专题2 第1单元 第1课时 化学反应速率的表示方法(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年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　化学反应速率的表示方法 [学习目标]　1.知道化学反应速率的表示方法。2.能进行化学反应速率的计算。3.了解测定化学反应速率的简单方法。 知识点一　化学反应速率及其表示方法 1．化学反应速率的概念及其表示方法 2．对于化学反应aA＋bB===cC＋dD 若用v表示化学反应速率，Δc表示反应物或生成物的物质的量浓度的变化(绝对值)，Δt表示一定时间间隔，则用A、B、C、D四种物质分别表示的化学反应速率表达式为： v(A)＝；v(B)＝； v(C)＝；v(D)＝。 一、化学反应速率的理解 1．在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的反应中，可用哪些物质表示反应速率？在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中呢？ 提示　在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应中，可以用H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度变化来表示反应速率，而在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中只能用NaOH、H2的浓度变化来表示，即不能用固体或纯液体来表示反应速率，因为固体或纯液体的浓度为常数。 1．对于反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列说法正确的是(　　) A．用HCl和CaCl2表示的反应速率数值不同，但所表示的意义相同 B．不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率，但可用水来表示 C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同 D．用CaCl2浓度的减小表示其反应速率 解析　因为CaCO3是固体，H2O为纯液体，不能用其浓度的变化来表示化学反应速率；CaCl2为生成物，应用其浓度的增加表示反应速率，B、C、D错误；在同一反应中，选用不同的物质表示反应速率，反应速率数值之比等于化学方程式中化学计量数之比，数值可能相同，也可能不同，但意义相同，A正确。 答案　A 2．一定温度下，N2O5在四氯化碳溶液中的分解反应为2N2O5===4NO2＋O2,1.00 mol·L－1 N2O5分解过程中不同时刻N2O5的浓度如下表。 (1)补充完成表格。 t/min 0 1 2 3 4 c(N2O5)/(mol·L－1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25 c(NO2)/(mol·L－1) 0 c(O2)/(mol·L－1) 0 (2)按要求解答下列问题： 计算0～2 min,2～3 min内分别用N2O5、NO2、O2表示的化学反应速率填入下表。 速率/mol· 　　　　L－1·min－1 时间(Δt)/min　　 v(N2O5) v(NO2) v(O2) v(N2O5)∶ v(NO2)∶ v(O2) 0～2 2∶4∶1 2～3 2∶4∶1 (3)结论： ①在同一个化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率，其数值大小________相同，但表示的速率________，即一种物质的速率就代表了整个化学反应的速率。 ②用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比＝_______________________ ＝物质的量变化量之比＝____________________________________________。 答案　(1)0.58　1.00　1.30　1.50　0.145　0.25　0.325　0.375 (2)0.25　0.5　0.125　0.15　0.3　0.075 (3)①不一定　相同　②物质的量浓度变化量之比　化学计量数之比 二、化学反应速率的计算与比较 2．如图表示800 ℃时，气体A分解为B和C两种气体(2A3B＋C)时，A、B、C三种气体的浓度随时间变化的情况，t1是到达平衡状态的时间。 (1)如何表示上述反应中A的消耗速率以及B和C的生成速率(假设t1＝2 min)? 提示　据速率计算公式v＝，可得v(A)＝＝0.4 mol·L－1·min－1。同样，可以计算出v(B)＝＝0.6 mol·L－1·min－1，v(C)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。 (2)上述反应中A的消耗速率以及B和C的生成速率的数值是否相等？大小有何关系？ 提示　由计算结果可知，A的消耗速率以及B和C的生成速率的数值不相等，但它们的数值大小满足化学反应中各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比。 1．化学反应速率的计算方法 (1)定义式法 利用公式v(A)＝计算化学反应速率。 (2)关系式法 利用化学反应速率之比＝变化浓度之比＝化学计量数之比。 (3)“三段式”法 ①求解化学反应速率计算题的一般步骤： a．写出有关反应的化学方程式。 b．找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。 c．根据已知条件列方程计算。 例如：　　　　　　　mA　＋　nB　　pC 起始(mol·L－1) a b c 转化(mol·L－1) x 某时刻(mol·L－1) a－x b－ c＋ v(B)＝＝ ②计算中注意以下量的关系： a．对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻) b．对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻) c．转化率＝×100% 2．化学反应速率快慢的比较方法——比值法 (1)转化为同一单位表示，其转化公式为1 mol·L－1·s－1＝60 mol·L－1·min－1。 (2)比较化学反应速率与化学计量数的比值 如反应aA＋bB===cC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与，若＞，则A表示的反应速率比B表示的大。 3．将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1，现有下列几种说法： ①用物质A表示的反应平均速率为0.6 mol·L－1·s－1； ②用物质B表示的反应的平均速率为0.15 mol·L－1·s－1； ③2 s时物质A的浓度为1.4 mol·L－1； ④2 s时物质B的浓度为0.3 mol·L－1。 其中正确的是(　　) A．①③ 　　　　　　　　 B．①④ C．②③ D．③④ 解析　由已知2 s后C的浓度为0.6 mol·L－1，根据n＝cV可知，C的物质的量为1.2 mol。则： 　　　　 2A(g)＋B(g)2C(g) 开始(mol) 4 2 0 转化(mol) 1.2 0.6 1.2 2 s时(mol) 2.8 1.4 1.2 v(A)＝＝0.3 mol·L－1·s－1，①错误；②v(B)＝＝0.15 mol·L－1·s－1，②正确；③根据“三段式”可知，2 s时物质A的浓度＝＝1.4 mol·L－1，③正确；④根据“三段式”可知，2 s时物质B的浓度＝＝0.7 mol·L－1，④错误。 答案　C 4．(2023·山西模块诊断)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·min－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 该反应进行的快慢顺序为(　　) A．④＞③＝②＞①　　　 B．④＜③＝②＜① C．①＞②＞③＞④ D．④＞③＞②＞① 解析　首先将速率的单位统一，v(A)＝0.45 mol·L－1·min－1＝0.007 5 mol·L－1·s－1，然后都用A物质表示反应速率，则根据反应速率之比等于相应的化学计量数之比可知反应速率分别是0.007 5 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，则反应速率大小关系是④＞③＝②＞①。 答案　A 知识点二　化学反应速率的测定 1．测定原理 利用与化学反应中任何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)直接观察测定：如释放出气体的体积和体系的压强等。 (2)科学仪器测定：如反应体系颜色的变化。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。 3．实验室测定化学反应速率常用的方法 (1)对于有气体生成的反应：可测定相同时间内收集气体的体积或收集等量气体所用的时间。 (2)对于有固体参加的反应，可测定一段时间内消耗固体质量的多少。 (3)对于有酸碱参与的反应，可测定一段时间内溶液中氢离子或氢氧根离子浓度的变化。 (4)对于有颜色变化的反应，可测定溶液变色所需时间。 (5)对于有沉淀生成的反应，可测定溶液变浑浊所需的时间。 1．化学反应速率是怎样得来的？ 提示　化学反应速率是通过实验测定的。注意：我们熟知化学反应速率计算的一些问题，但要记住：化学反应速率是通过实验测定的。 2．测定化学反应速率可以测定哪些内容？ 提示　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化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用，包括能够直接观察到的某些性质(如颜色的深浅)，也包括必须依靠科学仪器才能测量的性质(如释放出气体的体积和体系压强、光的吸收、光的发射、导电能力等)。在物质的诸多性质中，特别是在溶液中，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，人们常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。 测量一个化学反应的速率，需要测定某一时间段内单位时间内某物质浓度的改变量。但是，一般来说在测量时化学反应仍在进行，应用一般化学分析方法测定反应速率存在困难。一个近似的办法是使反应立即停止(如果可以)，如通过稀释、降温、加入阻化剂或除去催化剂等方法可以使反应变得很慢，进行化学分析。但这样既费时费力，又不准确，可以研究的反应也有限。广泛使用的方法是测量物质的性质，如压力、电导率、吸光度等，通过它们与物质浓度的关系实现连续测定。 1．对于反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，在测量化学反应速率时，以下相关性质不可以利用的是(　　) A．气体的体积和体系的压强 B．溶液颜色的深浅 C．固体物质的体积 D．H＋浓度的变化量 答案　C 2．某化学兴趣小组的甲、乙两位同学对测定化学反应速率非常感兴趣，为此进行了有关的实验探究，实验记录如下。 【实验目的】　测量锌和稀硫酸反应的速率。 【实验用品】　锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、导管、50 mL注射器、铁架台、秒表；锌粒、1 mol·L－1的H2SO4溶液、4 mol·L－1的H2SO4溶液。 【实验步骤】 ①甲同学取一套如图装置，加入40 mL 1 mol·L－1的H2SO4溶液，测量收集10 mL H2所需的时间。 ②乙同学取另一套同样的装置，加入40 mL 4 mol·L－1的H2SO4溶液，测量收集10 mL H2所需的时间。 回答下列问题： (1)Zn与稀H2SO4反应的离子方程式为____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)收集10 mL H2所需时间：甲________(填“大于”“小于”或“等于”)乙；反应速率：甲________(填“大于”“小于”或“等于”)乙。 (3)下列说法正确的是________(填字母)。 a．本实验中甲、乙两同学所用锌粒的表面积要相同 b．装置气密性要好 c．40 mL的H2SO4溶液要迅速加入 d．测量气体体积还可以用排水法 e．若用98%的浓H2SO4，则反应最快 解析　(2)乙同学所用4 mol·L－1的H2SO4溶液比甲同学所用1 mol·L－1的H2SO4溶液浓度大，反应速率大，收集相同体积H2所需时间少。(3)测量锌和稀硫酸的反应速率应当控制“其他条件”相同；浓H2SO4与Zn反应不产生H2，e错误。 答案　(1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ (2)大于　小于　(3)abcd 1．已知反应A(g)＋3B(g)2C(g)，在10 s内，A的浓度由4 mol/L变成了2 mol/L，则以A的浓度变化表示的反应速率为(　　) A．0.2 mol/(L·s)　 B．0.3 mol/(L·s) C．0.4 mol/(L·s) D．0.1 mol/(L·s) 解析　在10 s内A的浓度变化为4 mol/L－2 mol/L＝2 mol/L，则以A的浓度变化表示的反应速率为v(A)＝＝＝0.2 mol/(L·s)。 答案　A 2．可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在不同条件下的反应速率如下，其中反应速率最快的是(　　) A．v(SO2)＝0.5 mol/(L·s) B．v(O2)＝1 mol/(L·min) C．v(SO3)＝0.6 mol/(L·s) D．v(O2)＝0.4 mol/(L·s) 解析　都转化为用v(SO2)表示的速率进行比较。A项，v(SO2)＝0.5 mol/(L·s)；B项，v(O2)＝1 mol/(L·min)≈0.017 mol/(L·s)，则v(SO2)＝2v(O2)＝0.034 mol/(L·s)；C项，v(SO3)＝0.6 mol/(L·s)，则v(SO2)＝v(SO3)＝0.6 mol/(L·s)；D项，v(O2)＝0.4 mol/(L·s)，则v(SO2)＝2v(O2)＝0.8 mol/(L·s)；故反应速率D＞C＞A＞B。 答案　D 3．已知：4NH3＋5O24NO＋6H2O，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)[mol/(L·min)]表示，则正确的关系式是(　　) A．4v(NH3)＝5v(O2) B．4v(O2)＝5v(NO) C．2v(NH3)＝3v(H2O) D．5v(O2)＝6v(H2O) 解析　对于反应4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，速率之比等于化学计量数之比，故5v(NH3)＝4v(O2)，4v(O2)＝5v(NO)，3v(NH3)＝2v(H2O)，6v(O2)＝5v(H2O)。 答案　B 4．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，2 min后，B的浓度减少0.6 mol·L－1。对此反应速率的正确表示是(　　) A．用A表示的反应速率是0.8 mol·L－1·s－1 B．分别用B、C、D表示反应速率，其比值是3∶2∶1 C．在2 min末时的反应速率，用反应物B来表示是0.3 mol·L－1·min－1 D．在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的 解析　反应物A是固体，浓度为常数，通常不用其表示反应的速率，A错误；v(B)＝＝0.3 mol·L－1·min－1是2 min内的平均反应速率，而不是2 min末时的反应速率，C错误；反应中B和C的化学计量数不同，表示的反应速率的值不同，D错误。 答案　B 5．为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为CO和H2，再将它们转化为甲醇，某实验人员在一定温度下的密闭容器中，充入一定量的H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g)催化,CH3OH(g)，测定的部分实验数据如下： t/s 0 500 1000 c(H2)(mol·L－1) 5.00 3.52 2.48 c(CO)(mol·L－1) 2.50 (1)在500 s内用H2表示的化学反应速率是________________。 (2)在1000 s内用CO表示的化学反应速率是__________________________________；1000 s时H2的转化率是________。 (3)在500 s时生成的甲醇的浓度是________mol·L－1。 解析　(1)在500 s内， v(H2)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1。(2)在1000 s时Δc(H2)＝5.00 mol·L－1－2.48 mol·L－1＝2.52 mol·L－1，则Δc(CO)＝Δc(H2)＝1.26 mol·L－1，用CO表示的化学反应速率为v(CO)＝＝1.26×10－3 mol·L－1·s－1，H2的转化率为×100%＝50.4%。(3)在500 s时反应了的H2的浓度为c(H2)＝1.48 mol·L－1，则生成的CH3OH的浓度为c(CH3OH)＝c(H2)＝0.74 mol·L－1。 答案　(1)2.96×10－3 mol·L－1·s－1 (2)1.26×10－3 mol·L－1·s－1　50.4% 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