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1、第二节化学反应的速率与限度第二节化学反应的速率与限度目目标标素素养养1.知道化学反应平均速率的常用表示方法知道化学反应平均速率的常用表示方法,能基于生活经验和能基于生活经验和实验探究认识影响化学反应速率的因素。实验探究认识影响化学反应速率的因素。2.能基于可逆反应的特征认识在一定条件下可逆反应能达到能基于可逆反应的特征认识在一定条件下可逆反应能达到化学平衡状态。化学平衡状态。3.能描述化学平衡状态的特征能描述化学平衡状态的特征,并据此判断化学反应是否达到并据此判断化学反应是否达到平衡状态。平衡状态。4.能基于控制变量法研究化学反应能基于控制变量法研究化学反应,能从化学反应快慢和限度能从化学反应
2、快慢和限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象。的角度解释生产、生活中简单的化学现象。知知识识概概览览第第1课时化学反应的速率课时化学反应的速率一、化学反应的速率一、化学反应的速率1.表示。表示。化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小减小或或生成物浓度的生成物浓度的增大增大来表示来表示(取正值取正值)。(2)常用单位常用单位:mol/(Lmin)或或mol/(Ls)。2.意义。意义。化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。微解微解读1对于同一化学反应对于同一化学反应,用不同的物质来表示
3、反应速率用不同的物质来表示反应速率时时,其数值可能不同其数值可能不同,但这些数值所表示的意义相同但这些数值所表示的意义相同,其比值一其比值一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。定等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。如反应如反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v(A)v(B)v(C)v(D)=abcd。微判断微判断(1)化学反应速率用来表示化学反应速率用来表示化学反应进行化学反应进行的快慢的快慢。()(2)化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质化学反应速率通常用单位时间内生成或消耗某物质的质量的多少来表示。量的多少来表示。()(3)化学反应速率可以化学反应速
4、率可以用用气气体体物质来表示。物质来表示。()(4)化学反应速率为化学反应速率为0.8molL-1s-1是指是指1s时某物质的浓度为时某物质的浓度为0.8molL-1。()(5)同一化学反应同一化学反应,相同条件下可以用不同物质表示反应速率相同条件下可以用不同物质表示反应速率,且数值可能不同。且数值可能不同。()二、外界条件对化学反应速率的影响二、外界条件对化学反应速率的影响1.实验探究温度、浓度和催化剂对化学反应速率的影响。实验探究温度、浓度和催化剂对化学反应速率的影响。(1)温度对化学反应速率的影响。温度对化学反应速率的影响。(2)浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响。(3)催
5、化剂对化学反应速率的影响。催化剂对化学反应速率的影响。2.外界条件对化学反应速率的影响。外界条件对化学反应速率的影响。温度温度其他条件不变时其他条件不变时,升高温度升高温度,化学反应速率增大化学反应速率增大;降低温度降低温度,化学反应速率减小化学反应速率减小 浓度浓度其他条件不变时其他条件不变时,增大反应物浓度增大反应物浓度,化学反应速化学反应速率增大率增大;减小反应物浓度减小反应物浓度,化学反应速率减小化学反应速率减小 催化剂催化剂其他条件不变时其他条件不变时,使用催化剂使用催化剂能能改变改变化学反应化学反应速率速率 其他其他固体的固体的表面积表面积、反应物的状态等都可以影响化、反应物的状态
6、等都可以影响化学反应的速率学反应的速率微解微解读2对于有气体参与的反应对于有气体参与的反应,改变压强是通过改变反应改变压强是通过改变反应物的浓度来改变化学反应速率的。在相同温度下物的浓度来改变化学反应速率的。在相同温度下,压强越大压强越大,一定质量气体的体积越小一定质量气体的体积越小,单位体积内气体的分子数越多单位体积内气体的分子数越多,即即反应物浓度越大反应物浓度越大,反应速率越大。反应速率越大。结论结论:其他条件不变时其他条件不变时,增大气体反应体系的压强增大气体反应体系的压强(减小容器减小容器容积容积),化学反应速率增大化学反应速率增大;减小气体反应体系的压强减小气体反应体系的压强(增大
7、容增大容器容积器容积),化学反应速率减小。化学反应速率减小。微微训练 将将20mL0.5molL-1盐酸与块状大理石反应盐酸与块状大理石反应,下列下列措施不能提高化学反应速率的是措施不能提高化学反应速率的是()。A.加入加入10mL3molL-1盐酸盐酸B.给反应的混合物加热给反应的混合物加热C.将所用的块状大理石研磨成粉末将所用的块状大理石研磨成粉末D.加入少量加入少量Na2SO4粉末粉末答案答案:D解析解析:增大反应物浓度、适当加热、增大固体的表面积都能增大反应物浓度、适当加热、增大固体的表面积都能增大反应速率增大反应速率,加加Na2SO4粉末粉末,不能增大不能增大c(H+),且生成微溶的
8、且生成微溶的CaSO4附着在大理石表面附着在大理石表面,使反应速率变小。使反应速率变小。一一化学反应的速率化学反应的速率问题探究在在2L的密闭容器中的密闭容器中,加入加入1molH2和和3molI2,发生反应发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g)。在。在2s末时末时,测得容器中含有测得容器中含有0.4molHI。(1)根据上述内容根据上述内容,求算该反应求算该反应2s内的化学反应速率内的化学反应速率v(H2)、v(I2)、v(HI)。提示提示:H2(g)+I2(g)2HI(g)起始量起始量/mol130变化量变化量/mol0.20.2 0.42s末量末量/mol1-0.2 3-0.20.4
9、(2)上述反应中上述反应中,v(H2)、v(I2)、v(HI)并不完全相等并不完全相等,能否认为能否认为化学反应速率的数值越大化学反应速率的数值越大,反应越快反应越快?怎样比较同一化学反应怎样比较同一化学反应不同时间段内反应速率的大小不同时间段内反应速率的大小?提示提示:不能不能,对于同一个反应对于同一个反应,在相同时间段内用不同的物质在相同时间段内用不同的物质来表示该反应的速率时来表示该反应的速率时,其数值可能不同其数值可能不同,但表示的意义相同。但表示的意义相同。在同一反应中比较不同时间段内反应速率的大小时在同一反应中比较不同时间段内反应速率的大小时,将不同将不同物质表示的反应速率根据化学
10、方程式换算成用同一物质表示物质表示的反应速率根据化学方程式换算成用同一物质表示的反应速率的反应速率,且单位相同且单位相同,然后进行比较然后进行比较,数值越大数值越大,反应速率越反应速率越大。大。(3)若在标准状况下若在标准状况下(此时碘为固体此时碘为固体),在原容器中加入在原容器中加入1molH2和和3molI2,反应结束后恢复到标准状况下反应结束后恢复到标准状况下,此时测得容器中此时测得容器中含有含有0.4molHI。该过程中能用碘的浓度的变化来描述该反。该过程中能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率吗应的反应速率吗?提示提示:此时碘为固体此时碘为固体,所以不能用碘的浓度的变化来描述该所以
11、不能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率。反应的反应速率。重难归纳1.化学反应速率的正确理解。化学反应速率的正确理解。2.化学反应速率的计算方法化学反应速率的计算方法。(2)关系式法关系式法:根据同一化学反应中根据同一化学反应中,化学反应速率之比化学反应速率之比=物质物质的量浓度变化之比的量浓度变化之比=物质的量变化之比物质的量变化之比=化学计量数之比计算。化学计量数之比计算。3.反应速率大小比较的两种方法。反应速率大小比较的两种方法。比较同一化学反应不同时间段内的反应速率不能只看数值比较同一化学反应不同时间段内的反应速率不能只看数值大小大小,要进行一定的转化。要进行一定的转化。(1)归一法
12、归一法:换算成同一物质、同一单位表示换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大再比较数值大小。小。【例【例1】在在2L密闭容器中密闭容器中,发生以下反应发生以下反应:2A(g)+B(g)2C(g)+D(g)。若最初加入的。若最初加入的A和和B都是都是4mol,前前10s内内A的平均反应速率为的平均反应速率为0.12molL-1s-1,则则10s末时末时,容器容器中中B的物质的量是的物质的量是()。A.1.6mol B.2.8molC.2.4mol D.1.2mol答案答案:B解析解析:根据化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之根据化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比比,则则c(B)
13、=0.06molL-1s-110s=0.6molL-1,n(B)=0.6molL-12L=1.2mol,故故10s末时容器中末时容器中B的物质的量为的物质的量为4mol-1.2mol=2.8mol。学以致用1.对反应对反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g)来说来说,下列表示的反应速率下列表示的反应速率最大的是最大的是()。A.v(A)=0.02mols-1B.v(D)=0.01molL-1s-1C.v(C)=0.5molL-1min-1D.v(B)=0.6molL-1min-1答案答案:B解析解析:以物质以物质D为基准为基准,根据化学反应速率之比等于化学计量根据化学反应速率之比等于化学计
14、量数之比进行计算与判断数之比进行计算与判断,因为容器容积未知因为容器容积未知,且且A是固态是固态,浓度浓度视为常数视为常数,故无法计算化学反应速率。选项故无法计算化学反应速率。选项BD中转换为用中转换为用物质物质D表示的反应速率且统一单位后分别是表示的反应速率且统一单位后分别是0.6molL-1min-1、0.25molL-1min-1、0.2molL-1min-1,所以反应速率最大的所以反应速率最大的是选项是选项B。二二影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素问题探究在周朝时在周朝时,人们就发明了一种专门用来保存人们就发明了一种专门用来保存“冰冰”的器皿的器皿“冰鉴冰鉴”,后来也被御膳房
15、的厨师用作食物后来也被御膳房的厨师用作食物“更长久更长久”的保鲜装的保鲜装置置,这也是最早的古代皇室专用版这也是最早的古代皇室专用版“冰箱冰箱”。(1)古代的古代的“冰鉴冰鉴”和现代的冰箱能够较长时间保存食物的原和现代的冰箱能够较长时间保存食物的原理是什么理是什么?提示提示:通过降低温度通过降低温度,减小食物变质速率减小食物变质速率,起到延长食品保存起到延长食品保存时间的作用。时间的作用。(2)根据生活经验根据生活经验,除温度外除温度外,还有哪些因素会影响化学反应还有哪些因素会影响化学反应速率速率?试举例说明。试举例说明。提示提示:除温度外除温度外,反应物的浓度、固体表面积、光等都会影反应物的
16、浓度、固体表面积、光等都会影响化学反应速率。例如响化学反应速率。例如,向炉膛内鼓风、用煤粉代替煤块可向炉膛内鼓风、用煤粉代替煤块可以使炉火更旺以使炉火更旺;铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同不同;保存土豆时保存土豆时,见光的土豆容易变绿色。见光的土豆容易变绿色。(3)在恒压条件下在恒压条件下,发生反应发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),向容向容器中通入氦气器中通入氦气,化学反应速率如何变化化学反应速率如何变化?如果某反应中没有气如果某反应中没有气体参加体参加,改变压强改变压强,化学反应速率会发生改变吗化学反应速率会发生改变吗?提示提示:
17、减小。总压强不变减小。总压强不变,通入氦气通入氦气,容器容积增大容器容积增大,反应物的反应物的浓度减小浓度减小,反应速率减小。压强对固体、液体浓度几乎没有反应速率减小。压强对固体、液体浓度几乎没有影响影响,所以如果反应中没有气体参加所以如果反应中没有气体参加,改变压强化学反应速率改变压强化学反应速率几乎不变。几乎不变。重难归纳1.内因。内因。2.外界因素。外界因素。其他条件不变时其他条件不变时,改变某一条件改变某一条件:易错提醒易错提醒(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数由于固体和纯液体的浓度可视为常数,故改变其用量化学故改变其用量化学反应速率不变。但当固体颗粒变小时反应速率不变。但当固体颗
18、粒变小时,其表面积增大将导致其表面积增大将导致反应速率增大。反应速率增大。(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变气态反应物浓度压强对化学反应速率的影响是通过改变气态反应物浓度实现的。例如实现的。例如,恒温恒容下恒温恒容下:充入充入“惰性气体惰性气体”总压增大总压增大物质浓度不变物质浓度不变反应速率不变反应速率不变;恒温恒压下恒温恒压下:充入充入“惰性气惰性气体体”容器容积增大容器容积增大物质浓度减小物质浓度减小反应速率减小。反应速率减小。典例剖析【例【例2】下列关于影响化学反应速率的因素的说法正确的下列关于影响化学反应速率的因素的说法正确的是是()。增大压强一定能增大化学反应速率增大压强一定
19、能增大化学反应速率使用催化剂使用催化剂,可以使反应速率增大可以使反应速率增大反应物浓度是决定化学反应速率的主要因素反应物浓度是决定化学反应速率的主要因素升高温度升高温度,可以增大化学反应速率可以增大化学反应速率A.B.C.D.答案答案:B解析解析:压强对反应速率的影响只适用于有气体参与的反应压强对反应速率的影响只适用于有气体参与的反应,即改变压强即改变压强,反应速率不一定改变反应速率不一定改变,不正确。催化剂能增大不正确。催化剂能增大反应速率反应速率,正确。参加反应的物质的性质是决定化学反应正确。参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素速率的主要因素,不正确。升高温度不正确。升高温度,
20、可以增大化学反应速可以增大化学反应速率率,正确。正确。学以致用2.在在反应反应C(s)+CO2(g)2CO(g)中中,可使反应速率增大的措可使反应速率增大的措施是施是()。增大压强增大压强升高温度升高温度通入通入CO2增加炭的量增加炭的量用等量炭粉代替焦炭用等量炭粉代替焦炭A.B.C.D.答案答案:C解析解析:因为炭是固体因为炭是固体,增加炭的量增加炭的量,不能增大反应速率不能增大反应速率,但是若但是若用炭粉代替焦炭用炭粉代替焦炭,能增大能增大C与与CO2的接触面积的接触面积,所以反应速率增所以反应速率增大。大。1.下列有关化学反应速率的说法正确的是下列有关化学反应速率的说法正确的是()。A.
21、用铁片与稀硫酸反应制氢气时用铁片与稀硫酸反应制氢气时,改用改用98%的浓硫酸可以增的浓硫酸可以增大反应速率大反应速率B.100mL2molL-1的盐酸与锌片反应的盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶加入适量的氯化钠溶液液,反应速率不变反应速率不变C.因为因为SO2的催化氧化反应是一个放热反应的催化氧化反应是一个放热反应,所以升高温度所以升高温度,反反应速率增大应速率增大D.汽车尾气中的汽车尾气中的NO和和CO可以缓慢反应生成可以缓慢反应生成N2和和CO2,减小压减小压强时反应速率强时反应速率减小减小答案答案:D解析解析:使用浓硫酸与铁反应会改变反应原理使用浓硫酸与铁反应会改变反应原理,不能生成不
22、能生成H2,A项项错误错误;加入氯化钠溶液加入氯化钠溶液,盐酸的浓度减小盐酸的浓度减小,反应速率减小反应速率减小,B项错项错误误;升高温度升高温度,反应速率增大反应速率增大,与反应是吸热还是放热无关与反应是吸热还是放热无关,C项项错误。错误。2.已知已知4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),若某时间段内若某时间段内的反应速率分别用的反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示表示,则正则正确的关系式为确的关系式为()。A.4v(NH3)=5v(O2)B.5v(O2)=6v(H2O)C.2v(NH3)=3v(H2O)D.4v(O2)=5v(NO)答案答
23、案:D解析解析:在同一化学反应中在同一化学反应中,相同时间段内不同物质的速率之比相同时间段内不同物质的速率之比等于相应物质的化学计量数之比。等于相应物质的化学计量数之比。A选项应为选项应为5v(NH3)=4v(O2);B选项应为选项应为6v(O2)=5v(H2O);C选项应为选项应为3v(NH3)=2v(H2O)。3.在一定条件下在一定条件下,反应反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在在2L恒容恒容密闭容器中进行密闭容器中进行,5min内氨的质量增加了内氨的质量增加了1.7g,则反应速率为则反应速率为()。A.v(NH3)=0.1molL-1min-1B.v(N2)=0.02molL-1
24、min-1C.v(H2)=0.015molL-1min-1D.v(NH3)=0.17molL-1min-1答案答案:C解析解析:根据题意知根据题意知,5min内氨的质量增加了内氨的质量增加了1.7g,物质的量增物质的量增加加0.1mol,v(NH3)=0.01molL-1min-1,利用利用化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比计算得化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比计算得v(N2)=0.005molL-1min-1,v(H2)=0.015molL-1min-1,C项正确。项正确。4.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中,产生氢气的速率变化曲产生氢气的速
25、率变化曲线如图所示。下列因素中线如图所示。下列因素中,影响该反应速率的是影响该反应速率的是()。盐酸的浓度盐酸的浓度反应体系的压强反应体系的压强溶液的温度溶液的温度Cl-的浓度的浓度A.B.C.D.答案答案:C解析解析:镁与盐酸反应的离子方程式为镁与盐酸反应的离子方程式为Mg+2H+Mg2+H2,与与H+有关有关,与与Cl-无关。在镁与盐酸的反应中无关。在镁与盐酸的反应中,刚开始时刚开始时H+的浓度的浓度最大最大,反应速率应最大反应速率应最大,但由于此反应为放热反应但由于此反应为放热反应,温度升高温度升高,反反应速率增大应速率增大,随着化学反应的进行随着化学反应的进行,H+浓度逐渐减小浓度逐渐
26、减小,反应速率反应速率逐渐减小。反应在敞口容器中进行逐渐减小。反应在敞口容器中进行,反应速率与压强无关。反应速率与压强无关。5.某温度下某温度下,浓度都是浓度都是1molL-1的两种气体的两种气体X2和和Y2,在密闭容在密闭容器中反应生成气体器中反应生成气体Z。反应。反应2min后后,测得容器内测得容器内X2的浓度为的浓度为0.6molL-1,Z的浓度为的浓度为0.4molL-1,用用Y2的变化表示的反应速的变化表示的反应速率率v(Y2)=0.1molL-1min-1,则该反应的化学方程式是则该反应的化学方程式是()。A.X2+2Y2 2ZB.2X2+Y2 2ZC.3X2+Y2 2ZD.X2+
27、3Y2 2Z答案答案:C解析解析:由由v(X2)v(Y2)v(Z)=c(X2)c(Y2)c(Z)=0.4molL-10.2molL-10.4molL-1=212,可知该反应的化学方程可知该反应的化学方程式为式为2X2+Y22Z。6.(1)某温度下某温度下,在在2L恒容密闭容器中恒容密闭容器中,X、Y、Z三种气态物质三种气态物质发生化学反应时发生化学反应时,物质的量随时间变化的关系曲线如图所示物质的量随时间变化的关系曲线如图所示:由图中的数据分析由图中的数据分析,5min内用内用Z表示表示的的化学反应速率化学反应速率为为。(2)化学反应速率受很多因素的影响化学反应速率受很多因素的影响,例如例如:
28、实验室制取氢气时实验室制取氢气时一般用粗锌替代纯锌与稀硫酸反应一般用粗锌替代纯锌与稀硫酸反应,这是利用这是利用原原理理增大了氢气生成的速率。增大了氢气生成的速率。0.06molL-1min-1原电池原电池解析解析:(1)据图可知据图可知,5min内内Z的反应速率是的反应速率是=0.06molL-1min-1。(2)粗锌中含碳粗锌中含碳,碳与锌、稀硫酸构成原电池碳与锌、稀硫酸构成原电池,加快电子的转移加快电子的转移,从而增大了化学反应速率。从而增大了化学反应速率。7.某探究性学习小组用相同质量的锌与相同浓度的足量的稀某探究性学习小组用相同质量的锌与相同浓度的足量的稀盐酸反应得到实验数据如表所示。
29、盐酸反应得到实验数据如表所示。实验编号 锌的形态 反应温度/收集100 mL氢气所需时间/s薄片15200薄片2590粉末2510(1)该实验的目的是探究该实验的目的是探究、对锌与稀对锌与稀盐酸反应速率的影响。盐酸反应速率的影响。(2)实验实验和和表明表明,化学反应速率越大。化学反应速率越大。(3)能表明固体的表面积对反应速率有影响的实验编号是能表明固体的表面积对反应速率有影响的实验编号是和和。(4)请设计一个实验方案验证盐酸的浓度对化学反应速率的请设计一个实验方案验证盐酸的浓度对化学反应速率的影响影响:_。答案答案:(1)固体表面积温度固体表面积温度(2)温度越高温度越高(3)(4)在相同的
30、温度下在相同的温度下,采用相同形态的质量相同的锌片与两种采用相同形态的质量相同的锌片与两种体积相同但浓度不同的盐酸反应体积相同但浓度不同的盐酸反应解析解析:(1)影响化学反应速率的因素有固体表面积、温度、催影响化学反应速率的因素有固体表面积、温度、催化剂、浓度化剂、浓度,对气体来说还有压强等。根据表格提供的信息对气体来说还有压强等。根据表格提供的信息,锌有薄片和粉末两种形态锌有薄片和粉末两种形态,反应温度有反应温度有15 和和25,可知该可知该实验的目的是探究固体表面积和温度对反应速率的影响。实验的目的是探究固体表面积和温度对反应速率的影响。(2)根据表格提供的信息根据表格提供的信息,实验实验和实验和实验中锌片的形态相同中锌片的形态相同,温度不同温度不同,温度高的收集相同体积的氢气所需时间短温度高的收集相同体积的氢气所需时间短,说明化说明化学反应速率大。学反应速率大。(3)探究固体表面积对反应速率的影响探究固体表面积对反应速率的影响,需要需要温度相同。温度相同。