
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
起始量/ml 4 3 0 0
变化量/ml x eq \f(3,4) x eq \f(1,2) x eq \f(3,2) x
eq \a\vs4\al(4 min后的,量/ml) 4－x 3－ eq \f(3,4) x eq \f(1,2) x eq \f(3,2) x
由题意知， eq \f(\f(3,2)x,4－x＋3－\f(3,4)x＋\f(1,2)x＋\f(3,2)x) ×100%＝40%。
解得x＝2，则v(O2)＝ eq \f(Δc,Δt) ＝ eq \f(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,4)×2))ml,2 L),4 min)
＝0.187 5 ml·L－1·min－1。
4．对于反应A(g)＋3B(g)2C(g)，在三种不同条件下的反应速率分别为
①v(A)＝0.01 ml·L－1·s－1；
②v(B)＝0.60 ml·L－1·min－1；
③v(C)＝1.0 ml·L－1·min－1。
在这三种不同条件下的化学反应速率大小顺序是怎样的？
提示：先统一单位，①v(A)＝0.60 ml·L－1·min－1， eq \f(v（A）,1) ＝0.60 ml·L－1·min－1；
② eq \f(v（B）,3) ＝0.20 ml·L－1·min－1；
③ eq \f(v（C）,2) ＝0.50 ml·L－1·min－1；
故化学反应速率大小顺序为①>③>②。
1．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物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。
(2)测定方法：
①利用能够直接观察的某些性质测定：如通过测量释放出一定体积气体的时间来测定化学反应速率，或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定化学反应速率。
②利用科学仪器测量：如在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅与显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量化学反应速率。
2．化学反应速率的计算方法——“三段式”法
(1)求解化学反应速率计算题的一般步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程计算。
例如 mA ＋ nB pC
起始浓度/ml·L－1 a b c
转化浓度/ml·L－1 x eq \f(nx,m) eq \f(px,m)
某时刻浓度/ml·L－1 a－x b－ eq \f(nx,m) c＋ eq \f(px,m)
v(B)＝ eq \f(转化浓度,Δt) ＝ eq \f(nx,mΔt)
(2)计算中注意以下量的关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)
③转化率＝ eq \f(c（转化）,c（起始）) ×100%
3．化学反应速率大小的比较方法
同一化学反应中，用不同物质来表示化学反应速率时，数值可能不同，需要进行转化。常用以下两种方法：
(1)归一法
(2)比值法
通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较，比值大的化学反应速率大。
如对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，若 eq \f(v（A）,a) > eq \f(v（B）,b) ，则用A表示的化学反应速率较大。
1．一定条件下，向2 L密闭容器中加入2 ml N2和10 ml H2，发生反应：N2＋3H22NH3，2 min时测得剩余的N2为1 ml，下列化学反应速率不正确的是( )
A．v(N2)＝0.25 ml·L－1·min－1
B．v(H2)＝0.75 ml·L－1·min－1
C.v(NN3)＝1 ml·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.5 ml·L－1·min－1
解析：选C v(N2)＝ eq \f(（2－1）ml,2 L×2 min) ＝0.25 ml·L－1·min－1。因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75 ml·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5 ml·L－1·min－1。
2．在不同条件下，分别测得反应2SO2＋O22SO3的化学反应速率如下，其中表示该反应进行得最快的是( )
A．v(SO2)＝4 ml·L－1·min－1
B．v(O2)＝3 ml·L－1·min－1
C．v(SO2)＝0.1 ml·L－1·s－1
D．v(O2)＝0.1 ml·L－1·s－1
解析：选D 本题考查的是化学反应速率的比较。以SO2为标准，并将单位进行统一，将A、B、C、D选项换算成以SO2表示的化学反应速率分别为A中v(SO2)＝4 ml·L－1·min－1；B中v(SO2)＝2v(O2)＝6 ml·L－1·min－1；C中v(SO2)＝(0.1×60) ml·L－1·min－1＝6 ml·L－1·min－1；D中v(SO2)＝2v(O2)＝(2×0.1×60)ml·L－1·min－1＝12 ml·L－1·min－1。则D项符合题意。
3．通过实验测定反应速率的方法有多种，如
(1)比较锌粒与不同浓度硫酸溶液反应时的速率，可通过测定收集等体积H2需要的________来实现。
(2)在KMnO4溶液与H2C2O4溶液的反应中，KMnO4与H2C2O4反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________
__________________，可通过观察__________________来测定该反应的速率。
解析：(1)比较锌粒与不同浓度的硫酸溶液反应的速率，可通过测定收集等体积H2需要的时间来实现，所需时间越短，说明反应速率越快。
(2)KMnO4与H2C2O4发生氧化还原反应，离子方程式为2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，反应完全后溶液由紫红色变为无色，故可通过观察溶液褪色所需时间的长短来测定该反应的速率。
答案：(1)时间
(2)2MnO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(4)) ＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O 溶液褪色所需时间
eq \a\vs4\al(理解与辨析能力)
一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A．反应开始到10 s时，用Z表示的化学反应速率为0.158 ml·L－1·s－1
B．反应开始到10 s时，X的物质的量浓度减小了0.79 ml·L－1
C．反应到达10 s时，c(Y)＝0.105 ml·L－1·s－1
D．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)
提示：由图可知，0～10 s，n(X)由1.20 ml减少到0.41 ml，n(Y)由1.00 ml减少到0.21 ml，n(Z)由0增加到1.58 ml，故v(Z)＝1.58 ml÷2 L÷10 s＝0.079 ml·L－1·s－1，A项错误；反应开始到10 s时，X的物质的量浓度减小了 eq \f(1.20 ml－0.41 ml,2 L) ＝0.395 ml·L－1，B项错误；10 s时，c(Y)＝ eq \f(0.21 ml,2 L) ＝0.105 ml·L－1，单位有误，C项错误；相同时间内X、Y、Z的物质的量的变化值之比为0.79 ml∶0.79 ml∶1.58 ml＝1∶1∶2，故反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，D项正确。
[反思归纳] 由图像确定化学方程式的方法
①反应物和生成物的确定方法
根据图像中曲线的变化趋势，物质的量(或浓度)减小的是反应物，物质的量(或浓度)增加的是生成物。
②各物质化学计量数的确定方法
一段时间内，各物质的物质的量(或浓度)变化量之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
③若反应最后浓度不随时间改变，书写化学方程式时应以“”连接。
1．一定温度下，某纯气体反应在密闭容器中进行，各物质的物质的量随反应时间的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是( )
A．该反应的化学方程式为5Y3X
B．t1 min时，Y的浓度是X的浓度的1.5倍
C．t2 min时，正、逆反应速率相等
D．t3 min时，逆反应速率大于正反应速率
解析：选B 由图可知，反应达到平衡时，Y减少了 6 ml，X增加了3 ml，因此该反应的化学方程式为2YX，故A项错误；t1 min时，Y的物质的量为6 ml，X的物质的量为4 ml，则c(Y)＝1.5c(X)，B项正确；由图可知，t2 min时，X、Y两物质的物质的量相等，但不表示正、逆反应速率相等，故C项错误；t3 min时，反应达到平衡状态，正反应速率等于逆反应速率，故D项错误。
2．某温度时，在V L密闭容器中，A、B、C三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：
(1)反应的化学方____________________________________________________________。
(2)从开始到t1 min末，用物质C表示的反应速率为__________________。
解析：根据图像可知，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝(12－4) ml∶(8－4) ml∶(6－0) ml＝4∶2∶3，所以该反应的化学方程式为4A＋2B3C；根据反应速率的定义式可知，v(C)＝ eq \f(6 ml,V L·t1 min) ＝ eq \f(6,Vt1) ml·L－1·min－1。
答案：(1)4A＋2B3C (2) eq \f(6,Vt1) ml·L－1·min－1
[分级训练·课课过关]__________________________________________________________
1．下列说法正确的是( )
A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C．由v＝ eq \f(Δc,Δt) 计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率
D．在反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
解析：选B 化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示，A错误；由v＝ eq \f(Δc,Δt) 计算所得化学反应速率为平均速率，C错误；化学反应速率均为正值，不出现负值，因为Δc(变化量)不能为负，D错误。
2．在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s 末硫酸的浓度减少了0.6 ml·L－1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s 内生成硫酸铝的平均反应速率是( )
A．0.02 ml·L－1·min－1 B．1.8 ml·L－1·min－1
C．1.2 ml·L－1·min－1 D．0.18 ml·L－1·min－1
解析：选C v(H2SO4)＝ eq \f(0.6 ml·L－1,10 s)
＝0.06 ml·L－1·s－1，v[Al2(SO4)3]＝ eq \f(1,3) v(H2SO4)
＝ eq \f(1,3) ×0.06 ml·L－1·s－1＝0.02 ml·L－1·s－1×60 s·min－1＝1.2 ml·L－1·min－1。
3.某温度时，在2 L恒容密闭容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。由图中数据分析，该反应的化学方程式和反应开始至2 min末Z的平均反应速率分别为( )
A．X＋3Y===2Z 0.1 ml·L－1·min－1
B．2X＋Y2Z 0.1 ml·L－1·min－1
C．X＋2Y===Z 0.05 ml·L－1·min－1
D．3X＋Y2Z 0.05 ml·L－1·min－1
解析：选D 由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，当反应进行到2 min时，Δn(X)＝0.3 ml，Δn(Y)＝0.1 ml，Δn(Z)＝0.2 ml，则Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝3∶1∶2，参加反应的物质的物质的量之比等于化学计量数之比，则该反应的化学方程式为3X＋Y2Z；反应开始至2 min末，Z的平均反应速率v(Z)＝ eq \f(\f(0.2 ml,2 L),2 min) ＝0.05 ml·L－1·min－1，故D正确。
4．化学反应速率是通过实验测定的，测定下列化学反应的速率时，其测量依据不合理的是( )
解析：选A A项，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；B项，若单位时间内H2的体积变化大，则反应速率快，B项合理；C项，2NO2N2O4，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；D项，单位时间内产生的沉淀的质量越大，反应速率越快，D项合理。
5.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2 L的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)反应从开始到12 s时，用A表示的平均反应速率为______________。
(2)经测定前4 s内，用C表示的平均反应速率v(C)＝0.05 ml·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为：
甲：v(A)＝0.3 ml·L－1·s－1；
乙：v(B)＝0.12 ml·L－1·s－1；
丙：v(C)＝9.6 ml·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__________________。
解析：(1)从0到12 s，Δc(A)＝0.8 ml·L－1－0.2 ml·L－1＝0.6 ml·L－1，v(A)＝ eq \f(0.6 ml·L－1,12 s) ＝0.05 ml·L－1·s－1。
(2)前4 s内，Δc(A)＝0.8 ml·L－1－0.5 ml·L－1＝0.3 ml·L－1，v(A)＝ eq \f(0.3 ml·L－1,4 s) ＝0.075 ml·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075 ml·L－1·s－1∶0.05 ml·L－1·s－1＝3∶2。由图像知，在12 s时Δc(A)∶Δc(B)＝0.6 ml·L－1∶0.2 ml·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)丙容器中v(C)＝9.6 ml·L－1·min－1＝0.16 ml·L－1·s－1。甲容器中v＝ eq \f(v（A）,3) ＝ eq \f(0.3 ml·L－1·s－1,3) ＝0.1 ml·L－1·s－1，乙容器中v＝ eq \f(v（B）,1) ＝ eq \f(0.12 ml·L－1·s－1,1) ＝0.12 ml·L－1·s－1，丙容器中v＝ eq \f(v（C）,2) ＝ eq \f(0.16 ml·L－1·s－1,2) ＝0.08 ml·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 ml·L－1·s－1 (2)3A(g)＋B(g)2C(g) (3)乙>甲>丙
明课程标准
扣核心素养
1.知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。
2.能进行化学反应速率的简单计算。
变化观念与平衡思想：能从原子、分子水平分析化学变化的内因和变化的本质，能理解化学反应的历程。
证据推理与模型认知：能认识物质及其变化的理论模型与研究对象之间的异同，能对模型和原型的关系进行评价并改进模型；能说明模型的使用条件和适用范围。
t/min
0
20
40
60
80
c(H2O2)/(ml·L－1)
0.80
0.40
0.20
0.10
0.05
Δt/min
0～20
20～40
40～60
60～80
Δc(H2O2)/(ml·L－1)
0.40
0.20
0.10
0.05
t/s
0
5
10
15
N2O5/(ml·L－1)
0.82
0.40
0.32
0.28
选项
化学反应
测量依据
(单位时间内)
A
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)
压强变化
B
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
H2体积
C
2NO2(g) N2O4(g)
颜色深浅
D
Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH
沉淀质量