人教版 (2019)必修 第二册化学反应的速率与限度第三课时教案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第二册化学反应的速率与限度第三课时教案设计，共13页。教案主要包含了化学反应速率与限度的图像分析等内容，欢迎下载使用。
科学研究中，对于多因素(多变量)的问题，常常采用只改变其中的某一因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题，分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。
思考 为了研究外界条件对H2O2分解速率的影响，某同学利用实验室提供的仪器和试剂设计了如下4组实验。
试剂：4%H2O2溶液、12%H2O2溶液、1 ml·L-1 FeCl3溶液。
仪器：试管、带刻度的胶头滴管、酒精灯。
(1)甲同学为了探究温度对化学反应速率的影响，应完成 (填实验编号)实验。
答案 1、2
(2)乙同学进行实验3与实验4，发现气体均缓慢产生，无法说明“浓度改变会影响化学反应速率”，你的改进方法是 。
答案 再同时分别向两支试管中滴加2~3滴1 ml·L-1 FeCl3溶液作为催化剂，加快反应速率，使现象更明显
(3)丙同学进行了实验1与实验4，你认为他想探究的是 。该方案设计是否严谨？ (填“是”或“否”)，说明理由： 。
答案 催化剂对化学反应速率的影响 否 加入的1 mL溶液会对试管中溶液进行稀释，使浓度发生改变
变量控制探究影响化学反应速率的因素
变量控制探究影响化学反应速率因素的一般原则是“定多变一”，即要保持其他变量不变，改变其中一个变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对化学反应速率的影响。其探究流程为
1.(2024·广东东莞高一段考)为探究过氧化氢分解反应快慢的影响因素，某学习小组设计了下列实验：
下列说法不正确的是( )
A.综合实验①、②和③，可得出5%的过氧化氢溶液最适合用于分解制氧气
B.对比实验①和③，可研究温度对过氧化氢分解反应快慢的影响
C.综合以上实验，可得出过氧化氢分解制氧气的最佳反应条件
D.对比实验①和②，可研究催化剂对过氧化氢分解反应快慢的影响
答案 A
解析 实验①、②和③过氧化氢的浓度都是5%，没有对比实验，不能得出5%的过氧化氢溶液最适合用于分解制氧气，A错误；实验①和③的变量是温度，可研究温度对过氧化氢分解反应快慢的影响，B正确；与实验①比较，实验②加入二氧化锰作催化剂，实验③升高温度，综合以上实验，可得出过氧化氢分解制氧气的最佳反应条件，C正确；实验①和②的变量是催化剂，可研究催化剂对过氧化氢分解反应快慢的影响，D正确。
2.(2024·福州高一期中)利用催化技术可将汽车尾气中的CO和NO转化为CO2和N2，化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2。反应物初始浓度相同时，实验温度为280 ℃和360 ℃，进行以下实验：
补全表格a ，b ，c 。
答案 研究同种催化剂的比表面积对尾气转化速率的影响 360 80
解析 根据对比实验的单一变量原则，实验Ⅰ、Ⅱ的催化剂的比表面积不同，则a为研究同种催化剂的比表面积对尾气转化速率的影响；Ⅲ的目的是研究温度对尾气转化速率的影响，则b和实验Ⅰ的温度不同，b为360，c为80。
二、化学反应速率与限度的图像分析
化学反应速率与化学反应限度问题常以图像题的形式出现，在相关图像的平面直角坐标系中，可能出现的物理量有物质的量、浓度、时间等。解题时，重点是理解图像的意义和特点。
1.关注图像中的“点、线、面”
(1)关注“面”——明确研究对象
理解各坐标轴所代表量的意义及曲线所表示的是哪些量之间的关系。弄清楚是物质的量，还是物质的量浓度随时间的变化。
(2)关注“线”
①弄清曲线的走向，是增大还是减小，确定反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物。
②分清突变和渐变；理解曲线“平”与“陡”即斜率大小的意义。
(3)关注“点”
解题时要特别关注特殊点，如坐标轴的交点、几条曲线的交叉点、极值点、转折点等。深刻理解这些特殊点的意义。
2.联系规律
如各物质的转化量之比与化学计量数之比的关系，各物质的化学反应速率之比与化学计量数之比的关系，外界条件的改变对化学反应速率的影响规律等。
3.正确判断
根据题干和题目要求，结合图像信息，正确利用相关规律做出正确的判断。
1.向一密闭容器中放入1 ml X，进行可逆反应2X(g)3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A.t1时，只有正反应
B.t2~t3时，反应不再发生
C.t2时，容器内有1.5 ml Y
D.t2~t3时，X、Y的物质的量均没有发生变化
答案 D
解析 t1时，v正>v逆>0，正、逆反应都在发生，A项错误；t2~t3时，v正=v逆>0，反应并未停止，B项错误；该反应为可逆反应，1 ml X不能完全反应，所以当反应达到平衡时，容器内Y的物质的量小于1.5 ml，C项错误；t2~t3时为化学平衡状态，X、Y的物质的量均不发生变化，D项正确。
2.(2023·杭州高一检测)在2.0 L恒温恒容密闭容器中充入1.0 ml HCl和0.3 ml O2，加入催化剂发生反应：4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)，HCl、O2的物质的量随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.t2时，v正=v逆
B.t3时已处于平衡状态，升高温度平衡状态不会发生改变
C.t1时，容器内气体的总压强比t2时的大
D.t3时，容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4 ml·L-1
答案 C
解析 t2时反应还没有达到平衡，v正≠v逆，A项错误；t3时HCl和O2的物质的量不再发生变化，反应已经达到平衡，但升高温度改变了原有条件，旧平衡会被破坏，一段时间后达到新的平衡，故升温平衡状态会发生改变，B项错误；该反应反应物气体分子数大于生成物，t1时，反应物较多，气体总分子数较大，t2时，反应物较少，气体总分子数较小，故在恒温恒容密闭容器内，t1时气体的总压强比t2时的大，C项正确；t3时，列三段式：
4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)
起始/ml 1.0 0.3 0 0
转化/ml 0.8 0.20.4 0.4
平衡/ml 0.2 0.10.4 0.4
容器中c(Cl2)=c(H2O)=0.4ml2.0 L=0.2 ml·L-1，D项错误。
1.(2024·北京西城区高一月考)变量控制法是科学研究的重要方法。相同质量的锌与足量的0.5 ml·L-1硫酸分别在下列条件下发生反应，开始阶段化学反应速率最大的是( )
答案 B
解析 由表中数据可知B、D温度最高，反应速率较大，且B为粉末状，固体表面积较大，反应速率最大，故选B。
2.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中SO3的浓度变化情况如图所示，在0~a min内用O2表示的平均反应速率为0.04 ml·L-1·min-1，则a等于( )
A.0.1B.2.5
C.5D.10
答案 C
解析 由题图可知，0~a min内Δc(SO3)=0.4 ml·L-1，则有v(SO3)=0.4a ml·L-1·min-1。根据反应速率与化学计量数的关系可得，v(O2)=12v(SO3)=0.2a ml·L-1·min-1=0.04 ml·L-1·min-1，解得a=5，C项正确。
3.一定温度下，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.t min时该反应达到化学平衡状态
B.反应开始到10 min，用X表示的反应速率为0.079 ml·L-1·min-1
C.反应开始到10 min时，Y的转化率为79%
D.反应的化学方程式为X(g)+2Y(g)3Z(g)
答案 C
解析 到10 min时该反应达到化学平衡状态，A错误；反应进行到10 min时，X、Y均减少了0.79 ml，Z增加了1.58 ml，用X表示的反应速率为0.79ml2 L×10min=0.039 5 ml·L-1·min-1，反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g)，B、D错误；反应开始到10 min时Y的转化率为×100%=79%，C正确。
4.(2024·合肥高一期中)Ⅰ.在一定温度下，4 L密闭容器内某一反应中气体M、气体N的物质的量随时间变化的曲线如图：
(1)比较t2时刻，正、逆反应速率大小：v正 (填“>”“=”或“ (2)0.25 ml·L-1·min-1 (3)75% (4)①反应结束所需要的时间(或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间) 硫酸浓度 温度 ②锌和硫酸铜反应生成铜，锌、铜、硫酸形成原电池，反应速率加快
解析 (1)根据图示，t2时刻M增多、N减少，所以反应正向进行，正、逆反应速率大小：v正>v逆。
(2)若t2=2 min，反应开始至t2时M的物质的量增加2 ml，用M的浓度变化表示的平均反应速率为2ml4 L×2min=0.25 ml·L-1·min-1。
(3)t3时刻化学反应达到平衡，反应物N的物质的量由8 ml变为2 ml，N的转化率为8−2ml8ml×100%=75%。
(4)探究影响锌与稀硫酸反应速率的因素，实验待测数据可以是反应结束所需要的时间或相同条件下产生等体积的氢气所需要的时间；实验Ⅰ和实验Ⅱ的硫酸浓度不同，可以探究硫酸浓度对锌与稀硫酸反应速率的影响；实验Ⅲ加入硫酸铜固体，Zn置换出铜，锌、铜、硫酸形成原电池，反应速率加快。
课时对点练 [分值：100分]
(选择题1~9题，每小题8分，共72分)
题组一 变量控制研究影响化学反应速率的因素
1.金属Zn与酸反应产生H2的反应速率最大的是( )
答案 C
解析 金属Zn与酸反应的离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑，盐酸为一元强酸，硫酸为二元强酸，温度越高，H+浓度越大，反应速率越快，答案选C。
2.(2024·合肥高一期中)某小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，设计实验方案如表。下列说法错误的是( )
A.实验①和②探究盐酸浓度对反应速率的影响
B.实验①和③探究固体表面积对反应速率的影响，则a=0
C.实验③中用盐酸浓度变化表示的速率v(HCl)=0.5 ml·L-1·min-1
D.该实验反应的离子方程式为CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
答案 C
解析 实验①和②盐酸浓度不同，其他条件相同，研究的是盐酸浓度对反应速率的影响，A正确；实验①和③研究反应物的固体表面积对反应速率的影响，必须使盐酸浓度相同，加入100 mL盐酸则不需要再加入水，a=0，B正确；根据反应方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O，n(HCl)=2nCO2=2×0.56 L22.4 L·ml−1=0.05 ml，故v(HCl)=0.05ml0.1 L×2min=0.25 ml·L-1·min-1，C错误。
3.(2024·湖北黄冈高一期中)某探究性学习小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液之间的反应来探究外界条件对化学反应速率的影响，实验操作如下。下列有关说法不正确的是( )
A.V1=3，T1=25，t10，说明该反应为可逆反应，往烧杯中滴加KSCN溶液，溶液变红，C错误。
7.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法一定不正确的是( )
A.第4组实验的反应速率最慢
B.第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 ml·L-1
C.第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 ml·L-1
D.第3组实验的反应温度低于30 ℃
答案 D
解析 由图像可知，1、2、3、4四组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验反应所用时间最短，故反应速率最快，根据变量控制法原则知盐酸浓度应大于2.5 ml·L-1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据变量控制法原则知盐酸的浓度应等于2.5 ml·L-1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。
8.向某容积一定的密闭绝热容器中充入2 ml NO和1 ml O2，一定条件下发生反应：2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，其反应速率与反应时间关系如图所示，下列选项表明反应达到平衡状态的是( )
A.NO、O2物质的量之比为2∶1
B.M、N、P、Q四点中，N点时反应已达到平衡状态
C.混合气体的总质量不再变化
D.单位时间内生成2a ml NO2的同时，生成a ml O2
答案 D
解析 NO、O2物质的量之比始终为2∶1，不能说明达到平衡状态，故A不符合题意；M、N、P、Q四点中，N点时反应速率最大，但随着时间的推移，速率仍在变化，并未达到平衡状态，故B不符合题意；该反应进行前后，混合气体的总质量始终不变，不能说明达到平衡状态，故C不符合题意；单位时间内生成2a ml NO2，反应正向进行，同时又生成a ml O2，反应逆向进行，两个不同方向，化学反应速率之比等于化学计量数之比，说明达到平衡状态，故D符合题意。
9.为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定足量碳酸钙固体与一定量稀盐酸反应生成CO2的体积(已换算为标准状况下的体积)随时间的变化情况，绘制出如图所示的曲线甲。下列有关说法不正确的是( )
A.因反应放热，导致0~5 s内的反应速率逐渐增大
B.10~15 s后，影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度
C.10~15 s内，用盐酸的浓度变化表示该反应的速率为1.6×10-4 ml·L-1·s-1
D.若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，则曲线甲可能变成曲线乙
答案 C
解析 因反应放热，温度升高，导致0~5 s内的反应速率逐渐增大，A正确；10~15 s后，反应速率逐渐减小，主要是因为随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，B正确；不知道盐酸的体积，故不能计算出用盐酸的浓度变化表示该反应的速率，C错误；若向反应体系中加入适量氯化钠溶液，盐酸浓度减小，则反应速率减小，但是HCl的物质的量不变，最终生成二氧化碳的体积不变，则曲线甲可能变成曲线乙，D正确。
10.(14分)向某容积固定的密闭容器中加入0.3 ml A、0.1 ml C和一定量的B三种气体，一定条件下发生反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。已知在反应过程中混合气体的平均相对分子质量没有变化。请回答下列问题：
(1)密闭容器的容积是 L。
(2)若t1=15，则0~t1 s内以C物质浓度变化表示的反应速率v(C)= 。
(3)写出能反映该反应达到化学平衡状态的两个依据： 、 。
(4)t2 s时，C在平衡混合气中的物质的量分数为 。
(5)B的起始的物质的量是 。
答案 (1)2 (2)0.004 ml·L-1·s-1 (3)v正(A)=3v逆(B) 物质C的物质的量保持不变(其他合理答案均可) (4)50% (5)0.04 ml
解析 (1)开始时加入0.3 ml A，图中开始时c(A)=0.15 ml·L-1，则容器的容积为V=n(A)c(A)=·L−1=2 L。(2)由图可知，0~t1 s内Δc(C)=0.06 ml·L-1，若t1=15，则有v(C)=0.06ml·L−115 s=0.004 ml·L-1·s-1。(5)根据题意可知反应的化学方程式为3A(g)B(g)+2C(g)。0~t1 s内Δc(C)=0.06 ml·L-1，则Δc(B)=0.03 ml·L-1，故起始时B的物质的量为(0.05 ml·L-1-0.03 ml·L-1)×2 L=0.04 ml。
11.(14分)某研究性学习小组利用Na2S2O3溶液和硫酸的反应探究“外界条件的改变对化学反应速率的影响”，进行了如下实验。实验原理：Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。
已知：t2>t1>t3。请回答：
(1)配制0.1 ml·L-1的Na2S2O3溶液100 mL，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管和 。
(2)实验过程使用了“变量控制法”，实验1、2探究的是Na2S2O3溶液浓度对反应速率的影响，则V1= ，得到的结论是 。
(3)实验1、3探究的是温度对反应速率的影响，则V2= ，得到的结论是 。
(4)甲同学认为，也可通过排水法测量单位时间内产生气体体积的方法，来探究影响该反应速率的因素。你认为甲同学的方案是否可行？ (填“可行”或“不可行”)，理由是 。
答案 (1)100 mL容量瓶 (2)1 其他条件相同时，增大Na2S2O3溶液的浓度(或反应物浓度)，反应速率增大 (3)5 其他条件相同时，温度升高，反应速率增大 (4)不可行 SO2易溶于水，无法准确测量单位时间内产生气体的体积
解析 (2)控制其他量相同，只保留一个变量，因此需要加水1 mL，可知其他条件相同时，增大Na2S2O3溶液的浓度(或反应物浓度)，反应速率增大。(4)甲同学的方案不可行，因为SO2易溶于水，无法准确测量单位时间内产生气体的体积。实验编号
实验温度/℃
H2O2溶液
1 ml·L−1 FeCl3溶液/mL
1
30
5 mL 4%
1
2
60
5 mL 4%
1
3
30
5 mL 12%
0
4
30
5 mL 4%
0
实验编号
实验目的
T/℃
同种催化剂的比表面积/(m2·g-1)
达平衡时所用的时间/s
Ⅰ
对照实验
280
80
t1
Ⅱ
a
280
120
t2
Ⅲ
研究温度对尾气转化速率的影响
b
c
t3
选项
锌的状态
实验温度/℃
A
粉末
20
B
粉末
30
C
块状
20
D
块状
30
序号
纯锌粉/g
2.0 ml·L-1硫酸溶液/mL
温度/℃
硫酸铜固体/g
加入蒸馏水/mL
Ⅰ
2.0
50.0
25
0
0
Ⅱ
2.0
40.0
25
0
10.0
Ⅲ
2.0
50.0
25
0.2
0
Ⅳ
2.0
50.0
35
0
0
选项
温度
金属
酸
A
25 ℃
Zn粒
0.1 ml·L-1盐酸
B
25 ℃
Zn粒
0.1 ml·L-1硫酸
C
50 ℃
Zn粉
0.1 ml·L-1硫酸
D
50 ℃
Zn粉
0.1 ml·L-1盐酸
实验编号
5.0 ml·L-1盐酸
大理石
水
收集标准状况下0.56 L CO2所需时间
①
100 mL
5.0 g碎块
0 mL
5.0 min
②
50.0 mL
5.0 g碎块
50.0 mL
8.0 min
③
100 mL
5.0 g粉末
a mL
2.0 min
实验序号
实验温度/℃
0.06 ml·L-1KMnO4溶液(含硫酸)
0.3 ml·L-1H2C2O4溶液
H2O
溶液颜色褪至无色时所需时间/s
V/mL
V/mL
V/mL
甲
25
2
3
5
12
乙
T1
2
5
V1
t1
丙
35
2
V2
3
t2
组别
对应曲线
c(HCl)/(ml·L-1)
反应温度/℃
铁的状态
1
a
30
粉末状
2
b
30
粉末状
3
c
2.5
块状
4
d
2.5
30
块状
实验
序号
实验温
度/K
有关物质
溶液变浑浊所需时间/s
H2SO4溶液
Na2S2O3溶液
H2O
V/mL
c/(ml·L-1)
V/mL
c/(ml·L-1)
V/mL
1
298
2
0.1
5
0.1
0
t1
2
298
2
0.1
4
0.1
V1
t2
3
313
2
0.1
V2
0.1
0
t3