第6章 第2节 课时1 化学反应的速率-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

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 素养解读 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．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。 3．学会运用变量控制研究影响化学反应速率的方法 理解并掌握化学反应速率的计算公式，并通过实验探究影响化学反应速率的因素，形成一个由宏观到微观、由感性到理性的科学探究过程，发展宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养 任务一　化学反应速率及表示方法 1．含义：用来表示化学反应过程进行的快慢的物理量。 2．表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增大(均取正值)来表示。 3．表达式：v=。 4．单位：mol/(L·min)或mol/(L·s)。 5．示例：某反应的反应物浓度在5 min内由 变为2 mol·L-1，则以该反应物浓度的变化表示的该反应在这段时间内的平均反应速率为 0.8_mol/(L·min)。 [提醒] (1)在同一化学反应里，用不同的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物质。 (2)固体或纯液体的物质的量浓度记为常数，Δc＝0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。 (3)化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。 (4)用不同反应物表示化学反应速率时：化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比 (注意单位一致)。 【易错辨析】 (1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显(×) (2)对有固体参加的化学反应，可用单位时间固体浓度的改变量表示化学反应速率(×) (3)化学反应速率的单位通常为mol·s-1或mol·min-1(×) (4)化学反应速率为1.0 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为1.0 mol·L-1(×) (5)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(×) 为研究碳酸钙与稀盐酸反应的速率，某同学通过实验测定反应中生成CO2的体积(V)(已折算成标准状况)随反应时间(t)变化的情况，绘制曲线如下，稀盐酸的体积为100 mL，忽略反应过程中溶液体积的变化。 问题1.写出碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式，并依据v＝，分别计算OA段中v(HCl)、AB段中v(CaCl2)和BC段中v(HCl)。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。OA段n(CO2)＝0.112 L/(22.4 L/mol)＝0.005 mol，则反应消耗0.01 mol HCl，v(HCl)＝0.01 mol/(0.1 L×1 min)＝0.1 mol/(L·min)；AB段n(CO2)＝0.224 L/(22.4 L/mol)＝0.01 mol，则反应生成0.01 mol CaCl2，v(CaCl2)＝0.01 mol/(0.1 L×1 min)＝0.1 mol/(L·min)；BC段n(CO2)＝0.112 L/(22.4 L/mol)＝0.005 mol，则反应消耗0.01 mol HCl，v(HCl)＝0.01 mol/(0.1 L×1.5 min)≈0.067 mol/(L·min)。 问题2.结合问题1的计算结果，比较OA、AB和BC段化学反应速率的大小。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：AB段v(CaCl2)＝0.1 mol/(L·min)，结合不同物质的化学反应速率与化学计量数的关系可得v(HCl)＝2v(CaCl2)＝0.2 mol/(L·min)；又知OA段v(HCl)＝0.1 mol/(L·min)，BC段v(HCl)≈0.067 mol/(L·min)。因此反应速率按由大到小的顺序排列为AB段>OA段>BC段。 【要点归纳】 1．化学反应速率的计算 (1)定义式法：v(A)＝ 计算化学反应速率的一般思路： (2)关系式法 对于化学反应：aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)，满足如下关系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。 上述关系可总结为化学反应速率之比＝化学计量数之比。 (3)三段式法 ①计算模式 设a mol/L、b mol/L分别为A、B两物质的起始浓度，mx mol/L为反应物A的转化浓度，则(单位：mol/L)： 　　　　 　mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g) 起始浓度　 a　 　 b　 　 0　 　0 转化浓度 mx nx px qx 某时刻浓度 a－mx b－nx px qx ②计算步骤 2．化学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，还要进行一定的转化。 (1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。 (2)比较化学反应速率与化学计量数的比值的大小。如反应aA＋bB⥫⥬cC，要比较v(A)与v(B)的大小，即比较与 的大小，若>，则用v(A) 表示的化学反应速率比用v(B)表示的化学反应速率大。 【典例分析】 【典例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：，v(B)＝3v(A)＝3×0.2 mol·L-1·min-1＝0.6 mol·L-1·min-1。 (2)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)＝＝0.05 mol·L-1·s-1。 (3)　　 　 　　　　　 3A(g)＋　B(g)⥫⥬2C(g) 起始浓度/(mol·L-1)　 1.0　　　0.5　　0 转化浓度/(mol·L-1)　 0.12　 0.04　 0.08 2 s时浓度/(mol·L-1)　 0.88　 0.46　 0.08 则2 s时，n(A)＝0.88 mol·L-1×10 L＝8.8 mol，c(C)＝0.08 mol·L-1。 答案：(1)0.6　(2)0.05 mol·L-1·s-1　(3)8.8　0.08 mol·L-1 【对点练】 1.将4 mol A和2 mol B在2 L的某容器中混合并在一定条件下发生反应2A(s)＋B(g)⥫⥬2C(g)。若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1，下列几种说法： ①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 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B的浓度为0.7 mol·L-1 ④该条件下，再经2 s后C的浓度为1.2 mol·L-1，其中正确的是(　　) A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ 解析：选C。A为固体，其浓度视为常数，一般不用固体表示反应速率，①错误；B消耗的浓度为 mol·L-1＝0.3 mol·L-1，则v(B)＝ mol·L-1·s-1＝0.15 mol·L-1·s-1，②正确；2 s时B的浓度是 mol·L-1＝0.7 mol·L-1，③正确；随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率减小，因此该条件下，再经2 s后C的浓度小于1.2 mol·L-1，④错误。 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)＝24 mol·L-1·min-1，②v(B)＝1.5 mol·L-1·s-1，③v(C)＝0.4 mol·L-1·s-1，④v(D)＝0.5 mol·L-1·s-1，该反应进行的快慢顺序为(　　) A．①＜③＜②＜④ B．④＜③＜①＜② C．②＞①＞④＞③ D．④＞③＞②＞① 解析：选C。同一反应中，不同物质的反应速率与反应方程式中的化学计量数的比值越大，反应速率越快，由题给数据可得：①=0.4mol/(L·s)；②＝0.5 mol/(L·s)；③＝0.2 mol/(L·s)；④＝0.25 mol/(L·s)；则反应进行的快慢顺序为②＞①＞④＞③，故选C。 任务二　影响化学反应速率的因素 对化学反应速率的调控在日常生活中经常进行，下列应用分别利用或体现了哪些影响化学反应速率的因素？ (1)向炉膛内鼓风、用煤粉代替煤块都可以使炉火更旺。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：增大O2浓度，增大煤炭与空气的接触面积。 (2)为防止牛奶变质，常将牛奶存放在冰箱里。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：降低温度。 1．实验探究 (1)反应温度的影响 实验 操作 实验 现象 产生气泡速率较慢_ 产生气泡速率较快 实验 结论 温度越高，H2O2 的分解速率越快 (2)反应物浓度的影响 实验 操作 实验 现象 产生气泡速率较慢 产生气泡速率较快 实验 结论 盐酸的浓度越大，碳酸钙与盐酸的反应速率越快 (3)催化剂的影响 实验 操作 实验 现象 产生气泡速率较慢 产生气泡速率较快 实验 结论 使用催化剂，可加快H2O2 的分解速率 2.小结 外界因素的改变对化学反应速率的影响(只改变一个因素)： [开拓思维] 对于H2O2的分解反应，Cu2+也有一定的催化作用。为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图所示的实验。 分析实验中选择滴加的药品严谨吗？为什么？怎样操作才能使实验更加严谨？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不严谨。实验为了探究Cu2+、Fe3+对H2O2分解的催化效果，应保证除了Cu2+、Fe3+外的其他因素相同。应将硫酸铜溶液改为氯化铜溶液，或将氯化铁溶液改为硫酸铁溶液(注意溶液中的阳离子浓度应一致)，排除阴离子对实验结果的干扰。 在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图)。 问题1.向下压缩活塞，容器内气体压强如何变化？气体浓度如何变化？反应速率如何变化？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：向下压缩活塞，气体压强增大，浓度增大，化学反应速率加快。 问题2.保持容器的容积不变，向其中充入氦气(He)，反应速率如何变化？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：充入氦气，尽管压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变。 问题3.保持容器内气体压强不变，向其中充入氦气(He)，反应速率如何变化？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：充入氦气，尽管压强不变，但容器的体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。 【要点归纳】 1．影响化学反应速率的因素 (1)内因——反应物本身的性质 反应物的化学性质越活泼，化学反应速率越大，反之越小。 (2)外因 ①浓度 在一定温度下，改变固体或纯液体物质的用量，对化学反应速率无影响，但增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂，能增大化学反应速率。 ②温度：对任何反应，升高温度，化学反应速率增大。 ③催化剂：一般地，使用催化剂能大大加快化学反应速率。 ④压强 压强通过改变气体的浓度来影响化学反应速率。对有气体参与的反应，在其他条件一定时，改变压强，若引起浓度改变，则化学反应速率改变。 恒温 增大压强―→容器容积减小―→浓度增大―→化学反应速率增大 恒温 恒容 充入气体反应物―→总压增大―→浓度增大―→反应速率加快 充入“惰性气体”―→总压增大(各分压不变)―→浓度不变―→反应速率不变 恒温 恒压 充入“惰性气体”―→体积增大―→浓度减小―→反应速率减慢 2.控制变量法探究化学反应速率的影响因素 (1)一般原则：定多变一。 (2)探究步骤 ①确定研究对象。选定符合实验要求的化学反应、确定变量内容。 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。 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。 【典例分析】 【典例2】 反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，试回答： (1)增加Fe的量，其反应速率________(填“增大”“不变”或“减小”，下同)。 (2)将容器的体积缩小一半，其反应速率________。 (3)保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其反应速率________。 (4)保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其反应速率________。 答案：(1)不变　(2)增大　(3)不变　(4)减小 【对点练】 3.下列措施对改变反应速率的影响正确的是(　　) A．CaCO3与稀盐酸反应，加入NaCl溶液，不会改变反应速率 B．在工业合成氨反应中，温度和容器容积一定时，增加氮气的量，能增大反应速率 C．K2SO4溶液与BaCl2溶液反应，加入KCl固体，将加快反应速率 D．Zn与稀硫酸反应制取H2，改用98%的浓硫酸将加快H2的生成速率 解析：选B。CaCO3与稀盐酸反应，加入NaCl溶液，相当于加水稀释，溶液中H＋浓度降低，化学反应速率减小，A错误；K2SO4溶液与BaCl2溶液反应，实质为Ba2+＋===BaSO4↓，加入KCl固体，不影响参与反应的离子浓度，化学反应速率不变，C错误；Zn与稀硫酸反应制取H2，改用98%的浓硫酸，将生成SO2气体，不会生成H2，D错误。 4．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L-1硫酸溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反应时间可用如图所示的坐标曲线来表示。回答下列问题： (1)曲线O→a段不产生氢气的原因是_______________________________， 有关反应的离子方程式为______________________________。 (2)曲线a→b段产生氢气的速率较慢的原因是_________________________， 有关的化学方程式为____________________________________________。 (3)曲线b→c段，产生氢气的速率增加较快的主要原因是_________。 (4)c点以后，产生氢气的速率逐渐下降的主要原因是___________。 答案： (1)铝片表面有氧化铝，硫酸首先与表面的氧化铝反应　Al2O3＋6H＋===2Al3+＋3H2O (2)反应开始，温度较低且只有部分硫酸与铝片作用　2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑ (3)铝片与硫酸反应放出热量使溶液温度升高，反应速率加快 (4)随着反应进行，硫酸浓度变小 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．下列关于化学反应速率的说法不正确的是(　　) A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量 B．可用单位时间内氢离子浓度的变化表示氢氧化钠与硫酸中和反应的速率 C．在同一化学反应中，用反应物或生成物表示的化学反应速率的数值相等 D．化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1 解析：选C。在同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率数值之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比，C错误。 2．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 解析：选C。根据化学反应速率的计算公式：v(H2O)＝0.45 mol/(10 L×30 s)＝0.001 5 mol·L-1·s-1，则v(NH3)＝v(NO)＝v(H2O)＝0.001 mol·L-1·s-1, v(O2)＝v(H2O)＝0.001 25 mol·L-1·s-1。 3．为了说明影响化学反应快慢的因素，甲、乙、丙、丁四位学生分别设计了如下A～D四个实验，你认为结论不正确的是(　　) A．在相同条件下，等质量的大理石块和大理石粉与相同的盐酸反应，大理石粉反应快 B．将相同大小、形状的镁条和铝条分别与相同浓度的盐酸反应时，铝条反应快 C．将浓硝酸分别放在冷暗处和强光照射下，会发现光照可以加快浓硝酸的分解 D．两支试管中分别加入相同浓度相同体积的双氧水，其中一支试管中再加入几滴氯化铁溶液，产生氧气的快慢不同 解析：选B。参加反应的物质本身的性质影响化学反应速率，镁活泼性大于铝，镁条反应快，B不合理。 4．NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢地反应生成氮气和二氧化碳气体：2NO＋2CO===N2＋2CO2。对此反应，下列叙述正确的是(　　) A．使用催化剂能加快反应速率 B．压强增大不影响化学反应速率 C．冬天气温低，反应速率降低，对人体危害减小 D．无论外界条件怎样改变，均对此化学反应的速率无影响 答案：A 5．某温度下，在2 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质发生化学反应时，物质的量随时间变化的关系曲线如图所示： (1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为_______________________。 (2)5 min内用Z表示的平均反应速率为________________________。 (3)化学反应速率受到很多因素的影响，例如实验室制取氢气时一般用粗锌替代纯锌和稀硫酸反应，这是利用____________原理加快了氢气生成的速率。 答案：(1)3X＋Y⥫⥬3Z　(2)0.06 mol·L-1·min-1　(3)原电池 学科网（北京）股份有限公司 $$