2.3 化学反应的速率 第1课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第二章 化学反应的方向、限度和速率 2.3 化学反应的速率 第1课时 化学反应速率的概念和测定 沪科版2020选择性必修1 变量控制法测定化学反应速率 2 化学反应速率的表示方法 1 知识导航 1.理解化学反应速率的概念，掌握其表示方法、定义式和常用单位，能进行化学反应速率的简单计算。 2.明确化学反应速率的注意事项，理解同一化学反应中不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比。 3.掌握化学反应速率大小的比较方法，包括定性比较和定量比较(归一法、比值法)。 4.了解变量控制法测定化学反应速率的原理、测定项目和测定方法，能设计简单的实验方案测定反应速率。 明·学习目标 NO 和 CO 是汽车尾气中的两种有毒气体，可发生反应： 但该条件下的反应速率极慢，以至于反应几乎不发生，如果能设法提高该反应的反应速率，就可减弱汽车尾气对环境的污染。 2NO(g)＋2CO(g)＝N2(g)＋2CO2(g) 根据G＝H-TS，该反应在常温常压下可以自发进行，而且反应可以进行得很完全(K＝2.5×1060)。 (热力学层面) (动力学层面) 引·新课导入 那么，如何来衡量化学反应速率?人们又是如何通过改变反应条件来调控反应速率的呢? 引·新课导入 01 化学反应速率 常用单位 概念 表示方法 定义式 如果反应体系的体积恒定，通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示 用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量 (均取正值) mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1 Δc 表示某物质浓度的变化，常用单位mol·L-1 Δt 表示时间变化，常用单位s、min或h υ＝ Δc Δt υ＝ Δn VΔt 或 化学反应速率 化学反应速率的描述 60 s-1 ＝(60-1 min)-1 ＝60 min-1 1s ＝60-1 min 单位换算，仅需替换不同的部分 单位换算：1 mol/(L·s) ＝______ mol/(L·min) (平均速率) 探·知识奥秘 【例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的物理量 B．化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质 C．若一段时间内某化学反应的反应速率为0.5 mol·L－1·s－1，就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 mol·L－1·s－1 D．化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1 C 析·典型范例 m A ＋ n B＝p C ＋ q D υ(A)＝－ Δc(A) Δt υ(B)＝－ Δc(B) Δt υ(C)＝ Δc(C) Δt υ(D)＝ Δc(D) Δt 根据所学内容，分别用一种物质的浓度随时间变化来表示下列反应速率? 化学反应速率 化学反应速率的描述 探·知识奥秘 速率的单位也可表示为mol/(L·s)或mol/(L·min)，但是必须要加括号； 错误的写法：mol/L·s或mol/L· min 化学反应速率是一段时间内的平均速率，不是某一时刻的瞬时速率； 反应中，用浓度变化表示化学反应速率只适用于气体和溶液中的溶质，纯液体和纯固体的浓度恒定不变，不能用其浓度来表示化学反应速率； 纯液体表示速率可用L/s或L/min，纯固体表示速率可用g/s或g/min 化学反应速率 注意事项 探·知识奥秘 同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其数值可能相同也可能不相同，但表示的意义相同且化学反应速率之比＝化学计量数之比。 表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，在v的后面将该物质的化学式用括号括起来； m A ＋ n B ⇌ p C ＋ q D υ(A)∶ υ(B) ∶ υ(C) ∶ υ(D) ＝ m∶ n∶ p∶ q ＝ υ(A) m ＝ υ(B) n ＝ υ(C) p υ(D) q 化学反应速率 注意事项 探·知识奥秘 【例1】在密闭容器中合成氨的反应 N2 + 3H2⇌2NH3，开始时 ，N2 的浓度为 4 mol/L，H2 的浓度为 12 mol/L，5 min 后 N2的浓度为 3 mol/L。分别用 N2、H2 、NH3浓度变化表示该化学反应速率。 υ(N2)＝－ ＝ 0.2 mol/(L·min) Δc(N2) Δt Δc(N2) ＝3 mol/L－4 mol/L ＝-1 mol/L -1 mol/L 5 min ＝－ 3 1 ＝ υ(H2) υ(N2) 2 1 ＝ υ(NH3) υ(N2) υ(H2) ＝ 0.6 mol/(L·min) υ(NH3) ＝ 0.4 mol/(L·min) υ(H2) ＝ 3×υ(N2) υ(NH3) ＝ 2×υ(N2) 析·典型范例 化学反应速率 化学反应速率大小的比较方法 定性比较 通过明显的实验现象，如：反应的剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失或气体充满所需时间的长短等来定性判断化学反应的快慢。 如K与水反应比Na与水反应剧烈，则反应速率：K>Na。 探·知识奥秘 化学反应速率 化学反应速率大小的比较方法 定量比较 归一法 若单位不统一，则要换算成相同的单位；若为不同物质表示的反应速率，则要换算成同一物质来表示反应速率；再比较数值的大小。 比较化学反应速率与化学计量数的比值，如aA(g)＋bB(g)＝cC(g)＋dD(g)， v(A) a v(B) b > 则用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。 比值法 探·知识奥秘 【例1】 在密闭容器中,合成氨的反应 N2 ＋3H2⇌2NH3开始时 ，在不同反应条件下测得化学反应速率如下，其中化学反应速率由大到小的是___________________ C ＞A＞ B v(N2) 1 v(H2) 3 ＝ 1.2 3 ＝ mol/(L·min) 0.4 ＝ mol/(L·min) v(N2) 1 v(NH3) 2 ＝ 72 2 ＝ mol/(L·min) 36 ＝ mol/(L·min) 1.2×60 ＝ mol/(L·min) 运用归一法，将H2、NH3的反应速率，用N2来表示 60 s-1 ＝(60-1 min)-1 ＝60 min-1 1s ＝60-1 min 72 ＝ mol/(L·min) 0.4 ＝ mol/(L·min) 36 ＝ mol/(L·min) 单位换算，仅需替换不同的部分 单位换算：1 mol/(L·s) ＝______ mol/(L·min) A. υ(N2) ＝ 0.6 mol/(L·min) B. υ(H2) ＝ 1.2 mol/(L·min) C. υ(NH3)＝ 1.2 mol/(L·s) 析·典型范例 02 变量控制法测定化学反应速率 化学反应速率是可以通过实验测定的。根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物(或生成物)的浓度 (找与化学反应物质的浓度相关的物理量) (找与该物理量化学变化对应的时间) 实验 原理 如何测定化学反应速率? 探·知识奥秘 (选择可观测、易操作的变量) 测定项目 气体 气体的体积 体系的压强 颜色的深浅 离子浓度 浑浊度 导电能力 酸碱度 量气法 比色法 电导法 激光技术法 测定方法 化学反应速率测定 测定项目及测定方法 探·知识奥秘 实验：在一定温度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。测定0 ～ 6 min内的化学反应速率。 2H2O2 2H2O＋O2↑ 催化剂 方法1：测量 υ(H2O2) Δc(H2O2) 方法2：测量 ΔV(O2) Δn(O2) υ(O2) 化学反应速率测定 案例分析 探·知识奥秘 19 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9 实验：在一定温度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2 溶液发生催化分解，不同时刻测得生成的 O2 的体积(已折算为标准状况)如下表(溶液体积变化忽略不计)。求0～6 min时段的化学反应速率。 ＝ 1.0×10-3 mol Δn(O2)＝ Vm Δ V(O2) 0.0224 L 22.4 L/mol ＝ 化学反应速率测定 案例分析 1.0×10-3 mol ∆n /(mol) -2.0×10-3 ＝－ Δn(H2O2) V ·Δt Δc(H2O2) Δt υ(H2O2)＝－ 0.01 L×6 min -2.0×10-3 mol ＝－ ≈ 3.3×10-2 mol/(L·min) 2H2O2 2H2O＋O2↑ 催化剂 探·知识奥秘 、 20 ？ 如何用实验法比较：锌粒和1mol/L H2SO4 溶液、4mol/LH2SO4 溶液化学反应速率的大小? 探·知识奥秘 21 Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2 ↑ c(H+) c(Zn2+) V(H2) m(Zn) 测定项目 化学反应速率测定 实验法测定反应速率 探·知识奥秘 确定变量 硫酸的浓度 控制变量 锌粒的质量 锌粒的表面积 溶液的体积 温度 压强 设计方案 化学反应速率测定 实验法测定反应速率 探·知识奥秘 23 a.固定体积，测时间? b.固定时间，测体积? 加入试剂 反应时间/s 化学反应速/( mL·s-1) 结论 1 mol/L H2SO4 4 mol/L H2SO4 19 10.1 10 19 10 10.1 其他条件相同，4 mol/L H2SO4 硫酸溶液比1 mol/L H2SO4 硫酸溶液化学反应速率大 测定数据 实验结果 化学反应速率测定 实验法测定反应速率 探·知识奥秘 24 明确 寻找 控制 改变 ——选择可观测、易操作的变量 ——测定某条件下的化学反应速率 ——控制相关变量相同 ——测量与反应物浓度相关的物理量 探究问题 关联时间 其他因素 研究因素 化学反应速率测定 实验法测定反应速率 归纳总结：变量控制法测定化学反应速率的思路 探·知识奥秘 25 1.速率方程和速率常数 假设某反应为aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，其速率方程可表示为v＝kca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数。反应速率常数k表示单位浓度下的化学反应速率，在恒温下，不因反应物浓度的改变而变化；但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常反应速率常数越大，反应进行得越快。 反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)的速率方程也可写为v正＝k正ca(A)·cb(B)，(k正为正反应的速率常数)、v逆＝k逆cc(C)·cd(D)，(k为逆反应的速率常数)。该反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。 2.反应级数 某化学反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，若其速率方程的形式为v正＝k正ca(A)·cb(B)，则该反应的反应级数为a+b，即速率方程中幂指数之和。 速率方程和速率常数 迁·拓展延伸 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 C 练·技能实战 2.反应：3A(g)＋B(g)＝2C(g)＋2D(g)，在不同条件下，用不同物质表示其反应速率，分别为 ①v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1 ②v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1 ③v(C)＝0.015 mol·L－1·min－1 ④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1 则此反应在不同条件下进行最快的是( ) A.②③ B.①③ C.②④ D.② D 练·技能实战 3.已知合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，其浓度数据如下：   N2 H2 NH3 起始浓度/mol·L－1 1.0 3.0 0 2 s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.0.2 mol·L－1·s－1 B.0.4 mol·L－1·s－1 C.0.6 mol·L－1·s－1 D.0.8 mol·L－1·s－1 高温、高压 催化剂 B 练·技能实战 物质 CO2 CO 起始浓度(mol·L－1) 0.4 0 变化浓度(mol·L－1)     5 min时浓度(mol·L－1) 0.2   5 min内的化学反应速率 数值     单位     4.在盛有18 g碳、2 L的密闭容器中，充入0.8 mol CO2，一定条件下发生C(s)＋CO2(g)=2CO(g)，反应5 min时测得CO2的物质的量为0.4 mol。 (1)固体碳减少的质量____g，固体或纯液体的浓度视为常数，是否可用碳固体的浓度变化量来表示该反应的化学反应速率____(填“是”或“否”)。 4.8 否 (2)请完成下表中相关空格 0.2 0.4 0.4 0.04 0.08 mol·L－1·min－1 mol·L－1·min－1 练·技能实战 5.用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件下进行如下5组实验，测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。 组别 A B C D E 盐酸浓度/mol·L－1 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 温度/℃ 25 30 30 50 50 锌粒状态 块状 粉末 粉末 块状 粉末 回答下列问题： (1)探究浓度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 (2)探究温度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 BC CE 练·技能实战 (3)探究接触面积对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 (4)上述5组实验中测定收集等体积的氢气需要时间最短的是___。 (5)实验完成后，某同学又用A组实验药品滴加两滴氯化铜，发现产生氢气的速率明显加快，解释速率加快的原因是__________________________ ___________________________________________。 DE E Zn与Cu2＋反应生成Cu单质，在 锌块表面形成Zn—Cu原电池，加快化学反应速率 5.用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件下进行如下5组实验，测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。 组别 A B C D E 盐酸浓度/mol·L－1 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5 温度/℃ 25 30 30 50 50 锌粒状态 块状 粉末 粉末 块状 粉末 练·技能实战 课时1 化学反应速率的概念和测定 化学反应速率及其表示方法 变量控制法测定化学反应速率 概念 控制单一变量 测定项目 测定方法 表示方法 定义式 常用单位 注意事项 理·核心要点 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版2020选择性必修1 $$