苏教版 (2019)选择性必修1专题2 化学反应速率与化学平衡第一单元 化学反应速率学案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修1专题2 化学反应速率与化学平衡第一单元 化学反应速率学案，共16页。学案主要包含了化学反应速率的概念与表示方法，化学反应速率的测定等内容，欢迎下载使用。

第一单元 化学反应速率
基础课时9 化学反应速率的表示方法
一、化学反应速率的概念与表示方法
1．H2O2分解时，H2O2溶液的变化及速率的分析
结论：随着反应的进行，相同时间间隔内，H2O2浓度变化量逐渐减小，化学反应速率逐渐减慢。
2．化学反应速率的概念及其数学表达式
(1)概念：化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。通常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。
(2)数学表达式为v＝eq \f(Δc,Δt)或v＝eq \f(Δn,V·Δt)。
(3)单位常用ml·L－1·s－1或ml·L－1·min－1表示。
3．对于反应2N2O5===4NO2＋O2，用不同物质表示化学反应速率的分析
结论：(1)在同一个化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率，其数值大小不一定相同，但表示的速率相同，即一种物质的速率就代表了整个化学反应的速率。
(2)用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比＝物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学反应方程式中，任何一种物质均可用v＝eq \f(Δc,Δt)求出该物质表示的化学反应速率(×)
(2)化学反应速率指的是某时刻的瞬时速率(×)
(3)化学反应速率越大，化学反应的现象越明显(×)
(4)同一化学反应中，不同物质表示的化学速率可能数值不同，但表示的意义(快慢)相同(√)
(5)化学反应速率为0.6 ml·L－1·min－1是指1 min时某物质的浓度为0.6 ml·L－1(×)
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的气体的时间来测定反应速率，或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。
(2)利用科学仪器测量出的性质进行测定，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。
(3)在溶液中，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
3．实验探究——实验测定化学反应速率(以盐酸与碳酸钙反应为例)
(1)实验原理
盐酸与大理石反应生成CO2，通过测量一定时间内产生CO2气体的体积，可测定该反应的速率。请自行完成下列化学反应速率的测定实验。
(2)实验装置如图所示
(3)测量步骤
①在锥形瓶中放入5 g大理石，加入20 mL 1 ml·L－1盐酸。每隔10 s观测玻璃注射器中气体的体积，将实验数据记录到表中。
②以mL·s－1为反应速率的单位，计算每10 s时间间隔内的反应速率，将计算结果填入表中。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)通过测量压强变化来测定CO(g) ＋H2O(g)===CO2(g) ＋H2(g)的化学反应速率(×)
(2)通过测量氢气体积来测定Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)的化学反应速率(√)
(3)通过测量颜色深浅来测定2NO2(g)N2O4(g)的化学反应速率(√)
(4)通过测量沉淀质量来测定Ca(OH)2(aq)＋Na2CO3(aq)===CaCO3(s)＋2NaOH(aq)的化学反应速率(√)
任何化学反应的快慢都表现为有关物质的量随着时间变化的多少。因此，化学反应速率可以用单位时间、单位体积中反应物或生成物的物质的量变化来表示。如果反应体系的体积是恒定的，则化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示：v＝eq \f(Δc,Δt)。式中Δc表示反应物浓度或生成物浓度的变化，其常用单位是ml/L(或ml·L－1)等。Δt表示反应时间的变化，其常用单位是s(秒)、min(分)等。v表示反应速率(取正值)，其常用单位是ml/(L·s)(或ml·L－1·s－1)等。
对于一个化学反应：mA＋nB===pC＋qD，可用任一种物质的物质的量浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率。
v(A)＝eq \f(ΔcA,Δt)，v(B)＝eq \f(ΔcB,Δt)，v(C)＝eq \f(ΔcC,Δt)，v(D)＝eq \f(ΔcD,Δt)，且有eq \f(vA,m)＝eq \f(vB,n)＝eq \f(vC,p)＝eq \f(vD,q)。
[问题1] 在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的反应中，可用哪些物质表示反应速率？在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中呢？
[提示] 在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应中，可以用H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度变化来表示反应速率，而在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中只能用NaOH、H2的浓度变化来表示，即不能用固体或纯液体来表示反应速率，因为固体或纯液体的浓度为常数。
[问题2] 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N2 1 ml，试求2 min内v(N2)、v(H2)、v(NH3)的值。
[提示] 解法一：求化学反应速率，需先求参加反应的物质的物质的量浓度的变化量和反应所耗时间，据物质的量的变化量与体积的比可得出浓度的变化量：
N2 ＋ 3H22NH3
起始量/ml 2 10 0
变化量/ml 2－1 3 2
2 min末量/ml 1 10－3 2
则v(N2)＝(2－1)ml/(2 L×2 min)＝0.25 ml·L－1·min－1，
v(H2)＝3 ml/(2 L×2 min)＝0.75 ml·L－1·min－1，
v(NH3)＝2 ml/(2 L×2 min)＝0.5 ml·L－1·min－1。
解法二：v(N2)＝eq \f(2－1 ml,2 L×2 min)＝0.25 ml·L－1·min－1。
用N2来表示反应速率时，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。
[问题3] 对于反应A(g)＋3B(g)===2C(g)，下列各数据表示不同条件下的反应速率，其中反应进行得最快的是？
①v(A)＝0.01 ml·L－1·s－1 ②v(B)＝0.02 ml·L－1·s－1 ③v(B)＝0.60 ml·L－1·min－1 ④v(C)＝1.0 ml·L－1·min－1
[提示] 对于同一反应在不同条件下的反应速率进行比较时，必须选定同一种速率单位和同一种物质，这样比较才有意义。如选择B物质和单位ml·L－1·min－1，并依据“各物质的速率之比等于化学方程式中计量数之比”进行相应的换算，然后进行对比。A项，v(B)＝3v(A)＝3×60 s·min－1×0.01 ml·L－1·s－1＝1.8 ml·L－1·min－1；B项，v(B)＝60 s·min－1×0.02 ml·L－1·s－1＝1.2 ml·L－1·min－1；D项，v(B)＝eq \f(3,2)v(C)＝1.5 ml·L－1·min－1，经过比较可知A项反应进行的最快。
1．正确理解化学反应速率
(1)无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc是取浓度变化的绝对值，因此，化学反应速率都取正值。
(2)化学反应速率可用反应体系中反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。
(3)在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。
(4)在同一反应中，用不同的物质表示同一时间内的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。
(5)一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。
2．化学反应速率的计算
(1)进行化学反应速率计算的依据
①利用反应速率的定义式v＝eq \f(Δc,Δt)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。
(2)进行化学反应速率计算的常用方法——三段式
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，对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)。起始时A的浓度为a ml·L－1，B的浓度为b ml·L－1。反应进行至t1 s时，A消耗了x ml·L－1，则反应速率可计算如下：
mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)
eq \f(起始浓度,ml·L－1) a b 0 0
eq \f(转化浓度,ml·L－1) x eq \f(nx,m) eq \f(px,m) eq \f(qx,m)
eq \f(最终浓度,ml·L－1) a－x b－eq \f(nx,m) eq \f(px,m) eq \f(qx,m)
则v(A)＝eq \f(x,t1) ml·(L·s)－1，v(B)＝eq \f(nx,mt1) ml·(L·s)－1，v(C)＝eq \f(px,mt1) ml·(L·s)－1，v(D)＝eq \f(qx,mt1) ml·(L·s)－1。
(3)进行化学反应速率的计算时，需注意以下量的关系
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：α＝eq \f(c转化,c起始)×100%。
3．化学反应速率的大小比较
(1)归一法
依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。
例如：对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，如果a．v(SO2)＝2 ml·L－1·min－1，b．v(O2)＝3 ml·L－1·min－1，c．v(SO3)＝4 ml·L－1·min－1，比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。换算得出：a．v(O2)＝1 ml·L－1·min－1，c．v(O2)＝2 ml·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为b>c>a。
(2)比值法
用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。例如：对于反应mA＋nBpC＋qD，若v(A)/m>v(B)/n，则反应速率A>B。
【特别提醒】 比较同一反应中不同物质的化学反应速率时，要注意单位是否相同。如果单位不同，要化成相同的单位再进行比较。
1．用纯净的CaCO3与1 ml·L－1 100 mL稀盐酸反应制取CO2。关于此反应，下列说法正确的是( )
A．用HCl和CaCl2表示的反应速率数值不同，但所表示的意义相同
B．不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率，但可用水来表示
C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D．用CaCl2浓度的减小表示其反应速率
A [因为CaCO3是固体，H2O为纯液体，不能用其浓度的变化来表示化学反应速率；D中CaCl2为生成物，故应用其浓度的增加表示反应速率；故B、C、D项错误。]
2．将4 ml A气体和2 ml B气体在2 L的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 ml·L－1，现有下列几种说法：
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 ml·L－1·s－1
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 ml·L－1·s－1
③2 s末，物质B的浓度为0.7 ml·L－1
④2 s末，物质A的转化率为70%
其中正确的是( )
A．①④ B．①③ C．②④ D．③④
B [2 s末C的浓度为0.6 ml·L－1，则2 s末n(C)＝0.6 ml·L－1×2 L＝1.2 ml，由三段式表示
2A(g)＋B(g)2C(g)
开始的物质的量/ml 4 2 0
转化的物质的量/ml 1.2 0.6 1.2
2 s末的物质的量/ml 2.8 1.4 1.2
v(A)＝eq \f(1.2 ml,2 L×2 s)＝0.3 ml·L－1·s－1，
v(B)＝eq \f(0.6 ml,2 L×2 s)＝0.15 ml·L－1·s－1，
A的转化率为eq \f(1.2 ml,4 ml)×100%＝30%，
2 s末B的浓度c(B)＝eq \f(1.4 ml,2 L)＝0.7 ml·L－1。]
为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，某同学通过如图实验装置测定反应中生成的CO2气体体积，并绘制出如图所示的曲线。
[问题1] 化学反应速率最快的时间段是？可能的原因是？
[提示] 曲线的斜率为该反应的化学反应速率，斜率越大其反应速率越大，根据图像知，斜率最大的是t1～t2，反应的化学反应速率最快，该反应是放热反应，放出的热量使溶液温度升高，升高温度，反应速率加快，收集到的气体最多的是体积之差最大的，即产生气体体积最大的是t1～t2时间段。
[问题2] 若盐酸溶液的体积是20 mL，图中CO2的体积是标准状况下的体积，则t1～t2时间段平均反应速率v(HCl)?
[提示] t1～t2时间生成气体体积＝(V2－V1)mL，则二氧化碳的物质的量＝eq \f(V2－V1,22.4)×10－3ml，根据HCl和二氧化碳的关系式知，消耗盐酸的物质的量＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2×\f(V2－V1,22.4)×10－3))ml，盐酸的反应速率＝eq \f(\f(2V2－V1×10－3,22.4),\f(0.02,t2－t1))ml/(L·min)＝eq \f(V2－V1,224t2－t1) ml/(L·min)。
[问题3] 为了减缓上述反应速率，欲向盐酸溶液中加入下列物质，你认为可行的有________________。
①蒸馏水 ②NaCl固体 ③NaCl溶液 ④通入HCl
[提示] 降低反应速率，可以通过减小溶液中氢离子浓度实现，加水稀释或加入氯化钠溶液都能使氢离子浓度降低，从而降低反应速率，通入氯化氢使溶液中氢离子浓度增大，反应速率加快，故可行的有①③。
[问题4] 在t4后，收集到的气体的体积不再增加，可能的原因是？
[提示] 该反应为不可逆反应，在t4后，收集到的气体体积不再增加，说明反应物中有一种已经消耗完。
1．基本原理与思路
化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物)，所以与其中任何一种物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。
2．测量方法
(1)量气法：对于2H2O2===2H2O＋O2↑、CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O等有气体生成的反应，可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积。
(2)比色法：有些反应物(或生成物)有颜色，随着反应的进行，溶液的颜色不断变化，可以用比色的方法测定溶液颜色的深浅，再根据溶液颜色与反应物浓度(或生成物浓度)的换算成反应物(或生成物)在不同反应时刻的浓度。
1．下列都是测定气体产物(一定时间内)反应速率的装置图，不能达到目的的是( )
A [A项中装置不能用长颈漏斗。]
2．某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛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 ml·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．用锌粒来表示10 s内该反应的速率为0.013 g·s－1
B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋来表示10 s内该反应的速率为0.01 ml·L－1·s－1
C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋来表示10 s内该反应的速率为0.01 ml·L－1·s－1
D．用H2来表示10 s内该反应的速率为0.000 2 ml·s－1
C [10 s时产生的H2为0.002 ml。
反应掉的m(Zn)＝0.002 ml×65 g·ml－1＝0.13 g。
v(Zn)＝eq \f(0.13 g,10 s)＝0.013 g·s－1；
v(H＋)＝eq \f(\f(0.004 ml,0.04 L),10 s)＝0.01 ml·L－1·s－1；
v(Zn2＋)＝eq \f(\f(0.002 ml,0.04 L),10 s)＝0.005 ml·L－1·s－1；
v(H2)＝eq \f(0.002 ml,10 s)＝0.000 2 ml·s－1。]
1．下列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．化学反应速率通常用单位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来表示
C．若某化学反应的反应速率为 0.5 ml·L－1·s－1，就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 ml·L－1·s－1
D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量
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，故不能用它们表示反应速率，错误；C项，单位错，浓度变化单位应为ml·L－1，且由于化学计量数不一定相同，在该时间内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5 ml·L－1。]
2．X(s)＋3Y(g)Z(g) ΔH＝－a kJ·ml－1；一定条件下，将2 ml X和2 ml Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 s，测得生成0.5 ml Z。下列说法正确的是( )
A．10 s内，X的平均反应速率为0.025 ml·L－1·s－1
B．第10 s时，Y的反应速率为0.075 ml·L－1·s－1
C．第10 s时，X为1.5 ml，Y的浓度为0.25 ml·L－1
D．10 s内，X和Y反应放出的热量为a kJ
C [根据题意，列三段式：
X(s) ＋ 3Y(g) Z(g)
开始 2 ml 2 ml 0
转化 0.5 ml 1.5 ml 0.5 ml
10 s时 1.5 ml 0.5 ml 0.5 ml
X是固体，不能表示反应速率，故A项错误；10 s内，Y的平均反应速率为eq \f(1.5 ml,2 L×10 s)＝0.075 ml·L－1·s－1，不是瞬时速率，故B项错误；第10 s时，X的物质的量为1.5 ml，Y的浓度为0.25 ml·L－1，故C项正确；该反应中，Y消耗3 ml时，反应放出a kJ热量，10 s内，Y消耗了1.5 ml，则反应放出的热量为0.5a kJ，故D项错误。]
3．已知：4NH3＋5O2===4NO＋6H2O。若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)来表示，则下列关系正确的是( )
A．eq \f(4,5)v(NH3)＝v(O2)
B．eq \f(5,6)v(O2)＝v(H2O)
C．eq \f(2,3)v(NH3)＝v(H2O)
D．eq \f(4,5)v(O2)＝v(NO)
D [对于反应4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，A、速率之比等于化学计量数之比，故v(NH3)∶v(O2)＝4∶5，即v(O2)＝eq \f(5,4)v(NH3)，故A错误；B、速率之比等于化学计量数之比，故v(O2)∶v(H2O)＝5∶6，即v(H2O)＝eq \f(6,5)v(O2)，故B错误；C、速率之比等于化学计量数之比，故v(NH3)∶v(H2O)＝4∶6，即v(H2O)＝eq \f(3,2)v(NH3)，故C错误；D、速率之比等于化学计量数之比，故v(O2)∶v(NO)＝5∶4，即v(NO)＝eq \f(4,5)v(O2)，故D正确。]
4．反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋5D(g)，在四种不同条件下的反应速率分别为
①v(A)＝0.02 ml·L－1·s－1；
②v(B)＝0.6 ml·L－1·min－1；
③v(C)＝0.3 ml·L－1·min－1；
④v(D)＝1.2 ml·L－1·min－1
其中表示该反应速率最慢的是( )
A．① B．② C．③ D．④
C [v(A)＝0.02 ml·L－1·s－1＝1.2 ml·L－1·min－1，反应速率与化学计量数的比值越大，反应速率越快，则①eq \f(1.2,4)＝0.3；②eq \f(0.6,3)＝0.2；③eq \f(0.3,2)＝0.15；④eq \f(1.2,5)＝0.24，显然表示该反应速率最慢的是③。]
5．两套如图所示装置，各盛有3 g大理石(颗粒大小相同)，分别加入40 mL 1 ml·L－1和40 mL 4 ml·L－1的盐酸，比较二者收集100 mL CO2时所用的时间。
(1)当收集到100 mL CO2时，哪个实验所耗时间较长？为什么？
_____________________________________________________________。
(2)活塞外移的情况是________(选填字母序号)。
A．均匀外移
B．先快后慢
C．先慢后快
D．先慢后快然后又逐渐减慢
你选择的理由是_________________________________________________
_____________________________________________________________。
[解析] (1)稀盐酸的浓度越大，反应速率越快，所以收集100 mL CO2时1 ml·L－1的盐酸所耗时间长。
(2)因为反应是放热反应，随温度的升高，反应速率逐渐加快。但随反应的进行，氢离子的浓度会逐渐降低，因此反应速率会再慢慢的降低。
[答案] (1)1 ml·L－1的盐酸所耗时间长，因为浓度小的反应速率慢
(2)D 此反应是放热反应，温度升高，反应速率加快；随着反应的进行，H＋浓度不断减小，反应速率减慢
学 习 任 务
1．通过了解化学反应速率的概念及其表示方法，形成不同的反应可用不同的方法来表示化学反应速率的变化观念，培养变化观念的化学核心素养。
2．通过化学反应速率的测定原理设计实验，学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢，培养证据推理的化学核心素养。
t/min
0
20
40
60
80
c(H2O2)/(ml·
L－1)
0.80
0.40
0.20
0.10
0.05
Δc(H2O2)/(ml·
L－1)
0.4
0.2
0.1
0.05
v(H2O2)/(ml·
L－1·min－1)
0.02
0.01
0.005
0.002_5
t/min
0
1
2
3
4
5
N2O5
c(N2O5)/(ml·
L－1)
1.00
0.71
0.50
0.35
0.25
0.17
Δc(N2O5)/(ml·
L－1)
0.29
0.50
0.65
0.75
0.83
eq \f(ΔcN2O5,Δt)/(ml·
L－1·min－1)
0.290
0.250
0.217
0.187 5
0.166
NO2
c(NO2)/(ml·
L－1)
0
0.58
1.00
1.30
1.50
1.66
Δc(NO2)/(ml·
L－1)
0.58
1.00
1.30
1.50
1.66
eq \f(ΔcNO2,Δt)/(ml·
L－1·min－1)
0.580
0.500
0.433
0.375
0.332
O2
c(O2)/(ml·
L－1)
0
0.15
0.25
0.33
0.38
0.42
Δc(O2)/(ml·
L－1)
0.15
0.25
0.33
0.38
0.42
eq \f(ΔcO2,Δt)/(ml·
L－1·min－1)
0.150
0.125
0.110
0.095
0.084
时间/s
10
20
30
40
50
60
气体体积/mL






反应速率/(mL·s－1)
化学反应速率概念的理解、计算和比较
化学反应速率的测定