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第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率与限度
第1课时 化学反应的速率
学习目标 核心素养
1.了解化学反应速率的含义及其表示方法。
2.了解影响化学反应速率的因素。
3.初步了解控制化学反应速率的方法。 1.科学探究与创新意识:能从影响化学反应速率的因素出发,设计实验方案探究影响因素。
2.变化观念与平衡思想:从变化的视角及理论模型认识外界条件对化学反应速率的影响。
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
1.关于化学反应速率的说法正确的是( )
A.化学反应速率可表示反应进行的程度
B.化学反应速率是指一定时间内,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.对于任何化学反应来说,反应速率越快,反应现象就越明显
D.根据反应速率的大小可知化学反应进行的相对快慢
答案 D
第1课时 化学反应的速率
二、影响化学反应速率的因素
1.实验探究
(1)温度对化学反应速率影响的探究
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
产生气泡速率较慢
产生气泡速率较快
加快
第1课时 化学反应的速率
实验
操作
实验现象 滴加1 mol·L-1盐酸的试管中产生气泡速率更快
实验结论 增大反应物盐酸的浓度,生成CO2的速率 加快
加快
(2)反应物浓度对化学反应速率影响的探究
第1课时 化学反应的速率
加快
第1课时 化学反应的速率
(4)固体反应物表面积对化学反应速率影响的探究
实验
操作
实验现象 加碳酸钙粉末的试管内产生气泡较快,加块状碳酸钙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 越大
越大
第1课时 化学反应的速率
2.影响化学反应速率的因素
(1)内因
反应物本身的 性质 是影响化学反应速率的主要因素。
性质
第1课时 化学反应的速率
(2)外因(其他条件不变,只改变一个条件)
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
[对应学生用书第44页]
要点一 反应速率的理解、计算与比较
1.能否用固体或纯液体物质来表示化学反应速率?
提示:不能;原因是固体或纯液体物质的浓度一般视为常数,单纯改变它们的用量,浓度视为不变。
第1课时 化学反应的速率
2.一定温度下,向2 L的密闭容器中加入2 mol N2、6 mol H2,反应2 min后,测得容器中NH3的物质的量为0.8 mol。
(1)分别求出2 min内用N2、H2和NH3表示的化学反应速率是多少?
(2)用N2、H2和NH3表示的化学反应速率的数值是否相等?其数值大小有何关系?
第1课时 化学反应的速率
提示:(1) N2 + 3H2 2NH3
起始浓度(mol·L-1): 1 3 0
变化浓度(mol·L-1): 0.2 0.6 0.4
2 min时浓度(mol·L-1): 0.8 2.4 0.4
v(N2)==0.1 mol·L-1·min-1
v(H2)==0.3 mol·L-1·min-1
v(NH3)==0.2 mol·L-1·min-1。
第1课时 化学反应的速率
(2)不相等;v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)=0.1∶0.3∶0.2=1∶3∶2,即速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
第1课时 化学反应的速率
1.化学反应速率的正确理解
第1课时 化学反应的速率
2.化学反应速率的计算方法
(1)定义式法:利用公式v==计算化学反应速率,也可以利用公式计算物质的量或物质的量浓度变化或时间等。
(2)关系式法:同一反应中,化学反应速率之比=物质的量浓度变化量之比=物质的量变化量之比=化学计量数之比。另外,也可以利用该等量关系书写未知的化学方程式或找各物质的速率关系。
第1课时 化学反应的速率
3.反应速率大小比较的两种方法
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,应先统一单位,再比较:
(1)归一法:换算成同一物质,再比较数值大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA+bBcC,要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较与的相对大小,若>,则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
要点二 影响化学反应速率的外界因素
据2020年1月6日报道:内江为推行“垃圾分类处理”政策而统一配置标识清晰颜色区分的分类投放收集设施,做到“干湿分离”。为了变废为宝,小颖推行利用废铁制取氢气。对于Fe+H2SO4(稀)FeSO4+H2↑,改变某些条件会影响产生氢气的速率,v(H2)-t图中,为何AB段v逐渐增大,BC段又逐渐减小?
第1课时 化学反应的速率
提示:AB段(v逐渐增大),主要原因是反应放热,导致温度升高,反应速率逐渐增大;BC段(v逐渐减小),则主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)逐渐减小,导致反应速率逐渐减小。
第1课时 化学反应的速率
1.内因
第1课时 化学反应的速率
2.外因
在其他条件相同时,改变某一条件:
影响因素 影响结果
浓度 增大反应物的浓度,速率加快;
减小反应物的浓度,速率减慢
温度 升高温度,速率加快;
降低温度,速率减慢
压强 增大气态反应物的压强,速率加快;
减小气态反应物的压强,速率减慢
第1课时 化学反应的速率
影响因素 影响结果
催化剂 使用催化剂能改变反应速率
固体反应物的表面积 增大固体反应物的表面积,化学反应速率加快;减小固体反应物的表面积,化学反应速率减慢
其他 形成原电池、使用合适的溶剂等也影响化学反应速率
第1课时 化学反应的速率
3.正确理解外界条件对化学反应速率的影响
(1)温度对化学反应速率的影响
无论是放热反应还是吸热反应,升温都能加快化学反应速率,不能认为升温只会加快吸热反应的反应速率。温度对反应速率的影响与反应物的状态无关。
(2)浓度对化学反应速率的影响
反应物的浓度影响反应速率只适用于在溶液中进行的反应或有气体参加的反应,改变纯液体或固体的量不会引起浓度的变化,不影响化学反应速率。
第1课时 化学反应的速率
①若参加反应的物质为固体或液体,由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为化学反应速率不变;
(3)压强对化学反应速率的影响
②对于有气体参加的反应而言,改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是气体的浓度发生了改变。因此讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因,这种改变对反应体系中气体的浓度产生何种影响,由此判断出对反应速率有何影响。例如:
第1课时 化学反应的速率
恒温恒容时,充入惰性气体引起体系总压强增大,但各反应成分的分压不变,即各反应成分的浓度不变,化学反应速率不变。
恒温恒压时,充入惰性气体引起容器容积增大,各反应成分的浓度减小,反应速率减小。
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
2.对于硫酸工业中SO2的催化氧化反应2SO2+O22SO3,下列说法错误的是( )
A.使用催化剂能加快化学反应速率
B.增大压强对反应速率无影响
C.降低反应温度,化学反应速率减慢
D.增大O2浓度,化学反应速率增大
第1课时 化学反应的速率
解析 使用催化剂,加快反应速率,A项正确;该反应为气相反应,增大压强可增大反应物的浓度,则反应速率增大,B项错误;降低温度,化学反应速率减慢,C项正确;增大O2浓度,化学反应速率增大,D项正确。
答案 B
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
第1课时 化学反应的速率
2.在C(s)+CO2(g)2CO(g)反应中可使反应速率增大的措施是( )
①缩小容器的体积 ②增加碳的量 ③通入CO2 ④恒压下充入N2 ⑤恒容下充入N2 ⑥通入CO
A.①③⑤ B.②④⑥
C.①③⑥ D.③⑤⑥
第1课时 化学反应的速率
解析 缩小容器体积,压强增大,反应速率加快,①正确;C是固体,增加C的量,不影响反应速率,②错误;通入CO2,CO2浓度增大,反应速率加快,③正确;恒压下充入N2,体积增大,参加反应的气体的浓度减小,反应速率减小,④错误;恒容下充入N2,参加反应的气体的浓度不变,反应速率不变,⑤错误;通入CO,气体浓度增大,反应速率增大,⑥正确。
答案 C
第1课时 化学反应的速率
3.(苏州高一期中)在反应2A+B3C+4D中(各物质均为气体),表示该反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.5 mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.3 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.8 mol·L-1·s-1
D.v(D)=30 mol·L-1·min-1
第1课时 化学反应的速率
解析 单位换算一致后,将各反应速率换算为同一物质进行比较,假如都换算为A物质的速率,则A项为v(A)=0.5 mol·L-1·s-1;B项为v(A)=2v(B)=0.6 mol·L-1·s-1;C项为v(A)=v(C)≈0.53 mol·L-1·s-1;D项为v(A)=v(D)=× mol·L-1·s-1=0.25 mol·L-1·s-1,故选B。
答案 B
第1课时 化学反应的速率
4.(莆田高一期中)某温度时,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z(均为气体)三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
(1)由图中所给数据进行分析,该反应的化学方程式为 。
第1课时 化学反应的速率
(2)反应从开始至2 min,用Z的浓度变化表示的平均反应速率为v(Z)= 。
(3)2 min时容器内混合气体的总压强与起始时相比 (填“增大”“减小”或“不变”);混合气体密度与起始时相比 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)下列措施能加快反应速率的是 。
A.恒压时充入He B.恒容时充入He
C.恒容时充入X D.及时分离出Z
E.升高温度 F.选择高效的催化剂
第1课时 化学反应的速率
解析 (1)X、Y的起始物质的量均为1 mol,随着时间的变化,物质的量在减小,为反应物,Z的起始物质的量为0,为生成物,2 min后,X、Y、Z的物质的量不再发生变化且均不为0,说明该反应为可逆反应,X、Y、Z的变化的物质的量分别为0.3 mol、0.1 mol、0.2 mol,变化的物质的量之比等于化学计量数之比,则反应的化学方程式为3X+Y2Z。(2)反应从开始至2 min,容器的体积为2 L,用Z的浓度变化表示的平均反应速率为v(Z)====0.05 mol·L-1·min-1。
第1课时 化学反应的速率
(3)由题图中数据可知,2 min时气体的总物质的量为0.7 mol+0.9 mol+0.2 mol=1.8 mol,在相同情况下,气体的压强之比等于物质的量之比,故2 min时,容器内混合气体的总压强比起始时小;从开始到2 min,气体的总质量不变,容器体积不变,所以密度始终不变。(4)恒压时充入He,体系分压减小,反应速率减小,A错误;恒容时充入He,不影响X、Y、Z的浓度,反应速率不变,B错误;恒容时充入X,X的浓度增大,反应速率加快,C正确;及时分离出Z,反应速率不加快,D错误;升高温度,化学反应速率加快,E正确;选择高效的催化剂,反应速率加快,F正确。
答案 (1)3X+Y2Z (2)0.05 mol·L-1·min-1
(3)减小 不变 (4)CEF
第1课时 化学反应的速率
[对应学生用书第43页]
一、化学反应速率及其表示方法
(3)催化剂对化学反应速率影响的探究
实验
操作
实验现象
滴加FeCl3溶液的试管中先产生气泡
实验结论
使用催化剂能使H2O2分解速率____
2.下列做法增大了化学反应速率的是( )
A.将糕点存放在冰箱里,并在其包装袋中放入脱氧剂,以延长保质期
B.足量锌粒与稀硫酸反应制氢气时,加入少量硫酸铜溶液
C.合成氨工业中,将氨气及时液化分离
D.鲜花店内放置高锰酸钾溶液,降低空气中乙烯浓度,便于鲜花保鲜
答案 B
[例1] (1)在反应A(g)+3B(g)===2C(g)中,若以物质A表示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的物质的量为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________。
[解析] (1)根据化学方程式中的化学计量数关系: eq \f(v(B),v(A))= eq \f(3,1),v(B)=3v(A)=3×0.2 mol·L-1·min-1=0.6 mol·L-1·min-1。
(2)解法一:3 s内消耗的N2的物质的量为2 mol-1.9 mol=0.1 mol,根据化学方程式N2+3H22NH3,可以计算出3 s内消耗的H2的物质的量为
0.3 mol,根据化学反应速率的计算公式,v(H2)= eq \f(0.3 mol,2 L×3 s)=0.05 mol·L-1·s-1。
解法二:先计算出用N2表示的化学反应速率:v(N2)= eq \f(2 mol-1.9 mol,2 L×3 s)=
eq \f(1,60) mol·L-1·s-1,再根据化学方程式的计量数关系,计算出用H2表示的化学反应速率:v(H2)=3v(N2)=0.05 mol·L-1·s-1。
[答案] (1)0.6 (2)0.05 mol·L-1·s-1
(3)8.8 0.08 mol·L-1
1.(吉林延边二中高一期中)在2A(g)+B(g)3C(g)+4D(g)反应中,表示该反应速率最快的是( )
A.v(A)=1.5 mol·L-1·min-1
B.v(B)=1.8 mol·L-1·min-1
C.v(C)=0.08 mol·L-1·s-1
D.v(D)=0.1 mol·L-1·s-1
解析 因同一反应用不同物质表示时,速率可能不同,所以比较反应速率时,应使用同一种物质。我们以B物质为参照物,将其他选项都转化为用B表示的反应速率。A项,v(A)=1.5 mol·L-1·min-1,则v(B)=0.75 mol·L-1·min-1;B项,v(B)=1.8 mol·L-1·min-1;C项,v(C)=0.08 mol·L-1·s-1=4.8 mol·L-1·
min-1,则v(B)=1.6 mol·L-1·min-1;D项,v(D)=0.1 mol·L-1·s-1=6 mol·
L-1·min-1,则v(B)=1.5 mol·L-1·min-1,故B项速率最快。
答案 B
[例2] (广西钦州高一月考)下列措施对增大反应速率明显有效的是( )
A.恒温、恒容条件下,向C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)反应体系中增加C的量
B.Fe与稀硫酸反应制取H2时,改用浓硫酸
C.过氧化氢分解时,加入适量的MnO2
D.合成氨反应中,在恒温、恒容条件下充入氩气使体系压强增大
[解析] 碳为固体,反应体系中增加碳的量不影响反应速率,A错误;铁与浓硫酸反应不生成氢气,且常温下铁遇浓硫酸发生钝化,表面的氧化膜阻碍了反应的进行,B错误;二氧化锰可以催化过氧化氢分解,加快反应速率,C正确;恒温、恒容条件下充入氩气使体系压强增大,但是不改变反应物的浓度,反应速率不受影响,D错误。
[答案] C
[对应学生用书第46页]
1.(山西朔州怀仁第一中学高一期中)在密闭容器中W与X反应生成Y和Z,其反应速率分别为v(W)、v(X)、v(Y)、v(Z),已知存在如下关系:v(W)=2v(X),v(Y)=2v(X),v(Z)=2v(W),则此反应可表示为( )
A.W+2X===Y+4Z
B.W+2X===Y+2Z
C.2W+X===2Y+4Z
D.2W+X===2Y+2Z
解析 在密闭容器中W与X反应生成Y和Z,则W、X为反应物,Y、Z是生成物,已知存在如下关系: eq \f(v(W),v(X))=2, eq \f(v(Y),v(X))=2, eq \f(v(Z),v(W))=2,则得到v(Z)∶v(W)∶v(Y)∶v(X)=4∶2∶2∶1,则此反应可表示为2W+X===2Y+4Z,故C正确。
答案 C
$$