专题2 第1单元 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（苏教版2019）

第一单元　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，了解测定化学反应速率的简单方法。 2．能进行化学反应速率的简单计算。 1.变化观念与平衡思想：能从原子、分子水平分析化学变化的内因和变化的本质，能理解化学反应的历程。 2．证据推理与模型认知：能认识物质及其变化的理论模型与研究对象之间的异同，能对模型和原型的关系进行评价并改进模型；能说明模型的使用条件和适用范围。 [对应学生用书P46] 一、化学反应速率及表示方法 1．化学反应速率 2．表示化学反应速率时的注意事项 (1)某一段时间内的反应速率，是一段时间内的平均速率，而不是指瞬时速率。 (2)无论是反应物还是生成物，其化学反应速率值都取正值。 (3)固体或纯液体(注意：不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。 (4)同一化学反应里，用不同物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，故描述反应速率时必须指明具体的化学物质。 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)根据颜色变化 在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，人们常利用颜色的深浅和有色物质浓度的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。 (2)根据释放出气体的体积 如通过测量一定温度和压强下，一定时间内释放出气体的体积的变化来测定反应速率。 [对应学生用书P46] 探究一 化学反应速率的表示方法 在北京故宫的保和殿后，有一块巨大的石雕，上面雕有精美的蟠龙图案，是珍贵的文化遗产。但近些年，浮雕已经受损，一些细小的花纹已经模糊不清。根据所学知识，我们可以根据什么来描述其被腐蚀的反应速率？ [问题设计] (1)如何定性描述锌和稀硫酸反应进行的快慢？ 提示：①观察产生气泡的快慢；②观察锌粒溶解的快慢；③用手触摸试管外壁，感受温度的高低。 (2)如何定量测定锌和稀硫酸反应速率的大小？ 提示：至少需要测量的物理量有： ①反应时间。 ②反应前后某一物理量的变化： a.测定H2的质量、体积或压强的变化； b．测定锌粒的质量变化； c．测定溶液中H＋的浓度(或pH)变化、溶液中Zn2＋的浓度变化； d．测定溶液的导电能力的不同； e．测定反应体系的热量变化。 (3)结合教材41页的数据分析： 室温下，过氧化氢水溶液在少量催化剂存在时发生分解反应： 2H2O22H2O＋O2↑ t/min 0 20 40 60 80 c(H2O2)/(mol·L－1) 0.80 0.40 0.20 0.10 0.05 每20 min Δc/(mol·L－1) — 0.40 0.20 0.10 0.05 v/(mol·L－1·min－1) — 0.020 0.010 0.005 0 0.002 5 化学反应中通常用单位时间内物质浓度的变化表示化学反应速率，如何从曲线的变化分析速率大小？能否分析瞬时速率的大小？ 提示：反应速率是在时间间隔Δt内化学反应的平均速率，曲线斜率大，化学反应速率大；若Δt非常小，则平均速率接近某一时刻的瞬时速率。 (4)结合教材42页表2­2数据分析： t/min 0 1 2 3 4 5 N2O5 c(N2O5)/ (mol·L－1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25 0.17 Δc(N2O5)/ (mol·L－1) — 0.29 0.50 0.65 0.75 0.83 /(mol·L－1· min－1) — 0.290 0.250 0.217 0.188 0.166 NO2 c(NO2)/ (mol·L－1) 0 0.58 1.00 1.30 1.50 1.66 Δc(NO2)/ (mol·L－1) — 0.58 1.00 1.30 1.50 1.66 / (mol·L－1· min－1) — 0.580 0.500 0.433 0.375 0.332 O2 c(O2)/ (mol·L－1) 0 0.15 0.25 0.33 0.38 0.42 Δc(O2)/ (mol·L－1) — 0.15 0.25 0.33 0.38 0.42 / (mol·L－1· min－1) — 0.150 0.125 0.110 0.095 0.084 同一反应中，相同时间段不同物质的Δc有什么关系？同一反应中，相同的时间段不同物质的v有什么关系？ 提示：相同时间内，用不同物质表示的化学反应速率不一定相同。 反应速率(v)之比＝浓度的变化量(Δc)之比＝物质的量的变化量(Δn)之比＝化学计量数之比。 1．正确理解化学反应速率 2．化学反应速率的计算 (1)进行化学反应速率计算的依据 ①利用反应速率的定义式v＝求算； ②利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。 (2)进行化学反应速率计算的常用方法——三段式 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，对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)。起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1。反应进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则反应速率可计算如下： 则v(A)＝ mol·L－1·s－1，v(B)＝ mol·L－1·s－1，v(C)＝ mol·L－1·s－1，v(D)＝ mol·L－1·s－1。 (3)进行化学反应速率的计算时，需注意以下量的关系 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转化率：α＝×100%。 3．化学反应速率的大小比较 (1)归一法 依据不同物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。 例如：对于反应2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，如果a.v(SO2)＝2 mol·L－1·min－1，b.v(O2)＝3 mol·L－1·min－1，c.v(SO3)＝4 mol·L－1·min－1，比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。换算得出：a.v(O2)＝1 mol·L－1·min－1，c.v(O2)＝2 mol·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为b>c>a。 (2)比值法 用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率大。例如：对于反应mA(g)＋nB(g)⥫⥬pC(g)＋qD(g)，若>，则反应速率A>B。 【例1】 (2023·广西河池高二期末)(1)一定温度下，在密闭容器中发生反应： 3A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)。已知v(A)＝0.6 mol·L－1·s－1，则v(B)＝ mol·L－1·s－1，v(C)＝ mol·L－1·s－1。 (2)反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1，②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1，③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1，④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1，则有关反应速率的大小顺序为 。 答案：(1)0.2　0.4　(2)①>④>②＝③ 解析：(2)可用比值法进行反应速率大小的比较，＝0.45 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.2 mol·L－1·s－1；＝＝0.225 mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③。 化学反应速率计算的误区 误区一　忽视反应容器的容积 某些试题不是直接给出反应物或生成物的物质的量浓度，而是给出物质的量及容器的容积。解答这类题目时，部分学生想当然地认为容器容积为1 L，从而导致出错。 误区二　忽视统一单位 部分涉及反应速率计算的题目中，时间单位(s、min)与反应速率的单位(mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1)不统一，如给出的时间单位为min，要求的反应速率单位为mol·L－1·s－1，此时就需要将min换算为s，否则就会出现计算错误。 1．(2023·福建漳州高二质检)将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L的密闭容器中(温度保持不变)，发生反应CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0，测得H2的物质的量随时间变化如图所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在8～10 min内CO2的平均反应速率是(　　) A．0.5 mol·L－1·min－1 B．0.1 mol·L－1·min－1 C．0 mol·L－1·min－1 D．0.125 mol·L－1·min－1 C　解析：由题图可知，H2的物质的量在对应的c、d点都是2 mol，因此该反应在8～10 min内，v(H2)＝＝0 mol·L－1·min－1，根据不同物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比可得v(CO2)＝×v(H2)＝0 mol·L－1·min－1。 探究二 化学反应速率的测定 为了研究碳酸钙与盐酸反应的化学反应速率，某同学通过如图实验装置测定反应中生成的CO2气体体积，并绘制出如图所示的曲线。化学反应速率是如何通过实验测定的？ [问题设计] (1)如何从定性和定量的角度分析化学反应的快慢？ 提示：定性描述： ①观察产生气泡的快、慢；②观察剩余碳酸钙的质量的多、少；③用手触摸锥形瓶，感受锥形瓶外壁温度的高、低。 定量描述： ①测定CO2的体积或CO2的质量的变化；②测量体系的压强的变化；③测定碳酸钙的质量的变化；④测定H＋的浓度或Ca2＋的浓度变化；⑤测定体系的温度或测定反应的热量变化；⑥测量溶液的导电能力的变化。 (2)不同组的同学的实验结果并不相同，有的差异挺大，产生差异的原因有哪些？ 提示：①大理石的大小不同；②注射器内外针筒间的摩擦力不同；③计时器不同可能产生误差。 (3)化学反应速率最大的时间段是？可能的原因是？ 提示：曲线的斜率为该反应的化学反应速率，斜率越大其反应速率越大，根据图像知，斜率最大的是t1～t2，反应的化学反应速率最大，该反应是放热反应，放出的热量使溶液温度升高，升高温度，反应速率增大，收集到的气体最多的是体积之差最大的，即产生气体体积最大的是t1～t2时间段。 (4)若盐酸的体积是20 mL，图中CO2的体积是标准状况下的体积，则t1～t2时间段平均反应速率v(HCl)是？ 提示：t1～t2时间段生成气体体积＝(V2－V1)mL，则二氧化碳的物质的量＝×10－3 mol，根据HCl和二氧化碳的关系式知，消耗HCl的物质的量＝mol，盐酸的反应速率＝ mol·L－1·min－1＝ mol·L－1·min－1。 (5)为了减小上述反应速率，欲向盐酸中加入下列物质，你认为可行的有 。 ①蒸馏水　②NaCl固体　③NaCl溶液　④通入HCl 提示：降低反应速率，可以通过减小溶液中氢离子浓度实现，加水稀释或加入氯化钠溶液都能使氢离子浓度降低，从而减小反应速率，通入氯化氢使溶液中氢离子浓度增大，反应速率增大，故可行的有①③。 (6)在t4后，收集到的气体的体积不再增加，可能的原因是？ 提示：该反应为不可逆反应，在t4后，收集到的气体体积不再增加，说明反应物中有一种已经消耗完。 1．实验测定化学反应速率的基本原理与思路 化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物)，所以与其中任何一种物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。 2．化学反应速率的测量方法 (1)量气法：对于2H2O2===2H2O＋O2↑、CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O等有气体生成的反应，可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积。 (2)比色法：有些反应物(或生成物)有颜色，随着反应的进行，溶液的颜色不断变化，可以用比色的方法测定溶液颜色的深浅，再根据溶液颜色与反应物浓度(或生成物浓度)的换算成反应物(或生成物)在不同反应时刻的浓度。 【例2】 (2023·江苏连云港高二质检)化学反应速率是描述化学反应进行快慢的物理量。某同学利用如图所示装置测定化学反应速率。(已知：S2O＋2H＋===H2O＋S↓＋SO2↑) (1)为保证实验的准确性、可靠性，利用该装置进行实验前应先进行的步骤是 ；除如图所示装置的实验用品、仪器外，还需要的一种实验仪器是 。 (2)若在2 min时收集到224 mL(已折算成标准状况)气体，可计算出这2 min内H＋的反应速率，但该测定值比实际值偏小，其原因是 。 (3)试简述测定该反应的反应速率的其他方法： (写一种即可)。 答案：(1)检查装置的气密性　秒表(或计时器) (2)部分SO2溶于水，导致所得SO2体积偏小 (3)测定一段时间内生成S单质的质量(或测定一段时间内溶液中H＋浓度的变化等) 解析：(1)气体的制备及性质探究实验等需要保证装置气密性良好，否则会导致实验失败或测定结果不准确；反应速率的计算公式：v＝，故需要测定收集气体所用的时间，即需要秒表或计时器。(2)该反应为稀硫酸与Na2S2O3溶液的反应，生成的SO2会少量溶于水中，导致收集到的SO2偏少，测定结果偏小。(3)由给出的离子方程式可知，生成物中有S单质，反应物中有H＋，故也可以通过测定一段时间内生成S单质的质量或测定一段时间内溶液中H＋浓度的变化，达到测定反应速率的目的。 2．(2023·广西钦州高二期末)化学反应速率是通过实验测定的，测量下列化学反应的速率时，测量依据不合理的是(　　) 化学反应 测量依据(单位时间内) A CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) 压强变化 B Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ H2体积 C 2NO2(g) ⥫⥬N2O4(g) 颜色深浅 D Ca(OH)2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH 沉淀质量 A　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。该反应是气体分子数不变(反应前后的化学计量数之和相等)的反应，反应前后压强不变，A不合理；单位时间内H2体积变化大，速率大，B合理；2NO2⥫⥬N2O4，NO2是红棕色气体，N2O4是无色气体；可以用单位时间内气体颜色的变化来衡量反应的快慢，C合理；单位时间内产生沉淀的质量越大，速率越大，D合理。 [对应学生用书P50] 1．下列有关化学反应速率的说法正确的是(　　) A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显 B．化学反应速率通常是指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“0.8 mol·L－1·s－1”所表示的意思是时间为1 s时，某物质的浓度为0.8 mol·L－1 D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度 D　解析：反应速率越大，反应现象不一定越明显，如酸碱中和反应，速率很快，但现象不明显，A错误；“一定时间”与“单位时间”含义不同，B错误；化学反应速率是一段时间内平均速率，而不是瞬时速率，化学反应速率为“0.8 mol·L－1·s－1”所表示的意思是在这段时间内，每秒钟某物质浓度变化的平均值为0.8 mol·L－1，C错误。 2．某温度下按图安装好实验装置，在锥形瓶内放入6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L－1的硫酸，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10 s时恰好收集到气体的体积为50 mL(若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL)，在该温度下，下列说法不正确的是(　　) A．可以通过测定锌粒减少的质量来测定反应速率 B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1 C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1 D．用H2来表示10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·s－1 C　解析：可以通过测定锌粒减少的质量来测定反应速率，A正确；H2的物质的量为＝0.002 mol，忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示10 s内该反应的速率为 mol·L－1·s－1＝0.01 mol·L－1·s－1，B正确；发生反应的化学方程式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，故生成Zn2＋的物质的量等于生成H2的物质的量，为0.002 mol，忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示10 s内该反应的速率为0.005　mol·L－1·s－1，C错误；用H2来表示10 s内该反应的速率为 mol·s－1＝0.000 2 mol·s－1，D正确。 3．在mA＋nB⥫⥬pC的反应中(m、n、p为各物质的化学计量数)，现测得C每2 min增加2 mol·L－1，B每分钟减少1.5 mol·L－1，A每分钟减少0.5 mol·L－1，则m∶n∶p为(　　) A．2∶3∶2 B．2∶2∶3 C．1∶3∶2 D．3∶1∶2 C　解析：可逆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，C正确。 4．某温度时，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2，在恒容密闭容器中发生可逆反应生成气体Z，充分反应后X2的浓度为0.4 mol·L－1，Y2的浓度为0.8 mol·L－1，生成的Z的浓度为0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式(Z用X、Y表示)是(　　) A．X2＋2Y2⥫⥬2XY2 B．2X2＋Y2⥫⥬2X2Y C．X2＋3Y2⥫⥬2XY3 D．3X2＋Y2⥫⥬2X3Y D　解析：X2的浓度变化量为0.6 mol·L－1，Y2的浓度变化量为0.2 mol·L－1，Z的浓度变化量为0.4 mol·L－1，对于同一反应，同一时间内不同物质的浓度变化量之比等于其化学计量数之比，D正确。 5．请回答下列有关化学反应速率的问题： (1)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)。100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为 mol·L－1·s－1。 (2)温度为T1时，2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL，吸氢速率v＝ mL·g－1·min－1。 (3)已知4HCl(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Cl2(g)，一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如表所示： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/(10－3 mol) 0 1.8 3.7 5.4 7.2 计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示 的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 答案：(1)0.001　(2)30　(3)v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝1.8×10－3 mol·min－1 解析：(1)在0～60 s时段，化学反应速率v(N2O4)＝＝0.001 mol·L－1·s－1。 (2)根据化学反应速率计算公式可知v＝＝30 mL·g－1·min－1。 (3)由不同物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比可知，2.0～6.0 min内，v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×＝1.8×10－3 mol·min－1。 学科网（北京）股份有限公司 $$