第2章 第1节 第1课时 化学反应速率（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第一节　化学反应速率 第1课时　化学反应速率 课程标准 核心素养目标 1.知道化学反应速率的表示方法，了解反应速率测定的简单方法。 2．能进行化学反应速率的简单计算。 1.宏观辨识与微观探析：从化学反应快慢的角度认识化学反应，丰富对化学反应的认识思路。 2．变化观念与平衡思想：能进行化学反应速率的简单计算，从定量角度认识化学反应速率。 [对应学生用书P19] 一、化学反应速率 1．化学反应速率及表示 (1)意义 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量，任何化学反应的快慢都表现为有关物质的量随着时间变化的多少。 (2)表示方法 表示1：用单位时间、单位体积中反应物或生成物的物质的量变化来表示。 表示2：若反应体系的体积是恒定的，通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大来表示。 (3)数学表达式 2．用不同物质表示同一反应的反应速率 (1)对于一个化学反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，可用任一种物质的物质的量浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率：v(A)＝－，v(B)＝－，v(C)＝，v(D)＝。 (2)不同物质表示的化学反应速率之间的关系： ＝＝＝。 二、化学反应速率的测定 测定原理：根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物(或生成物)的浓度。任何一种与物质浓度有关的可观测量都可以加以利用，如气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。 ◆概念辨析 化学反应速率的理解 (1)化学反应速率一般是指一段时间内的平均反应速率，不是瞬时反应速率。 (2)固体或纯液体的浓度可视为常数，一般不用固体或液体纯物质的浓度变化来表示化学反应速率。 (3)无论反应物还是生成物，其化学反应速率都取正值。 (4)化学反应中Δc(反应物)为负值，因此用反应物表示化学反应速率时，要在前加“－”。 (5)同一化学反应中，用不同物质表示的反应速率数值可能不同，故必须指明具体物质。 ◆拓展延伸 化学反应速率中比例关系 对于反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)： (1)化学反应速率之比＝化学计量数之比，即： v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。 (2)化学反应速率之比＝物质的量浓度变化值之比＝物质的量变化值之比，即： v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)。 ◆拓展延伸 化学反应速率的物理测定法 (1)量气法：对于反应2H2O22H2O＋O2↑，可测量反应中氧气在温度、压强一定时的体积变化。 (2)电导法：根据离子导电能力的差异，可通过电导率的变化测定反应物中离子浓度的变化，进而计算化学反应速率。 [对应学生用书P20] 探究一 化学反应速率的简单计算 某研究性小组的同学通过实验测定一定量纯净碳酸钙与350 mL 0.1 mol/L稀盐酸的反应速率，实验过程中绘制出生成CO2的体积[V(CO2)]与时间(t)的关系如图所示，V(CO2)已折算成标准状况下数据： [问题设计] (1)该反应在0～1.7 min内的化学反应速率v(CO2)≈ mL /min，在1.7～3.8 min内的化学反应速率v(CO2)≈ mL/min。 提示：141.2　52.4 (2)该反应在1～3.8 min内的化学反应速率v(HCl)≈ mol/(L·min)，在0～3.8 min内的化学反应速率v(CaCl2)≈ mol/(L·min)。(提示：忽略溶液体积的变化) 提示：0.026　0.012 化学反应速率的常用计算方法 (1)定义式法：利用v＝＝计算，其中v(反应物)＝－，v(生成物)＝。 (2)比例式法：同一反应中，根据用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比计算。例如，反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，则有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。 (3)三段式法： 写出有关反应的化学方程式，设未知数，列出各物质的起始量、转化量和某时刻量，列方程计算。解题模板如下： 则有：v(A)＝ mol/(L·s)， v(B)＝ mol/(L·s)， v(C)＝ mol/(L·s)。 【例1】 一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入0.4 mol NH3和0.5 mol O2发生反应4NH3(g)＋5O2(g)⥫⥬4NO(g)＋6H2O(g)。4 min后，NO的浓度为0.06 mol/L。下列说法错误的是(　　) A．4 min末，用NO表示的反应速率为0.03 mol/(L·min) B．4 min末，NH3的浓度为0.14 mol/L C．0～4 min内，生成的H2O的物质的量为0.18 mol D．0～4 min内，O2的物质的量减少了0.15 mol A　解析：根据题意，列出三段式进行计算： 4 min内，用NO表示的平均反应速率为＝0.015 mol/(L·min)，4 min末的反应速率为瞬时速率，无法得出，A错误；4 min末，NH3的浓度为＝0.14 mol/L，B正确；0～4 min内，生成的H2O的物质的量为0.18 mol，C正确；0～4 min内，O2的物质的量减少了0.15 mol，D正确。 1．工业上可利用“NH3­O2法”消除氮氧化物：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)⥫⥬4N2(g)＋6H2O(g)。若恒容密闭容器的容积为2 L，半分钟内生成0.3 mol N2，下列说法正确的是(　　) A．v(NH3)＝v(NO)＝0.005 mol/(L·s) B．v(O2)＝0.3 mol/(L·min) C．v(H2O)＝0.045 mol/(L·min) D．2v(NH3)＝3v(H2O) A　解析：v(N2)＝＝0.005 mol/(L·s)，根据反应速率与化学计量数的关系：v(N2)＝v(NH3)＝v(NO)＝0.005 mol/(L·s)，A正确；反应生成0.3 mol N2的同时消耗0.075 mol O2，则有v(O2)＝＝0.075 mol/(L·min)，B错误；根据反应速率与化学计量数的关系：v(H2O)＝6v(O2)＝6×0.075 mol/(L·min)＝0.45 mol/(L·min)，C错误；根据化学反应速率与化学计量数的关系：v(NH3)∶v(H2O)＝4∶6，则有3v(NH3)＝2v(H2O)，D错误。 探究二 化学反应速率大小的比较 合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题，是化学对社会发展与进步的巨大贡献。工业上以H2和N2为原料，合成氨的反应原理为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 。 [问题设计] a、b、c三个容积相同的容器，分别发生合成氨反应，经过相同一段时间后，测得数据如下表所示： 容器 a b c 反应 速率 v(H2)＝3 mol/(L·min) v(N2)＝3 mol/(L·min) v(NH3)＝4 mol/(L·min) 则三个容器中合成氨的反应速率由大到小的顺序为 (填标号)。 提示：b＞c＞a 解析：合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，以氮气的反应速率为标准进行判断，容器b中，v(N2)＝3 mol/(L·min)，反应速率之比等于其化学计量数之比，则容器a中，v(N2)＝v(H2)＝1 mol/(L·min)；容器c中，v(N2)＝v(NH3)＝2 mol/(L·min)，故反应速率v(b)>v(c)>v(a)。 比较化学反应速率大小的两种方法 (1)归一法：换算成统一单位，将不同物质表示的反应速率换算为同一物质表示的反应速率，再比较反应速率的大小。 (2)比值法：换算成统一单位，用不同物质表示的反应速率除以化学方程式中该物质的化学计量数，然后比较比值的大小，比值大的反应速率大。例如，对于反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，在单位统一前提下，分别计算、、、的值，数值越大，反应速率越大。 【例2】 对于反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝9 mol/(L·min) ②v(B)＝0.6 mol/(L·s) ③v(C)＝0.5 mol/(L·min) ④v(D)＝27 mol/(L·min)， 则反应进行由快到慢的顺序为 。 答案：④、②、①、③ 解析：将不同物质的化学反应速率转化为同一种物质的化学反应速率，在单位相同的条件下其数值越大化学反应速率越大，将这几种物质的化学反应速率都转化为A的化学反应速率，①v(A)＝9 mol/(L·min)； ②v(A)＝v(B)＝×60×0.6 mol/(L·min)＝12 mol/(L·min)； ③v(A)＝v(C)＝×0.5 mol/(L·min)＝0.25 mol/(L·min)； ④v(A)＝v(D)＝27 mol/(L·min)；所以化学反应速率大小顺序是④、②、①、③。 2．(2024·苏州高二期中调研)接触法制备硫酸中的关键步骤是SO2在V2O5催化作用下与空气中O2在接触室发生可逆反应，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ/mol。下列4个数据是在不同条件下测得的该反应的速率，其中反应最快的是(　　) A．v(SO2)＝0.2 mol/(L·min) B．v(O2)＝0.1 mol/(L·min) C．v(SO3)＝0.01 mol/(L·s) D．v(SO2)＝0.004 mol/(L·s) C　解析：根据反应速率之比等于化学计量数之比换算为同一物质相同单位进行比较。A项，当v(SO2)＝0.2 mol/(L·min)时，v(O2)＝0.1 mol/(L·min)；B项，v(O2)＝0.1 mol/(L·min)；C项，当v(SO3)＝0.01 mol/(L·s)＝0.6 mol/(L·min)时，v(O2)＝0.3 mol/(L·min)；D项，当v(SO2)＝0.004 mol/(L·s)＝0.24 mol/(L·min)时，v(O2)＝0.12 mol/(L·min)。 [对应学生用书P22] 1．下列对化学反应速率的理解正确的是(　　) A．化学反应速率表示的是化学反应进行的程度 B．化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的变化来表示 C．化学反应速率可以用任何一种反应物或生成物来表示 D．化学反应速率可以是正值，也可以是负值 B　解析：化学反应速率表示化学反应进行的快慢，不表示反应进行的程度，A错误；化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少量来表示，也可以用单位时间内生成物浓度的增加量来表示，B正确；化学反应速率不能用纯液体或纯固体的物质的量浓度的变化来表示，C错误；化学反应速率都取正值，无负值，D错误。 2．对于反应a(l)＋3b(s)＋c(g)===2d(g)＋4e(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率正确且最大的是(　　) A．v(e)＝0.7 mol/(L·s) B．v(c)＝0.2 mol/(L·s) C．v(b)＝3 mol/(L·min) D．v(d)＝0.4 mol/(L·min) B　解析：该反应中，a是液体纯物质，b是固体，不能用a和b的浓度变化来表示反应速率，C错误；将c、d、e表示的反应速率转化为同一种物质(如气体c)表示的反应速率，单位统一为 mol/(L·s) ，所得数值越大，反应速率越大。v(e)＝0.7 mol/(L·s)，则v(c)＝v(e)＝×0.7 mol/(L·s)＝0.175 mol/(L·s)；v(c)＝0.2 mol/(L·s)；v(c)＝v(d)＝×0.4 mol/(L·min)＝0.2 mol/(L·min)≈0.003 3 mol/(L·s)，故反应速率最大的是B项。 3．(2024·新乡高二期中)已知在一定条件下CO2可转化为高附加值的燃料CH4，反应原理为CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)。实验测得在四种不同条件下的反应速率分别为①v(CO2)＝2 mol/(L·min)、②v(H2)＝12 mol/(L·min)、③v(CH4)＝0.2 mol/(L·s)、④v(H2O)＝0.3 mol/(L·s)，则四种条件下的速率关系为(　　) A.②>①>④>③ B．④>③>②>① C．③>④>②>① D．④＝③>②>① C　解析：用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学计量数之比。①v(CO2)＝2 mol/(L·min)，②v(CO2)＝v(H2)＝3 mol/(L·min)，③v(CO2)＝v(CH4)＝0.2 mol/(L·s)＝12 mol/(L·min)，④v(CO2)＝v(H2O)＝0.15 mol/(L·s)＝9 mol/(L·min)，则这四种条件下的速率关系为③>④>②>①。 4．(2024·辽宁县级重点高中协作体期中)在一定温度下，将1 mol A和2 mol B放入容积为4 L的某密闭容器中，发生反应：A(s)＋2B(g)⥫⥬C(g)＋2D(g)。经5 min后，测得容器内B的浓度减少了0.3 mol/L。下列叙述错误的是(　　) A．在5 min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.03 mol/(L·min) B．5 min时，容器内D的浓度为0.3 mol/L C．该可逆反应随反应的进行，容器内压强逐渐增大 D．5 min时，容器内气体的总物质的量为2.5 mol D　解析：v(B)＝＝0.06 mol/(L·min)，则 v(C)＝v(B)＝0.03 mol/(L·min)，A正确；v(D)＝v(B)＝0.06 mol/(L·min)，Δc(D)＝v(D)·t＝0.06 mol/(L·min)×5 min＝0.3 mol/L，所以5 min时，c(D)＝0.3 mol/L，B正确；该反应的正反应为气体物质的量增加的反应，随反应的进行，容器内压强逐渐增大，C正确；5 min时，c(B)＝－0.3 mol/L＝0.2 mol/L，c(C)＝0.03 mol/(L·min)×5 min＝0.15 mol/L，因此气体总的物质的量为0.2 mol/L×4 L＋0.15 mol/L×4 L＋0.3 mol/L×4 L＝2.6 mol，D错误。 5．将0.3 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L密闭容器中，使它们发生如下反应：4X(g)＋5Y(g)⥫⥬nZ(g)＋6W(g)，2 min末生成0.3 mol W。若测知Z的浓度变化表示的反应速率为0.05 mol/(L·min)。计算： (1)前2 min内用Y的浓度变化表示的反应速率为 mol/(L·min)。 (2)化学方程式中n的值是 。 (3)X的转化率为 。 答案：(1)0.062 5　(2)4　(3)66.7% 解析：利用三段式法计算： (1)v(Y)＝＝0.062 5 mol/(L·min)。 (2)v(Z)＝＝0.05 mol/(L·min)，解得n＝4。 (3)X的转化率为×100%≈66.7%。 学科网（北京）股份有限公司 $$