内容正文:
第2章
化学键 化学反应规律
第2章 化学键 化学反应规律
化 学
选择性必修 2
知 识 点 一
强 化 落 实
知 识 点 二
学 科 素 养
课 时 精 练
第3节 化学反应的快慢和限度
第1课时 化学反应的快慢
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知识点一 化学反应的快慢
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知识点二 影响化学反应速率的因素
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课程标准解读
1.会从速率方面去认识调控化学反应的重要性。
2.知道化学反应平均速率的表示方法,通过实验探究影响化学反应速率的因素。
3.认识化学变化是有条件的,学习运用变量控制方法研究化学反应,了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
eq \a\vs4\al(微点拨)
在同一化学反应里,用不同的物质表示的反应速率数值可能不同,但意义相同,故描述反应速率时必须指明具体的物质。
√
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率。( )
(2)可以用任何物质表示化学反应速率。( )
(3)反应速率的单位通常为mol·s-1或mol·min-1。( )
(4)反应速率越大,则反应现象越明显。( )
(5)对同一个化学反应,用不同物质表示的化学反应速率,其数值越大,则表示化学反应速率越快。( )
(6)可以用单位时间某气体生成物的体积变化来表示该反应的反应速率。( )
×
×
×
×
×
在学习工业合成氨的相关知识后,某化学小组的同学对这一改变人类命运的化学反应产生了极大的兴趣。在查阅相关资料后,在实验室中模拟氨气的合成,把测得的数据处理转换。建立数据模型如下:在一个2 L容器中充入1 mol N2、1 mol H2的混合气体,测得容器内各种气体的物质的量随时间变化的曲线如图。
问题1 能根据公式v= eq \f(Δc,Δt) 计算b点的速率吗?
问题2 试计算a、b、c点所经历时间段的化学反应速率?
提示: a点:Δn(N2)=1 mol-0.9 mol=0.1 mol,Δc(N2)= eq \f(Δn(N2),V) = eq \f(0.1 mol,2 L) =0.05 mol·L-1,v(N2)= eq \f(Δc(N2),Δt) = eq \f(0.05 mol·L-1,2 min) =0.025 mol·L-1·min-1;b点:v(H2)= eq \f(Δc(H2),Δt) = eq \f(\f(0.3 mol,2 L),2 min) =0.075 mol·L-1·min-1;c点:v(NH3)= eq \f(Δc(NH3),Δt) = eq \f(\f(0.32 mol,2 L),5 min) =0.032 mol·L-1·min-1。
问题3 a、b点是同一个反应在同一段时间内的变化,为何反应速率的数值不同?
提示: 反应中N2、H2消耗的物质的量不同,表示出的化学反应速率也不同,但速率的比值等于其化学计量数之比。
问题4 如何比较化学反应从开始到a点、c点所表示的时间段反应速率的大小?
提示: 需要通过化学计量数转化为同一物质表示的速率,再进行比较。c点如果用N2表示应为v(N2)= eq \f(1,2) v(NH3)= eq \f(1,2) ×0.032 mol·L-1·min-1=0.016 mol·L-1·min-1;所以前2 min化学反应速率要大于5 min内的反应速率。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
1.已知某条件下,合成氨反应的数据如下:
N2+3H22NH3
起始浓度/(mol·L-1) 1.0 3.0 0.2
2 s末浓度/(mol·L-1) 0.6 1.8 1.0
4 s末浓度/(mol·L-1) 0.4 1.2 1.4
当用氨浓度的增加来表示该反应的速率时,下列说法中错误的是( )
A.2 s末氨的反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
B.前2 s内氨的平均反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
C.前4s内氨的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
D.2~4 s内氨的平均反应速率为0.2 mol·L-1·s-1
A [化学反应速率指的是一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率,A项错误。]
2.(2024·天津宁河芦台二中高一测试)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)=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)=1 mol·L-1·s-1
B [A项, eq \f(v(A),2) = eq \f(0.5 mol·L-1·s-1,2) =0.25 mol·L-1·s-1;B项, eq \f(v(B),1) = eq \f(0.3 mol·L-1·s-1,1) =0.3 mol·L-1·s-1;C项, eq \f(v(C),3) = eq \f(0.8 mol·L-1·s-1,3) ≈0.27 mol·L-1·s-1;D项, eq \f(v(D),4) = eq \f(1 mol·L-1·s-1,4) =0.25 mol·L-1·s-1。]
3.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t min后,测得物质的浓度分别为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
C [由题意知此时间段内X2和Y2的浓度分别减少了0.6 mol·L-1、0.2 mol·L-1,而Z的浓度增加了0.4 mol·L-1,因此根据浓度变化量之比等于相应的化学计量数之比可知,反应的化学方程式可表示为3X2+Y22Z,根据原子守恒可知Z的化学式为X3Y或YX3。]
物质本身的内在性质
1.内因:化学反应速率的大小主要取决于________________________。
2.外因:在其他条件相同时:
3.调控化学反应速率的意义
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)Na、Mg、Al的金属性决定了它们与水反应的速率大小。( )
(2)对一定条件下C(s)+O2(g) eq \o(=====,\s\up17(△)) CO2(g)的反应,增加C的量,该反应化学反应速率加快。( )
(3)对于放热反应,升高温度化学反应速率减小。( )
(4)改变压强,化学反应速率必然改变。( )
(5)用铁和稀硫酸反应制取氢气时,换成浓硫酸,产生氢气的速率加快。( )
(6)H2O2受热或使用MnO2作催化剂时其分解速率均加快。( )
√
√
在周朝的时候,古人就发明了一种东西,专门用来保存冰。最开始的时候,冰鉴只是用来保存冰,让皇帝解暑用的,而到了后面,有个御膳房的厨师发现:在北方,冬天下雪的时候,寒气可以让食物更长久,而冰也是一种寒气,所以就发明了用冰鉴进行保鲜。
问题1 古代的冰鉴和现代的冰箱能够较长时间保存食物的原理是什么?
提示: 通过降低温度,降低化学反应的速率,起到延长食品保存时间。
问题2 生活中用煤粉代替煤块并向炉膛鼓风,可以使炉火更旺,原理是什么?
提示: 增大煤与空气的接触面积,加快反应速率。
问题3 Mg与2.0 mol/L的盐酸反应过程中化学反应速率与时间变化关系如图所示,当t0~t1=t1~t2时,t0~t1时间内的反应速率与t1~t2时间内该反应的反应速率相比哪个大?可能的原因是什么?
提示: t1~t2时间内的反应速率大,可能的原因是该反应是放热反应,温度升高,化学反应速率加快。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
外界条件对化学反应速率的影响
1.浓度
(1)只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)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.温度
(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。
(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
(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。
如恒温恒容: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。
4.催化剂
催化剂能同等程度地改变正、逆反应的化学反应速率。
5.固体接触面积
化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越快。
1.下表各组反应(表内物质均为反应物,形状、体积几乎相同)刚开始时,放出H2速率最大的是( )
选项
金属
(粉末状)
物质
的量
酸的浓度
酸的体积
反应温度
A
Al
0.1 mol
18.4 mol·L-1 H2SO4
10 mL
60 ℃
B
Zn
0.1 mol
3 mol·L-1 HCl
10 mL
30 ℃
C
Fe
0.1 mol
6 mol·L-1 HNO3
10 mL
60 ℃
D
Zn
0.1 mol
3 mol·L-1 CH3COOH
10 mL
30 ℃
B [Al和浓硫酸在加热条件下反应生成SO2,不是H2,故A错误;Fe与稀硝酸反应也无H2生成,故C错误;B和D相比,反应温度相同,反应物都为Zn,但B中盐酸为强酸,反应速率较大,故选B。]
2.少量铁片与100 mL 0.01 mol·L-1的稀盐酸反应,为了加快反应速率且不改变H2的产量,可以使用如下方法中的( )
①加H2O ②加KNO3溶液 ③滴入几滴浓盐酸
④加入少量铁粉 ⑤加NaCl溶液 ⑥滴入几滴硫酸铁溶液 ⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用10 mL 0.1 mol·L-1的盐酸
A.①⑥⑦ B.③⑤⑧
C.③⑦⑧ D.②③④⑥⑦⑧
C [①加水,降低了盐酸的浓度,故反应速率减慢;②加硝酸钾溶液相当于加入硝酸,不会生成氢气;③加浓盐酸,反应速率加快;④加入铁粉,铁与盐酸反应生成氢气的量增多;⑤加氯化钠溶液,相当于稀释盐酸,故反应速率减慢;⑥滴加硫酸铁溶液,铁与硫酸铁反应,使得与盐酸反应的铁减少,故减少了产生氢气的量,并且稀释了盐酸,反应速率减慢;⑦升高温度,反应速率加快;⑧改用浓度大的盐酸,反应速率加快。]
3.下列有关化学反应速率的叙述错误的是( )
A.探究催化剂对H2O2分解速率的影响:在相同条件下,向一支试管中加入2 mL 5%H2O2和1 mL H2O,向另一支试管中加入2 mL 10%H2O2和1 mL FeCl3溶液,观察并比较实验现象
B.FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变不同
C.化学反应:CO(g)+H2S(g)===COS(g)+H2(g),一定温度下增大压强不一定能加快反应速率
D.研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在着CuCl而起催化作用,增大了反应的速率
A [A项,两支试管中c(H2O2)不相同,一支试管中有FeCl3作催化剂,另一支试管中没有,则不能达到探究催化剂对H2O2分解速率的影响的目的。B项,FeCl3和MnO2均可用作H2O2分解的催化剂,但FeCl3和MnO2性质有差别,故同等条件下对H2O2分解速率的改变不同。C项,一定温度下,对于反应CO(g)+H2S(g)===COS(g)+H2(g),增大压强,反应物浓度不一定增大,即反应速率不一定增大。D项,催化剂能增大反应的速率。]
(1)可以用概念及反应速率之比等于化学计量数之比求算化学反应速率,也可通过实验测定化学反应速率。
(2)若A(s)+2B(g)===C(g)+3D(g),则v(B)∶v(C)∶v(D)=2∶1∶3,但该反应一般不采用A物质表达化学反应速率,因为A为固态。
(3)同一化学反应的反应速率用不同物质表示可能不同,但是所表示的意义相同。
(4)影响化学反应速率的主要因素是物质本身的性质而不是外界因素。
(5)温度、浓度、压强、催化剂以及反应物的接触面积都会影响化学反应速率,但压强的改变只对有气体参加的化学反应速率产生影响。
1.对于化学反应3W(g)+2X(g)===4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系中正确的是( )
A.v(W)=3v(Z) B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y)
D.3v(W)=2v(X)
C [同一个化学反应中各物质表示的反应速率之比等于其相应的化学计量数之比,则根据反应的化学方程式可知应该有v(W)∶v(X)∶v(Y)∶v(Z)=3∶2∶4∶3,故C正确。]
2.对于反应C(s)+CO2(g)===2CO(g),下列措施可使反应速率加快的是( )
①升高温度 ②增加碳的量 ③恒温恒容下通入CO2 ④恒温恒压下充入N2 ⑤恒温恒容下充入N2
A.①③④ B.②④ C.①③ D.③⑤
C [①对:升高温度,反应速率加快。②错:碳是固体,增加固体的量,反应速率不变。③对:恒温恒容下通入CO2,由于容器容积不变,所以二氧化碳的浓度增大,反应速率加快。④错:恒温恒压下充入N2,容器体积增大,参与反应的物质的浓度降低,反应速率减慢。⑤错:恒温恒容下充入N2,容器体积不变,参与反应的物质的浓度不变,反应速率不变。]
3.反应条件与环境对化学反应会产生影响,下列说法错误的是( )
选项
化学反应
影响因素
A
过氧化氢不稳定,向溶液中加入少量MnO2后分解速率明显加快
催化剂
B
Na与O2反应既能生成Na2O也能生成Na2O2
温度
C
20 mL过氧化氢比10 mL过氧化氢产生更多的O2
浓度
D
过氧化氢在酸、碱、中性条件下将高锰酸钾分别还原成Mn2+、MnO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 、MnO2
溶液的酸碱性
C [H2O2加入少量MnO2后能加快反应速率,所以MnO2作H2O2分解的催化剂,A正确;钠和氧气在常温下生成氧化钠,在加热条件下生成过氧化钠,所以反应温度不同,B正确;20 mL H2O2比10 mL H2O2产生更多的氧气,原因为H2O2量多生成的氧气就多,C错误;过氧化氢在酸、碱、中性条件下将高锰酸钾分别还原成Mn2+、MnO eq \o\al(\s\up1(2-),\s\do1(4)) 、MnO2,说明溶液的酸碱性不同,高锰酸钾的氧化性就不同,D正确。]
4.(2024·邢台高一下学期期中)根据所学知识,回答下列问题:
(1)在反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)中,若以N2表示的该反应的化学反应速率为0.2 mol·L-1·min-1,则以H2表示此反应的化学反应速率为________mol·L-1·min-1;
(2)在5 L的恒容密闭容器中,充入0.1 mol N2和0.4 mol H2,在一定条件下发生反应,2 s后测得N2的物质的量为0.09 mol,则以NH3的浓度变化表示的反应速率为________ mol·L-1·s-1;
(3)将0.2 mol NH3充入容积为10 L的恒容密闭容器中,某温度下发生反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g),在0~2 s内,消耗NH3的平均速率为0.002 mol·L-1·s-1,则在2 s时,容器中生成________mol H2,此时NH3的物质的量浓度为________mol·L-1。
解析: (1)化学反应速率之比等于化学计量数之比,v(H2)=3v(N2)=0.6 mol·L-1·min-1;(2)2 s后测得N2的物质的量为0.09 mol,在2s内N2反应了0.1 mol-0.09 mol=0.01 mol,v(N2)= eq \f(\f(0.01 mol,5 L),2 s) =0.001 mol·L-1·s-1,则以NH3的浓度变化表示的反应速率为v(NH3)=2v(N2)=0.002 mol·L-1·s-1;(3)2 s内NH3转化的物质的量为n(NH3)=0.002 mol·L-1·s-1×2 s×10 L=0.04 mol,则在2 s时,容器中生成的H2的物质的量为n(H2)=1.5n(NH3)=1.5×0.04 mol=0.06 mol,此时NH3的物质的量浓度为c(NH3)= eq \f((0.2-0.04) mol,10 L) =0.016 mol·L-1。
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