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高中化学第3节 化学反应的快慢和限度图文课件ppt
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这是一份高中化学第3节 化学反应的快慢和限度图文课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了化学反应速率，∶1∶2，反应物本身的性质等内容，欢迎下载使用。
【做一做】向体积为2 L的密闭容器中通入10 ml SO2、10 ml O2,发生反应2SO2+O2 2SO3。反应5 min时测得SO2的物质的量为6 ml。
请完成下表中相关空格。
二、影响化学反应速率的因素
【想一想】在下列事实中,各是什么因素影响了化学反应速率。(1)集气瓶中H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸;(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成矿粒;(3)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2,则很快产生气体;
(4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条,产生气体有快有慢;(5)同样大小的石灰石分别与0.1 ml·L-1盐酸和1 ml·L-1盐酸反应,速率不同。
提示:(1)光 (2)反应物的接触面积 (3)催化剂 (4)反应物本身的性质 (5)反应物的浓度
三、调控化学反应速率的意义
【情境·思考】食品添加剂是为改善食品色、香、味等品质,以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成的物质或者天然物质。例如油脂抗氧化剂就是一种常见的食品添加剂。
请分析油脂抗氧化剂是如何利用了化学反应速率的原理。提示:食品中添加抗氧化剂,目的是减慢食品的变质速率,与反应速率有关。
知识点一 化学反应速率的计算及大小比较【重点释疑】1.化学反应速率的计算(1)定义式法:v(A)=
(2)关系式法:对于化学反应:aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),满足如下关系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。上述关系可总结为化学反应速率数值之比=化学计量数之比。
2.化学反应速率的大小比较(1)归一法:①统一单位:若单位不统一,则要换算成相同的单位;②换算:若为不同物质表示的反应速率,则要换算成同一物质来表示反应速率;③比较:比较数值的大小,数值越大,反应速率越快。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),比较 若 则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
【知识拓展】“三段式”计算化学反应速率(1)计算模式设a ml·L-1、b ml·L-1分别为A、B两种物质的起始浓度,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终态浓度(ml·L-1)a-mx b-nx px qx
(2)基本步骤①确定反应物或生成物的起始加入量;②确定反应过程中各物质的变化量;③确定反应进行至某时刻时各物质的量;
④依据题干中的条件建立等式关系进行解答;⑤应用比例关系解答:化学反应速率之比=浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。
【思考·讨论】(1)若以ml·L-1·min-1为化学反应速率的单位,能用固体来表示某一反应的反应速率吗?提示:不能。固体或纯液体的浓度视为常数,Δc=0,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(2)反应速率是该化学反应在某一时刻的瞬时速率吗?提示:不是。化学反应速率是一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时速率。
【案例示范】【典例】(2019·日照高一检测)(1)在反应A(g)+3B(g)====2C(g)中,若以物质A表示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的物质的量为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________。
(4)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-1②v(B)=0.45 ml·L-1·min-1③v(C)=0.015 ml·L-1·min-1④v(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.②③B.①③C.②④D.②
【思维建模】计算化学反应速率的一般思路为
【解析】(1)根据化学方程式中的计量数关系: v(B)=3v(A)=3×0.2 ml·L-1·min-1=0.6 ml·L-1·min-1。
(2)解法一:3 s内消耗的N2的物质的量为2 ml-1.9 ml=0.1 ml,根据化学方程式N2+3H2 2NH3,可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为0.3 ml,根据化学反应速率的计算公式,v(H2)= =0.05 ml·L-1·s-1。
解法二:先计算出用N2表示的化学反应速率:v(N2)= 再根据化学方程式的计量数关系,计算出用H2表示的化学反应速率:v(H2)=3v(N2)=0.05 ml·L-1·s-1。
(3) 3A(g) +B(g)====2C(g)起始浓度/ml·L-1 1.0 0.50转化浓度/ml·L-10.120.040.082 s时浓度/ml·L-10.880.460.08则2 s时,n(A)=0.88 ml·L-1×10 L=8.8 ml,c(C)=0.08 ml·L-1。
(4)化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶1∶2∶2,则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)=0.6 ml·L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45 ml·L-1·min-1×3=1.35 ml·L-1·min-1;③中v(A)= v(C)= ×0.015 ml·L-1·min-1=0.022 5 ml·L-1·min-1;
④中v(A)= v(D)= ×0.45 ml·L-1·min-1=0.675 ml·L-1·min-1,所以在不同条件下,进行最快的是②。
答案:(1)0.6 (2)0.05 ml·L-1·s-1(3)8.8 0.08 ml·L-1 (4)D
【方法规律】反应速率大小比较的两种方法同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化:
(1)方法一:换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。(2)方法二:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA(g)+bB(g)====cC(g),要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较 的相对大小,若 则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
【迁移·应用】1.(2019·菏泽高一检测)在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-1B.用B、C、D分别表示反应的速率,其比值是3∶2∶1C.在第2 min末的反应速率用B表示是0.3 ml·L-1·min-1D.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
【解析】选B。A为固体,一般不用固体表示反应速率,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化学计量数成正比,B项正确;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。
2.在N2+3H2 2NH3的反应中,经过一段时间后,NH3的浓度增加了0.6 ml·L-1,在此时间内用NH3表示的反应速率为0.3 ml·L-1·s-1。则此段时间是( )A.1 s B.2 s s s
【解析】选B。
【补偿训练】氨分解反应在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 ml,5 s末为2.4 ml,则用氨气表示该反应的速率为( ) ml·L-1·s- ml·L-1·s-1C.1.6 ml·L-1·s-1D.0.8 ml·L-1·s-1
【解析】选B。v(NH3)= =0.16 ml·L-1·s-1。
【素养提升】医学上把未满月(出生28天内)新生儿的黄疸,称之为新生儿黄疸,新生儿黄疸是指新生儿时期,由于胆红素代谢异常,引起血清中胆红素浓度升高,而出现以皮肤、黏膜、巩膜及其他组织被染成黄色为特征的病症,是新生儿中最常见的临床问题。科学家为探究胆红素的
作用机理,在特定条件下用一定波长的光照射胆红素,发现其能发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如图所示,试计算反应4～8 min的平均反应速率和推测第16 min反应物的浓度。
提示:由图可知,4～8 min期间,反应物浓度变化为(20-10)μ ml·L-1=10μ ml·L-1,所以4～8 min期间,反应速率为 =2.5μ ml·L-1·min-1。由图可知,0～4 min期间,反应物浓度变化为(40-20)μ ml·L-1=20μ ml·L-1,4～8 min期间,反应物浓度变化为(20-10)μ ml·L-1=10μ ml·L-1,可知,每隔4分钟,
浓度变化量降为原来的一半。所以8～12 min浓度变化为5μ ml·L-1,12～16 min浓度变化为2.5μ ml·L-1。所以16 min时浓度为10μ ml·L-1-5μ ml·L-1-2.5μ ml·L-1=2.5μ ml·L-1。
知识点二 外界条件对化学反应速率的影响【重点释疑】1.浓度(1)只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。(2)在一定温度下,固体或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。
2.温度(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。(2)不论是吸热反应还是放热反应,升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强(1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。如恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大,各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
4.催化剂催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率。5.固体接触面积化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越快。
【知识拓展】压强对反应速率影响的理解改变气体的压强,实质上是改变气体物质的浓度,从而达到改变(增大或减小)化学反应速率的目的。常见的有下列几种情况:
(1)恒温时:增大压强 体积缩小 浓度增大 反应速率加快。(2)恒容时:①充入气体反应物 总压增大 浓度增大 反应速率加快。②充入“惰性气体” 总压增大(各分压不变) 浓度不变 反应速率不变。(“惰性气体”是指不参与该反应的气体,并不是专指稀有气体)
(3)恒压时:充入“惰性气体” 体积增大 浓度减小 反应速率减慢。总之,在其他条件一定时,改变压强,若引起浓度改变,则化学反应速率改变。另外,由于压强的变化对固体、液体的体积影响很小,因而对它们浓度改变的影响也很小,可以认为改变压强对它们的反应速率无影响。
【思考·讨论】(1)增加反应物的用量,一定能增大化学反应速率吗?为什么?提示:不一定,固态和纯液态反应物的浓度是一个常数,增加固态和纯液态物质的用量,化学反应速率不变。
(2)升高温度,吸热反应和放热反应的速率都加快吗?提示:都加快。升高温度,分子运动加快,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率必然加快。
(3)改变压强后,化学反应速率一定变化吗?提示:不一定,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。当压强改变,但对物质的浓度无影响时,化学反应速率不变。如恒容密闭容器中通入“惰性气体”时,化学反应速率不变。
【案例示范】【典例】(2019·兰州高一检测)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素,离子方程式为2 +5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率,探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化):
(1)该实验探究的是什么因素对化学反应速率的影响?如图一,相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是什么?(2)若实验①在2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况下),则在2 min末,c( )为多少?
(3)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率外,本实验还可通过测定什么量来比较化学反应速率?(4)小组同学发现反应速率总是如图二,其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是哪些?
【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)温度、浓度、压强、催化剂以及接触面积都影响化学反应速率;(2)可以用三段式求算化学反应速率及反应后的浓度。
【解析】(1)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中大,化学反应速率大,相同时间内所得CO2的体积大;
(2)CO2的物质的量为n(CO2)= =0.000 2 ml,根据2 +5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O,所以反应的 的物质的量为n( )= n(CO2)= ×0.000 2 ml=0.000 04 ml,剩余的 的物质的量为n( )=30×10-3 L×0.01 ml·L-1-
0.000 04 ml=0.000 26 ml,其物质的量浓度为c( )= =0.005 2 ml·L-1;
(3)因实验中H2C2O4过量,故可通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需时间来比较化学反应速率;(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。
答案:(1)浓度 ②>① (2)0.005 2 ml·L-1(3)KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需时间)。(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。
【规律方法】化学反应速率大小的分析判断(1)在内因不相同的情况下(即反应物不相同),只能根据反应事实及实验现象定性分析反应的快慢。(2)在内因相同的情况下(即反应物相同),可根据外界条件对反应速率的影响来定量判断反应速率的大小。
【迁移·应用】1.一定条件下,分别对反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)进行如下操作(只改变条件):①升高反应体系的温度;②增加反应物C的用量;③缩小反应体系的体积;④减少体系中CO的量。上述措施中一定能使反应速率显著变大的是( )A.①②③④ B.①③④ C.①② D.①③
【解析】选D。①升高反应体系的温度,反应速率显著增大,正确;②C为固体,增加反应物C的用量,反应速率不变,错误;③缩小反应体系的体积,CO2、CO的浓度增大,反应速率增大,正确;④减少体系中生成物CO的量,反应速率不可能增大,错误,选D。
2.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
【解析】选D。升高温度,增大反应物的浓度就能提高化学反应速率,即最先出现浑浊,故选D。
【素养提升】在用煤炭或者木柴生火时,我们通常用鼓风机或扇子扇火使炉火更旺,而且如果向炉膛内加入少量的碎煤或碎木屑同样会使炉火更旺。
请解释为什么会有上述现象发生。提示:向炉膛内鼓入空气,会使氧气的浓度增大,从而加快燃料的燃烧;向炉膛内加入碎的燃料,会使燃料的接触面积增大,从而加快燃烧的速率。
【做一做】向体积为2 L的密闭容器中通入10 ml SO2、10 ml O2,发生反应2SO2+O2 2SO3。反应5 min时测得SO2的物质的量为6 ml。
请完成下表中相关空格。
二、影响化学反应速率的因素
【想一想】在下列事实中,各是什么因素影响了化学反应速率。(1)集气瓶中H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸;(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成矿粒;(3)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2,则很快产生气体;
(4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条,产生气体有快有慢;(5)同样大小的石灰石分别与0.1 ml·L-1盐酸和1 ml·L-1盐酸反应,速率不同。
提示:(1)光 (2)反应物的接触面积 (3)催化剂 (4)反应物本身的性质 (5)反应物的浓度
三、调控化学反应速率的意义
【情境·思考】食品添加剂是为改善食品色、香、味等品质,以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成的物质或者天然物质。例如油脂抗氧化剂就是一种常见的食品添加剂。
请分析油脂抗氧化剂是如何利用了化学反应速率的原理。提示:食品中添加抗氧化剂,目的是减慢食品的变质速率,与反应速率有关。
知识点一 化学反应速率的计算及大小比较【重点释疑】1.化学反应速率的计算(1)定义式法:v(A)=
(2)关系式法:对于化学反应:aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),满足如下关系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。上述关系可总结为化学反应速率数值之比=化学计量数之比。
2.化学反应速率的大小比较(1)归一法:①统一单位:若单位不统一,则要换算成相同的单位;②换算:若为不同物质表示的反应速率,则要换算成同一物质来表示反应速率;③比较:比较数值的大小,数值越大,反应速率越快。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),比较 若 则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
【知识拓展】“三段式”计算化学反应速率(1)计算模式设a ml·L-1、b ml·L-1分别为A、B两种物质的起始浓度,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终态浓度(ml·L-1)a-mx b-nx px qx
(2)基本步骤①确定反应物或生成物的起始加入量;②确定反应过程中各物质的变化量;③确定反应进行至某时刻时各物质的量;
④依据题干中的条件建立等式关系进行解答;⑤应用比例关系解答:化学反应速率之比=浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。
【思考·讨论】(1)若以ml·L-1·min-1为化学反应速率的单位,能用固体来表示某一反应的反应速率吗?提示:不能。固体或纯液体的浓度视为常数,Δc=0,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(2)反应速率是该化学反应在某一时刻的瞬时速率吗?提示:不是。化学反应速率是一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时速率。
【案例示范】【典例】(2019·日照高一检测)(1)在反应A(g)+3B(g)====2C(g)中,若以物质A表示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的物质的量为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________。
(4)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-1②v(B)=0.45 ml·L-1·min-1③v(C)=0.015 ml·L-1·min-1④v(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.②③B.①③C.②④D.②
【思维建模】计算化学反应速率的一般思路为
【解析】(1)根据化学方程式中的计量数关系: v(B)=3v(A)=3×0.2 ml·L-1·min-1=0.6 ml·L-1·min-1。
(2)解法一:3 s内消耗的N2的物质的量为2 ml-1.9 ml=0.1 ml,根据化学方程式N2+3H2 2NH3,可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为0.3 ml,根据化学反应速率的计算公式,v(H2)= =0.05 ml·L-1·s-1。
解法二:先计算出用N2表示的化学反应速率:v(N2)= 再根据化学方程式的计量数关系,计算出用H2表示的化学反应速率:v(H2)=3v(N2)=0.05 ml·L-1·s-1。
(3) 3A(g) +B(g)====2C(g)起始浓度/ml·L-1 1.0 0.50转化浓度/ml·L-10.120.040.082 s时浓度/ml·L-10.880.460.08则2 s时,n(A)=0.88 ml·L-1×10 L=8.8 ml,c(C)=0.08 ml·L-1。
(4)化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶1∶2∶2,则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)=0.6 ml·L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45 ml·L-1·min-1×3=1.35 ml·L-1·min-1;③中v(A)= v(C)= ×0.015 ml·L-1·min-1=0.022 5 ml·L-1·min-1;
④中v(A)= v(D)= ×0.45 ml·L-1·min-1=0.675 ml·L-1·min-1,所以在不同条件下,进行最快的是②。
答案:(1)0.6 (2)0.05 ml·L-1·s-1(3)8.8 0.08 ml·L-1 (4)D
【方法规律】反应速率大小比较的两种方法同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化:
(1)方法一:换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。(2)方法二:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA(g)+bB(g)====cC(g),要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较 的相对大小,若 则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
【迁移·应用】1.(2019·菏泽高一检测)在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-1B.用B、C、D分别表示反应的速率,其比值是3∶2∶1C.在第2 min末的反应速率用B表示是0.3 ml·L-1·min-1D.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
【解析】选B。A为固体,一般不用固体表示反应速率,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化学计量数成正比,B项正确;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。
2.在N2+3H2 2NH3的反应中,经过一段时间后,NH3的浓度增加了0.6 ml·L-1,在此时间内用NH3表示的反应速率为0.3 ml·L-1·s-1。则此段时间是( )A.1 s B.2 s s s
【解析】选B。
【补偿训练】氨分解反应在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 ml,5 s末为2.4 ml,则用氨气表示该反应的速率为( ) ml·L-1·s- ml·L-1·s-1C.1.6 ml·L-1·s-1D.0.8 ml·L-1·s-1
【解析】选B。v(NH3)= =0.16 ml·L-1·s-1。
【素养提升】医学上把未满月(出生28天内)新生儿的黄疸,称之为新生儿黄疸,新生儿黄疸是指新生儿时期,由于胆红素代谢异常,引起血清中胆红素浓度升高,而出现以皮肤、黏膜、巩膜及其他组织被染成黄色为特征的病症,是新生儿中最常见的临床问题。科学家为探究胆红素的
作用机理,在特定条件下用一定波长的光照射胆红素,发现其能发生分解反应,反应物浓度随反应时间变化如图所示,试计算反应4～8 min的平均反应速率和推测第16 min反应物的浓度。
提示:由图可知,4～8 min期间,反应物浓度变化为(20-10)μ ml·L-1=10μ ml·L-1,所以4～8 min期间,反应速率为 =2.5μ ml·L-1·min-1。由图可知,0～4 min期间,反应物浓度变化为(40-20)μ ml·L-1=20μ ml·L-1,4～8 min期间,反应物浓度变化为(20-10)μ ml·L-1=10μ ml·L-1,可知,每隔4分钟,
浓度变化量降为原来的一半。所以8～12 min浓度变化为5μ ml·L-1,12～16 min浓度变化为2.5μ ml·L-1。所以16 min时浓度为10μ ml·L-1-5μ ml·L-1-2.5μ ml·L-1=2.5μ ml·L-1。
知识点二 外界条件对化学反应速率的影响【重点释疑】1.浓度(1)只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。(2)在一定温度下,固体或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。
2.温度(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。(2)不论是吸热反应还是放热反应,升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强(1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。如恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大,各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
4.催化剂催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率。5.固体接触面积化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越快。
【知识拓展】压强对反应速率影响的理解改变气体的压强,实质上是改变气体物质的浓度,从而达到改变(增大或减小)化学反应速率的目的。常见的有下列几种情况:
(1)恒温时:增大压强 体积缩小 浓度增大 反应速率加快。(2)恒容时:①充入气体反应物 总压增大 浓度增大 反应速率加快。②充入“惰性气体” 总压增大(各分压不变) 浓度不变 反应速率不变。(“惰性气体”是指不参与该反应的气体,并不是专指稀有气体)
(3)恒压时:充入“惰性气体” 体积增大 浓度减小 反应速率减慢。总之,在其他条件一定时,改变压强,若引起浓度改变,则化学反应速率改变。另外,由于压强的变化对固体、液体的体积影响很小,因而对它们浓度改变的影响也很小,可以认为改变压强对它们的反应速率无影响。
【思考·讨论】(1)增加反应物的用量,一定能增大化学反应速率吗?为什么?提示:不一定,固态和纯液态反应物的浓度是一个常数,增加固态和纯液态物质的用量,化学反应速率不变。
(2)升高温度,吸热反应和放热反应的速率都加快吗?提示:都加快。升高温度,分子运动加快,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率必然加快。
(3)改变压强后,化学反应速率一定变化吗?提示:不一定,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。当压强改变,但对物质的浓度无影响时,化学反应速率不变。如恒容密闭容器中通入“惰性气体”时,化学反应速率不变。
【案例示范】【典例】(2019·兰州高一检测)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素,离子方程式为2 +5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率,探究某种影响化学反应速率的因素,设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化):
(1)该实验探究的是什么因素对化学反应速率的影响?如图一,相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是什么?(2)若实验①在2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况下),则在2 min末,c( )为多少?
(3)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率外,本实验还可通过测定什么量来比较化学反应速率?(4)小组同学发现反应速率总是如图二,其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是哪些?
【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)温度、浓度、压强、催化剂以及接触面积都影响化学反应速率;(2)可以用三段式求算化学反应速率及反应后的浓度。
【解析】(1)对比①②实验可探究浓度对化学反应速率的影响,②中A溶液的浓度比①中大,化学反应速率大,相同时间内所得CO2的体积大;
(2)CO2的物质的量为n(CO2)= =0.000 2 ml,根据2 +5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O,所以反应的 的物质的量为n( )= n(CO2)= ×0.000 2 ml=0.000 04 ml,剩余的 的物质的量为n( )=30×10-3 L×0.01 ml·L-1-
0.000 04 ml=0.000 26 ml,其物质的量浓度为c( )= =0.005 2 ml·L-1;
(3)因实验中H2C2O4过量,故可通过测定KMnO4溶液完全褪色所需时间或产生相同体积气体所需时间来比较化学反应速率;(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。
答案:(1)浓度 ②>① (2)0.005 2 ml·L-1(3)KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需时间)。(4)①该反应放热;②催化剂能加快化学反应速率,产物Mn2+是反应的催化剂。
【规律方法】化学反应速率大小的分析判断(1)在内因不相同的情况下(即反应物不相同),只能根据反应事实及实验现象定性分析反应的快慢。(2)在内因相同的情况下(即反应物相同),可根据外界条件对反应速率的影响来定量判断反应速率的大小。
【迁移·应用】1.一定条件下,分别对反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)进行如下操作(只改变条件):①升高反应体系的温度;②增加反应物C的用量;③缩小反应体系的体积;④减少体系中CO的量。上述措施中一定能使反应速率显著变大的是( )A.①②③④ B.①③④ C.①② D.①③
【解析】选D。①升高反应体系的温度,反应速率显著增大,正确;②C为固体,增加反应物C的用量,反应速率不变,错误;③缩小反应体系的体积,CO2、CO的浓度增大,反应速率增大,正确;④减少体系中生成物CO的量,反应速率不可能增大,错误,选D。
2.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
【解析】选D。升高温度,增大反应物的浓度就能提高化学反应速率,即最先出现浑浊,故选D。
【素养提升】在用煤炭或者木柴生火时,我们通常用鼓风机或扇子扇火使炉火更旺,而且如果向炉膛内加入少量的碎煤或碎木屑同样会使炉火更旺。
请解释为什么会有上述现象发生。提示:向炉膛内鼓入空气,会使氧气的浓度增大,从而加快燃料的燃烧;向炉膛内加入碎的燃料,会使燃料的接触面积增大,从而加快燃烧的速率。
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