《新》高中化学必修二导学案第二章化学反应与能量第三节第1课时化学反应的速率

第三节化学反应的速率和限度第1课时化学反应的速率[学习目标定位]1.通过实验认识化学反应速率及其影响因素。2.能进行化学反应速率的计算、转化与比较，学会控制化学反应速率的常用方法。一化学反应速率1．观察下列图片，说说哪些图片表示的过程中化学反应较快？哪些表示的化学反应较慢？答案火箭发射、汽油的燃烧过程中化学反应较快；溶洞的形成、铁制品生锈过程中化学反应较慢。2．如何定性判断下列化学反应进行的快慢？(1)Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑(2)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(3)Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3答案常通过化学反应现象变化的快慢来定性判断化学反应速率的快慢：(1)观察气泡逸出的快慢；(2)观察沉淀产生的快慢；(3)观察溶液颜色变化的快慢。3．化学反应速率(1)概念：化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。(2)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(均取正值)来表示。(3)计算：表达式为v＝eq\f(Δc,Δt)或v＝eq\f(Δn,V·Δt)。式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，一般以s或min为单位。(4)常用单位mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。4．在一个体积为2L的密闭容器中发生反应2SO2＋O22SO3，经过5s后，测得SO3的物质的量为0.8mol。填写下表：有关反应物质SO2O2SO3物质的量浓度变化_mol·L－1_mol·L－1_mol·L－1化学反应速率_mol·L－1·s－1_mol·L－1·s－1_mol·L－1·s－1化学反应速率之比2∶1∶2归纳总结1．Δt表示某一时间段，故化学反应速率是平均速率，而非瞬时速率。2．表示化学反应速率时，必须指明具体的物质，因为同一化学反应，用不同的物质表示反应速率，其数值可能不同。例如，化学反应N2＋3H22NH3，用H2表示该反应的反应速率时应写成v(H2)。3．对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。4．对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。对于反应aA＋bB=cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。5．在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。1．下列关于化学反应速率的说法正确的是()A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显B．化学反应速率通常表示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．化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L－1D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢答案D解析A项，化学反应速率越大，反应现象不一定越明显，如盐酸与氢氧化钠溶液的反应；B项，固体或纯液体的浓度可视为常数，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率；C项，0.8mol·L－1·s－1表示1s的时间内，某物质的浓度变化了0.8mol·L－1；D项，化学反应速率就是表示化学反应进行快慢的物理量。2．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①v(A)＝0.6mol·L－1·min－1②v(B)＝0.45mol·L－1·min－1③v(C)＝0.015mol·L－1·min－1④v(D)＝0.45mol·L－1·min－1则此反应在不同条件下进行最快的是()A．②③B．①③C．②④D．②答案D解析化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶1∶2∶2，则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)＝0.6mol·L－1·min－1。②中v(A)＝3v(B)＝0.45mol·L－1·min－1×3＝1.35mol·L－1·min－1。③中v(A)＝eq\f(3,2)v(C)＝eq\f(3,2)×0.015mol·L－1·min－1＝0.0225mol·L－1·min－1。④中v(A)＝eq\f(3,2)v(D)＝eq\f(3,2)×0.45mol·L－1·min－1＝0.675mol·L－1·min－1，所以在不同条件下，进行最快的是②，D项正确。理解感悟化学反应速率的转化、计算与比较(1)计算速率时要把物质的量转化为浓度，同时注意时间。(2)在比较速率大小时要转化成同一种物质的速率，同时要注意时间的单位。(3)用公式v＝eq\f(Δc,Δt)求算出的是一段时间内的平均速率。二影响化学反应速率的因素1．温度对化学反应速率影响的探究实验操作试管中均为2～3mL相同浓度的滴有FeCl3溶液的H2O2溶液实验现象①产生气泡速率最慢②产生气泡速率较快③产生气泡速率最快实验结论对于反应2H2O2eq\o(=,\s\up7(催化剂))2H2O＋O2↑来说，温度越高，H2O2的分解速率越快，反应越快2.催化剂对化学反应速率影响的探究实验操作实验现象①有少量气泡出现②产生大量气泡③产生大量气泡实验结论MnO2、FeCl3可以使H2O2分解的速率加快3.影响化学反应速率的因素除温度和催化剂外，还有反应物浓度、反应物的状态、固体表面积、压强、溶剂、光照等许多因素。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。归纳总结1．影响化学反应速率的主要因素(内因)不同的化学反应，具有不同的反应速率，因此，参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的主要因素。2．影响化学反应速率的外界因素(外因)(1)温度：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率。(2)催化剂：当其他条件不变时，使用适当的催化剂通常能极大地加快化学反应速率。(3)溶液的浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率。(4)压强：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，增大气体的压强，可以增大化学反应速率；减小气体的压强，可以减小化学反应速率。(5)固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。(6)反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。(7)形成原电池，可以增大氧化还原反应的反应速率。3．把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL2mol·L－1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是()A．10℃20mL3mol·L－1的X溶液B．20℃30mL2mol·L－1的X溶液C．20℃10mL4mol·L－1的X溶液D．10℃10mL2mol·L－1的X溶液答案B解析在化学反应中，当其他条件不变时，浓度越大，反应速率越快；温度越高，反应速率越快。本题中要综合考虑浓度和温度的影响。先比较浓度的大小，这里的浓度应该是混合以后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸的浓度相等，因此只要比较X的浓度即可，X浓度越大，反应速率越快。因为反应后溶液的体积均为50mL，所以X的物质的量越大，浓度就越大。通过观察可知，混合后A、B选项中X的浓度相等，且比C、D两项的大，但B中温度更高，因此B的反应速率最大。4．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：___________。(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0.1mol·L－1的盐酸和1mol·L－1的盐酸中反应速率不同：________________________________________________________________________。(7)夏天的食品易变霉，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，在正常体温(37℃)时，就可以被氧化，这是因为：______________________________________________________________。答案(1)光(2)反应物的表面积(3)水作溶剂，增大了反应物的接触面积(4)催化剂(5)反应物本身的性质(6)反应物的浓度(7)反应温度(8)人体里的生物酶起催化作用解析影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外，光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等，也会对化学反应速率产生影响。1．下列关于化学反应速率的说法中正确的是()A．化学反应速率可用某时刻生成物的物质的量来表示B．在同一反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率的值是相等的C．化学反应速率是指反应进行的时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度的增加D．可用单位时间内氢离子物质的量浓度的变化来表示氢氧化钠和硫酸的反应速率答案D解析化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的变化值来表示的平均速率，故A、C两项错误；因化学反应速率与各反应物、生成物的化学计量系数成正比，如果方程式中反应物与生成物的计量系数不同，则反应速率的值不相同，B选项错误。2．已知合成氨反应的浓度数据如下：N2＋3H22NH3起始浓度/mol·L－102s末浓度/mol·L－1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．0.2mol·L－1·s－1 B．0.4mol·L－1·s－1C．0.6mol·L－1·s－1 D．0.8mol·L－1·s－1答案B解析v(NH3)＝eq\f(0.8mol·L－1,2s)＝0.4mol·L－1·s－1，B项正确。3．反应4A(s)＋3B(g)=2C(g)＋D(g)，经2min，B的浓度减少0.6mol·L－1。对此化学反应速率表示正确的是()A．用A表示的反应速率是0.4mol·L－1·min－1B．分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3∶2∶1C．在2min末的反应速率，用B表示是0.3mol·L－1·min－1D．在这2min内B和C两物质浓度都是逐渐减小的答案B解析A为固体，一般不用固体表示反应速率，因为固体的浓度一般视为常数，A项错误；同一反应用不同物质表示的反应速率，其比值与方程式中化学计量数成正比，B项正确；v(B)＝0.3mol·L－1·min－1，为平均值并非2min末的速率，C项错误；B为反应物，C为生成物，两者不可能同时减小，D项错误。4．用锌片与1mol·L－1稀盐酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率增大的是()A．对该反应体系加热B．加入少量NaCl溶液C．不用锌片，改用锌粉D．加入少量1mol·L－1硫酸答案B解析B项，NaCl不参与反应；C项，改用锌粉能增大接触面积；D项，加入H2SO4，能增大H＋浓度。5．已知：NH2COONH4＋2H2ONH4HCO3＋NH3·H2O该研究小组分别用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵溶液测定水解反应速率，得到c(NH2COO－)随时间的变化趋势如下图所示。(1)计算25.0℃时，0～6min氨基甲酸铵水解反应的平均速率：________________。(2)根据图中信息，如何说明该水解反应速率随温度升高而增大：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)0.05mol·L－1·min－1(2)25.0℃时反应物的起始浓度较小，但0～6min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0℃时的大解析(1)根据v＝eq\f(Δc,Δt)得到v＝eq\f(2.2mol·L－1－1.9mol·L－1,6min)＝0.05mol·L－1·min－1。(2)由图像数据可以得出，用不同初始浓度，不同温度下的平均反应速率的大小来说明：如25.0℃时反应物的起始浓度较小，但0～6min的平均反应速率(曲线的斜率)仍比15.0℃时的大。40分钟课时作业[经典基础题]一、化学反应速率的概念及其简单计算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．化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质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·L－1·s－1和mol·L－1·min－1答案C解析化学反应速率用单位时间内反应物或生成物的浓度变化量来表示，而不采用物质的质量或物质的量。2．在容积为1.00L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。在0～60s时段，反应速率v(N2O4)为()A．0.0010mol·L－1·s－1B．0.0015mol·L－1·s－1C．0.0020mol·L－1·s－1D．0.0030mol·L－1·s－1答案A解析由题图可知，0～60s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060mol·L－1，v(N2O4)＝eq\f(0.060mol·L－1,60s)＝0.0010mol·L－1·s－1。3．在2A(g)＋B(g)3C(g)＋4D(g)反应中，表示该反应速率最快的是()A．v(A)＝0.5mol·L－1·s－1B．v(B)＝0.3mol·L－1·s－1C．v(C)＝0.8mol·L－1·s－1D．v(D)＝1mol·L－1·s－1答案B解析正确的思路应是根据反应速率与方程式中化学计量数之间的关系将各物质的反应速率转化为用同一种物质表示的速率。A项中据v(A)推知v(B)＝0.25mol·L－1·s－1，C项中据v(C)推出v(B)≈0.27mol·L－1·s－1，D项中据v(D)推出v(B)＝0.25mol·L－1·s－1，故反应速率最快的是B选项。4．在容积为2L的密闭容器中充入2molSO2和一定量O2，发生反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3，当反应进行到4min时，测得n(SO2)＝0.4mol。若反应进行2min末时，容器中SO2的物质的量是()A．等于1.6mol B．等于1.2molC．大于1.6mol D．小于1.2mol答案D解析前4min用SO2表示的反应速率为v(SO2)＝eq\f(2mol－0.4mol,2L×4min)＝0.2mol·L－1·min－1，所以前2minSO2的减少量大于0.2mol·L－1·min－1×2min×2L＝0.8mol，所以容器中SO2的物质的量应小于1.2mol。二、化学反应速率影响因素分析5．在反应：C＋CO2=2CO中，可使反应速率增大的措施是()①增大压强②升高温度③通入CO2④增加碳的量⑤用等量炭粉代替焦炭A．①②③ B．②③④⑤C．①②③⑤ D．②③④答案C解析因为碳是固体，只增加它的量，不能加快反应速率，但是若用炭粉代替焦炭，能增大与CO2的接触面积，所以反应速率加快。6．汽车尾气里含有有毒的NO和CO，NO和CO能缓慢地反应生成N2和CO2。对此反应的下列叙述不正确的是()A．使用催化剂能加快反应速率B．升高温度能加快反应速率C．改变压强对反应速率无影响D．此反应能减轻尾气对环境的污染答案C解析因为该反应有气体参加和生成，所以改变压强对反应速率有影响。7．下列各组反应(表中物质均为反应物)中，反应刚开始时放出H2的速率最大的是()选项金属(粉末状)/mol体积/mL酸浓度/mol·L－1酸反应温度/℃AMg106HNO360BMg103HCl60CFe103HCl60DMg103H2SO460答案D解析金属与硝酸反应不产生H2，排除A项；Fe不如Mg活泼，排除C项；其他两项中只比较c(H＋)即可，显然3mol·L－1盐酸中c(H＋)小于3mol·L－1硫酸中c(H＋)，因此D项放出H2的速率最大。8．下列说法正确的是()A．Na与水反应时增大水的用量可加快反应速率B．Fe与硫酸反应制取H2时，选用浓硫酸可加快反应速率C．两支试管中分别加入相同浓度的过氧化氢，其中一支试管中加少量MnO2，两支试管中产生氧气的快慢相同D．Al在氧气中燃烧生成Al2O3，将铝片改成铝粉燃烧更剧烈答案D解析对纯液体改变其用量不影响反应速率，A项错误；常温下，浓H2SO4可使铁钝化，不生成H2，B项错误；加MnO2可加快O2的生成速率，C项错误；将铝片改为铝粉，增大了铝与氧气的接触面积，反应速率增大，D项正确。9.CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如右图所示。下列结论不正确的是()A．反应开始4min内温度对反应速率的影响比浓度大B．一段时间后，反应速率减小的原因是c(H＋)减小C．反应在2～4min内平均反应速率最大D．反应在2～4min内生成CO2的平均反应速率为v(CO2)＝0.06mol·L－1·s－1答案D解析随着反应进行c(H＋)减小，而前4min内反应速率变大，根据反应是放热反应，可推出前4min内温度对反应速率的影响比浓度大，A、B项正确；在2～4min内n(CO2)的变化量最大(或由曲线的斜率最大)，可判断出平均反应速率最大，C项正确；由题意及图可知，该题不知道容器体积，故不能计算出反应速率。10．在密闭容器中发生下列反应：I2(g)＋H2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)。起始时，n(H2)＝amol，n(I2)＝bmol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变填入相关的表格中(填“增大”、“减小”或“不变”)。编号改变的条件反应速率(1)升高温度(2)加入正催化剂(3)再充入amolH2(4)将容器的容积扩大到原来的2倍(5)保持容积不变，通入bmolNe答案(1)增大(2)增大(3)增大(4)减小(5)不变解析(1)不论正反应是吸热还是放热，升高温度都会使化学反应速率增大。(2)若无特别说明，通常所说的催化剂即为“正催化剂”，加入催化剂，可加快化学反应速率。(3)再充入amolH2，c(H2)增大，化学反应速率增大。(4)扩大容器的容积，容器内各物质的浓度减小，化学反应速率减小。(5)在密闭容器中通入Ne(g)，保持容积不变，并未改变反应物浓度，化学反应速率不变。[能力提升题]11．(1)在反应A(g)＋3B(g)=2C(g)中，若以物质A表示的该反应的化学反应速率为0.2mol·L－1·min－1，则以物质B表示此反应的化学反应速率为______mol·L－1·min－1。(2)在2L的密闭容器中，充入2molN2和3molH2，在一定条件下发生反应，3s后测得N2为1.9mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为________________________________。(3)将10molA和5molB放入容积为10L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初2s内，消耗A的平均速率为0.06mol·L－1·s－1，则在2s时，容器中有______molA，此时C的物质的量浓度为______。答案(2)0.05mol·L－1·s－10.08mol·L－1解析(1)根据化学方程式中的计量数关系，eq\f(vB,vA)＝eq\f(3,1)，v(B)＝3v(A)＝3×0.2mol·L－1·min－1＝0.6mol·L－1·min－1。(2)解法一：3s内消耗的N2的物质的量为2mol－1.9mol＝0.1mol，根据化学方程式N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，可以计算出3s内消耗的H2的物质的量为0.3mol，根据化学反应速率的计算公式，v(H2)＝eq\f(0.3mol,2L×3s)＝0.05mol·L－1·s－1。解法二：先计算出用N2表示的化学反应速率v(N2)＝eq\f(2mol－1.9mol,2L×3s)＝eq\f(1,60)mol·L－1·s－1，再根据化学方程式的计量数关系，计算出用H2表示的化学反应速率v(H2)＝3v(N2)＝0.05mol·L－1·s－1。(3)3A(g)＋B(g)2C(g)起始浓度mol·L－11.00.50转化浓度mol·L－1×2＝2s时浓度mol·L－1－＝－＝则2s时，n(A)＝0.88mol·L－1×10L＝8.8mol，c(C)＝0.08mol·L－1。12．下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：实验序号金属质量/g金属状态c(H2SO4)/mol·L－1V(H2SO4)/mL溶液温度/℃金属消失的时间/s反应前反应后1丝5020345002粉末502035503丝5020362504丝5020352005粉末502036256丝5020351257丝503550508丝5020341009丝50304440分析上述数据，回答下列问题：(1)实验4和5表明，__________________对反应速率有影响，______________反应速率越快，能表明同一规律的实验还有____________(填实验序号)。(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有__________(填实验序号)。(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有________，其实验序号是______________。(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近，推测其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)固体反应物的表面积表面积越大1和2(2)1、3、4、6、8或2、5(3)开始反应温度6、7或8、9(4)可能是硫酸过量，金属全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近13．一般情况下，金属越活泼，与酸反应的速率越快。为了探究金属Mg、Zn、Fe与酸反应的快慢，某研究性学习小组设计了如下的实验：①取A、B、C三支试管，分别加入2mL浓度相同的盐酸溶液；②分别加入足量的、质量相等的Mg粉、Zn粉、Fe粉，立即把三个相同的气球分别套在各试管口上。(1)写出铁与盐酸反应的化学方程式：_________________________________________________________________________________________________________。(2)气球膨胀速度最快的是________(填试管编号)。(3)该实验表明，实验室一般选用锌而不选用镁、铁制取氢气的主要原因是______________________________________________________________________