6.1 化学反应速率与反应限度（第1课时 化学反应速率）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题6 化学反应与能量变化 第一单元 化学反应速率与反应限度 第1课时 化学反应速率 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学反应速率的概念和表示方法，并能进行简单计算。 2．会比较同一反应用不同物质表示时的化学反应速率的快慢。 3．理解影响化学反应速率的因素及规律，并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。 4．学会运用控制变量法研究影响化学反应速率的因素。 重难点：化学反应速率的表示方法及有关计算；影响化学反应速率的因素。 一、化学反应速率 【课题引入】感受化学反应的快慢 (1)不同化学反应进行的快慢程度不同。爆炸、酸碱中和反应等化学反应进行的快；食物腐败和钢铁生锈等化学反应进行的较为缓慢；钟乳石和石笋的形成等化学反应进行的极为缓慢。 (2)基础实验 实验步骤 实验现象 实验结论 镁与盐酸的反应比铁更________ 1．化学反应速率的表示方法 (1)化学反应的_________通常用化学反应速率来定量表示。可用单位时间内反应物浓度的_________或生成物浓度的_________来表示。 (2)表达式：v＝或v＝。 其中：Δc为__________________，一般以_________为单位，Δn为__________________，单位是_________；Δt为时间，单位常用_________表示。 (3)常用单位：___________________________。 【学以致用】在体积为100 mL的溶液中，发生下列反应： 16H+ + 2MnO4 - + 10Br- =2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O 已知，反应开始时，Br- 的物质的量为0.01 mol；经过10 s 后，Br- 的物质的量变为0.002 mol。假设反应过程中溶液的体积保持不变，则在这10 s内，Br- 消耗的平均速率是多少？反应过程中，Br2增加的平均速率是多少？ 【特别提醒】 (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)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。 (5)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。 2．有关化学反应速率的简单计算 (1)计算依据：v＝或v＝ (2)计算实例： 在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2＋O22SO3，开始时向容器中充入一定量的SO2和O2，经过5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表： 有关反应物质 SO2 O2 SO3 物质的量变化(Δn)/mol 物质的量浓度变化(Δc)/mol·L－1 化学反应速率(v)/ mol·L－1·s－1 化学反应速率之比 由上面的计算可以得出什么结论？ (3)用“三段式”进行化学反应速率的计算 设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为B的转化浓度，则： 　　　　　　 mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g) 起始浓度/mol·L－1　 a　　　　b 　　 0　　　0 转化浓度/mol·L－1 mx nx _____ _____ 某时刻浓度/mol·L－1 _____ ______ ______ _____ 【特别提醒】 (1)“三段式”中所有数据统一单位。 (2)变化量之比等于化学计量数之比。 (3)变化量可设为化学计量数的倍数，便于计算。 二、影响化学反应速率的因素 1．自身性质——内因 决定化学反应速率的主要原因是__________________。例如：形状和大小相同的Mg、Zn分别与等浓度的盐酸反应时，Mg反应更剧烈，因为镁的活泼性_________锌。 2．外界条件——外因 (1)基础实验探究——外界条件对化学反应速率的影响 ①催化剂对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 a.产生_________气泡 b.产生_________气泡 实验结论 MnO2可以使H2O2分解的速率_________ ②温度对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 a.产生气泡速率_________ b.产生气泡速率_________ 实验结论 对于反应2H2O2===2H2O＋O2↑来说，温度升高，H2O2的分解速率______ ③浓度对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 装有12% H2O2溶液的试管中_________产生气泡 实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率_________ ④固体反应物表面积对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 加粉末状大理石的试管内产生气泡_________； 加块状大理石的试管内产生气泡_________ 实验结论 其他条件相同时，固体反应物表面积越大，反应速率_________ (2)影响化学反应速率的外界因素(其他条件不变，只改变一个条件) ①反应物的浓度越大，反应速率_________。 ②对于有气体参加的反应，反应体系的压强越大，反应速率_________。 ③反应的温度越高，反应速率_________。 ④使用适当的催化剂能显著地_________化学反应速率。 ⑤增大固体反应物的接触面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积_________，与其他反应物的接触面积_________，化学反应速率_________。 ⑥反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能_________反应物之间的接触面积，有利于_________反应速率。 ⑦光照等条件对一些化学反应的速率也有一定影响。 【特别提醒】 (1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。 (2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。 (3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。 (4)压强改变的常见方式 ①恒温恒容：充入稀有气体→容器压强增大→各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。 ②恒温恒压：充入稀有气体→容器体积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。 ③恒温：缩小容器体积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。 ④恒温恒容：充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。 【学以致用】 1. 应用化学反应速率的有关知识解释下列现象。 (1)加热氯酸钾制取氧气时，添加少量二氧化锰能使气体产生的速率增大。 (2)0.1 mol·L-1 硫代硫酸钠（Na2S2O3）溶液与0.1 mol·L-1稀硫酸反应生成硫单质，溶液变浑浊。在其他条件相同的情况下，该反应在90 ℃时只需十几秒即出现浑浊现象，而在20 ℃时大约需要几分钟才出现浑浊现象。 (3)煅烧硫铁矿制取二氧化硫时，将矿石粉碎后投入沸腾炉中，并鼓入强大的空气流，使矿粒在炉中剧烈翻腾。 2. 为了研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定反应中生成的CO2气体体积随反应时间变化的情况，绘制出如图所示的曲线。已知随着反应的进行，反应体系的温度逐渐升高。请分析讨论以下问题。 (1)在O~t1、t1~t2、t2~t3三个相同的时间段里，反应速率最大的是______时间段，收集到气体最多的是______时间段。 (2)试分析上述三个时间段里，反应速率不同的可能原因。 三、调控化学反应速率的方法——控制变量法 1．变量控制法 将多个因素问题拆解为多个_________问题分别开展研究，再进行综合分析，得出最后结论，这种方法称为变量控制法。 2．调控化学反应速率的方法 在分析影响H2O2分解反应速率的因素的实验中，影响反应速率（因变量）的因素有_________、_________、_________等。 探究催化剂对H2O2分解反应速率的影响，自变量是_________；探究温度对H2O2分解反应速率的影响，自变量是_________；探究浓度对H2O2分解反应速率的影响，自变量是_________。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)对有固体参加的化学反应，可用单位时间内固体浓度的改变量表示化学反应速率(　 　) (2)化学反应速率的单位通常为mol·L－1或mol·min－1(　 　) (3)化学反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率(　 　) (4)化学反应速率越大，反应现象越明显(　 　) (5)Na、Mg、Al的金属性决定了它们与水反应的速率大小(　 　) (6)对一定条件下C(s)＋O2(g)CO2(g)的反应，增加C的量，该反应的化学反应速率加快(　 　) (7)实验室制O2和Cl2时，都用到MnO2固体，MnO2作用相同(　×　) (8)改变压强，化学反应速率必然改变(　 　) (9)用铁和稀硫酸反应制氢气时，换成浓硫酸产生H2的速率加快(　 　) 2．某温度下，向2 L密闭容器中充入4 mol N2和6 mol H2发生反应：N2＋3H22NH3，测得2 min后NH3的物质的量为1.6 mol。则2 min内，v(N2)＝____________，v(H2)＝__________，v(NH3)＝_________，化学反应速率的比值与化学计量数间的关系：____________________。 3．在带有活塞的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，并阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)________，理由：____________________________。 (2)保持容器的体积不变，增加水蒸气的通入量______，理由：__________________________。 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_______，理由：___________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____________，理由：_______________________________。 4．在一定条件下体积为2L的密闭容器中，加热N2和H2各2mol，发生反应反应N2＋3H22NH3，经过5min后，生成NH30.6mol。求： (1)5min末N2、H2的浓度； (2)用N2表示该反应在5min内的平均速率。 5．某探究小组用测定HNO3与大理石反应过程中大理石质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3的浓度为1.00 mol·L-1、2.00 mol·L-1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3的用量为25.0 mL、大理石的用量为10.00 g。 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号： 实验编号 T/K 大理石规格 HNO3浓度/mol·L-1 实验目的 ① 298 粗颗粒 2.00 Ⅰ.实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响 Ⅱ.实验①和____探究温度对该反应速率的影响 Ⅲ. 实验①和____探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响 ② ③ ④ ►问题一 化学反应速率的表示方法 【典例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0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1 D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢 【变式1-1】反应4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的速率可表示为(　　) A．v(NH3)＝0.01 mol·L－1·s－1 B．v(O2)＝0.001 mol·L－1·s－1 C．v(NO)＝0.001 mol·L－1·s－1 D．v(H2O)＝0.045 mol·L－1·s－1 ►问题二 化学反应速率的简单计算 【典例2】一定条件下反应N2＋3H22NH3在10 L的密闭容器中进行，测得2 min内，N2的物质的量由20 mol减小到8 mol，则2 min内N2的反应速率为(　　) A．1.2 mol·L－1·min－1 B．6 mol·L－1·min－1 C．0.6 mol·L－1·min－1 D．0.4 mol·L－1·min－1 【解题必备】化学反应速率的计算方法 (1)根据定义式计算 v(A)＝。已知任意两个量，可求第三个量。 (2)化学计量数转换法 对于同一个化学反应，用不同物质的浓度变化表示的反应速率之比等于相应物质在反应方程式中的化学计量数之比。 例如：对于反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。 (3)利用“三段式”计算 设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为B的转化浓度，则： 　　　　　　 mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g) 起始浓度/mol·L－1　 a　　　　b 　　 0　　　0 转化浓度/mol·L－1 mx nx px qx 某时刻浓度/mol·L－1 a－mx b－nx px qx 【变式2-1】已知合成氨的反应为N2＋3H22NH3，各物质的浓度数据如下表： N2 H2 NH3 起始浓度/mol·L-1 1.0 3.0 0 2s末浓度/mol·L-1 0.6 1.8 0.8 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-1 C．0.6mol·L-1·s-1 D．0.8mol·L-1·s-1 【变式2-2】某温度下，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，经过2 min后，测得各物质的浓度分别为c(X2)＝0.4 mol·L－1，c(Y2)＝0.8 mol·L－1、c(Z)＝0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为(　　) A．X2＋2Y2===2XY2 B．2X2＋Y2===2X2Y C．3X2＋Y2===2X3Y D．X2＋3Y2===2XY3 ►问题三 化学反应速率的比较 【典例3】反应A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是(　　) A．v(A)＝0.15 mol·L－1·min－1 B．v(B)＝0.6 mol·L－1·min－1 C．v(C)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(D)＝0.02 mol·L－1·s－1 【解题必备】化学反应速率的比较方法 (1)将不同物质表示的速率换算成同一物质表示的反应速率，再进行比较。 (2)用不同物质表示的反应速率进行比较：反应速率与对应物质的化学计量数之比越大，它的反应速率越大。如反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，可以通过比较不同情况下、、、的相对大小，该比值越大，化学反应速率越大。 (3)单位要一致。 【变式3-1】已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下： ①v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1 ②v(NO2)＝0.01 mol·L－1·s－1 ③v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1 ④v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1 请比较上述4种情况反应的快慢：________(按由大到小的顺序排列)。 ►问题四 影响化学反应速率的外界因素 【典例4】反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一体积可变的密闭容器中进行。下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是(　　) ①增大C(s)的用量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使容器内压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积增大　⑤保持体积不变，充入水蒸气　⑥升高温度 A．②④ B．①③ C．③④⑤ D．①④⑥ 【解题必备】 (1)在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。 (2)不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，降低温度都能减小化学反应速率。 (3)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。 (3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。 (4)催化剂参与化学反应，但其化学性质在反应前后保持不变。 (5)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。 【变式4-1】化学反应速率是用来衡量化学反应快慢的物理量，下列措施不是为了减慢化学反应速率的是(　　) A．食品包装袋内加入抗氧化剂 B．餐馆打包回的食物放置在冰箱内 C．将木材劈碎再进行燃烧 D．将浓硝酸保存在阴凉避光处 ►问题五 控制变量法探究影响化学反应速率的因素 【典例5】控制变量法是科学探究中非常重要的思想方法。某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。 方案 反应物 催化剂 温度 ① 10 mL 10%H2O2溶液 无 25 ℃ ② 10 mL 20%H2O2溶液 无 25 ℃ ③ 10 mL 20%H2O2溶液 无 40 ℃ ④ 10 mL 20%H2O2溶液 1～2滴0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 40 ℃ 通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。 (1)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表哪个实验？ (2)对比实验③和④的目的是什么？ (3)对比实验②和③的目的是什么？ (4)若实验④改为加1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液，其他3组实验如何改动，才能得出正确的结论？ 【解题必备】控制变量法解决问题的基本思路 “探究化学反应速率的影响因素”属于探究反应规律类型的任务。设计此类任务实验方案的关键是变量控制，可按以下步骤进行思考。 (1)定研究对象，如选定符合实验要求的化学反应。 (2)确定自变量和因变量。在本实验中，自变量为浓度、温度、接触面积、催化剂等外界条件，因变量为化学反应速率。 (3)设计实验操作，改变单一自变量。在此过程中，要明确通过实验操作应控制哪个自变量改变、哪些自变量不变。 (4)确定因变量的观测指标。在本实验中,应确定通过观察哪些现象来判断化学反应的快慢。 【变式5-1】硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液与稀硫酸发生反应：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，析出硫的快慢可说明该反应反应速率的快慢。请判断下列几种情况下，最先看到硫析出的是(　　) 温度 Na2S2O3溶液的体积和物质的量浓度 H2SO4溶液的体积和物质的量浓度 水的体积 A 20 ℃ 5 mL0.2 mol·L－1 5 mL0.2 mol·L－1 20 mL B 20 ℃ 10 mL0.1 mol·L－1 10 mL0.1 mol·L－1 10 mL C 40 ℃ 5 mL0.3 mol·L－1 5 mL0.2 mol·L－1 20 mL D 40 ℃ 20 mL0.1 mol·L－1 10 mL0.2 mol·L－1 0 1．下列说法正确的是(　　) A．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1，是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1 B．由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值 C．同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快 D．在2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应中，t1、t2时刻，SO3(g)浓度分别是c1、c2，则t1～t2时间内，消耗SO2(g)的平均速率为v＝ 2．一定条件下，向密闭容器中通入一定量的CO和H2制备甲醇，反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得容器内H2的分压与反应时间的关系如图所示。反应到图中X点时，用H2分压表示的平均变化率为(　　) A．0.8 MPa·min－1 B．0.2 MPa·min－1 C．1.6 MPa·min－1 D．8.4 MPa·min－1 3．在反应2X2(g)＋Y2(g)===2Z2(g)中，经过一段时间后，测得Z2的浓度增加了0.4 mol·L－1，用Y2表示的化学反应速率为0.4 mol·L－1·s－1，则所经历的时间为(　　) A．0.1 s B．2.5 s C．0.5 s D．10 s 4．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，则正确的关系式为(　　) A．4v(NH3)＝5v(O2) B．5v(O2)＝6v(H2O) C．2v(NH3)＝3v(H2O) D．4v(O2)＝5v(NO) 5．一定温度下，在2 L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。该反应为可逆反应。下列说法正确的是(　　) A．反应开始到5 min，v(C)＝0.2 mol·L－1·min－1 B．反应开始到5 min，B的物质的量浓度增加了0.4 mol·L－1 C．反应的化学方程式为2B(g)＋C(g)3A(g) D．a点时，c(A)＝c(B) 6．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(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最快的是(　　) A．v(A)＝0.5 mol·L－1·min－1 B．v(B)＝1.2 mol·L－1·s－1 C．v(D)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(C)＝0.1 mol·L－1·s－1 7．恒温、恒容的密闭容器中进行反应：A(g)＋B(g)===C(g)，若反应物的浓度从2 mol·L－1降到0.8 mol·L－1需20 s，那么反应物浓度由0.8 mol·L－1降到0.2 mol·L－1所需的反应时间(　　) A．10 s B．大于10 s C．小于10 s D．无法判断 8．将质地相同的大理石磨制成相同大小的四块立方体，分别与足量的20 ℃ 1 mol·L－1的盐酸、15 ℃ 0.25 mol·L－1的盐酸、20 ℃ 2 mol·L－1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸反应，得到图中的四条曲线，其中表示15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸和大理石反应的是曲线(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 9．将形状相同、表面洁净的铝箔与铁片分别置于同温下2 mol·L－1的盐酸中，c(HCl)随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为铝箔，前10 min铝箔反应生成H2的物质的量为0.75 mol B．b为铁片，前40 min铁片反应生成H2的物质的量为0.5 mol C．前10 min铝箔与盐酸反应速率为v(HCl)＝1.5 mol·L－1·min－1 D．前40 min铁片与盐酸反应速率为v(HCl)＝0.025 mol·L－1·min－1 10．(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0.2 mol·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2 L的密闭容器中，充入2 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为____________________________。 (3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初2 s 内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在2 s时，容器中有______ mol A，此时C的物质的量浓度为______。 1．化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如下图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是(　　) A．2.5 μmol·L－1·min－1和2.0 μmol·L－1 B．2.5 μmol·L－1·min－1和2.5 μmol·L－1 C．3.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1 D．5.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1 2．一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对该反应的推断合理的是(　　) A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D) C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 mol·L－1·s－1 D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等 3．为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是(　　) A．图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小 B．若图甲所示实验中反应速率为①>②，则一定说明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解催化效果好 C．用图乙所示装置测定反应速率，可测定反应产生的气体体积及反应时间 D．为检查图乙所示装置的气密性，可关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，观察活塞是否回到原位 4．在碘化钾和硫酸的混合溶液中加入H2O2水溶液，迅速发生反应，放出大量气体，反应过程表示如下： ①H2O2＋2KI＋H2SO4===I2＋K2SO4＋2H2O； ②H2O2＋I2===2HIO； ③H2O2＋2HIO===I2＋O2↑＋2H2O。 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．H2O2在反应③中作氧化剂 B．溶液的温度与反应速率无关 C．碘单质是过氧化氢分解的催化剂 D．一定量H2O2反应的KI溶液浓度越大，反应速率越慢 5．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题： (1)上述实验中发生反应的化学方程式有_____________________________。 (2)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________。 (3)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有_________________________________(答两种)。 (4)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。 　 实验 混合溶液　　　 A B C D E F 4 mol·L－1 H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 ①请完成此实验设计，其中：V1＝__________，V6＝__________，V9＝________。 ②该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 ________________________________________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题6 化学反应与能量变化 第一单元 化学反应速率与反应限度 第1课时 化学反应速率 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学反应速率的概念和表示方法，并能进行简单计算。 2．会比较同一反应用不同物质表示时的化学反应速率的快慢。 3．理解影响化学反应速率的因素及规律，并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。 4．学会运用控制变量法研究影响化学反应速率的因素。 重难点：化学反应速率的表示方法及有关计算；影响化学反应速率的因素。 一、化学反应速率 【课题引入】感受化学反应的快慢 (1)不同化学反应进行的快慢程度不同。爆炸、酸碱中和反应等化学反应进行的快；食物腐败和钢铁生锈等化学反应进行的较为缓慢；钟乳石和石笋的形成等化学反应进行的极为缓慢。 (2)基础实验 实验步骤 实验现象 剧烈反应，产生气泡较快 缓慢反应，产生气泡较慢 实验结论 镁与盐酸的反应比铁更快 1．化学反应速率的表示方法 (1)化学反应的快慢通常用化学反应速率来定量表示。可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＝或v＝。 其中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L-1为单位，Δn为物质的量的变化量，单位是mol；Δt为时间，单位常用min、s、hr表示。 (3)常用单位：mol·L-1·min-1、mol·L-1·s-1。 【学以致用】在体积为100 mL的溶液中，发生下列反应： 16H+ + 2MnO4 - + 10Br- =2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O 已知，反应开始时，Br- 的物质的量为0.01 mol；经过10 s 后，Br- 的物质的量变为0.002 mol。假设反应过程中溶液的体积保持不变，则在这10 s内，Br- 消耗的平均速率是多少？反应过程中，Br2增加的平均速率是多少？ 【解答】10 s内，Br- 消耗的物质的量Δn(Br-) = 0.01mol - 0.002 mol =0.008 mol，Br- 浓度变化Δc(Br-) = = 0.08 mol·L-1。 10 s内，Br- 消耗的平均速率v(Br-)＝ = = 0.008 mol·L-1·s-1。 根据化学方程式，每消耗10molBr-，Br2增加5mol，故10 s内，Br2增加的平均速率v(Br2) = v(Br-)＝×0.008 mol·L-1·s-1=0.004 mol·L-1·s-1。 【特别提醒】 (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)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。 (5)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。 2．有关化学反应速率的简单计算 (1)计算依据：v＝或v＝ (2)计算实例： 在一个体积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2＋O22SO3，开始时向容器中充入一定量的SO2和O2，经过5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表： 有关反应物质 SO2 O2 SO3 物质的量变化(Δn)/mol 物质的量浓度变化(Δc)/mol·L－1 化学反应速率(v)/ mol·L－1·s－1 化学反应速率之比 由上面的计算可以得出什么结论？ 提示0.8 0.4 0.8 0.4 0.2 0.4 0.08 0.04 0.08 2:1:2 化学反应速率之比=物质的量变化之比=物质的量浓度变化之比=化学计量数之比。 (3)用“三段式”进行化学反应速率的计算 设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为B的转化浓度，则： 　　　　　　 mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g) 起始浓度/mol·L－1　 a　　　　b 　　 0　　　0 转化浓度/mol·L－1 mx nx px qx 某时刻浓度/mol·L－1 a－mx b－nx px qx 【特别提醒】 (1)“三段式”中所有数据统一单位。 (2)变化量之比等于化学计量数之比。 (3)变化量可设为化学计量数的倍数，便于计算。 二、影响化学反应速率的因素 1．自身性质——内因 决定化学反应速率的主要原因是反应物自身的性质。例如：形状和大小相同的Mg、Zn分别与等浓度的盐酸反应时，Mg反应更剧烈，因为镁的活泼性强于锌。 2．外界条件——外因 (1)基础实验探究——外界条件对化学反应速率的影响 ①催化剂对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 a.产生少量气泡 b.产生大量气泡 实验结论 MnO2可以使H2O2分解的速率加快 ②温度对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 a.产生气泡速率较慢 b.产生气泡速率较快 实验结论 对于反应2H2O2===2H2O＋O2↑来说，温度升高，H2O2的分解速率加快 ③浓度对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 装有12% H2O2溶液的试管中先产生气泡 实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率加快 ④固体反应物表面积对化学反应速率的影响 实验操作 实验现象 加粉末状大理石的试管内产生气泡较快； 加块状大理石的试管内产生气泡较慢 实验结论 其他条件相同时，固体反应物表面积越大，反应速率越快 (2)影响化学反应速率的外界因素(其他条件不变，只改变一个条件) ①反应物的浓度越大，反应速率越大。 ②对于有气体参加的反应，反应体系的压强越大，反应速率越大。 ③反应的温度越高，反应速率越大。 ④使用适当的催化剂能显著地增大化学反应速率。 ⑤增大固体反应物的接触面积：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光照等条件对一些化学反应的速率也有一定影响。 【特别提醒】 (1)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。 (2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。 (3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。 (4)压强改变的常见方式 ①恒温恒容：充入稀有气体→容器压强增大→各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。 ②恒温恒压：充入稀有气体→容器体积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。 ③恒温：缩小容器体积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。 ④恒温恒容：充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。 【学以致用】 1. 应用化学反应速率的有关知识解释下列现象。 (1)加热氯酸钾制取氧气时，添加少量二氧化锰能使气体产生的速率增大。 提示：二氧化锰起催化作用，能加快氯酸钾分解速率。 (2)0.1 mol·L-1 硫代硫酸钠（Na2S2O3）溶液与0.1 mol·L-1稀硫酸反应生成硫单质，溶液变浑浊。在其他条件相同的情况下，该反应在90 ℃时只需十几秒即出现浑浊现象，而在20 ℃时大约需要几分钟才出现浑浊现象。 提示：其他条件不变，温度越高，反应速率越快。 (3)煅烧硫铁矿制取二氧化硫时，将矿石粉碎后投入沸腾炉中，并鼓入强大的空气流，使矿粒在炉中剧烈翻腾。 提示：将促使粉碎，固体颗粒变小，单位质量的表面积增大，并鼓入强大的空气流，使矿石与空气的接触面积增大，有利于增大反应速率。 2. 为了研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率，某同学通过实验测定反应中生成的CO2气体体积随反应时间变化的情况，绘制出如图所示的曲线。已知随着反应的进行，反应体系的温度逐渐升高。请分析讨论以下问题。 (1)在O~t1、t1~t2、t2~t3三个相同的时间段里，反应速率最大的是______时间段，收集到气体最多的是______时间段。 (2)试分析上述三个时间段里，反应速率不同的可能原因。 提示：(1)t1~t2 t1~t2 (2)O~t1，开始反应，反应物（盐酸）浓度大，但反应温度较低，反应速率较大；t1~t2，随着反应的进行，反应放出的热量增加，反应温度升高，反应速率增大；t2~t3，随着反应的进行，盐酸的浓度减小，故反应速率减慢。 三、调控化学反应速率的方法——控制变量法 1．变量控制法 将多个因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究，再进行综合分析，得出最后结论，这种方法称为变量控制法。 2．调控化学反应速率的方法 在分析影响H2O2分解反应速率的因素的实验中，影响反应速率（因变量）的因素有催化剂、温度、浓度等。 探究催化剂对H2O2分解反应速率的影响，自变量是催化剂；探究温度对H2O2分解反应速率的影响，自变量是温度；探究浓度对H2O2分解反应速率的影响，自变量是浓度。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)对有固体参加的化学反应，可用单位时间内固体浓度的改变量表示化学反应速率(　×　) (2)化学反应速率的单位通常为mol·L－1或mol·min－1(　×　) (3)化学反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率(　×　) (4)化学反应速率越大，反应现象越明显(　×　) (5)Na、Mg、Al的金属性决定了它们与水反应的速率大小(　√　) (6)对一定条件下C(s)＋O2(g)CO2(g)的反应，增加C的量，该反应的化学反应速率加快(　×　) (7)实验室制O2和Cl2时，都用到MnO2固体，MnO2作用相同(　×　) (8)改变压强，化学反应速率必然改变(　×　) (9)用铁和稀硫酸反应制氢气时，换成浓硫酸产生H2的速率加快(　×　) 2．某温度下，向2 L密闭容器中充入4 mol N2和6 mol H2发生反应：N2＋3H22NH3，测得2 min后NH3的物质的量为1.6 mol。则2 min内，v(N2)＝____________，v(H2)＝__________，v(NH3)＝_________，化学反应速率的比值与化学计量数间的关系：____________________。 答案　0.2 mol·L－1·min－1　0.6 mol·L－1·min－1　0.4 mol·L－1·min－1　同一个化学反应中，化学反应速率的比值等于相应物质的化学计量数之比 解析　　　　　N2＋　3H22NH3 起始/mol 4　 6　 0 变化/mol 0.8　 2.4　 1.6 v(N2)＝＝＝＝0.2 mol·L－1·min－1，同理可得v(H2)、v(NH3)。v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝0.2∶0.6∶0.4＝1∶3∶2，与化学计量数之比相等。 3．在带有活塞的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，并阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)________，理由：____________________________。 (2)保持容器的体积不变，增加水蒸气的通入量______，理由：__________________________。 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_______，理由：___________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____________，理由：_______________________________。 答案　(1)不变　纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率 (2)变大　增大反应物浓度，化学反应速率加快 (3)变小　保持压强不变，充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小 (4)不变　容器的容积不变，充入氩气，反应物和生成物的浓度均不改变，因而化学反应速率不变 4．在一定条件下体积为2L的密闭容器中，加热N2和H2各2mol，发生反应反应N2＋3H22NH3，经过5min后，生成NH30.6mol。求： (1)5min末N2、H2的浓度； (2)用N2表示该反应在5min内的平均速率。 答案 (1)0.85mol·L-1 0.55mol·L-1 (2)0.03 mol·L-1·min-1 解析 N2和H2的初始浓度均为=1mol·L-1，5min后，NH3的浓度为=0.3mol·L-1，用三段式列式计算 N2 ＋ 3H2 2NH3 初始浓度/mol·L-1 1 1 0 变化浓度/mol·L-1 0.15 0.45 0.3 5min末浓度/mol·L-1 0.85 0.55 0.3 v(N2)＝==0.03 mol·L-1·min-1。 5．某探究小组用测定HNO3与大理石反应过程中大理石质量减小的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3的浓度为1.00 mol·L-1、2.00 mol·L-1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3的用量为25.0 mL、大理石的用量为10.00 g。 请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号： 实验编号 T/K 大理石规格 HNO3浓度/mol·L-1 实验目的 ① 298 粗颗粒 2.00 Ⅰ.实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响 Ⅱ.实验①和____探究温度对该反应速率的影响 Ⅲ. 实验①和____探究大理石规格（粗、细）对该反应速率的影响 ② ③ ④ 答案 298 粗颗粒 1.00 308 粗颗粒 2.00 298 细颗粒 2.00 ③ ④ ►问题一 化学反应速率的表示方法 【典例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0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1 D．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选项，化学反应速率快慢与反应现象没有直接关系，如中和反应速率很快，但没有明显现象，错误；B选项，纯液体或固体的浓度为常数，不能用来表示化学反应速率；错误；C选项，化学反应速率是指一定时间内某物质的浓度的变化量，错误；D选项，化学反应速率是表示化学反应快慢的物理量，正确。故选D。 【变式1-1】反应4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的速率可表示为(　　) A．v(NH3)＝0.01 mol·L－1·s－1 B．v(O2)＝0.001 mol·L－1·s－1 C．v(NO)＝0.001 mol·L－1·s－1 D．v(H2O)＝0.045 mol·L－1·s－1 答案 C 解析 水蒸气的物质的量变化Δn(H2O)=0.45mol，浓度变化Δc(H2O)===0.045 mol·L－1，v(H2O)===0.0015 mol·L－1·s－1；根据反应速率之比等于化学计量数之比，分别求出其他3种物质的反应速率，v(NH3)=v(H2O)= 0.001 mol·L－1·s－1, v(O2)=v(H2O)= 0.00125 mol·L－1·s－1, v(NO)= v(H2O)= 0.001 mol·L－1·s－1，故选C。 ►问题二 化学反应速率的简单计算 【典例2】一定条件下反应N2＋3H22NH3在10 L的密闭容器中进行，测得2 min内，N2的物质的量由20 mol减小到8 mol，则2 min内N2的反应速率为(　　) A．1.2 mol·L－1·min－1 B．6 mol·L－1·min－1 C．0.6 mol·L－1·min－1 D．0.4 mol·L－1·min－1 答案　C 解析　2 min内，N2的物质的量由20 mol减小到8 mol，则Δc＝＝1.2 mol·L－1，则2 min内N2的反应速率为v＝＝＝0.6 mol·L－1·min－1，故选C。 【解题必备】化学反应速率的计算方法 (1)根据定义式计算 v(A)＝。已知任意两个量，可求第三个量。 (2)化学计量数转换法 对于同一个化学反应，用不同物质的浓度变化表示的反应速率之比等于相应物质在反应方程式中的化学计量数之比。 例如：对于反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。 (3)利用“三段式”计算 设a mol·L－1、b mol·L－1分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol·L－1为反应物A的转化浓度，nx mol·L－1为B的转化浓度，则： 　　　　　　 mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g) 起始浓度/mol·L－1　 a　　　　b 　　 0　　　0 转化浓度/mol·L－1 mx nx px qx 某时刻浓度/mol·L－1 a－mx b－nx px qx 【变式2-1】已知合成氨的反应为N2＋3H22NH3，各物质的浓度数据如下表： N2 H2 NH3 起始浓度/mol·L-1 1.0 3.0 0 2s末浓度/mol·L-1 0.6 1.8 0.8 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-1 C．0.6mol·L-1·s-1 D．0.8mol·L-1·s-1 答案 B 【变式2-2】某温度下，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，经过2 min后，测得各物质的浓度分别为c(X2)＝0.4 mol·L－1，c(Y2)＝0.8 mol·L－1、c(Z)＝0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为(　　) A．X2＋2Y2===2XY2 B．2X2＋Y2===2X2Y C．3X2＋Y2===2X3Y D．X2＋3Y2===2XY3 答案　C 解析　用X2表示的反应速率为v(X2)＝＝0.3 mol·L－1·min－1。用Y2表示的反应速率为v(Y2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。用Z表示的反应速率为v(Z)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。根据X2、Y2和Z反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，则v(X2)∶v(Y2)∶v(Z)＝0.3∶0.1∶0.2＝3∶1∶2。根据原子守恒，可确定Z的化学式为X3Y。故可得出反应的化学方程式为3X2＋Y2===2X3Y。 ►问题三 化学反应速率的比较 【典例3】反应A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是(　　) A．v(A)＝0.15 mol·L－1·min－1 B．v(B)＝0.6 mol·L－1·min－1 C．v(C)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(D)＝0.02 mol·L－1·s－1 答案 D 解析 先把D选项v(D)的单位换算成mol·L-1·min-1，得v(D)＝1.2 mol·L－1·min－1，再将v(B)除以2，然后比较大小。 【解题必备】化学反应速率的比较方法 (1)将不同物质表示的速率换算成同一物质表示的反应速率，再进行比较。 (2)用不同物质表示的反应速率进行比较：反应速率与对应物质的化学计量数之比越大，它的反应速率越大。如反应aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)，可以通过比较不同情况下、、、的相对大小，该比值越大，化学反应速率越大。 (3)单位要一致。 【变式3-1】已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下： ①v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1 ②v(NO2)＝0.01 mol·L－1·s－1 ③v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1 ④v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1 请比较上述4种情况反应的快慢：________(按由大到小的顺序排列)。 答案　③①②④ 解析　②经转化可表示为v(CO)＝2v(NO2)＝2×0.01×60 mol·L－1·min－1＝1.2 mol·L－1·min－1；③v(CO)＝4v(N2)＝1.6 mol·L－1·min－1；④v(CO)＝v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1。 ►问题四 影响化学反应速率的外界因素 【典例4】反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一体积可变的密闭容器中进行。下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是(　　) ①增大C(s)的用量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使容器内压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积增大　⑤保持体积不变，充入水蒸气　⑥升高温度 A．②④ B．①③ C．③④⑤ D．①④⑥ 答案 B 解析 C为固体，增大C的用量，化学反应速率不变；将容器体积缩小，增大反应物浓度，反应速率增大；体积不变，充入N2，反应物浓度不变，化学反应速率不变；充入N2，体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小；体积不变，充入水蒸气，增大反应物浓度，反应速率增大；升高温度，反应速率增大。 【解题必备】 (1)在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。 (2)不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，降低温度都能减小化学反应速率。 (3)压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。 (3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。 (4)催化剂参与化学反应，但其化学性质在反应前后保持不变。 (5)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。 【变式4-1】化学反应速率是用来衡量化学反应快慢的物理量，下列措施不是为了减慢化学反应速率的是(　　) A．食品包装袋内加入抗氧化剂 B．餐馆打包回的食物放置在冰箱内 C．将木材劈碎再进行燃烧 D．将浓硝酸保存在阴凉避光处 答案　C 解析　食品包装袋内加入抗氧化剂，通过减小氧气的浓度，可以减慢食品变质速率，A不选；餐馆打包回的食物放置在冰箱内，可以通过降低温度减慢反应速率，B不选；将木材劈碎再进行燃烧，通过增大接触面积加快反应速率，C选；将浓硝酸保存在阴凉避光处，通过减少光照，减慢硝酸的分解速率，D不选。 ►问题五 控制变量法探究影响化学反应速率的因素 【典例5】控制变量法是科学探究中非常重要的思想方法。某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。 方案 反应物 催化剂 温度 ① 10 mL 10%H2O2溶液 无 25 ℃ ② 10 mL 20%H2O2溶液 无 25 ℃ ③ 10 mL 20%H2O2溶液 无 40 ℃ ④ 10 mL 20%H2O2溶液 1～2滴0.1 mol·L－1 FeCl3溶液 40 ℃ 通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。 (1)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表哪个实验？ 提示　反应温度越高、使用催化剂、反应物浓度越大，反应速率越快，实验①中双氧水浓度最小，没有使用催化剂，温度为25 ℃，则在实验①～④中反应速率最小，图中斜率越大，反应速率越快，并且①中产生O2是②③④的一半，则代表实验①的为Ⅳ，代表实验②的为Ⅲ，代表实验③的为Ⅱ，代表实验④的为Ⅰ。 (2)对比实验③和④的目的是什么？ 提示　实验③④中，反应物浓度、反应温度相同，而实验④使用了催化剂，所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。 (3)对比实验②和③的目的是什么？ 提示　根据实验②③可知，反应③温度较高，其他条件相同，升高反应温度，反应速率加快，所以对比实验②和③的目的是研究温度对反应速率的影响。 (4)若实验④改为加1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液，其他3组实验如何改动，才能得出正确的结论？ 提示　实验①②③中催化剂一栏均改为加1 mL蒸馏水。 【解题必备】控制变量法解决问题的基本思路 “探究化学反应速率的影响因素”属于探究反应规律类型的任务。设计此类任务实验方案的关键是变量控制，可按以下步骤进行思考。 (1)定研究对象，如选定符合实验要求的化学反应。 (2)确定自变量和因变量。在本实验中，自变量为浓度、温度、接触面积、催化剂等外界条件，因变量为化学反应速率。 (3)设计实验操作，改变单一自变量。在此过程中，要明确通过实验操作应控制哪个自变量改变、哪些自变量不变。 (4)确定因变量的观测指标。在本实验中,应确定通过观察哪些现象来判断化学反应的快慢。 【变式5-1】硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶液与稀硫酸发生反应：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，析出硫的快慢可说明该反应反应速率的快慢。请判断下列几种情况下，最先看到硫析出的是(　　) 温度 Na2S2O3溶液的体积和物质的量浓度 H2SO4溶液的体积和物质的量浓度 水的体积 A 20 ℃ 5 mL0.2 mol·L－1 5 mL0.2 mol·L－1 20 mL B 20 ℃ 10 mL0.1 mol·L－1 10 mL0.1 mol·L－1 10 mL C 40 ℃ 5 mL0.3 mol·L－1 5 mL0.2 mol·L－1 20 mL D 40 ℃ 20 mL0.1 mol·L－1 10 mL0.2 mol·L－1 0 答案　D 解析　温度越高，Na2S2O3和H2SO4浓度越大，则生成硫的速率越快，现象则越明显，由选项分析，D项中温度高，反应物Na2S2O3和H2SO4浓度最大，故反应速率最快。 1．下列说法正确的是(　　) A．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1，是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1 B．由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值 C．同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快 D．在2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应中，t1、t2时刻，SO3(g)浓度分别是c1、c2，则t1～t2时间内，消耗SO2(g)的平均速率为v＝ 答案　D 解析　化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1，是指在1 s的时间内某物质的浓度变化了0.8 mol·L－1，故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或生成物浓度的增加来表示，都是正值，故B错误；同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，数值可能不同，但意义是相同的，表示的都是这个化学反应在这一段时间内的平均反应速率，故C错误；根据C项分析，在2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)反应中，t1～t2时间内，生成SO3(g)的平均速率等于消耗SO2(g)的平均速率：v＝，故D正确。 2．一定条件下，向密闭容器中通入一定量的CO和H2制备甲醇，反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得容器内H2的分压与反应时间的关系如图所示。反应到图中X点时，用H2分压表示的平均变化率为(　　) A．0.8 MPa·min－1 B．0.2 MPa·min－1 C．1.6 MPa·min－1 D．8.4 MPa·min－1 答案　B 解析　根据图中曲线得到8分钟时氢气分压改变量为1.6 MPa，则用H2分压表示的平均变化率为＝0.2 MPa·min－1，故B正确。 3．在反应2X2(g)＋Y2(g)===2Z2(g)中，经过一段时间后，测得Z2的浓度增加了0.4 mol·L－1，用Y2表示的化学反应速率为0.4 mol·L－1·s－1，则所经历的时间为(　　) A．0.1 s B．2.5 s C．0.5 s D．10 s 答案　C 解析　当Z2的浓度增加0.4 mol·L－1时，Y2的浓度应减少0.2 mol·L－1，所经历的时间为＝0.5 s，C项正确。 4．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，则正确的关系式为(　　) A．4v(NH3)＝5v(O2) B．5v(O2)＝6v(H2O) C．2v(NH3)＝3v(H2O) D．4v(O2)＝5v(NO) 答案　D 解析　在同一化学反应中，各物质的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。A选项应为5v(NH3)＝4v(O2)；B选项应为6v(O2)＝5v(H2O)；C选项应为3v(NH3)＝2v(H2O)。 5．一定温度下，在2 L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。该反应为可逆反应。下列说法正确的是(　　) A．反应开始到5 min，v(C)＝0.2 mol·L－1·min－1 B．反应开始到5 min，B的物质的量浓度增加了0.4 mol·L－1 C．反应的化学方程式为2B(g)＋C(g)3A(g) D．a点时，c(A)＝c(B) 答案　D 解析　反应开始到5 min，Δn(C)＝0.2 mol，v(C)＝＝＝＝0.02 mol·L－1·min－1，A错误；反应开始到5 min，B的物质的量由0变为0.4 mol，则物质的量浓度增加了0.2 mol·L－1，B错误；反应开始到5 min，A的物质的量变化量为0.6 mol，A为反应物，B的物质的量变化量为0.4 mol，C的物质的量变化量为0.2 mol，B、C为生成物，化学反应计量数之比等于反应体系中物质变化量之比，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)＝0.6 mol∶0.4 mol∶0.2 mol＝3∶2∶1，则反应的化学方程式为3A(g)2B(g)＋C(g)，C错误；由图可知，a点时，A、B的物质的量相同，则物质的量浓度也相同，D正确。 6．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(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最快的是(　　) A．v(A)＝0.5 mol·L－1·min－1 B．v(B)＝1.2 mol·L－1·s－1 C．v(D)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(C)＝0.1 mol·L－1·s－1 答案　D 解析　B物质是固体，不能用浓度变化表示反应速率；C项中对应的v(A)＝0.2 mol·L－1·min－1；D项中对应的v(A)＝3 mol·L－1·min－1。 7．恒温、恒容的密闭容器中进行反应：A(g)＋B(g)===C(g)，若反应物的浓度从2 mol·L－1降到0.8 mol·L－1需20 s，那么反应物浓度由0.8 mol·L－1降到0.2 mol·L－1所需的反应时间(　　) A．10 s B．大于10 s C．小于10 s D．无法判断 答案　B 解析　如果按反应物浓度从2 mol·L－1降到0.8 mol·L－1需20 s计算，那么反应物浓度由0.8 mol·L－1降到0.2 mol·L－1所需的反应时间为10 s。随着反应的进行，反应物的浓度逐渐降低，化学反应速率逐渐减慢，因此所需的反应时间应大于10 s。 8．将质地相同的大理石磨制成相同大小的四块立方体，分别与足量的20 ℃ 1 mol·L－1的盐酸、15 ℃ 0.25 mol·L－1的盐酸、20 ℃ 2 mol·L－1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸反应，得到图中的四条曲线，其中表示15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸和大理石反应的是曲线(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 答案　C 解析　一般来说，温度越高，反应物浓度越大，反应速率越大，则反应速率从大到小的顺序为20 ℃ 2 mol·L－1的盐酸、20 ℃ 1 mol·L－1的盐酸、15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸和15 ℃ 0.25 mol·L－1的盐酸，故表示15 ℃ 1 mol·L－1的盐酸和大理石反应的是曲线3，C正确。 9．将形状相同、表面洁净的铝箔与铁片分别置于同温下2 mol·L－1的盐酸中，c(HCl)随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a为铝箔，前10 min铝箔反应生成H2的物质的量为0.75 mol B．b为铁片，前40 min铁片反应生成H2的物质的量为0.5 mol C．前10 min铝箔与盐酸反应速率为v(HCl)＝1.5 mol·L－1·min－1 D．前40 min铁片与盐酸反应速率为v(HCl)＝0.025 mol·L－1·min－1 答案　D 解析　v(HCl)＝＝＝0.025 mol·L－1·min－1。 10．(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0.2 mol·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2 L的密闭容器中，充入2 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为____________________________。 (3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初2 s 内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在2 s时，容器中有______ mol A，此时C的物质的量浓度为______。 答案 (1)0.6　(2)0.05 mol·L－1·s－1 (3)8.8　0.08 mol·L－1 1．化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如下图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是(　　) A．2.5 μmol·L－1·min－1和2.0 μmol·L－1 B．2.5 μmol·L－1·min－1和2.5 μmol·L－1 C．3.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1 D．5.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1 答案 B 解析 据图可知，4 min时化合物Bilirubin的浓度为20 μmol·L－1,8 min时其浓度为10 μmol·L－1，因此4～8 min间的平均反应速率为＝2.5 μmol·L－1·min－1。进一步分析图像可知0～4 min间的平均分解速率为＝5.0 μmol·L－1·min－1，由以上分析数据大致可确定平均分解速率基本呈等比递减变化，因此可估算8～12 min间平均分解速率为1.25 μmol·L－1·min－1,12～16 min间平均分解速率为0.625 μmol·L－1·min－1，因此16 min时反应物的浓度大致应为10 μmol·L－1－1.25 μmol·L－1·min－1×4 min－0.625 μmol·L－1·min－1×4 min＝2.5 μmol·L－1，故B项正确。 2．一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，下列对该反应的推断合理的是(　　) A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D) C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 mol·L－1·s－1 D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等 答案 C 解析 Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝(1.2－0)mol∶(1.0－0.4)mol∶(1.0－0.2)mol∶(0.4－0)mol＝6∶3∶4∶2，所以化学方程式为：3B＋4C6A＋2D，A错误；不论在什么时刻，用各物质表示的速率之比等于化学计量数之比，B、D错误。 3．为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解反应的催化效果，甲、乙两位同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。下列叙述中不正确的是(　　) A．图甲所示实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小 B．若图甲所示实验中反应速率为①>②，则一定说明Fe3＋比Cu2＋对H2O2分解催化效果好 C．用图乙所示装置测定反应速率，可测定反应产生的气体体积及反应时间 D．为检查图乙所示装置的气密性，可关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，观察活塞是否回到原位 答案 B　解析 图甲所示实验中没有说明两反应液的温度是否相同，而且没有相应实验来证明Cl－和SO对应的影响，故该实验不能确定Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果。 4．在碘化钾和硫酸的混合溶液中加入H2O2水溶液，迅速发生反应，放出大量气体，反应过程表示如下： ①H2O2＋2KI＋H2SO4===I2＋K2SO4＋2H2O； ②H2O2＋I2===2HIO； ③H2O2＋2HIO===I2＋O2↑＋2H2O。 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．H2O2在反应③中作氧化剂 B．溶液的温度与反应速率无关 C．碘单质是过氧化氢分解的催化剂 D．一定量H2O2反应的KI溶液浓度越大，反应速率越慢 答案 C 解析 H2O2中氧元素化合价变化为－1→0，化合价升高，H2O2作还原剂，A错误；升温能加快化学反应速率，B错误；根据反应②③可以得出碘单质是过氧化氢分解的催化剂，C正确；因碘单质是催化剂，碘单质的浓度大小与KI溶液浓度有关，所以一定量H2O2反应的KI溶液浓度越大，反应速率越快，D错误。 5．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题： (1)上述实验中发生反应的化学方程式有_____________________________。 (2)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________。 (3)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有_________________________________(答两种)。 (4)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列的实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。 　 实验 混合溶液　　　 A B C D E F 4 mol·L－1 H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5 饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20 H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0 ①请完成此实验设计，其中：V1＝__________，V6＝__________，V9＝________。 ②该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高，但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因 ________________________________________________________________________。 答案 (1)CuSO4＋Zn=ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑　 (2)Ag2SO4 (3)升高反应温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌的比表面积等(答两种即可) (4)①30　10　17.5　②当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与H2SO4溶液的接触面积 解析 (1)在稀硫酸中加入硫酸铜后发生了两个反应：CuSO4＋Zn=ZnSO4＋Cu、Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。(2)只要是比锌的金属性差的金属都可以加快生成氢气的反应速率，故在所给的物质中只有Ag2SO4符合题意。(3)要加快生成氢气的反应速率，还可以采取如下措施：升高温度、适当增大硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等。(4)因为要研究硫酸铜的量对反应速率的影响，故应保持硫酸的浓度在各组实验中相同，则硫酸溶液的体积均取30 mL，根据F中增加的水与硫酸铜溶液的体积之和为20 mL，可以求得V6＝10 mL，V8＝19.5 mL，V9＝17.5 mL，V10＝15 mL。由于析出的铜的量较多，会覆盖在锌的表面，使得锌与稀硫酸接触面积大大减小，故反应速率反而减慢了。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$