化学选修4 化学反应原理第一节 化学反应速率教案设计

第一节　化学反应速率

目标与素养：1.了解化学反应速率及表示方法，掌握反应速率的有关计算。(宏观辨识与模型认知)2.了解化学反应速率的测定方法。(科学探究与创新意识)

一、化学反应速率

1．含义：定量描述化学反应快慢程度的物理量。

2．表示方法：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。

3．表达式：v＝。

4．单位：常用mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1等。

5．对任意一个反应，用符号来代替具体的化学物质，反应方程式表示为mA＋nB===pY＋qZ

(1)用不同物质表示的反应速率分别为

v(A)＝，v(B)＝，v(Y)＝，v(Z)＝。

(2)化学反应中各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比。即v(A)∶v(B)∶v(Y)∶v(Z)＝m∶n∶p∶q或v(A)＝v(B)＝v(Y)＝v(Z)。

微点拨：①计算出的反应速率为平均速率。②固体或纯液体的浓度为常数，不能用固体或纯液体表示反应速率。

二、化学反应速率的测定

1．测定方法：测量反应速率时，任何一种与化学物质的浓度或质量相关的性质均可利用，如气体体积、体系压强、颜色深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。

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。

2．根据释放出气体的体积

安装如图所示的两套装置A、B(锌粒大小相同)，通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L－1和40 mL 4 mol·L－1的硫酸后都立即产生气泡，我们可以根据①产生10 mL的氢气所需要的时间，②1分钟收集H2的体积来判断A、B两套装置的反应速率大小。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)化学反应速率既有正值，又有负值。  (　　)

(2)测定某化学反应从开始到2秒末的反应速率，指的是2秒末的瞬时速率。  (　　)

(3)对于同一化学反应，选用不同的物质表示化学反应速率时，其数值一定不同。  (　　)

(4)对C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应，可以用C或H2O(g)浓度变化表示反应速率。               (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．在2 L密闭容器内，某气体反应物在2 s内由8 mol变为7.2 mol，则用该气体表示该反应的平均反应速率为(　　)

A．0.4 mol·L－1·s－1　　 B．0.3 mol·L－1·s－1

C．0.2 mol·L－1·s－1 D．0.1 mol·L－1·s－1

C　[v＝＝0.2 mol·L－1·s－1。]

3．设计实验测定锌与硫酸反应的速率，按下列实验步骤完成实验：

①按图示安装装置，加入锌粒，然后快速加入40 mL 1 mol/L 的硫酸溶液，测量收集10 mL H2所用的时间。

②按图示再安装一套装置，加入与前一套装置相同的锌粒，然后再快速加入40 mL 4 mol/L的硫酸溶液，测量收集10 mL H2所用的时间。

回答下列问题：

(1)实验所用仪器有：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50 mL注射器、铁架台、________。

(2)观察到的现象是：____________________________________；

收集10 mL 气体②所用时间比①所用时间________。

(3)所能得出的实验结论是：______________________________

_____________________________________________________。

[答案]　(1)秒表　(2)锌与硫酸反应有气泡产生　短　(3)4 mol/L硫酸与锌反应比 1 mol/L 的硫酸与锌反应快

1.化学反应速率的基本计算

(1)利用基本公式：v＝＝。

(2)利用速率之比＝化学计量数之比＝各物质浓度的变化量(Δc)之比＝各物质物质的量的变化量(Δn)之比。

2．化学反应速率的理解应注意的问题

(1)化学反应速率是用单位时间内浓度的变化量来表示的，物质的量的变化量大，单位时间内浓度的变化量不一定大。

(2)在同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率数值不一定相同，但是它们的实际意义完全相同，即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的化学反应速率。

(3)固体或纯液体的浓度记为常数，Δc＝0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。

(4)化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。

模型认知：“三段式”法计算模板

例如：反应　　　  mA＋nBpC

起始浓度/(mol/L) a b c

转化浓度/(mol/L) x  

t时刻浓度/(mol/L)a－x b－ c＋

①v(A)＝ mol/L，v(C)＝ mol/L。

②α(A)＝×100%。

【典例】　在4 L密闭容器中充入6 mol A气体和5 mol B气体，在一定条件下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋xD(g)，5 s达到平衡。达到平衡时，生成了2 mol C，经测定D的浓度为0.5 mol/L，下列判断正确的是(　　)

A．x＝1

B．B的转化率为20%

C．平衡时A的浓度为1.50 mol/L

D．B的平均反应速率为0.2 mol/(L·s)

B　[平衡时，n(D)＝0.5 mol/L×4 L＝2 mol。在相同时间内生成C和D的物质的量相等，因此x＝2，A错误；

3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)

开始/mol:  6   5   0   0

转化/mol:  3   1   2   2

平衡/mol:  3   4   2   2

α(B)＝×100%＝20%，B正确；平衡时，c(A)＝＝0.75 mol/L，C错误；v(B)＝＝＝0.05 mol/(L·s)，D错误。]

(1)A的转化率为________，v(C)＝________。

(2)D的产率为________。

[答案]　(1)50%　0.1 mol/(L·s)　(2)50%

1．A与B反应生成C，假定反应由A、B开始，它们的起始浓度均为1 mol·L－1。反应进行2 min后A的浓度为0.8 mol·L－1，B的浓度为0.6 mol·L－1，C的浓度为0.6 mol·L－1。

(1)2 min内反应的平均速率为v(A)＝________，v(B)＝________，v(C)＝________。

(2)三者数值之间的关系是：v(A)＝________v(B)＝________v(C)。

(3)该反应的化学方程式为：_____________________________

_____________________________________________________。

[解析]　Δc(A)＝(1－0.8)mol·L－1＝0.2 mol·L－1，

Δc(B)＝(1－0.6)mol·L－1＝0.4 mol·L－1，

Δc(C)＝0.6 mol·L－1。

故：v(A)＝0.1 mol·L－1·min－1，v(B)＝0.2 mol·L－1·min－1，v(C)＝0.3 mol·L－1·min－1，由以上分析可知

v(A)＝v(B)＝v(C)，化学方程式为：A＋2B===3C。

[答案]　(1)0.1 mol·L－1·min－1　0.2 mol·L－1·min－1　0.3 mol·L－1·min－1　(2)　　

(3)A＋2B===3C

2．反应2SO2＋O22SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为(　　)

A．0.1 s B．2.5 s　　　

C．5 s　　　 D．10 s

C　[因为SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，所以O2的浓度必定减少了0.2 mol·L－1，Δt＝＝＝5 s。]

对于同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，但比较反应速率的大小不能只看数值的大小，而要进行一定的转化，具体比较方法如下：

(1)归一法：将不同物质表示的化学反应速率转化成同一物质表示的化学反应速率且单位一致。

(2)比值法：比较同一物质化学反应速率的数值或分别除以相应物质的化学计量数之后的数值。数值越大，反应进行得越快。

如反应：aA＋bB===cC，比较与，若＞，则A的反应速率比B大。

注意：看化学反应速率的单位是否统一，不要只比较数值大小。

3．在一定条件下，对于A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)反应来说，以下化学反应速率的表示中，化学反应速率最快的是(　　)

A．v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1

B．v(A2)＝30 mol·L－1·min－1

C．v(AB3)＝1.0 mol·L－1·s－1

D．v(B2)＝1.2 mol·L－1·s－1

A　[A项，v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1；B项，v(A2)＝0.5 mol·L－1·s－1；C项，v(A2)＝v(AB3)＝0.5 mol·L－1·s－1；D项，v(A2)＝v(B2)＝0.4 mol·L－1·s－1，数值大的反应速率快。]

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．化学反应速率表示化学反应在某时刻的瞬时速率

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

B　[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；化学反应速率为平均速率，C错；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。]

2．一定条件下，向2 L密闭容器中加入2 mol N2和10 mol H2，发生反应：N2＋3H22NH3,2 min时测得剩余N2 1 mol，下列化学反应速率不正确的是(　　)

A．v(N2)＝0.25 mol·L－1·min－1

B．v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1

C．v(NH3)＝1 mol·L－1·min－1

D．v(NH3)＝0.5 mol·L－1·min－1

C　[v(N2)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。

因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5 mol·L－1·min－1。]

3．用纯净的CaCO3与100 mL 1 mol·L－1稀盐酸反应制取CO2。关于此反应，下列说法不正确的是(　　)

A．可以用单位时间内CaCO3质量的减少表示该反应的反应速率

B．可以用单位时间内生成H2O的量表示该反应的反应速率

C．可以用单位时间内溶液中Ca2＋浓度的增加表示该反应的反应速率

D．可以用单位时间内CaCO3浓度的变化表示该反应的反应速率

D　[CaCO3为固体，浓度不变化。]

4．在不同条件下，分别测得反应2SO2＋O22SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是 (　　)

A．v(SO2)＝4 mol·L－1·min－1

B．v(O2)＝3 mol·L－1·min－1

C．v(SO2)＝0.1 mol·L－1·s－1

D．v(O2)＝0.1 mol·L－1·s－1

D　[统一单位，C项，v(SO2)＝0.1×60 mol·L－1·min－1＝6 mol·L－1·min－1，D项，v(O2)＝0.1×60 mol·L－1·min－1＝6 mol·L－1·min－1。利用比值法：A项，＝2 mol·L－1·min－1；B项，＝3 mol·L－1·min－1；C项，＝3 mol·L－1·min－1；D项，＝6 mol·L－1·min－1。]

5．某温度时，在容积为3 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

分析图中数据，回答下列问题：

(1)该反应的化学方程式为

_____________________________________________________。

(2)反应开始至2 min 末，X的反应速率为________。

(3)Z的转化率为________。

[解析]　(1)反应开始时，X、Y、Z的物质的量分别为0.4 mol、1.2 mol、2.0 mol,3 min时X、Y、Z的物质的量分别为1.0 mol、1.0 mol、1.6 mol。在0～3 min 时间段内，X、Y、Z的物质的量变化为0.6 mol(增加)、0.2 mol(减少)、0.4 mol(减少)。即X、Y、Z转化的物质的量之比为n(X)∶n(Y)∶n(Z)＝3∶1∶2。根据各物质转化的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，得到化学方程式为Y(g)＋2Z(g)3X(g)。(2)反应开始和2 min时，X的物质的量分别为0.4 mol、0.8 mol。即在0～2 min时间段内X增加的物质的量为0.4 mol。故X的反应速率为v(X)＝≈0.067 mol/(L·min)。(3)α(Z)＝×100%＝20%。

[答案]　(1)Y(g)＋2Z(g)3X(g)　(2)0.067 mol/(L·min)　(3)20%