化学必修 第二册第二节 化学反应的速率与限度第1课时导学案

第1课时　化学反应的速率

一、化学反应速率

1．表示方法：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示。

2．表达式：v＝，单位mol/(L·min)或mol/(L·s)。

3．示例：某反应的反应物浓度在5 min内由6 mol/L变成了2 mol/L，则以该反应物浓度的变化表示的该反应在这段时间内的平均反应速率为 0.8_mol/(L·min)。

微点拨：(1)无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，其化学反应速率都取正值，而且是某一段时间内的平均速率，不是某一时刻的瞬时速率。

(2)在一定温度下，对于固体和纯液体物质来说，其单位体积里的物质的量不会改变，即它们的物质的量浓度为常数，故一般不用固体或纯液体物质来表示反应速率。

二、影响化学反应速率的因素

1．调控化学反应速率的意义

(1)例如，我们希望反应速率变慢的反应有食物的变质、橡胶和塑料的老化、金属的锈蚀等。

(2)例如，我们希望反应速率变快的反应有氨、硫酸等化工产品的生产等。

2．化学反应速率的影响因素

一般条件下，当其他条件相同时，

(1)浓度：增大反应物浓度，化学反应速率增大。

(2)温度：升高温度，化学反应速率增大。

(3)压强：对于气体参加的反应，增大压强(减小容器容积)，气体反应物浓度增大，化学反应速率增大。

(4)催化剂：催化剂可以改变化学反应速率，一般加快反应速率。

(5)其他：反应物状态、固体的表面积、溶剂、光照等。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。 (　　)

(2)由v＝ 计算化学反应的平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值。  (　　)

(3)化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1。  (　　)

(4)升温时不论吸热反应还是放热反应，反应速率都增大。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√

2．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在2 L密闭容器中发生反应，5 min内，NH3生成了0.2 mol，则5 min内用NH3表示的反应速率为

________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[答案]　0.02 mol/(L·min)

3．下列调控反应速率的措施或实验中，分别利用或体现了哪些影响反应速率的因素？

(1)向炉膛内鼓风，用煤粉代替煤块可以使炉火更旺。

________________________________________________________________。

(2)食物放在冰箱里。______________________________________________

________________________________________________________________。

(3)氮气与氢气反应生成氨气需加压。________________________________

________________________________________________________________。

(4)H2O2分解需加MnO2。_________________________________________。

[答案]　(1)反应物浓度、固体表面积

(2)温度　(3)压强　(4)催化剂

化学反应速率的有关计算——“三段式”

在一定条件下，向2 L密闭容器中充入2 mol N2和4 mol H2发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，10 min时测定生成NH3 1 mol，则用N2、H2、NH3表示的平均反应速率分别为多少？三者之比为多少？

[提示]　　　　N2(g)　＋　3H2(g)　　2NH3(g)

　　n(始)     2 mol      4 mol         0

    Δn      0.5 mol     1.5 mol       1 mol

    10 min时 1.5 mol     2.5 mol       1 mol

所以v(N2)＝＝0.025 mol/(L·min)

v(H2)＝＝0.075 mol/(L·min)

v(NH3)＝＝0.05 mol/(L·min)

v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2。

1．正确理解化学反应速率

2．“三段式”解答模板

(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式计算。

例如，反应　　　mA　　＋　　nB　　　　pC

t0 s/(mol·L－1)     a            b             0

转化/(mol·L－1)   x                       

t1 s/(mol·L－1)   a－x         b－         

则：v(A)＝ mol·L－1·s－1、

v(B)＝ mol·L－1·s－1、

v(C)＝ mol·L－1·s－1。

α(A)＝×100%。

1．1 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 mol·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 mol·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 mol·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

B　[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；反应速率为平均值，并非2 min末的速率，所以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。]

2．一定温度下，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6 s时B的转化率为40%

C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为

0．05 mol·L－1·s－1

D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等

C　[Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝(1.2－0)mol∶(1.0－0.4)mol∶(1.0－0.2)mol∶(0.4－0)mol＝6∶3∶4∶2，所以化学方程式为3B＋4C6A＋2D，A错误；B的转化率为×100%＝60%，B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，D错误。]

3．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 mol·L－1·min－1　②v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1　③v(C)＝0.015 mol·L－1·min－1　④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1。则此反应在不同条件下进行最快的是(　　)

A．②③　 B．①③

C．②④     D．②

D　[各物质其反应速率单位相同时，用各反应速率除去化学计量数，比值大的反应速率大。

①＝0.2　②＝0.45　③＝0.007 5

④＝0.225，②对应的反应最快，D正确。]

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)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。

(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA＋bBcC，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。

影响化学反应速率的因素

1．温度对化学反应速率的影响

2.催化剂对化学反应速率的影响

3.压强对化学反应速率的影响

在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图所示)。

(1)向下压缩活塞，容器内气体压强如何变化？气体浓度如何变化？反应速率如何变化？

提示：向下压缩活塞，气体压强增大，浓度增大，化学反应速率加快。

(2)保持容器的容积不变，向其中充入氦气(He)，反应速率如何变化？

提示：充入氦气，尽管压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变。

(3)保持容器内气体压强不变，向其中充入氦气(He)，反应速率如何变化？

提示：充入氦气，尽管压强不变，但容器的体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。

1．影响化学反应速率的主要因素——内因

反应物本身的性质决定反应速率的大小。

2．影响化学反应速率的外界因素——外因

(1)浓度

①固体或纯液体的浓度为常数，所以增加其用量时，化学反应速率不变。

②增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂，能增大化学反应速率。

(2)温度：对任何反应，升高温度，反应速率增大。

(3)催化剂：一般地，使用催化剂能大大加快反应速率。

(4)压强

压强对反应速率的影响，是通过改变气体的浓度来实现的，故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。

①对无气体参加的化学反应，改变压强时，化学反应速率基本不变。

如MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。

②对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解为

压强改变→

a．恒容时：增大压强体积缩小反应速率增大。

b．气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响

恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→反应物浓度不变―→反应速率不变。

恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→反应物浓度减小―→反应速率减小。

4．在恒容密闭容器中发生反应：3CO(g)＋Fe2O3(s)3CO2(g)＋2Fe(s)，下列说法正确的是(　　)

A．增加Fe2O3的量反应速率加快

B．升高温度反应速率不一定变化

C．充入CO反应速率加快

D．充入N2使压强增大反应速率加快

C　[Fe2O3为固体，增加固体的量，浓度未变，反应速率不变，A错；温度对任何反应都有影响，B错；充入CO后，c(CO)增大，反应速率加快，C正确；充入N2虽然压强增大，但并未引起浓度的变化，反应速率不变，D错。]

5．下列有关化学反应速率的说法正确的是(　　)

A．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率

B．100 mL 2 mol·L－1的盐酸与锌反应时，加入适量的氯化钠溶液，生成氢气的速率不变

C．二氧化硫的催化氧化是一个放热反应，所以升高温度，反应减慢

D．汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2，减小压强，反应速率减小

D　[铁遇浓硫酸钝化，铁片与浓硫酸反应不能生成氢气，故A错误；向盐酸中加入氯化钠溶液，相当于稀释了盐酸，盐酸浓度减小，反应速率减小，故B错误；升高温度，反应速率增大，与反应是吸热还是放热无关，故C错误；有气体参加的反应，体系压强越小反应速率越小，故D正确。]

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mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1

C　[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．对于化学反应3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系中，正确的是(　　)

A．v(W)＝3v(Z) B．2v(X)＝3v(Z)

C．2v(X)＝v(Y)   D．3v(W)＝2v(X)

C　[速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比。

A项，v(W)＝v(Z)；B项，3v(X)＝2v(Z)；C项，2v(X)＝v(Y)；D项，2v(W)＝3v(X)。]

3．反应3X(g)＋Y(g)2Z(g)＋2W(g)在2 L密闭容器中进行，5 min后Y减少了0.5 mol，则此反应的速率为(　　)

A．v(X)＝0.05 mol·L－1·min－1

B．v(Z)＝0.10 mol·L－1·min－1

C．v(Y)＝0.10 mol·L－1·min－1

D．v(W)＝0.05 mol·L－1·min－1

B　[根据v＝＝，求出用Y表示的化学反应速率，再根据在同一化学反应中，不同物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比进行比较。v(Y)＝＝＝0.05 mol·L－1·min－1。＝＝，得v(X)＝0.15 mol·L－1·min－1，A错误；＝＝，得v(Z)＝0.10 mol·L－1·min－1，B正确；v(Y)＝0.05 mol·L－1·min－1，C错误；＝＝，得v(W)＝0.10 mol·L－1·min－1，D错误。]

4．(素养题)NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢地反应生成氮气和二氧化碳气体：2NO＋2CO===N2＋2CO2。对此反应，下列叙述正确的是(　　)

A．使用催化剂能加快反应速率

B．压强增大不影响化学反应速率

C．冬天气温低，反应速率降低，对人体危害减小

D．无论外界条件怎样改变，均对此化学反应的速率无影响

A　[中学阶段，一般催化剂默认为正催化剂，使用(正)催化剂能加快反应速率，A正确；增大压强反应速率增大，B错误；冬天气温低，反应速率降低，因为NO、CO都有毒，对人类危害增大，C错误；改变温度、压强等外界条件，化学反应速率会改变，D错误。]

5．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，在一可变容积的密闭容器中进行，试回答：

(1)增加Fe的量，其反应速率________(填“增大”“不变”或“减小”，下同)。

(2)将容器的体积缩小一半，其反应速率_______________。

(3)保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其反应速率_______。

(4)保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其反应速率________。

[解析]　(1)由于Fe是固体，改变Fe的量，反应物浓度不变，故反应速率不变。(2)将容器的体积缩小一半，则反应物浓度增大，故反应速率增大。(3)容器的体积不变，充入N2，反应物浓度不变，故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变，充入N2容器体积增大，即反应物和生成物浓度均减小，故反应速率减小。

[答案]　(1)不变　(2)增大　(3)不变　(4)减小