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1、第1课时化学反应速率1.知道化学反应速率的表示方法,了解测定化学反应速率的简单方法。2.通过实验探究,了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。3.知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。4.能进行化学反应速率的简单计算,能通过实验探究分析不同组分浓度对化学反应速率的影响,能用一定理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。化学反应速率的计算与比较1.表示方法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来表示。2.数学表达式及单位v=ct,单位为molL-1s-1或molL-1min-1。3.化学反应速率与化学计量数的关系对于已知反应:mA(g)+n
2、B(g)pC(g)+qD(g),当单位相同时,用不同反应物或生成物表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,即v(A)v(B)v(C)v(D)=mnpq。 (1)一般不用固体或纯液体物质表示化学反应速率。(2)由v=ct计算得到的是一段时间内的平均速率,用不同物质表示时,其数值可能不同,但意义相同。化学反应速率无法计算反应瞬时速率。4.化学反应中各物质浓度的计算模式“三段式”(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)根据已知条件列化学方程式计算。例如:反应mA(g)+nB(g)pC(g)起始浓度/(molL-1)abc转化浓度/
3、(molL-1)xnxmpxm某时刻浓度/(molL-1)a-xb-nxmc+pxm 计算反应速率时,我们往往忽略容器的体积,特别是给出的是物质的量的变化量时,一定要先转化为物质的量浓度的变化量,再进行计算。理解辨析1.判一判(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,反应现象越明显。()(2)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。()(3)化学反应速率为0.8 molL-1s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 molL-1。()(4)在2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)反应中,t1、t2时,SO3(g)浓度分别是c1
4、、c2,则t1t2时间内,SO3(g)生成的平均速率为v=c2-c1t2-t1。()解析:(1)反应速率越大,单位时间内浓度的改变量大,与反应现象无关。(2)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表示正反应速率。(3)0.8 molL-1s-1是指一段时间内的平均反应速率,不是瞬时速率。答案:(1)(2)(3)(4)2.想一想同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的反应速率,数值越大,表示化学反应速率越快吗?如何比较反应快慢?提示:化学反应速率数值的大小和化学计量数有关,化学计量数越大,数值越大,速率之比等于化学计量数之比,但都表示该反应的反应速率,数值大表示的速率不一定快,所以比
5、较反应的快慢不能只看数值的大小,而要进行一定的转化。(1)看单位是否统一,若不统一,换算成相同的单位。(2)换算成同一物质表示的速率,再比较数值的大小。3.做一做对于可逆反应A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,由于B物质是固体,不能表示反应速率;中对应的v(A)=molL-1min-1;中对应的v(A)=molL-1min-1。表示的反应速率最快的是。v(A)=0.5 molL-1min-1v(B)=1.2 molL-1s-1v(D)=0.4 molL-1min-1v(C)=0.1 molL-1s-1答案:0.231.(2021北京东城期末)某温度下N2
6、O5按下式分解:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。测得恒容密闭容器内,N2O5的浓度随时间的变化如下表:t/min012345c(N2O5)/(mol/L)1.000.710.500.350.250.17下列说法不正确的是(D)A.4 min时,c(NO2)=1.50 mol/LB.5 min时,N2O5的转化率为83%C.02 min内,平均反应速率v(O2)=0.125 mol/(Lmin)D.其他条件不变,若起始c(N2O5)=0.50 mol/L,则2 min时,c(N2O5)0.25 mol/L,故D错误。2.(2021吉林长春调研)一定条件下,在体积为10 L的固定容器中
7、发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程如图。下列说法不正确的是(A)A.t1 min时正、逆反应速率相等B.X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系C.08 min,H2的平均反应速率v(H2)=0.011 25 molL-1min-1D.1012 min,N2的平均反应速率v(N2)=0.002 5 molL-1min-1解析:t1时刻没有达到平衡状态,正、逆反应速率不相等,A项不正确;根据图像,X的物质的量增加,属于生成物,因此X为NH3的曲线,B项正确;08 min时,v(NH3)=0.6mol10L8min=0.007 5 molL-1min-1,根据化学反应速率
8、之比等于化学计量数之比,v(H2)=v(NH3)32=0.011 25 molL-1min-1,C项正确;1012 min,v(NH3)=(0.7-0.6)mol10 L2min=0.005 molL-1min-1,v(N2)=v(NH3)2=0.002 5 molL-1min-1,D项正确。3.(2021浙江温州期末)COCl2的分解反应为COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)H=+108 kJmol-1。某容器中,反应体系达到平衡后,分别只改变一个条件,各物质浓度的变化状况如图1所示(第10 min到第14 min的COCl2浓度变化曲线未示出)。下列说法正确的是(C)A.在1012 m
9、in内,以Cl2浓度变化表示的该反应平均反应速率为510-3molL-1s-1B.改变的条件分别是第4 min时,升高了温度;第10 min时,移走了部分CO;第14 min时,将容器体积压缩了1.5倍C.第13 min时,COCl2的浓度为0.03 molL-1D.第18 min时,向容器中加入催化剂,各物质的浓度变化状况可能如上图2所示解析:在1012 min内,Cl2浓度由0.11 molL-1增加到0.12 molL-1,用Cl2浓度变化表示的该反应平均反应速率为0.12molL-1-0.11 molL-12min=510-3molL-1min-1,故A错误;第4 min时,各物质的瞬
10、间浓度保持不变,之后CO、Cl2的浓度增大,COCl2的浓度减小,说明平衡正向移动,该反应为吸热反应,应为升高温度导致,第10 min时,Cl2瞬间浓度保持不变之后增加,CO的瞬间浓度减小之后增加,应为移走CO导致,第14 min时,CO、Cl2浓度瞬间减小之后增大,应为扩大体积使平衡正向移动导致,根据瞬间的浓度变化可知体积瞬间增大为原来的1.5倍,故B错误;12 min时反应已经平衡,由图可知10 min时COCl2的浓度为0.04 molL-1,1012 min Cl2浓度增加0.01 molL-1,则COCl2的浓度减小0.01 molL-1,即为0.03 molL-1,故C正确;催化剂
11、对平衡无影响,不会改变各物质的平衡浓度,故D错误。影响化学反应速率的因素与解释1.内因反应物本身的性质。2.外因 浓度对化学反应速率的影响的理解(1)固体和纯液体对化学反应速率无影响,但要注意水(液态)对溶液的稀释作用。(2)浓度的改变必须是真正参加反应离子的浓度,如酸碱中和反应影响速率的是H+、OH-浓度。3.理论解释有效碰撞理论(1)基元反应与反应历程基元反应:大多数化学反应往往经过多个反应步骤实现,其中每步反应都称为基元反应。反应历程:基元反应反映了化学反应的历程,反应历程又称反应机理。(2)活化分子、活化能、有效碰撞活化分子:能够发生有效碰撞的分子。活化能:如图图中:E1为正反应的活化
12、能,使用催化剂时的活化能为E3,E2为逆反应的活化能,反应热为E1-E2。(3)活化分子、有效碰撞与化学反应速率的关系理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“”)(1)可逆反应达到平衡后,增大反应物的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小。()(2)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分数,所以反应速率增大。()(3)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大。()(4)对于可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,增加氯化钾浓度,逆反应速率加快。()解析:(1)可逆反应达到平衡后,增大反应物的浓度,正、逆反应速率均增大。(2)增大反应物的浓度,能增大活化分子的浓度,其百分数保
13、持不变。(4)该反应的离子方程式为Fe3+3SCN-Fe(SCN)3,所以氯化钾没有参加离子反应,增加其浓度,不影响反应速率。答案:(1)(2)(3)(4)2.想一想热催化合成氨面临的两难问题:采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe 双温区催化剂(Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100 )。Ti-H-Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示(其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注)。(1)图中历程氮气分子中氮氮三键断裂了吗?该历程发生了怎样的变化?提示:历程是氮气分子吸附在催化剂表面的过程,N2分子中的氮氮三键没有断裂。(2)判断反应历程哪些
14、在高温区进行?哪些在低温区进行?提示:历程、是吸附断键的过程,需要提高化学反应速率,故在高温区进行;历程、是氮原子的传递和合成氨的过程,需要提高合成氨的产率,使合成氨(放热反应)平衡正移,故在低温区进行。1.四个试管中都装有5 mL 0.1 molL-1 Na2S2O3溶液,分别在不同温度下加入 0.1 molL-1硫酸和一定量水(忽略混合引起的体积变化),最先出现浑浊的是(C)A.20 ,10 mL硫酸B.20 ,5 mL硫酸和5 mL水C.30 ,10 mL硫酸D.30 ,5 mL硫酸和5 mL水解析:溶液混合后总体积相同,从温度角度分析,C、D中温度高,速率快;从浓度角度分析,A、C中浓
15、度大,反应速率快。综合两个角度,反应速率最快的是C。2.下列说法中正确的是(D)A.已知t1时,反应C+CO22COH0的速率为v,若升高温度,逆反应速率减小B.恒压容器中发生反应N2+O22NO,若在容器中充入He,正、逆反应的速率均不变C.当一定量的锌粉和过量的6 molL-1盐酸反应时,为了减慢反应速率,又不影响产生H2的总量,可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液D.对任何一个化学反应,温度发生变化,化学反应速率一定发生变化解析:温度升高,正、逆反应的速率均增大,A错误;在恒压容器中充入不参加反应的气体,导致容器的体积增大,反应物和生成物的浓度均减小,正、逆反应速
16、率均减小,B错误;若能使溶液中氢离子浓度减小,则反应速率将减小,因此可选水或CH3COONa溶液,但不能用NaNO3溶液,在酸性溶液中NO3-与锌粉发生氧化还原反应,生成氮的氧化物,从而使生成H2的量减少,C错误;任何一个化学反应的发生都有热效应,因此温度发生变化,化学反应速率一定会发生变化,D正确。3.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-198 kJmol-1,在V2O5存在时,该反应的机理为V2O5+SO22VO2+SO3(快)、4VO2+O22V2O5(慢)。下列说法正确的是(C)A.反应速率主要取决于V2O5的质量B.VO2是该反应的催化剂C.逆反应的活化能大于198 kJm
17、ol-1D.增大SO2的浓度可显著提高反应速率解析:V2O5为催化剂,催化剂质量不影响反应速率,A错误;VO2为中间产物,不是催化剂,B错误;该逆反应为吸热反应,逆反应的活化能大于198 kJmol-1,C正确;SO2参与的是快反应,其浓度改变对反应速率影响不大,D错误。4.一定温度下,反应N2(g)+O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。(1)缩小体积使压强增大:,原因是。(2)恒容充入N2:。(3)恒容充入He:,原因是。(4)恒压充入He:。答案:(1)增大单位体积内,活化分子数目增加,有效碰撞的次数增多(2)增大(3)
18、不变单位体积内,活化分子数目不变(4)减小A(g)+B(g)C(g),恒温恒容或恒温恒压,充入氦气,对反应速率的影响:控制变量法探究影响反应速率的因素1.考查形式(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。2.解题策略理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“”)(1)用等体积等质量分数的双氧水和不同质量的二氧化锰混合,测定收集相同体积氧气所需要时间,探究催化剂用量对反应速率的影响。()(2)取等体积不同地区的两种天然水,分别加入不同体积的同种肥皂水,振荡。观察产生泡沫的
19、多少,比较两种天然水中Ca2+、Mg2+含量的高低。()(3)在相同规格的烧杯中分别加入等体积的热水和冷水,分别向其中加一滴红墨水,比较红墨水在水中的扩散速率,探究温度对分子运动速率的影响。()解析:(2)等体积不同地区的天然水,加入不同体积的同种肥皂水,除探究要素不同之外,还有一个变量是不同的,不能得出相应的结论。答案:(1)(2)(3)2.想一想如图是某课外兴趣小组为了研究一定浓度Fe2+的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率,所得到的实验结果。请根据图像说明怎样操作有利于提高Fe2+的氧化率?提示:由可知,温度相同时,pH越小,Fe2+的氧化率越大,由可知,pH相同时,温度越高,Fe2+的
20、氧化率越大;所以降低pH、升高温度有利于提高Fe2+的氧化率。 依据控制变量法,借助图像分析外界因素对反应速率的影响1.为研究某溶液中溶质R的分解速率的影响因素,分别用三份不同初始浓度的R溶液在不同温度下进行实验,c(R)随时间变化如图。下列说法错误的是(B)A.25 时,1030 min内,R的分解平均速率为0.030 molL-1min-1B.对比30 和10 曲线,在同一时刻,能说明R的分解速率随温度升高而增大C.对比30 和25 曲线,在050 min内,能说明R的分解平均速率随温度升高而增大D.对比30 和10 曲线,在50 min时,R的分解率相等解析:根据v=ct,25 时,10
21、30 min内,R的分解平均速率为1.4molL-1-0.8 molL-120min=0.030 molL-1min-1,故A正确;对比30 和10 的曲线,同一时刻温度高、浓度大,R的分解速率大,有温度和浓度两个变量影响速率,因此不能说明R的分解速率随温度升高而增大,故B错误;根据v=ct,25 时,050 min内分解平均速率为0.026 molL-1min-1,30 时,050 min内分解平均速率为0.032 molL-1min-1且30 时,初始浓度低于25 的,故C正确;在50 min时,无论10 还是30 均无R剩余,因此分解率均为100%,故D正确。2.H2O2分解速率受多种因
22、素影响。实验测得70 时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(D)A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大解析:A项,浓度对反应速率的影响是浓度越大,反应速率越快,错误;B项,NaOH浓度越大,即pH越大,H2O2分解速率越快,错误;C项,由图可知,Mn2+存在时,0.1 molL-1 NaOH溶液中H2O2的分解速率比1.0 molL-1 NaOH溶液
23、中的快,错误;D项,由图可知,碱性条件下,Mn2+存在时,对H2O2分解速率的影响大,正确。 依据控制变量法,借助表格分析外界因素对反应速率的影响3.下列生产或实验事实得出的相应结论不正确的是(B)选项事实结论A其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应,升高溶液的温度,析出硫沉淀所需时间缩短当其他条件不变时,升高反应温度,化学反应速率加快BA、B两支试管,各加入4 mL 0.01 molL-1的酸性KMnO4溶液,在A试管中加入2 mL 0.01 molL-1 H2C2O4溶液,在B试管中加入4 mL 0.02 molL-1的H2C2O4溶液,记录溶液褪色所需时间,B试管褪色时间短
24、当其他条件不变时,增大反应物浓度,化学反应速率加快C在容积可变的密闭容器中发生反应:2NH3(g)N2H4(l)+H2(g),把容器的容积缩小一半正反应速率加快,逆反应速率加快DA、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,在B试管中加入23滴FeCl3溶液,B试管中产生气泡快当其他条件不变时,合适的催化剂可以增大化学反应速率解析:其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应,升高溶液的温度,反应速率加快,析出硫沉淀所需时间缩短,即当其他条件不变时,升高反应温度,化学反应速率加快,A正确;A、B两支试管中反应物的体积不同,两反应物的浓度均发生变化,不能根据B试管褪色时间短得出题给结
25、论,B不正确;把容器的容积缩小一半,反应物、生成物的浓度均增大,正、逆反应速率均加快,C正确;A、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,在B试管中加入23滴FeCl3溶液,B试管中产生气泡快,可以得出题给结论,D正确。4.实验室用Zn与稀H2SO4反应来制取氢气,常加少量CuSO4来加快反应速率。为了研究CuSO4的量对H2生成速率的影响,某同学设计了实验方案(见下表),将表中所给的试剂按一定体积混合后,分别加入四个盛有相同大小的Zn片(过量)的反应瓶(甲、乙、丙、丁)中,收集产生的气体,并记录收集相同体积的气体所需的时间。实验试剂甲乙丙丁4 molL-1H2SO4溶液/mL20V1V
26、2V3饱和CuSO4溶液/mL02.5V410H2O/mLV5V680收集气体所需时间/st1t2t3t4下列说法正确的是(C)A.t1t2t3t4B.V4=V5=10C.V6=7.5D.V1V2V3v1,即实验反应速率较快,故A、C错误,B正确;由实验与实验对比可知,两者反应温度不同,并且实验中酸性KMnO4溶液的浓度大,所以实验反应速率较快的原因可能是温度高或浓度大单一方面影响,也可能是温度高和浓度大两者共同作用,所以T2、T1大小不能确定,即T2不一定高于T1,故D错误。4.探究2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O反应速率的影响因素,有
27、关实验数据如下表所示:编号温度/催化剂/g酸性KMnO4溶液H2C2O4溶液KMnO4溶液褪色平均时间/min体积/mL浓度/(mol/L)体积/mL浓度/(mol/L)1250.540.180.212.72800.540.180.2a3250.540.0180.26.7425040.0180.2b下列说法不正确的是(C)A.a6.7B.可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢C.用H2C2O4表示该反应速率,v(实验1)约为0.02 mol/(Lmin)D.用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)v(实验1)解析:反应2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2
28、MnSO4+10CO2+8H2O的反应速率随着温度的升高而加快,KMnO4溶液褪色平均时间缩短,所以a6.7,故A正确;判断反应速率快慢的方法有比较单位时间内产物的物质的量的变化量的多少、收集相同体积CO2所消耗的时间长短、单位时间内物质浓度的变化量的多少等,故B正确;高锰酸钾和草酸之间反应的量的变化关系是2KMnO45H2C2O4,则2KMnO45H2C2O42 50.0040.1 0.001即消耗草酸的物质的量是0.001 mol,草酸表示的反应速率v=ct=0.001mol0.012 L12.7min6.610-3 mol/(Lmin),故C不正确;在实验1中,v(KMnO4)=ct=0
29、.1mol/L0.004 L0.012 L12.7min0.002 62 mol/(Lmin),而在实验3中,v(KMnO4)=ct=0.01mol/L0.004 L0.012 L6.7min0.000 50 mol/(Lmin),故用KMnO4表示该反应速率,v(实验3)v(实验1),故D正确。5.(2021浙江强基联盟协作体下学期统测)乙醛在少量I2存在下分解反应为CH3CHO(g)CH4(g)+CO(g)。某温度下,测得CH3CHO的浓度变化情况如下表:t/s421052423846651 070c(CH3CHO)/(molL-1)6.685.854.643.832.812.01下列说法不正确的是(C)A.42242 s,消耗CH3CHO的平均反应速率为1.0210-2molL-1s-1B.第384 s时的瞬时速率大于第665 s时的瞬时速率是受c(CH3CHO)的影响C.反应105 s时,测得混合气体的体积为168.224 L(标准状况)D.I2为催化剂,降低了反应的活化能,使活化分子百分数增加,有效碰撞次数增多解析:由表中数据可计算,42242 s,消耗CH3CHO的平均反应速率为(6.68-4.64)molL-1(242-42) s=1.0210-2molL-1s-1,A项正确