（新教材适用）2023-2024学年高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第1节化学反应速率第1课时化学反应的热效应学案新人教版选择性必修1

第二章化学反应速率与化学平衡情景切入氢氧化钠与盐酸混合即可自动发生反应生成氯化钠和水，为什么氯化钠与水混合不会自动发生反应生成氢氧化钠和盐酸呢？用氢气和氮气合成氨时，即使氢气和氮气的物质的量之比为3︰1，它们也不能全部反应，这是为什么？氢气与氧气的混合物一经点燃立即发生爆炸式反应，但在常温下氢气与氧气的混合物却能长期存在，这又是为什么？以上问题分别涉及化学反应的方向、限度和速率问题。知识导航本章内容探究化学反应速率、化学平衡和化学反应进行的方向等化学反应原理知识，是中学化学的重要理论之一，也是后面学习的基础。本章知识在结构上分为四节：第一节主要学习化学反应速率——化学反应速率的计算，影响化学反应速率的因素，活化能；第二节主要学习化学平衡——化学平衡状态，化学平衡常数，浓度、压强、温度、催化剂对化学平衡的影响；第三节主要学习化学反应方向；第四节主要学习化学反应的调控。学法指导1．联系生产，能力升。本章虽然没有具体的化工生产内容，但选择化工生产最适宜的条件必然涉及化学反应速率和化学平衡等理论内容。2．巧用数学，分数提。无论化学反应速率还是化学平衡问题均涉及计算的考查，能用数学知识巧妙计算，提高计算能力也是解决本部分内容的关键点。3．妙用实例，更易懂。通过生活实例，知识浅显易懂，如利用扑克牌和火柴的排列方式，从混乱度的角度对熵的概念形成粗浅的认识。利用化学原理解释生活中的化学现象，使思考问题更全面、更理性、更形象。第一节化学反应速率第1课时化学反应速率学习目标1．了解化学反应速率的定义，会定量表示化学反应速率。2．掌握化学反应速率的简单计算。3．学会化学反应速率的测定方法，会比较反应速率的大小。核心素养1．通过学习“化学反应速率的计算”，培养证据推理与模型认知的思维。2．通过学习“探究反应速率的测定方法”，培养科学探究和创新意识。北京的故宫是世界著名的古建筑群，是世界珍贵的文化遗产。在保和殿后，有一块巨大的“云龙陛石”，上面雕刻有精美的蟠龙图案。但是，近些年浮雕已开始受损，一些细小的花纹已变得模糊不清。在太和殿周围的汉白玉护栏的蟠龙柱以及吐水龙头上的花纹也不同程度地受到腐蚀。据统计，世界上的古建筑在20世纪所遭受的腐蚀比过去几百年甚至上千年所遭受的腐蚀还要严重，有的已面目全非，这真是一场大的灾难。那么，这场灾难的罪魁祸首是谁呢？我们知道CaCO3在风吹日晒、雨淋时会和H2O、CO2反应生成可溶性的Ca(HCO3)2而使石雕、建筑受损，但是历史上几千年这种腐蚀都是很慢的，为什么上世纪的腐蚀就这么快呢？现在就让我们带着这些问题一起走进本章知识的学习，揭开化学反应神秘的面纱吧！新知预习一、化学反应速率1．概念：化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量，通常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。2．表达式：v＝eq\f(Δc,Δt)。其中Δt表示时间变化；Δc表示浓度变化(取其绝对值)，常用单位mol·L－1；v表示平均速率，常用单位是mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1。3．化学反应速率的计算方法：(1)利用反应速率的定义式v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(Δn,VΔt)。(2)各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。对于反应mA(g)＋nB(g)=pC(g)＋qD(g)来说，v(A)︰v(B)︰v(C)︰v(D)＝m︰n︰p︰q。二、化学反应速率的测定1．测定原理：利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。2．测定方法：①利用能够直接观察的某些性质测定：如通过测量释放出一定体积气体的时间来测定反应速率，或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。②利用科学仪器测量：如在溶液中，当反应物或产物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。预习自测1．下列说法正确的是(C)A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之反比C．化学反应速率的单位通常由时间单位和物质的量浓度的单位决定D．在化学反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值解析：化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化来表示，A项错误、C项正确；化学反应速率之比等于化学计量数之比，B项错误；反应速率均为正值，D项错误。2．合成氨的反应为3H2＋N2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，其反应的速率可分别表示为v(H2)、v(N2)、v(NH3)(单位为mol·L－1·s－1)，则下列关系正确的是(B)A．v(H2)＝v(N2)＝v(NH3)B．v(H2)＝3v(N2)C．v(N2)＝2v(NH3)D．v(NH3)＝eq\f(3,2)v(H2)3．反应4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol，则此反应的平均反应速率可表示为(C)A．v(NH3)＝0.010mol·L－1·s－1B．v(O2)＝0.0010mol·L－1·s－1C．v(NO)＝0.0010mol·L－1·s－1D．v(H2O)＝0.045mol·L－1·s－1解析：v(H2O)＝eq\f(0.45mol,10L×30s)＝0.0015mol·L－1·s－1，v(NH3)＝v(NO)＝eq\f(0.3mol,10L×30s)＝0.0010mol·L－1·s－1，v(O2)＝eq\f(0.375mol,10L×30s)＝0.00125mol·L－1·s－1。知识点1化学反应速率的计算问题探究：1.中学教材中所说的反应速率是瞬时速率还是平均速率？2．对于反应CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑，能否用CaCO3来表示化学反应速率？3．同一化学反应，用不同物质表示其反应速率时，数值相同吗？4．分别用2g锌粒(假设颗粒大小基本相同)与40mL1mol·L－1和40mL4mol·L－1H2SO4溶液反应，请问你有几种方法分别测定它们反应速率的大小？探究提示：1.平均速率。2．不能用固体或纯液体的物质来表示化学反应速率。3．不一定相同；若化学反应计量数相同，则反应速率相同；否则，不相同。4．(1)测定收集一定体积的H2所用的时间。(2)测定一段时间内溶液中c(H＋)的变化。(3)测定一段时间内Zn粒质量的变化。知识归纳总结：1．计算依据(1)化学反应速率的定义式：v＝eq\f(Δc,Δt)。(2)对于同一个化学反应，用不同物质的物质的量浓度随时间的变化表示的反应速率之比等于相应物质在化学方程式中的化学计量数之比，这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。如：对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，有下列恒等式v(A)︰v(B)︰v(C)︰v(D)＝a︰b︰c︰d。2．运用“三段式”求解化学反应速率计算题的一般步骤(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)根据已知条件列方程计算。例如：反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)eq\f(起始浓度,(mol·L－1)) a b ceq\f(转化浓度,(mol·L－1)) x eq\f(nx,m) eq\f(px,m)eq\f(某时刻浓度,(mol·L－1)) a－x b－eq\f(nx,m) c＋eq\f(px,m)计算中注意以下关系：①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)。②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)。③各物质浓度的转化量之比等于其化学计量数之比。④转化率：eq\f(c(转化),c(起始))×100%。典例1在2L的密闭容器中，加入1molH2和3mol的I2，在某温度下发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)。在2s末时，测得容器中含有0.4mol的HI。2s内，用H2、I2、HI表示该反应的反应速率分别是多少？解析：根据题意，利用“三段式”法求解。 H2＋ I2 2HI起始量/mol： 1 3 0变化量/mol： 0.2 0.2 0.42s末量/mol： 1－0.2 3－0.2 0.4则v(H2)＝0.05mol·L－1·s－1v(I2)＝0.05mol·L－1·s－1v(HI)＝0.1mol·L－1·s－1答案：v(H2)＝0.05mol·L－1·s－1，v(I2)＝0.05mol·L－1·s－1，v(HI)＝0.1mol·L－1·s－1变式训练❶某反应2A(g)＋B(g)C(g)经10s后A的物质的量浓度为0.2mol·L－1，B的物质的量浓度降低了0.02mol·L－1，则A物质的起始浓度为(A)A．0.24mol·L－1 B．0.6mol·L－1C．2.4mol·L－1 D．4.2mol·L－1解析：可逆反应2A(g)＋B(g)C(g)，经过10s后，B的浓度降低了0.02mol·L－1，则A的浓度降低了2×0.02mol·L－1＝0.04mol·L－1，因此A的起始浓度为0.2mol·L－1＋0.04mol·L－1＝0.24mol·L－1。知识点2比较化学反应速率大小的方法问题探究：1.已知反应A(g)＋2B(g)C(g)中，若知道A表示的反应速率，能否确定其他物质表示的反应速率？2．比较化学反应速率大小时要注意哪些问题？探究提示：1.能。根据反应速率之比等于化学方程式中各物质的计量数之比来求算。2．对于同一化学反应的速率，用不同物质表示时数值可能不同，但表示的意义相同。可将不同物质表示的反应速率转化成同一物质进行比较，同时要注意单位要一致。知识归纳总结：化学反应速率大小的比较方法：(1)定性比较。通过明显的实验现象(如气泡产生快慢、沉淀生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。(2)定量比较同一化学反应中，不同物质来表示化学反应速率时，数值可能不同，需要进行转化。常用以下两种方法：①归一法：②比值法：通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较，比值大的化学反应速率大。如对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，若eq\f(v(A),a)>eq\f(v(B),b)，则A表示的化学反应速率较大。典例2对于反应N2(g)＋3H2O(g)2NH3(g)＋eq\f(3,2)O2(g)，在不同时间段内所测反应速率如下，则表示该化学反应进行最快的是(B)A．v(NH3)＝1.5mol·L－1·min－1B．v(N2)＝1.2mol·L－1·min－1C．v(H2O)＝1.67mol·L－1·min－1D．v(O2)＝1.5mol·L－1·min－1解析：将选项中的各反应速率换算成同一物质表示的反应速率，然后比较。变式训练❷在一定条件下，对于反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)来说，以下化学反应速率中，表示化学反应速率最大的是(B)A．v(A2)＝0.8mol·L－1·s－1B．v(A2)＝60mol·L－1·min－1C．v(AB3)＝1.0mol·L－1·s－1D．v(B2)＝1.2mol·L－1·s－1解析：解此类题目要先统一单位，然后利用化学反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比转化为同一种物质表示的反应速率再进行比较。若都转化为用A2表示的反应速率且单位统一为mol·L－1·s－1，则A项中v(A2)＝0.8mol·L－1·s－1，B项中v(A2)＝1mol·L－1·s－1，C项中v(A2)＝0.5mol·L－1·s－1，D项中v(A2)＝0.4mol·L－1·s－1，则化学反应速率最大的是B项。对化学反应速率的理解(1)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同，但它们表示的意义却是完全相同的。因此，表示化学反应速率时必须指明用哪种物质作标准。(2)由于在反应中纯液体和固体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯液体或固体参加的反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。(3)在同一个化学反应中，无论选用反应物还是生成物来表示化学反应速率，其值均为正值。(4)化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。1．下列关于化学反应速率的说法正确的是(D)A．化学反应速率是指在一段时间内反应物物质的量的减少或生成物物质的量的增加量B．化学反应速率为0.2mol·L－1·min－1，是指反应经过1min后，某物质的浓度是0.2mol·L－1C．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象越明显D．化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢解析：化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，故A错误；化学反应速率为0.2mol·L－1·min－1，是指反应经过1min后，某物质的浓度减少或增加0.2mol·L－1，故B错误；有些反应无明显的现象，如酸碱中和反应，故C错误；化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢，故D正确。2．已知：4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则下列关系正确的是(D)A．4v(NH3)＝5v(O2)B．5v(O2)＝6v(H2O)C．2v(NH3)＝3v(H2O)D．4v(O2)＝5v(NO)解析：对于化学反应，用不同物质表示的化学反应速率，速率比等于方程式中各种物质的化学计量数的比，所以5v(NH3)＝4v(O2)，A错误；6v(O2)＝5v(H2O)，B错误；6v(NH3)＝4v(H2O)，所以3v(NH3)＝2v(H2O)，C错误；4v(O2)＝5v(NO)，D正确。3．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)