【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第二册--6.1.1 化学反应速率 讲义

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第1课时 化学反应速率
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知识精讲
知识点01 化学反应速率
1．概念：
化学反应速率是用来衡量化学反应的快慢的物理量。
2．表示方法：
可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。
3．表达式：
v＝eq \f(Δc,Δt)或v＝eq \f(Δn,V·Δt)。
其中：Δc为浓度的变化量，一般以ml·L-1为单位，Δn为物质的量的变化量，单位是ml；Δt为时间，单位常用min、s、hr表示。
4．常用单位：ml·L-1·min-1、ml·L-1·s-1。
【即学即练1】下列关于化学反应速率的说法正确的是( )
A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常表示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 ml·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 ml·L－1
D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
答案：D
解析：A选项，化学反应速率快慢与反应现象没有直接关系，如中和反应速率很快，但没有明显现象，错误；B选项，纯液体或固体的浓度为常数，不能用来表示化学反应速率；错误；C选项，化学反应速率是指一定时间内某物质的浓度的变化量，错误；D选项，化学反应速率是表示化学反应快慢的物理量，正确。故选D。
知识点02 有关化学反应速率的简单计算
1．计算依据：v＝eq \f(Δc,Δt)或v＝eq \f(Δn,V·Δt)
2．计算实例：
（1）在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2＋O22SO3，开始时向容器中充入一定量的SO2和O2，经过5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 ml。填写下表：
（2）由上面的计算可以得出：化学反应速率之比=_________________之比=_________________之比=_____________________之比。
（1）0.8 0.4 0.8 0.4 0.2 0.4 0.08 0.04 0.08 2:1:2
（2）物质的量变化 物质的量浓度变化 化学计量数
【即学即练2】已知合成氨的反应为N2＋3H22NH3，各物质的浓度数据如下表：
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为（ ）
A．0.2ml·L-1·s-1 B．0.4ml·L-1·s-1
C．0.6ml·L-1·s-1 D．0.8ml·L-1·s-1
答案：B
【即学即练3】在一体积固定的密闭容器中加入反应物A、B，发生如下反应：A+2B=3C。反应经2min后，A的浓度从开始时的1.0ml·L-1降到0.8ml·L-1。已知反应开始时B的浓度是1.2ml·L-1。
（1）2min末B、C的浓度。
（2）用A表示该反应2min内的平均速率。
答案：（1）0.8ml·L-1 0.6ml·L-1 （2）0.1ml·L-1·min-1
能力拓展
考法01 对化学反应速率的理解
1．Δt表示某一时间段，故化学反应速率是平均速率，而非瞬时速率。
2．表示化学反应速率时，必须指明具体的物质，因为同一化学反应，用不同的物质表示反应速率，其数值可能不同。例如，化学反应N2＋3H22NH3，用H2表示该反应的反应速率时写成v(H2)。
3．对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。
4．对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
对于反应aA＋bB=cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。
5．在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。
【典例1】反应4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 ml，则此反应的速率可表示为( )
A．v(NH3)＝0.01 ml·L－1·s－1 B．v(O2)＝0.001 ml·L－1·s－1
C．v(NO)＝0.001 ml·L－1·s－1 D．v(H2O)＝0.045 ml·L－1·s－1
答案：C
解析：水蒸气的物质的量变化Δn(H2O)=0.45ml，浓度变化Δc(H2O)=eq \f(Δn(H2O),V)=eq \f(0.45ml,10L)=0.045 ml·L－1，v(H2O)=eq \f(Δc(H2O),t)=eq \f(0.045ml·L-1,30s)=0.0015 ml·L－1·s－1；根据反应速率之比等于化学计量数之比，分别求出其他3种物质的反应速率，v(NH3)=eq \f(2,3)v(H2O)= 0.001 ml·L－1·s－1, v(O2)=eq \f(5,6)v(H2O)= 0.00125 ml·L－1·s－1, v(NO)= eq \f(2,3)v(H2O)= 0.001 ml·L－1·s－1，故选C。
考法02 化学反应速率的简单计算
1．定义式
v(A)＝eq \f(Δc(A),Δt)。已知任意两个量，可求第三个量。
2．化学计量数转换法
对于同一个化学反应，用不同物质的浓度变化表示的反应速率之比等于相应物质在反应方程式中的化学计量数之比。
例如：对于反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
3．三段式计算
设a ml·L－1、b ml·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx ml·L－1为反应物A的转化浓度，nx ml·L－1为B的转化浓度，则：
mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g)
起始浓度/ml·L－1 a b 0 0
转化浓度/ml·L－1 mx nx px qx
某时刻浓度/ml·L－1 a－mx b－nx px qx
【典例2】在一定条件下体积为2L的密闭容器中，加热N2和H2各2ml，发生反应反应N2＋3H22NH3，经过5min后，生成NH30.6ml。求：
（1）5min末N2、H2的浓度；
（2）用N2表示该反应在5min内的平均速率。
答案：（1）0.85ml·L-1 0.55ml·L-1 （2）0.03 ml·L-1·min-1
解析：N2和H2的初始浓度均为eq \f(2ml,2L)=1ml·L-1，5min后，NH3的浓度为eq \f(0.6ml,2L)=0.3ml·L-1，用三段式列式计算
N2 ＋ 3H2 2NH3
初始浓度/ml·L-1 1 1 0
变化浓度/ml·L-1 0.15 0.45 0.3
5min末浓度/ml·L-1 0.85 0.55 0.3
v(N2)＝eq \f(Δc(N2),Δt)=eq \f(0.15ml·L-1,5min)=0.03 ml·L-1·min-1。
考法03 化学反应速率的快慢比较方法
（1）将不同物质表示的速率换算成同一物质表示的反应速率，再进行比较。
（2）用不同物质表示的反应速率进行比较：反应速率与对应物质的化学计量数之比越大，它的反应速率越大。如反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，可以通过比较不同情况下eq \f(v(A),a)、eq \f(v(B),b)、eq \f(v(C),c)、eq \f(v(D),d)的相对大小，该比值越大，化学反应速率越大。
（3）单位要一致。
【典例3】反应A(g)＋2B(g)eq \(=====,\s\up7(△))C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是( )
A．v(A)＝0.15 ml·L－1·min－1 B．v(B)＝0.6 ml·L－1·min－1
C．v(C)＝0.4 ml·L－1·min－1 D．v(D)＝0.02 ml·L－1·s－1
答案：D
解析：先把D选项v(D)的单位换算成ml·L-1·min-1，得v(D)＝1.2 ml·L－1·min－1，再将v(B)除以2，然后比较大小。
分层提分
题组A 基础过关练
1．下列关于化学反应速率的说法，不正确的是( )
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有ml·L－1·s－1和ml·L－1·min－1
答案：C
解析：化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示，而不采用物质的质量或物质的量。
2．在一定条件下，向容积为2 L的密闭容器中加入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，则下列化学反应速率的表达式中正确的是( )
A．v(N2)＝1 ml·L－1·min－1B．v(H2)＝0.75 ml·L－1·min－1
C．v(NH3)＝0.25 ml·L－1·min－1D．v(N2)＝0.5 ml·L－1·min－1
答案：B
解析：根据化学反应速率的表示方法可知，v(N2)＝eq \f(2 ml－1 ml,2 L×2 min)＝0.25 ml·L－1·min－1，根据v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2可知，v(H2)＝3v(N2)＝0.75 ml·L－1·min－1，v(NH3)＝2v(N2)＝0.5 ml·L－1·min－1。
3．甲、乙两个容器内进行A→B的反应，甲中每分钟减少4mlA，乙中每分钟减少2mlA，则两容器中的反应速率（ ）
A．甲快 B．乙快 C．相等 D．无法比较
答案：D
解析：反应速率通常用单位时间内物质的浓度的变化来表示，题目中没有给出容器体积，无法计算变化浓度，因此无法比较。
4．在2L密闭容器中，发生3A+B2C的反应，若最初加入A和B各4ml，10s后，测得v(A)=0．12ml·L-1·s-1，则此容器中B的物质的量是（ ）
A．1.6ml B．2.8ml C．3.2ml D．3.6ml
答案：C
解析：已知v(A)=0.12ml·L-1·s-1，则Δn(A)=v(A)·V·t=0.12×2×10=2.4ml，根据化学计量数之比等于Δn之比，故Δn(B)=0.8ml，由此得B的物质的量：4ml-0.8ml=3.2ml。
5．在恒温恒容的密闭容器中进行A(g)=B(g)+C(g)的反应，若反应物的浓度由2ml·L-1降到0．8ml·L-1需20s，那么反应物的浓度由0．8ml·L-1降到0．2ml·L-1需要的反应时间为（ ）
A．10s B．大于10s C．小于10s D．无法判断
答案：B
解析：反应物的浓度由2ml·L-1降到0.8ml·L-1，即浓度变化1.2 ml·L-1需要20s，0．8ml·L-1降到0．2ml·L-1，浓度变化0.6ml·L-1，由此可得需要的时间为10s，但是在反应过程中，反应物浓度逐渐减小，反应速率也逐渐减小，因此所需实际时间大于10s。
6．一定条件下的反应N2+3H22NH3，在10L的密闭容器中进行，测得2min内，N2的物质的量由20ml减小到8ml，则2min内N2的速率为（ ）
A．1.2ml·L-1·min-1 B．1.0ml·L-1·min-1 C．0.6ml·L-1·min-1 D．0.4ml·L-1·min-1
答案：C
7．在2A＋B3C＋4D反应中，表示该反应速率最快的是( )
A．v(A)＝0.5 ml·L－1·s－1B．v(B)＝0.3 ml·L－1·s－1
C．v(C)＝0.8 ml·L－1·s－1D．v(D)＝1 ml·L－1·s－1
答案：B
解析：正确的思路应是根据反应速率与方程式中化学计量数之间的关系将各物质的反应速率转化为用同一种物质表示的速率。A项中据v(A)推知v(B)＝0.25 ml·L－1·s－1，C项中据v(C)推出v(B)＝0.27 ml·L－1·s－1，D项中据v(D)推出v(B)＝0.25 ml·L－1·s－1，故反应速率最快的是B选项。
8．反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)经一段时间后，SO3的浓度增加了0.3 ml·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.03 ml·L－1·s－1，则这段时间为( )
A．0.1 s B．2.5 sC．5 s D．10 s
答案：C
解析：v(SO3)＝2v(O2)＝0.03 ml·L－1·s－1×2＝0.06 ml·L－1·s－1，t＝eq \f(ΔcSO3,vSO3)＝eq \f(0.3 ml·L－1,0.06 ml·L－1·s－1)＝5 s。
9．反应3A(g)＋B(g)=2C(g)＋2D(g)，在不同条件下，用不同物质表示其反应速率，分别为
①v(A)＝0.6 ml·L－1·min－1 ②v(B)＝0.45 ml·L－1·min－1
③v(C)＝0.015 ml·L－1·min－1 ④v(D)＝0.45 ml·L－1·min－1
则此反应在不同条件下进行最快的是( )
A．① B．①③ C．②④ D．②
答案：D
10．已知某反应的各物质浓度数据如下：
aA(g)＋bB(g) cC(g)
起始浓度(ml·L－1) 3.0 1.0 0
2 s末浓度(ml·L－1) 1.8 0.6 0.8
据此可推算出a∶b∶c＝______，v(A)∶v(B)∶v(C)＝________，v(A)＝____________。
答案：3:1:2 3:1:2 0.6ml·L-1·s-1
题组B 能力提升练
1．某温度下，浓度都是1ml·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，测得物质的浓度分别是：c(X2)=0.4ml·L-1，c(Y2)=0.8ml·L-1，c(Z)=0.4ml·L-1，则该反应的反应式可以表示为（ ）
A．X2+2Y22XY2 B．2X2+Y22X2Y
C．3X2+Y22X3Y D．X2+3Y22XY3
答案：C
解析：根据化学计量数之比等于浓度的变化量之比，X2、Y2和Z的变化浓度分别为：Δc(X2)=(1.0ml·L-1-0.4 ml·L-1)=0.6 ml·L-1，Δc(Y2)=(1.0ml·L-1-0.8 ml·L-1)=0.2 ml·L-1，Δc(Z)=(0-0.4 ml·L-1)=0.4 ml·L-1，故X2、Y2和Z的化学计量数之比为3:1:2。
2．1 L的密闭容器中，发生反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经2 min后B的浓度减少0.6 ml·L－1。对此反应速率的正确表示是( )
A．用A表示的反应速率是0.4 ml·L－1·min－1
B．用B、C、D分别表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C．在2 min末的反应速率用B表示是0.3 ml·L－1·min－1
D．在这2 min内用B表示的速率的值逐渐减小，用C表示的速率的值逐渐增大
答案：B
解析：A为固体，一般不用固体表示反应速率，所以A项错误；同一反应中，用不同物质表示的速率与方程式中各物质的计量数成正比，B项正确；C项中，反应速率为平均值，并非2 min末的速率，C项错误；同一时间段内，用反应物、生成物表示的速率的意义是相同的，变化趋势也是一样的，D项错误。
3．(1)在反应A(g)＋3B(g)===2C(g)中，若以物质A表示的该反应的化学反应速率为0.2 ml·L－1·min－1，则以物质B表示此反应的化学反应速率为____________ ml·L－1·min－1。
(2)在2 L的密闭容器中，充入2 ml N2和3 ml H2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2为1.9 ml，则以H2的浓度变化表示的反应速率为____________________________。
(3)将10 ml A和5 ml B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初2 s 内，消耗A的平均速率为0.06 ml·L－1·s－1，则在2 s时，容器中有______ ml A，此时C的物质的量浓度为______。
答案：(1)0.6 (2)0.05 ml·L－1·s－1 (3)8.8 0.08 ml·L－1
4．某温度时，在2L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为____________________________，反应开始至2min，Z的反应速率为______________________。
答案：X+3Y=2Z 0.05 ml·L-1·min-1。
解析：根据图像，X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增大，因此，X、Y为反应物，Z为生成物。再根据图像求出三种物质的物质的量变化，即可得化学方程式。
v(Z)= Δn(Z)/(V·t)=0.2÷(2×2)= 0.05 ml·L-1·min-1。
题组C 培优拔尖练
1．化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如下图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是( )
A．2.5 μml·L－1·min－1和2.0 μml·L－1
B．2.5 μml·L－1·min－1和2.5 μml·L－1
C．3.0 μml·L－1·min－1和3.0 μml·L－1
D．5.0 μml·L－1·min－1和3.0 μml·L－1
答案：B
解析：据图可知，4 min时化合物Bilirubin的浓度为20 μml·L－1,8 min时其浓度为10 μml·L－1，因此4～8 min间的平均反应速率为eq \f(20 μml·L－1－10 μml·L－1,4 min)＝2.5 μml·L－1·min－1。进一步分析图像可知0～4 min间的平均分解速率为eq \f(40 μml·L－1－20 μml·L－1,4 min)＝5.0 μml·L－1·min－1，由以上分析数据大致可确定平均分解速率基本呈等比递减变化，因此可估算8～12 min间平均分解速率为1.25 μml·L－1·min－1,12～16 min间平均分解速率为0.625 μml·L－1·min－1，因此16 min时反应物的浓度大致应为10 μml·L－1－1.25 μml·L－1·min－1×4 min－0.625 μml·L－1·min－1×4 min＝2.5 μml·L－1，故B项正确。
2．一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对该反应的推断合理的是( )
A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C
B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)
C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 ml·L－1·s－1
D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等
答案：C
解析：Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝(1.2－0)ml∶(1.0－0.4)ml∶(1.0－0.2)ml∶(0.4－0)ml＝6∶3∶4∶2，所以化学方程式为：3B＋4C6A＋2D，A错误；不论在什么时刻，用各物质表示的速率之比等于化学计量数之比，B、D错误。
3．在一定条件下，将A2和B2两种气体通入1 L密闭容器中，发生反应：xA2(g)＋yB2(g)===2C(g)。测得2 s内的反应速率如下：v(A2)＝0.4 ml·L－1·s－1，v(B2)＝1.2 ml·L－1·s－1，v(C)＝0.8 ml·L－1·s－1。则x和y的值分别为( )
A．2和3 B．3和2 C．3和1 D．1和3
答案：D
解析：x∶y∶2＝v(A2)∶v(B2)∶v(C)＝0.4∶1.2∶0.8＝1∶3∶2，故x＝1，y＝3。
4．把0.6mlX气体和0．4mlY气体混合于2L容器中，发生反应：3X(g)+Y(g)nZ(g)+2W(g)，5min末生成0.2mlW，此时v(Z)=0.01ml·L-1·min-1。
（1）上述反应中n的值是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
（2）上述反应在5min末时，已用去的Y占原来总物质的量的分数为（ ）
A．20% B．25% C．33% D．50%
答案：（1）A （2）B
解析：由题意：Δn(Z)= v(Z)·V·t=0．01×2×5=0.1ml
用三段式解题：
3X(g) + Y(g) nZ(g) + 2W(g)
初始物质的量/ml 0.6 0.4 0 0
变化量/ml 0.3 0.1 0.1 0.2
5min物质的量 0.2
根据化学计量数之比等于变化量之比，可得n=1，已用去的Y占原来总物质的量的分数=0.1/0.4=25%。
5．已知：NH2COONH4＋2H2ONH4HCO3＋NH3·H2O
该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率，得到c(NH2COO－)随时间的变化趋势如下图所示。
(1)计算25.0 ℃时，0～6 min氨基甲酸铵水解反应的平均速率：______________________。
(2)根据图中信息，如何说明该水解反应速率随温度升高而增大：
_________________________________________________________________________________。
答案：(1)0.05 ml·L－1·min－1 (2)25.0 ℃时反应物的起始浓度较小，但0～6 min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0 ℃时的大
解析：(1)根据v＝eq \f(Δc,Δt)得到v＝eq \f(2.2 ml·L－1－1.9 ml·L－1,6 min)＝0.05 ml·L－1·min－1。(2)由图像数据可以得出，用不同初始浓度，不同温度下的平均反应速率的大小来说明：如25.0 ℃时反应物的起始浓度较小，但0～6 min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0 ℃时的大。课程标准
课标解读
1．了解化学反应速率的概念和表示方法，并能利用公式进行简单的计算。
2．会比较同一反应用不同物质表示的化学反应速率的快慢。
1．知道化学反应速率的表示方法，理解同一化学反应可以用反应物、生成物来表示反应的速率。（宏观辨识与微观探析）
2．能根据化学反应速率的计算模式——“三段式”求解化学反应速率的大小。（证据推理与模型认知）
有关反应物质
SO2
O2
SO3
物质的量变化(Δn)/ml
物质的量浓度变化(Δc)/ml·L－1
化学反应速率(v)/ ml·L－1·s－1
化学反应速率之比
N2
H2
NH3
起始浓度/ml·L-1
1.0
3.0
0
2s末浓度/ml·L-1
0.6
1.8
0.8