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1、第二节化学反应的速率与限度第六章化学反应与能量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l化学反应速率及其表示方法概念表示方法定义式常用单位用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量(均取正值)molL-1s-1或molL-1min-1c 表示某物质浓度的变化，常用单位molL1t 表示时间变化，常用单位s、min或hl化学反应速率及其表示方法注意事项错误的写法：mol/Ls速率的单位也可表示为mol/(Ls)或mol/(Lmin)，但是必须要加括号，化学反应速率是物质在一段时间内的平均速率，而不是在某一时刻的瞬时速率，且均取正值在反应中，用浓度变化表示化学反应速率只适用于气体
2、和溶液中的溶质，纯液体和纯固体的浓度是恒定不变的，因此对有纯液体或纯固体参加的化学反应，一般不用其浓度来表示化学反应速率同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其数值可能相同也可能不相同，但表示的意义相同且化学反应速率之比=化学计量数之比。因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，在v的后面将该物质的化学式用括号括起来物质CO2CO起始浓度(molL1)0.40变化浓度(molL1)5min时浓度(molL1)0.25min内的化学反应速率数值单位【例1】在盛有18g碳、2L的密闭容器中，充入0.8molCO2，一定条件下发生C(s)CO2(g)=2CO(g)，反应5min时测
3、得CO2的物质的量为0.4mol。(1)固体碳减少的质量_g，固体或纯液体的浓度视为常数，是否可用碳固体的浓度变化量来表示该反应的化学反应速率_(填“是”或“否”)。4.8否(2)请完成下表中相关空格0.20.40.40.040.08molL1min1molL1min1(3)用CO2和CO分别表示的化学反应速率_，它与化学方程式中CO2、CO的计量系数之比_(填“相同”或“不同”)相同12l化学反应速率及其表示方法化学反应速率大小的比较方法归一法若单位不统一，则要换算成相同的单位；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；再比较数值的大小。比值法比较化学反应速率与化学计量数
4、的比值，如aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，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v(A)av(B)b【例1】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v(A)0.6molL1min1v(B)0.45molL1min1v(C)0.015molL1min1v(D)0.45molL1min1则此反应在不同条件下进行最快的是()A.B.C.D.Dl影响化学反应速率的因素实验探究方法引导变量控制方法探究化学反应速率的影响因素，关键是控制好变量，其大致步骤：自变量(如浓度、温度等)因变量(如反应速率)不确定改变单一变量结论确定研
5、究对象(化学反应)确定因变量(反应速率)的观测指标l影响化学反应速率的因素实验探究外界条件对化学反应速率的影响温度对化学反应速率影响的探究实验步骤在两支大小相同的试管中均加入2mL3%H2O2溶液，同时滴入2滴1mol/LFeCl3溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比。冷水热水2mL3%H2O2溶液(滴入2滴1mol/LFeCl3溶液)l影响化学反应速率的因素实验探究外界条件对化学反应速率的影响温度对化学反应速率影响的探究实验现象冷水中，产生气泡速率最慢热水中，产生气泡速率较快实验结论对于反应2H2O22H2O
6、O2来说，温度升高，H2O2的分解速率_催化剂加快l影响化学反应速率的因素实验探究外界条件对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率影响的探究实验步骤在两支大小相同的试管中均加入同等量大理石小碎块，然后分别滴入5滴0.1mol/L盐酸溶液和5滴1mol/L盐酸溶液，观察现象并进行对比。0.1mol/L盐酸溶液1mol/L盐酸溶液l影响化学反应速率的因素实验探究外界条件对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率影响的探究实验现象实验结论增大反应物浓度，能使碳酸钙分解速率_加快0.1mol/L盐酸溶液，产生气泡速率最慢1mol/L盐酸溶液，产生气泡速率较快l影响化学反应速率的因素实验探究外界条件对化学反应
7、速率的影响催化剂对化学反应速率影响的探究实验现象实验结论MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率_加快碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数分子碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞吉尔伯特牛顿路易斯l碰撞理论有效碰撞必须满足两个条件发生碰撞的分子具有较高的能量活化分子分子在一定方向上发生碰撞合理取向l碰撞理论活化分子与活化能能量反应物生成物反应过程活化能E1E2活化分子变成生成物分子放出的能量活化分子比普通分子多具有的能量具有足够高的能量，能发生有效碰撞的分子活化分子投篮那些事l碰撞理论力道不足进不去球取向不对 进不
8、去球力道、取向恰好 进球示例：HI分解l碰撞理论能量不足，碰撞无法发生反应HIHIHIHI取向不对，碰撞无法发生反应HIHIHIHI有效碰撞，发生反应H2I2HIHIl碰撞理论其它条件不变时增大反应物浓度活化分子浓度对化学反应速率的影响在其它条件不变时，增大反应物浓度，单位体积内活化分子的数目增大，有效碰撞几率增大，化学反应速率加快；反之则慢l碰撞理论温度对化学反应速率的影响其它条件不变时升高温度活化分子其它条件不变时，升高温度，单位体积内活化分子的数目增大，有效碰撞几率增大，化学反应速率加快；反之则慢l碰撞理论催化剂对化学反应速率的影响能量反应物生成物活化分子反应过程活化能E1E2活化分子变
9、成生成物分子放出的能量E3E3：加入催化剂后反应物的活化能降低活化能，增大活化分子百分数，加快化学反应速率【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_，理由_。(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_，理由_。不变纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率高温(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_，理由_。(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_，理由_。l碰撞理论压强对化学反应速率的影响容器的
10、容积不变压缩体积或充入气态反应物活化分子在其它条件不变时，增大气体反应体系压强，相当于压缩体积，反应物的浓度增大，单位体积内活化分子数目增大，化学反应速率加快；反之则慢。(有气体反应)【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_，理由_。(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_，理由_。不变纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率变大增大反应物浓度加快化学反应速率高温(3)保持容器内压强不变，充入一定量
11、的氩气_，理由_。(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_，理由_。l碰撞理论压强对化学反应速率的影响在其它条件不变时，充入非反应气体压强不变体积增大各物质浓度减小反应速率减慢活化分子容器内压强不变充入非反应气体【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_，理由_。(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_，理由_。不变纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率变大增大反应物浓度加快化学反应速率高温(3
12、)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_，理由_。(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_，理由_。变小保持压强不变，充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_，理由_。(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_，理由_。高温(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_，理由_。(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_，理由_。不变纯固体的浓
13、度视为常数，改变用量不影响化学反应速率变大增大反应物浓度加快化学反应速率变小保持压强不变，充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小l碰撞理论压强对化学反应速率的影响活化分子在其它条件不变时，充入非反应气体压强增大，但各物质浓度不变反应速率不变容器的容积不变充入非反应气体【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)4H2O(g)Fe3O4(s)4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_，理由_。(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_，理由_。高温(3)保持容器
14、内压强不变，充入一定量的氩气_，理由_。(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_，理由_。不变纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率变大增大反应物浓度加快化学反应速率变小保持压强不变，充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小不变充入氩气，反应物和生成物的浓度均不改变，因而化学反应速率不变容器的容积不变，l影响化学反应速率的因素归纳总结内因：化学反应速率的大小主要取决于反应物本身的性质。外因：在其他条件相同时，浓度反应物浓度越大影响因素及规律温度温度越高压强气体反应的压强越大催化剂使用催化剂反应物接触面积，固体反应物的颗粒大小等其他因素化学反应速率越大冰鉴与现
15、代冰箱“冰鉴”与现代冰箱都是通过减小化学反应速率来延长食品保存时间。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.可用单位时间内氢离子浓度的变化表示氢氧化钠与硫酸中和反应的速率C.在同一化学反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率的数值相等D.化学反应速率常用单位有molL1s1和molL1min1C2.一定温度下，反应N2(g)O2(g)=2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不能改变化学反应速率的是()A.缩小容积使压强增大B.恒容，充入N2C.恒容，充入HeD.恒压，充入HeC3.下列各组化学反应，反应速率最快的是()选项反应物反应
16、物浓度反应温度AH2和F2均为0.02molL15BH2和Br2均为1molL1200CH2和Cl2均为1molL1100DH2和N2均为4molL1300A4.已知合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，其浓度数据如下：N2H2NH3起始浓度/molL11.03.002s末浓度/molL10.61.80.8当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为()A.0.2molL1s1B.0.4molL1s1C.0.6molL1s1D.0.8molL1s1高温、高压催化剂B5.用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件下进行如下5组实验，测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。组别ABC
17、DE盐酸浓度/molL12.02.02.52.52.5温度/2530305050锌粒状态块状粉末粉末块状粉末回答下列问题：(1)探究浓度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据_。(2)探究温度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据_。BCCE(3)探究接触面积对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据_。(4)上述5组实验中测定收集等体积的氢气需要时间最短的是_。(5)实验完成后，某同学又用A组实验药品滴加两滴氯化铜，发现产生氢气的速率明显加快，解释速率加快的原因是_。DEEZn与Cu2反应生成Cu单质，在锌块表面形成ZnCu原电池，加快化学反应速率5.用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件
18、下进行如下5组实验，测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。组别ABCDE盐酸浓度/molL12.02.02.52.52.5温度/2530305050锌粒状态块状粉末粉末块状粉末在同一条件下_和_均能进行的化学反应。书写可逆反应的化学方程式时，不用“”，用“”。l化学反应限度可逆反应定义正反应方向逆反应方向特征双向性双同性共存性反应物生成物正向反应逆向反应正、逆反应在同一条 件下同 时进 行反应物和生成物 同 时存 在氯气和水反应l化学反应限度可逆反应示例Cl2H2OHClHClO新制氯水三分子Cl2、HClO、H2O四离子H、Cl、ClO、OH【例1】对于可逆反应2SO2O22SO3，在混合
19、气体中充入一定量的18O2，足够长时间后，18O原子()A只存在于O2中B只存在于O2和SO3中C只存在于O2和SO2中D存在于O2、SO2和SO3中Dl化学平衡状态的建立示例分析500时，容积为1L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下：起始量(molL-1)N23H22NH30.20.40开始时c(N2)、c(H2)大，c(NH3)=0开始阶段有什么特征？只有正反应进行，v(逆)=0N23H22NH3l化学平衡状态的建立示例分析500时，容积为1L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下：30min(molL-1)1小时(molL-1)N23H22NH30.1
20、50.250.130.180.10.11瞬间后c(N2)、c(H2)变小，c(NH3)0反应的发生阶段有什么特征？正逆反应都进行，v(逆)0，v(正)v(逆)N23H22NH3l化学平衡状态的建立示例分析500时，容积为1L的密闭容器中，发生如下反应，一段时间后，各物质浓度如下：2小时(molL-1)3小时(molL-1)N23H22NH30.080.040.240.080.040.24一段时间后c(N2)、c(H2)逐渐变小，c(NH3)逐渐增大，三种物质的浓度达到一个特定值反应的发生阶段有什么特征？正逆反应都进行，v(正)=v(逆)0N23H22NH3l化学平衡状态的建立化学平衡状态的建立
21、过程理论分析物质浓度反应过程反应速率反应物浓度最大生成物浓度最小v正_v逆_反应开始反应物浓度逐渐减小生成物浓度逐渐增大反应体系中各组分浓度不再改变v正逐渐_v逆逐渐_v正_v逆最大为零减小增大平衡时过程中v正_v逆=v(正)v(逆)l化学平衡状态的建立用速率变化图像表示化学平衡状态的建立理论分析v(正)v(逆)反应速率时间(t)反应处于平衡状态t1v(正)=v(逆)【例1】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系如图所示。下列叙述中正确的是()A.c点处正反应速
22、率和逆反应速率相等B.a点的正反应速率比b点的大C.d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同D.在t2时刻，正反应速率大于逆反应速率高温、高压催化剂B化学平衡状态定义如果外界条件(温度、浓度、压强等)不发生改变，当_反应进行到一定程度时，_与_相等，反应物的浓度与生成物的浓度_，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。可逆正反应速率逆反应速率不再改变l化学平衡状态的建立特征动态平衡平衡时，各组分的浓度保 持 一 定当外界条件改变，原平衡发生移动研究的对象是可逆反应逆v(正)v(逆)0(本质)等动定变化学平衡状态是可逆反应的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达
23、到或完成的最大程度。转化率=转化的量起始的量100量:质量、物质的量、体积、物质的量浓度等化学反应的限度化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率同一可逆反应，改变条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度l反应达到化学平衡的标志a.同一物质的生成速率等于其消耗速率直接标志“正逆反应速率相等”v正v逆0c.在化学方程式同一边的不同物质，一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等化学计量数之比各组分的浓度保持一定a.各组分的浓度不随时间的改变而改变b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变速率
24、必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等l反应达到化学平衡的标志间接标志“变量不变”如果一个物理量随着反应的进行而改变，当其不变时反应达到平衡状态；随反应的进行保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等对于反应体系中存在有颜色的物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变，则反应达到平衡状态。如H2(g)+I2(g)2HI(g)反应前后气体的化学计量数不相等时，反应体系的总压强不随时间的改变而变化参加反应的全是气体、反应前后化学计量数不同的可逆反应，平均相对分子质量保持不变。(根据M=进行分析)
25、m(气体)m(气体)(只适用于反应前后气体体积不等的反应)反应举例mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡正、逆反应速率的关系单位时间内消耗了m molA同时生成了mmolA单位时间内消耗了nmolB，同时生成了pmolC vA:vB:vC:vD=m:n:p:q单位时间内生成了nmolB，同时消耗了qmolD平衡不一定不一定不一定回顾所学内容，判断下列条件下，反应是否达到平衡？即v(正)=v(逆)均指v(正)v(正)不一定等于v(逆)均指v(逆)反应举例mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡气体密度若体系的体积不变，密度一定混合气体的平均相对分子质量当m+np+q时，
26、平均相对分子质量一定当m+n=p+q时，平均相对分子质量一定颜色反应体系内有色物质的颜色一定温度体系温度一定(其他不变)平衡不一定平衡不一定回顾所学内容，判断下列条件下，反应是否达到平衡？平衡l影响平衡状态(反应限度)的因素注意事项加入催化剂只能改变反应速率，但不改变化学平衡(反应限度)改变温度、浓度，化学平衡(反应限度)一定改变改变压强，化学平衡不一定改变【例1】可逆反应2NO2(g)2NO(g)O2(g)在恒容密闭容器中进行：单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO2单位时间内生成nmolO2的同时，生成2nmolNO用NO2、NO和O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2
27、 2 1混合气体的颜色不再改变混合气体的密度不再改变混合气体的压强不再改变混合气体的平均相对分子质量不再改变可说明该反应达到化学平衡状态的是_。19世纪下半叶，炼制生铁过程中所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，而且从高炉排出的废气中总是含有没有利用的CO。工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分造成的，于是增加高炉的高度。然而，增高后，高炉尾气中CO的比例竟然没有改变。出铁口进风口O2N2热空气生铁进风口出渣口炉渣CO2+C2CO高温C+O2CO2高温铁矿石、焦炭、石灰石高炉气体高炉气体3CO+Fe2O32Fe+3CO2高温CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2高温这是什么原因
28、呢？法国化学家勒夏特列经过研究发现：C+CO22CO是一个可逆反应，并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究证明，在高炉中Fe2O3与CO反应也不能全部转化为Fe和CO2还 得 是 我！l化学反应条件的控制在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应(提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率)，抑制有害的化学反应(降低反应速率，控制副反应的发生，减少甚至消除有害物质的产生)，这就需要进行化学反应条件的控制思考并讨论：为提高燃料的燃烧效率，应如何调控燃烧反应的条件？l尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率l尽可能充分地利用燃料燃烧所释放的热能，提高热能的利用率l化学反应条件的控制温度
29、较低时氨的产率较高，但温度低时反应速率小，达到平衡需要的时间很长生产成本高压强越大，氨的产率越高，但对动力和生产设备的要求越高实例：合成氨生产条件的选择40050010MPa30MPa【例1】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是_(填序号)。提高燃料的着火点降低燃料的着火点将固体燃料粉碎将液体燃料雾化处理将煤进行气化处理通入适当过量的空气合成氨工业之父卡尔博施1874年，卡尔博施生于德国科隆。24岁时毕业于莱比锡大学，获有机化学博士学位。1908年1913年，卡尔博施改进哈伯首创的高压合成氨催化方法，利用氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，化学上称为哈伯博施法。1940年，因找到合适的催化剂，使合
30、成氨反应成为工业化，也因此获得诺贝尔化学奖。1.反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，达到平衡后，再向反应容器中充入含18O的一氧化碳，经过一段时间后，18O存在于()A.COB.H2OC.CO2COD.COH2OCO2高温D2.下列关于化学平衡的说法中，不正确的是()A.当可逆反应达到平衡时，正、逆反应速率都为零B.当可逆反应达到化学平衡时，正、逆反应速率一定相等C.当可逆反应达到化学平衡后，改变某些条件可以使平衡破坏D.当可逆反应达到平衡时，尽管正、逆反应都还在进行，但各物质的浓度保持不变A3.在一定温度下的恒容容器中，发生反应：2A(g)B(s)C(g)D(g)，下列描述中能
31、表明反应已达到平衡状态的是()混合气体的压强不变混合气体的密度不变C(g)的物质的量浓度不变容器内A、C、D三种气体的浓度之比为2 1 1单位时间内生成nmolC，同时生成nmolD单位时间内生成nmolD，同时生成2nmolAA.B.C.D.C4.下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析正确的是_(填序号)。(1)步骤中“净化”可以防止催化剂中毒(2)步骤中“加压”可以加快反应速率(3)步骤采用的压强是2107Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大(4)步骤，选择高效催化剂是合成氨反应的重要条件(5)目前，步骤一般选择控制反应温度为700左右(6)步骤有利于提高原料的利用率
32、，能节约生产成本(1)(2)(4)(6)5.在下列事实中，判断什么因素影响了化学反应的速率。(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸：_。光(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒：_。(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成红色的HgI2：_。(4)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2很快产生气体：_。(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块，产生气体有快有慢：_。(6)同样大小的石灰石分别在0.1molL1的盐酸和1molL1的盐酸中反应速率不同：_。(7)夏天的食品易霉变，冬天就不易发生该现象：_。(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度，可是在人体内正常体温(37)下，就可以被氧化，这是因为：_。反应物的表面积水作溶剂，增大了反应物的接触面积催化剂反应物本身的性质反应物的浓度反应温度人体内的生物酶起催化作用