化学反应的快慢和限度

第二节 化学反应的快慢和限度一、 教材分析（一）知识脉络在学生认识了化学反应中的物质变化和能量变化的实质后，引入化学反应进行的快慢和限度，使学生从化学反应快慢和限度这一全新的视角，继续认识化学反应。化学反应的快慢主要由物质本身的性质决定，但外界条件的改变如：反应物的浓度、反应的温度、反应物间的接触面积、光、波、以及气体反应体系的压强等因素的变化都可影响反应的快慢。催化剂的使用同样会改变化学反应的快慢。在可逆反应中，一定条件下反应只能进行到一定的程度，外界条件的改变会影响到化学平衡的移动，这是反应的限度问题。从分析化学反应的快慢和限度优化工业生产的条件的选择。（二）知识框架表示化学反应速率的方法优化化工生产条件的重要依据化学反应化学反应的限度（化学反应平衡） 化学反应的的快慢（化学反应速率）化学平衡的移动化学平衡的建立影响化学反应速率的因素（三）新教材的主要特点： 新教材中将此部分知识分解为必修部分和选修部分。必修部分与旧教材相比，降低了知识要求和难度。更简洁、易懂，更注重理论联系实际，注重培养学生的分析能力、知识迁移能力、科学实验方法和科学素养。二教学目标（一）知识与技能目标1、使学生了解化学反应速率的概念，知道浓度、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响，初步了解如何调控化学反应的快慢。2、使学生了解化学平衡的特征，建立化学平衡的观点，认识化学反应的进行是有一定限度的，化学平衡是相对的。了解化学平衡的标志及平衡移动3、通过“认识化学反应的快慢”“催化剂对化学反应速率的影响”等探究活动，培养学生设计半定量实验方案的能力，以及分析和处理实验数据的能力。4、通过“硫酸制造工业的发展”“催化剂和化学工业”等资料介绍，使学生了解控制反应条件在生产和科学研究中的重要作用。（二）过程与方法目标1、通过引导学生对自己熟悉的化学反应、工业生产的分析，让他们学会怎样提炼总结出解决问题的科学方法，半定量实验的研究方法。2、通过“联想质疑”、“活动探究”、“交流研讨”、“观察思考”等活动，提高学生分析、联想、类比、迁移以及概括的能力。（三）情感态度与价值观目的1、通过“联想质疑”、“活动探究”、“交流研讨”、“观察思考”等活动，激发学生探索未知知识的兴趣，让他们享受到探究未知世界的乐趣。2、通过“认识化学反应的快慢”，“催化剂对化学反应速率的影响”，“温度对化学平衡的影响”等实践活动，培养学生严谨认真的科学态度和精神。通过对化工生产资料的学习，培养学生理论联系实际、勤奋好学的学习热情。三、教学重点、难点（一）知识上重点、难点化学反应速率及影响因素；化学平衡的建立。（二）方法上重点、难点学会对照实验和半定量实验的实验方法，实践理论指导实践的认识问题及解决问题的方法。从特殊到一般的认识事物的思维方法。四、教学准备（一） 学生准备1、预习 第二节 化学反应的快慢和限度。如何描述化学反应的快慢？哪些条件可以影响化学反应的快慢？如何从实验的角度去分析和探讨？是不是所有的化学反应都进行得很完全？化学平衡是一种什么样的平衡体系？如何优化化工生产的条件？2、将学生每45人编为一组，设计“活动探究”的实验方案。（二） 教师准备教学媒体、课件；五、教学方法问题推进、分析类比、实验探究六、课时安排3课时七、教学过程【实验探究】分组实验：镁、锌和相同浓度的稀硫酸反应【质疑】1、镁、锌和相同浓度的稀硫酸反应现象有什么不同？为什么不同？生活或学习过的化学反应中，哪些反应是较快的、哪些反应进行缓慢？2、实验室制氧气为什么要使用二氧化锰？【讨论】学生讨论思考上述问题。【引入新课】从同学们以前所学的化学反应知道，不同的反应有快慢之分，而有些反应需要加热或使用催化剂，这是为什么呢？这就是我们今天要学习的从一个全新的角度去认识化学反应化学反应的快慢和限度。【点评】密切结合学生已有的化学反应知识，从“问题”直接引入新课题，使将要学习的内容一目了然，从实验探究入手创设学生积极探究学习的氛围。【板书】 第二节 化学反应的快慢和限度【阅读并质疑】阅读教材3940页“联想质疑”,如何认识化学反应的快慢？如何表示化学反应的快慢？催化剂在化学反应中有什么作用？ 【过渡】在硫酸的工业生产中，二氧化硫氧化生产成三氧化硫要选择一定的温度、催化剂是为了有利于三氧化硫的生成。说明条件的不同对化学反应有影响，它们是如何影响的呢？【板书】 一、化学反应的快慢【媒体显示】“认识化学反应的快慢”的实验设计：【思考、讨论并质疑】从所给试剂分析能发生哪些化学反应？为什么三种金属的表面积要大致相同？你如何设计实验？如何探讨化学反应快慢与外界因素的关系？【学生设计】学生讨论、分析所给物质的浓度、状态，设计实验方案（1）铜片分别与同浓度的盐酸在常温和加热条件下的实验（2）镁条、铁片分别与同浓度的盐酸的实验（3）铁片分别与不同浓度的盐酸反应的实验（4）铁片分别与同浓度的盐酸在常温和加热条件下的实验（5）块状碳酸钙分别与不同浓度的盐酸的实验（6）块状碳酸钙、碳酸钙粉末分别与同浓度的盐酸的实验 【质疑】通过什么现象了解化学反应的快慢？如何表示化学反应的快慢？【阐述】化学反应进行时可以通过观察气泡逸出的快慢、固体物质的消失或产生的快慢、颜色改变的快慢来判断化学反应的快慢。通常用化学反应速率来描述化学反应的快慢。【板书】1、化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。时间：（如每秒、每分、每小时）计算公式为C / t反应速率的单位：mol/(Ls ) mol/(Lmin) mol/(Lh)【思考】如何认识反应速率？1、某一反应物的浓度是2摩尔/升，经过两分钟的反应，它的浓度变成了1.6摩尔/升，求该反应的反应速率。2、在一定条件下N2 + 3H2 2NH3 的反应中，起始C(N2) 为2mol/L，C(H2)为5mol/L， 反应到2分钟时，测得 C(NH3 )为0.4mol/L，(1)分别用N2 、 H2、 NH3 表示反应速率。 (2)反应到2分钟时C(N2) 为_， C(H2)_。【点评】简单的计算有利于学生对反应速率的认识和理解。【小结】（1） 现表示的化学反应速率是平均速率，同一反应用不同物质表示的化学反应速率数值可能不同，必须注明物质。（2）起始浓度不一定按比例，但是转化浓度一定按比例。（3） 同一反应各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。2A(g) + 3B (g) C (g) + 4D (g) (A):(B):(C):(D) = 2 ：3 ：1 ：42、影响化学反应速率的因素【质疑】化学反应的快慢主要取决什么？化学反应的快慢主要由物质本身的性质决定。【质疑】一个实验的结果会受到哪些外界因素的影响？它们是如何影响的？从几组实验可知比较一个实验的结果会受到多方面因素的影响，如温度、浓度、表面积等。【结论1】增加反应物的浓度，反应速率加快；【结论2】升高温度，反应速率加快；通常情况下温度每升高100C，化学反应速率将增大到原来的24倍。【质疑】是否只有对吸热反应升高温度才能加快反应速率？请你举例说明。不论是吸热反应还是放热反应升高温度都能加快反应速率。如木炭的燃烧。【结论3】增大反应物间的接触面积，反应速率加快；【质疑】催化剂是如何影响化学反应速率的？在2H2O2 2H2O + O2的反应中，有二氧化锰、氯化铁或过氧化氢酶做催化剂。【结论4】催化剂能改变化学反应的速率。【阅读思考】阅读教材4142页，了解催化剂在工业生产中的重要应用。生活中的催化剂你知道有哪些？【资料介绍】海鲜是一种含有嘌呤和苷酸两种成分的食物，而啤酒中则富含分解这两种成分的重要催化剂维生素。如果吃海鲜时饮啤酒，会促使有害物质在体内的结合，增加人体血液中的尿酸含量，从而形成难排的尿路结石。如果自身代谢有问题，吃海鲜的时候喝啤酒容易导致血尿酸水平急剧升高，诱发痛风，以致出现痛风性肾病、痛风性关节炎等。【质疑】对气体物质参加的反应，压强的改变对反应速率有影响吗？如何理解？【阐述】一定温度一定物质的量的气体，压强越大体积越小。所以加压使体积减小，浓度增大，故加压能加快反应速率。【结论5】对气体物质参加的反应，增大压强能加快反应速率。【板书小结】影响化学反应速率的因素有浓度、温度、催化剂，还有压强（对有气体物质的反应）、光波、电磁波、超声波、溶剂、固体的表面积等。通常浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快；压强越大，反应速率越快（对有气体物质的反应，为什么？）；催化剂能改变化学反应速率。【思考练习】1、在铝和硫酸的反应中可以通过什么现象说明反应的快慢？可以通过改变哪些条件说明外界因素对反应速率的影响？2、下列措施肯定能使化学反应速率增大的是（ ）A.增大反应物的量 B.增大压强 C.升高温度 D.使用催化剂【质疑】在学习二氧化硫的性质时有两个重要的反应，体现二氧化硫的还原性和氧化性：2SO2 + O2 2SO3 ， SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O 。为什么一个式子用“”，一个式子用“”号？说明什么？ 有些化学反应不能进行完全，即反应物不能完全转化为生成物。这与化学反应的限度有关。【板书】 二、化学反应的限度【阐述】在2SO2 + O2 2SO3反应中二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的同时，三氧化硫又分解成二氧化硫和氧气。【板书】1.可逆反应在同一条件下，能同时向正、反两个方向进行的化学反应称为可逆反应【注意】同一条件，同时进行；反应物不能完全转化为生成物。【质疑】氢气和氧气在一定条件下能反应生成水，水在一定条件下又能分解为氢气和氧气，水的分解反应是可逆反应吗？还有哪些反应是可逆反应？【质疑、讨论】常温下，在100g水中加入100g氯化钠固体，能否溶解完全（氯化钠的溶解度小于100g）？在一定温度下的氯化钠的饱和溶液中加入氯化钠固体能否溶解？【阐述】常温下，在100g水中溶解的氯化钠是一定的。一定温度下的氯化钠的饱和溶液中加入氯化钠的固体，固体会溶解同时溶液中的溶质又会析出，但溶液中溶质的质量并没有变化，只是溶解的速率与结晶的速率相同，而达到溶解结晶平衡。平衡时溶解和结晶的过程并没有停止，这是一个动态平衡。【质疑、探讨】一定条件下的可逆反应能否出现正、逆反应速率相等？请在下图中画出反应A(g) + B(g) C(g) + D(g)的反应速率和反应时间的关系图。反应时间反应速率【阐述】由图可知一定条件下，从反应物开始建立的可逆反应，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，一段时间后，正、逆反应速率相等，反应速率不再随时间的变化而变化，反应达到平衡。从逆反应开始也可以吗？【点评】从已学过的溶解结晶平衡认识平衡的特点，从数学的模式，采用直观的图示认识平衡，帮助学生建立化学平衡的概念。使抽象的概念学习变得直观、易懂。【板书】2.化学平衡化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的质量分数保持不变的状态。【质疑】化学平衡的特征是什么？为什么说化学平衡是动态平衡？动：V正 = V逆 0，动态平衡定：外界条件一定，各组成的百分含量一定（不是相等）变：外界条件改变，平衡被破坏、发生移动而建立新的平衡【质疑】化学平衡随条件的变化而变化，哪些条件对化学平衡有影响？【观察思考】温度对NO2与N2O4反应平衡状态是如何影响的？为什么条件的改变平衡状态被破坏？【阐述】在2NO2 N2O4的反应中，已知生成N2O4的反应是放热反应，当温度升高时，气体颜色变深，说明NO2的浓度增大，升高温度有利于NO2的生成。温度的改变使正、逆反应速率不等，原平衡被破坏，可见化学平衡是在一定条件下建立的，同一可逆反应条件不同平衡状态不同，即化学平衡发生移动。化学平衡移动：化学平衡只有在一定的条件下才能保持平衡。如果一个可逆反应达到平衡状态以后，反应条件（如浓度、压强、温度等）改变了，平衡混合物里各组成物的质量分数也就随之改变而达到新的平衡状态，这叫化学平衡的移动。平衡状态 不平衡状态 新平衡状态V正=V逆 V正V逆 V正=V逆化 学 平 衡 移 动【实验探究】补充浓度、压强对化学平衡移动的影响浓度对Fe3与SCN反应平衡状态的影响0.01mol / L FeCl3和 0.01mol / LKSCN等体积混合 Fe3 3SCN Fe(SCN)3平衡向正反应方向移动加1mol / L FeCl3 红色加深加1mol / L KSCN 红色加深 对比压强对NO2与N2O4反应平衡状态的影响增大压强反应混合物的颜色先变深后变浅，但比原平衡混合物的颜色要深，平衡向生成N2O4的方向移动；减小压强反应混合物的颜色先变浅后变深，但比原平衡混合物的颜色要浅，平衡向生成NO2的方向移动。如何解释上述颜色的变化？【讨论】催化剂对化学平衡移动有影响吗？为什么？【板书、结论】化学平衡移动受到反应物的浓度、压强、温度等因素的影响。浓度：在其它条件不变时，增大反应物（或减小生成物）浓度，平衡向正反应方向移动压强：在其它条件不变时，增大（或减小）压强，平衡向气体体积缩小（或扩大）的方向移动温度：在其它条件不变时，升高（或降低）温度，平衡向吸热（或放热）方向移动催化剂：对化学平衡移动无影响催化剂500【概述】通过本节的学习，我们从一个全新的角度去认识化学反应，即反应的快慢和反应的限度。一个反应的快慢和限度与反应物的性质有关，但外界条件的变化对反应的快慢和限度会产生影响，因此研究一个反应我们应选择有利的反应条件。如硫酸工业的反应条件的选择，合成氨工业的反应条件的选择。你如何认识硫酸工业的反应条件的选择？2SO2 + O2 2SO3【思考讨论】1、下列有关化学平衡状态的描述正确的是1）化学平衡状态就是正逆反应速率相等，且均等于零，反应停止了的状态。2）对于反应3Fe(S)+4H2O(g) Fe3O4(S)+4H2(g)当压强不变时，反应达到平衡。当气体水的浓度不变时，反应达到平衡。 当Fe3O4的质量不变时，反应达到平衡到达。2、下列叙述中可以说明反应2HI H2 + I2(g)已达平衡状态的是单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI一个 HH 键断裂的同时有两个 HI 键断裂百分组成 HI % = I2 % 反应速率 VH2 = VI2 = 1/2VHI 时HI H2I2 = 211 时 V(HI)分解= V(HI)生成 压强不变 C(HI)= 2 C(I2)3、在容积不变密闭容器中，对于合成氨反应是否达到平衡的标志是1)V(N2)V(H2)= 13 2) V(N2)V(NH3)= 123) V(NH3)= 2 V(N2) 4) V(NH3)分解= V(NH3)合成5) C(NH3)= 2 C(N2) 6)压强不变7) 每消耗 n mol N2的同时生成 2n mol NH3 8)密度不变9) 混合气体中氮气的体积百分含量不变【思考讨论】2、3两题有什么不同？判断化学平衡建立的标志是什么？根据什么可以判断在一定条件下，一个任意反应：mA nB pC qD 是否达到化学平衡？【点评】通过思考讨论使学生学会从特殊到一般的认识事物的思维方法。【小结】判断化学反应达到平衡的标志1） V(正)= V(逆) 正逆反应的描述：同一物质消耗和生成，反应物和生成物消耗或生成速率相等：同一物质速率的数值相等，不同物质速率的数值与系数成正比即相等2）混合气体中各组分的体积百分含量不变（或某物质的物质的量不变）3）反应前后气体的体积不等时，压强不变或平均分子量不变或密度不变4）同种物质化学键的断裂与化学键的形成的物质的量等，体系中含有色物质时，颜色不随时间的变化而变化若以化学键或浓度表示，则必须对应反应物和生成物且要按反应方程式系数关系成比例【概括整合】1、填写下表，总结影响化学反应速率的因素条件条件改变对化学反应速率的影响浓度压强温度催化剂2、什么是化学平衡？它具有哪些特点？与溶解结晶平衡有什么相同的方面？3、你可以从哪几个方面去认识一个化学反应？【本节练习】1、反应A + 3B = 2C + 2D在四种不同情况下的反应速率分别为：V(A)=0.15mol/(Ls) V(B)=0.6mol/(L.s) V(C)=0.4mol/(Ls) V(D)=0.45mol/(L.s)该反应进行的快慢顺序为_.提示：以同一物质为标准,将其他物质表示的反应速率换算为用该物质表示的速率，并比较。2、在一定温度下，可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g) 达到平衡的标志是（ ）A.C生成的速率与C分解的速率相等 B.A，B，C的浓度不再变化C.单位时间生成n mol A，同时生成3n mol BD.A、B、C、的分子数之比为1 3 23、已知合成氨反应的浓度数据如下： N2 + 3H2 2NH3起始浓度mol/L1.03.002秒末浓度mol/L0.61.80.8当用氨气浓度的增加来表示该化学反应速率时，其速率为( ).A.0.2 mol/(Ls) B.0.4 mol/(Ls) C.0.6 mol/(Ls) D.0.8 mol/(Ls)4、关于化学反应速率的说法正确的是( ).A.化学反应速率可表示可逆反应进行的程度B.化学反应速率是指一定时间内，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C.对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显D.根据反应速率的大小可知化学反应进行的相对快慢 5、下列说法正确的是( ).A. 参加反应物质的性质是决定化学反应速率的主要因素B. 光是影响某些化学反应速率的外界条件之一C. 决定化学反应速率的主要因素是浓度D. 不管什么反应,增大浓度，或加热或加压，或使用催化剂，都可以加快反应速率 6、将0.1 mol/L稀硫酸以相同体积与下列处于不同条件下的硫代硫酸钠溶液等体积混合，其中出现浑浊最快的是( )。A10、0.1 mol/L B10、0.05 mol/LC20、0.05 mol/L D20、0.1 mol/L 7、在N2+3H2 2NH3反应中，使用催化剂的理由是( ).A. 使平衡向正方向移动 B. 没有催化剂该反应不能发生C. 使化学反应速率增大 D. 抑制逆反应的发生 8、能确认发生化学平衡移动的是（ ）。A. 化学反应速率发生了变化B. 有气态物质参加的可逆反应达到平衡后，改变了压强C. 由于某一条件的改变,使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的改变D. 可逆反应达到平衡后，使用催化剂 9、2NO2 N2O4 正方向放热，把烧瓶置于1000C沸水中，下列哪几项性质不会改变颜色，平均分子量，质量，压力。 A. B. C. D. 10、对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是A. 提高反应物的平衡转化率 B. 改变平衡混合物的组成C. 以同样程度改变正逆反应的速率 D. 增大正反应速率，减小逆反应速率11、对于反应2SO2 + O2 2SO3 正反应放热增加O2 的浓度，平衡（ ）移动，SO2的浓度（ ），SO3的浓度（ ）。增大压强，平衡（ ）移动， SO2的浓度（ ）物质的量（ ），SO3的浓度（ ）物质的量（ ） 。升高温度，平衡（ ）移动，SO2的浓度（ ）， SO3的浓度（ ）。12、请画出2SO2 + O2 2SO3反应中SO3的浓度在有催化剂和无催化剂情况下随反应时间的变化图。SO3的浓度时间0