高中化学 第二章 化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率学案 新人教版选修4

第二章 化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率 目标导航1.了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。2.掌握化学反应速率的简单计算方法，提高速率概念的理解能力。3.学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。一、化学反应速率1定义用来衡量化学反应过程进行的快慢程度的物理量。2表示方法(1)可用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示。(2)在容积不变的反应容器中，通常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表达式及其单位(1)表达式：v。(2)单位：mol·L1·min1或mol/(L·min)、mol·L1·s1或mol/(L·s)。4注意事项(1)在某一个化学反应中无论是用反应物还是用生成物表示化学反应速率，其值均为正值。(2)化学反应速率表示的均是某一段时间内的化学反应的平均速率，而不是某一时刻的化学反应的瞬时速率。(3)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物多种物质，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种物质来表示的。【合作探究】1在C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的反应中，可用哪些物质表示反应速率？在2Na2H2O=2NaOHH2的反应中呢？答案在C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)反应中，可以用H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度变化来表示反应速率，而在2Na2H2O=2NaOHH2的反应中只能用NaOH、H2的浓度变化来表示，即不能用固体或纯液体来表示反应速率，因为固体或纯液体的浓度为常数。2在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应：2SO2O22SO3，经5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 mol，填写下表：有关反应物质SO2O2SO3物质的量变化/mol0.80.40.8物质的量浓度变化/(mol·L1)0.40.20.4化学反应速率/ (mol·L1·s1)0.080.040.08速率之比v(SO2)v(O2)v(SO3)212结论：用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比物质的量浓度变化之比物质的量变化之比化学计量数之比。同一化学反应的反应速率，用不同物质表示时数值可能不同，但意义相同。二、化学反应速率的测定1测定原理利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。2测定方法(1)利用能够直接观察的某些性质测定如通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率，或测量一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。(2)利用科学仪器测量出的性质进行测定，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。(3)在溶液中，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，常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。3测定实例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： 按下图所示安装装置，加入锌粒，然后快速加入40 mL 1 mol·L1的硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间。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·L1的硫酸，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、秒表。(2)观察到的现象是：锌跟硫酸反应产生气泡；收集10 mL气体所用时间比所用时间短。(3)所能得出的实验结论是：4_mol·L1的硫酸与锌反应比1_mol·L1的硫酸与锌反应快。【注意事项】锌粒的大小(即表面积)基本相同。40 mL的硫酸溶液要迅速加入。装置气密性要好，且计时要迅速、准确。一、化学反应速率的计算方法【例1】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N23H22NH3，2 min时测得剩余N2 1 mol，下列化学反应速率不正确的是()Av(N2)0.25 mol·L1·min1Bv(H2)0.75 mol·L1·min1Cv(NH3)1 mol·L1·min1Dv(NH3)0.5 mol·L1·min1解析解法一：求化学反应速率，需先求参加反应的物质的物质的量浓度的变化量和反应所耗时间，据物质的量的变化量与体积的比可得出浓度的变化量：N23H22NH3起始量/mol 2 10 0变化量/mol 21 3 22 min末量/mol 1 103 2则v(N2)(21)mol/(2 L×2 min)0.25 mol·L1·min1，v(H2)3 mol/(2 L×2 min)0.75 mol·L1·min1，v(NH3)2 mol/(2 L×2 min)0.5 mol·L1·min1。解法二：v(N2)0.25 mol·L1·min1。用N2来表示反应速率时，因为v(N2)v(H2)v(NH3)132，故v(H2)0.75 mol·L1·min1，v(NH3)0.5 mol·L1·min1。答案C【规律总结】化学反应速率的计算方法(1)利用反应速率的定义式v求算。(2)利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。(3)利用三段式进行计算求解化学反应速率计算题的一般步骤：a写出有关反应的化学方程式；b找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；c根据已知条件列方程计算。模板，对于反应：mAnB=pCqD。A的浓度为a mol·L1，B的浓度为b mol·L1。反应从t0 s开始进行至t1 s时，A消耗了x mol·L1，则反应速率可计算如下： mA nB=pCqD起始浓度/mol·L1 a b 0 0转化浓度/mol·L1 x 最终浓度/mol·L1 ax b 则v(A)mol·L1·s1，v(B)mol·L1·s1，v(C)mol·L1·s1，v(D)mol·L1·s1。计算时注意以下量的关系：a对反应物：c起始c转化c某时刻；b对生成物：c起始c转化c某时刻；c转化率：×100%。变式训练1一定温度下，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反应开始到10 s，用Z表示的反应速率为0.158 mol·L1·s1B反应开始到10 s，X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L1C反应开始到10 s时，Y的转化率为79.0%D反应的化学方程式为X(g)Y(g)Z(g)答案C解析由图像中数据计算用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比，也就是化学计量数之比，然后即可推出化学方程式。由图像可知：X、Y的物质的量逐渐减少，为反应物，Z的物质的量逐渐增多，为生成物。它们的物质的量变化分别为X：(1.200.41)mol0.79 mol；Y：(1.000.21)mol0.79 mol；Z：(1.580)mol1.58 mol。故反应化学方程式为XY2Z，D项错；A项：v(Z)0.079 mol·L1·s1；B项：c(X)0.395 mol·L1；C项，Y的转化率×100%79.0%。二、化学反应速率的比较【例2】对于反应A(g)3B(g)=2C(g)，下列各数据表示不同条件下的反应速率，其中反应进行得最快的是()Av(A)0.01 mol·L1·s1Bv(B)0.02 mol·L1·s1Cv(B)0.60 mol·L1·min1Dv(C)1.0 mol·L1·min1解析对于同一反应在不同条件下的反应速率进行比较时，必须选定同一种速率单位和同一种物质，这样比较才有意义。如选择B物质和单位mol·L1·min1，并依据“各物质的速率之比等于化学方程式中计量数之比”进行相应的换算，然后进行对比。A项，v(B)3v(A)3×60 s·min1×0.01 mol·L1·s11.8 mol·L1·min1；B项，v(B)60 s·min1×0.02mol·L1·s11.2 mol·L1·min1；D项，v(B)v(C)1.5 mol·L1·min1，经过比较可知A项反应进行的最快。答案A【方法总结】1归一法依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。2比值法用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。例如：对于反应mAnBpCqD，若v(A)/mv(B)/n，则前者反应速率快。变式训练2反应A3B=2C2D在四种不同情况下的反应速率分别为v(A)0.15 mol·L1·s1；v(B)0.6 mol·L1·s1；v(C)0.4 mol·L1·s1；v(D)0.45 mol·L1·s1。该反应进行的快慢顺序为_。答案解析解法一：将不同物质表示的速率换算为同一物质表示的速率，再比较速率数值的大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用物质A表示的速率，则由方程式中的化学计量数知：v(A)v(B)13，则表示的v(A)0.2 mol·L1·s1；v(A)v(C)12，则表示的v(A)0.2 mol·L1·s1；v(A)v(D)12，则表示的v(A)0.225 mol·L1·s1。故反应进行的快慢顺序为。解法二：由反应速率之比与物质的化学计量数之比，比较后作出判断。由化学方程式A3B=2C2D得出：a.A与B的化学计量数之比为13，而v(A)v(B)0.150.614，故v(B)v(A)，从而得。bB与C的化学计量数之比为32，而v(B)v(C)0.60.432，故v(B)v(C)，从而得。cC与D的化学计量数之比为2211，而v(C)v(D)0.40.45，故v(D)v(C)，从而得。故该反应进行的快慢顺序为。1下列有关化学反应速率的说法中正确的是()A对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显B化学反应速率通常用单位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来表示C若某化学反应的反应速率为0.5 mol·L1·s1，就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 mol·L1·s1D化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度答案D解析A项，中和反应速率很快，但有的没有明显现象，A错；B项，在化学反应中，由于固体和纯液体的浓度视为常数，其浓度变化值为零，故不能用它们表示反应速率，B错；C项，单位错，浓度变化单位应为mol·L1，且由于化学计量数不一定相同，在该时间内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5 mol·L1。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()A0.4 mol·L1·s1 B0.3 mol·L1·s1C0.2 mol·L1·s1 D0.1 mol·L1·s1答案C解析用该气体表示反应的平均反应速率为v0.2 mol·L1·s1，C正确。3在N23H22NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 mol·L1，在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45 mol·L1·s1，则此段时间是()A1 s B2 s C44 s D1.33 s答案B解析本题考查化学反应速率的有关计算。已知用H2表示的平均反应速率为0.45 mol·L1·s1，则用NH3表示的平均反应速率为v(NH3)v(H2)×0.45 mol·L1·s10.3 mol·L1·s1，t2 s，故正确答案为B。4在不同条件下，分别测得反应2SO2O22SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是()Av(SO2)4 mol·L1·min1Bv(O2)3 mol·L1·min1Cv(SO2)0.1 mol·L1·s1Dv(O2)0.1 mol·L1·s1答案D解析本题考查的是化学反应速率的比较。以SO2为标准，并将单位统一，A、B、C、D选项换算成以SO2为标准的反应速率后分别为A.v(SO2)4 mol·L1·min1；B.v(SO2)2v(O2)6 mol·L1·min1；C.v(SO2)0.1×60 mol·L1·min16 mol·L1·min1；D.v(SO2)2v(O2)2×0.1×60 mol·L1·min112 mol·L1·min1。5某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。(1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为_ _。(2)反应开始至2 min、5 min时Z的平均反应速率为_、_。(3)5 min后Z的生成速率比5 min末Z的生成速率_(填“大”、“小”或“相等”)。答案(1)3XY2Z(2)0.05 mol·L1·min10.04 mol·L1·min1(3)相等解析(1)根据图示，X减少了0.6 mol，Y减少了0.2 mol，Z生成了0.4 mol，故X、Y、Z的物质的量变化之比为312，因5 min后三者共存，故反应的方程式为3XY2Z。(2)根据图中数据，依据反应速率计算公式可计算出反应速率，需注意Z的初始物质的量是0.1 mol。(3)5 min后Z的物质的量不再变化，反应速率相等。 基础过关一、化学反应速率的概念理解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单位时间内某物质的浓度变化越大，则该物质反应就越快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·L1·s1”和“mol·L1·min1”答案C解析化学反应速率是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的，即用单位时间内浓度的改变量来表示。2用纯净的CaCO3与1 mol·L1 100 mL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H2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答案D解析CaCO3为固体，浓度不变化。二、化学反应速率的比较3在2AB=3C4D反应中，表示该反应速率最快的数据是()Av(A)0.5 mol·L1·s1Bv(B)0.3 mol·L1·s1Cv(C)0.8 mol·L1·s1Dv(D)1.0 mol·L1·s1答案B解析都换算成用B表示的反应速率：Av(B)0.25 mol·L1·s1Bv(B)0.3 mol·L1·s1Cv(B) mol·L1·s1Dv(B)0.25 mol·L1·s1B项值最大，反应速率最快。4在a、b、c、d四个不同的容器中，在不同条件下进行反应2A(g)B(g)=3C(g)4D(g)。在0t时间内测得：a容器中v(A)1 mol/(L·s)，b容器中v(B)0.6 mol/(L·s)，c容器中v(C)1.5 mol/(L·s)，d容器中v(D)12 mol/(L·min)。则在0t时间内，反应速率最大的是()Aa容器中 Bb容器中Cc容器中 Dd容器中答案B解析根据反应速率之比等于化学计量数之比，将四个不同容器中的反应速率用同一种物质表示，只有这样才能比较出反应速率的大小。如统一用v(B)表示，则a容器中v(B)0.5 mol/(L·s)，b容器中v(B)0.6 mol/(L·s)，c容器中v(B)0.5 mol/(L·s)，要注意d容器中v(D)12 mol/(L·min)，速率的单位与其他不一致，则转化后v(B)0.05 mol/(L·s)，由此可知b容器中反应速率最大。三、化学反应速率的计算5某一反应物的浓度是1.0 mol·L1，经过20 s后，它的浓度变成了0.2 mol·L1，在这20 s内用该物质浓度变化表示的化学反应速率为()A0.04 B0.04 mol·L1·s1C0.08 mol·L1·s1 D0.04 mol·L1答案B解析v0.04 mol·L1·s1。A项无单位，D项单位不正确。6将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L1，现有下列几种说法：用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol·L1·s1用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol·L1·s12 s末时物质B的浓度为0.7 mol·L12 s末，物质A的转化率为70%其中正确的是()A B C D答案B解析2 s末C的浓度为0.6 mol·L1，则2 s末n(C)0.6 mol·L1×2 L1.2 mol，由三段式表示2A(g) B(g)2C(g) 4 2 0 1.2 0.6 1.2 2.8 1.4 1.2v(A)0.3 mol·L1·s1，v(B)0.15 mol·L1·s1，A的转化率为×100%30%，2 s末时B的浓度c(B)0.7 mol·L1。7将固体NH4Br置于密闭容器中，在某温度下，发生反应：NH4Br(s)NH3(g)HBr(g)，2HBr(g)Br2(g)H2(g)，2 min后，测知H2的浓度为0.5 mol·L1，HBr的浓度为4 mol·L1，若上述反应速率用v(NH3)表示，则下列速率正确的是()A0.5 mol·L1·min1B2.5 mol·L1·min1C2 mol·L1·min1D1.25 mol·L1·min1答案B解析此题为连锁反应，即NH4Br(s)分解生成的HBr又有一部分分解，故剩余的HBr的量为NH4Br分解生成的HBr的量减去分解的HBr量，即c(HBr)c生成(HBr)c分解(HBr)。又知c(H2)0.5 mol·L1，则c分解(HBr)1 mol·L1，所以c生成(HBr)c(HBr)c分解(HBr)5 mol·L1，c(NH3)c生成(HBr)5 mol·L1，v(NH3)2.5 mol·L1·min1。8把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L的密闭容器中，使它们发生如下反应：3X(g)Y(g)nZ(g)2W(g)，5 min末已生成0.2 mol W，若测知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol·L1·min1，则n是()A1 B2 C3 D4答案A解析v(W)0.02 mol·L1·min1，由，则n1。四、化学反应速率图像9用大理石(杂质不与稀盐酸反应)与稀盐酸反应制CO2，实验过程记录如图所示，下列有关说法正确的是()AOE段表示的反应速率最快BEF段表示的反应速率最快，收集的CO2最多CFG段表示的收集的CO2最多DOG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大答案B解析CaCO3与稀盐酸反应的化学方程式为CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O。图像的横坐标是时间，纵坐标是生成二氧化碳的体积，很明显是用单位时间内放出CO2的体积来表示其反应速率的，表现在图像上就是曲线的斜率，斜率越大，反应速率越大，放出的CO2越多。由图可以看出，EF段反应速率最快，收集的CO2最多；整个反应过程中，反应速率加快的幅度先小(OE段)后大(EF段)再小(FG段)，而不是逐渐增大，所以只有B项正确。10一定温度下，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，对该反应的推断合理的是()A该反应的化学方程式为3B4D6A2CB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 mol/(L·s)D反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等答案C解析各物质的物质的量的变化量之比等于化学方程式中化学计量数之比，n(A)n(B)n(C)n(D)(1.20)mol(1.00.4)mol(1.00.2)mol(0.40)mol6342，所以化学方程式为3B4C6A2D，A项错误；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项错误。 能力提升11根据反应4FeS211O2=2Fe2O38SO2，试回答下列问题。(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率_。(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L1·s1时，则氧气减少的速率为_。(3)如测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L1，此时间内SO2的速率为0.4 mol·L1·s1，则开始时氧气的浓度为_。答案(1)SO2或O2(2)0.88 mol·L1·s1(3)5.0 mol·L1解析(1)一般不用固体和纯液体来表示反应速率，所以可用O2和SO2来表示该反应的反应速率。(2)不同物质表示的反应速率和方程式中对应化学计量数成正比，所以氧气减少的速率为0.64 mol·L1·s1×0.88 mol·L1·s1。(3)此时间内SO2的速率为0.4 mol·L1·s1，则氧气表示的速率为0.4 mol·L1·s1×0.55 mol·L1·s1，所以氧气变化浓度为0.55 mol·L1·s1×4 s2.2 mol·L1，则开始时氧气的浓度为2.8 mol·L12.2 mol·L15.0 mol·L1。12在25 时，向100 mL含14.6 g氯化氢的盐酸溶液里放入5.60 g纯铁粉(不考虑反应前后溶液体积的变化)，反应开始至2 min末，收集到1.12 L(标准状况)氢气。在此之后，又经过4 min，铁粉完全溶解。则：(1)在前2 min内用FeCl2表示的平均反应速率是_。(2)在后4 min内用HCl表示的平均反应速率是_。(3)前2 min与后4 min相比，反应速率较快的是_，其原因是_ _。答案(1)0.250 mol·L1·min1(2)0.250 mol·L1·min1(3)前2 min随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率减慢解析n(HCl)0.400 mol，n(Fe)0.100 mol，n(H2)0.050 mol。 Fe2HCl=FeCl2H2起始(mol) 0.100 0.400 0 0前2 min末(mol) 0.050 0.300 0.050 0.050后4 min末(mol) 0 0.200 0.100 0.100(1)v(FeCl2)0.250 mol·L1·min1。(2)v(HCl)0.250 mol·L1·min1。(3)后4 min内，v(FeCl2)v(HCl)0.125 mol·L1·min1<0.250 mol·L1·min1，所以前2 min反应速率较快。13在一容积为5 L的密闭容器中充入氨气和氧气，使其物质的量之比为12，并发生如下反应：4NH35O24NO6H2O(g)，此反应在一定条件下进行2 min 后，测得NH3的物质的量为2 mol，NH3的转化率为20%。(1)以NO的浓度变化表示该反应的平均反应速率是_。(2)O2在2 min时的浓度是_。答案(1)0.05 mol·L1·min1(2)0.875 mol·L1解析设充入NH3的物质的量为a，则a(120%)2 mol，得a2.5 mol，4NH35O2=4NO6H2O(g)n(初)/mol 2.5 5 0 0n/mol 0.5 0.625 0.5 0.75n(末)/mol 2 4.375 0.5 0.75所以v(NO)0.05 mol·L1·min1，2 min时c(O2)0.875 mol·L1。拓展探究14“碘钟”实验中，3IS2O=I2SO的反应速率可以用I遇加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20 进行实验，得到的数据如下表：实验编号c(I)/mol·L10.0400.0800.0800.1600.120c(S2O)/mol·L10.0400.0400.0800.0200.040t/s88.044.022.044.0t1回答下列问题：(1)该实验的目的是_。(2)显色时间t1为_。(3)通过分析比较上述数据，得到的结论是_ _。答案(1)研究反应物I与S2O的浓度对反应速率的影响(2)(或29.3)(3)化学反应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比)解析由数据表容易发现：组所用时间相同，组所用时间为它们的一半，组所用时间为它们的2倍。进一步分析：两组中c(I)与c(S2O)的乘积相等，组中乘积为组的2倍，组乘积为其一半。因此可得结论：当c(I)·c(S2O)相等时，显色时间相等，反应速率相等，显色时间与反应速率成反比，即t与c(I)·c(S2O)成反比。，得t129.3。6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375