2.1 化学反应速率 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第1节 化学反应速率 2NO(g) +2CO(g) ══ N2(g) +2CO2(g) 在298 K、100 kPa 下， ΔG = -687.9 kJ·mol-1。 方向 K ≈ 1059 限度 催化剂 速率 1. 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加来表示化反应速率，即： v＝ Δc Δt mol/(L·s)、 2.单位： mol·L-1·min-1 注意：用浓度变化表示化学反应速率只适用于固定体积容器中的气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。 一、化学反应速率 对于任意一个反应: mA＋nB＝pC＋qD 则 v(A)：v(B)：v(C)：v(D) = m : n : p : q v(A) m ＝ v(B) n ＝ v(C) p ＝ v(D) q 或表示为 3. 速率关系 开始时，N2 的浓度为 8 mol/L，5 min后 N2 的浓度为 6 mol/L，请分别用 N2、H2 和NH3的浓度变化表示反应速率。 N2 ＋3H2 2NH3， 高温 高压 催化剂 例1.在密闭容器中，发生反应 反应 分析： Δc(N2)＝ -2 mol/L，Δt＝5 min， v(N2)＝- Δc(N2) Δt ＝ 2 mol·L-1 5 min ＝0.4 mol/(L·min) 开始时，N2 的浓度为 8 mol/L，5 min后 N2 的浓度为 6 mol/L，请分别用 N2、H2 和NH3浓度变化表示的反应速率。 N2 ＋3H2 2NH3， 高温 高压 催化剂 例1.在密闭容器中，发生反应 反应 v(H2) 1.2 mol/(L·min) = 3v(N2) = v(NH3) = 0.8 mol/(L·min) 2v(N2) = v(N2) = 0.4 mol/(L·min) 数值不同， 含义相同！ 例2. 反应A + 3B = 2C + 2D在四种不同情况下的反应速率分别为 ①v(A) = 9 mol/(L·min) ②v(B) = 0.6mol /(L·s) ③v(C) = 0.4mol /(L·s) ④v (D) = 0.45mol /(L·s) 则该反应在不同条件下速率快慢顺序是 。 用同一个物质表示反应速率，并统一单位： ① v(A) = 9 mol/(L·min) ÷60s/min = 0.15 mol/(L·s) ② v(A) = v(B)÷3= 0.2mol /(L·s) ③ v(A) = v(C) ÷2=0.2mol /(L·s) ④ v (A) = v (D) ÷2 = 0.225 mol /(L·s) ④﹥ ②= ③﹥ ① 例3. 将 4 mol A气体和 2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g) ⇋ 2C(g)，若经2 s后测得 C 的浓度为0.6 mol·L－1。 ① 用物质A的浓度变化表示反应速率； ② 求出2 s时物质A的转化率； ③ 求出2 s时物质B的浓度。 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 2s 末浓度/ mol/L 例3. 将 4 mol A气体和 2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g) ⇋ 2C(g)，若经2 s后测得 C 的浓度为0.6 mol·L－1。 2A(g) ＋ B(g) ⇋ 2C(g) 2 1 0 0.6 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 2s 末浓度/ mol/L 例3. 将 4 mol A气体和 2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g) ⇋ 2C(g)，若经2 s后测得 C 的浓度为0.6 mol·L－1。 2A(g) ＋ B(g) ⇋ 2C(g) 2 1 0 0.6 0.6 0.3 0.6 1.4 0.7 ① v(A) = 0.6 mol/L 2 s = 0.3 mol/(L·s) ① 用物质A的浓度变化表示反应速率； 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 2s 末浓度/ mol/L 例3. 将 4 mol A气体和 2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g) ⇋ 2C(g)，若经2 s后测得 C 的浓度为0.6 mol·L－1。 2A(g) ＋ B(g) ⇋ 2C(g) 2 1 0 0.6 0.6 0.3 0.6 1.4 0.7 ② α(A) = 0.6 mol/L 2 mol/L = 30% ×100% ②求出2 s时物质A的转化率； 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 2s 末浓度/ mol/L 例2. 将 4 mol A气体和 2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g) ⇋ 2C(g)，若经2 s后测得 C 的浓度为0.6 mol·L－1。 2A(g) ＋ B(g) ⇋ 2C(g) 2 1 0 0.6 0.6 0.3 0.6 1.4 0.7 ③ c(B) = 0.7 mol/L ③ 求出2 s时物质B的浓度。 写出反应的化学方程式 找出各物质的起始量、变化量、某时刻的量 根据已知条件直接或列方程计算 对于较为复杂的关于反应速率的题目，采用以下步骤和模板计算 4. 三段式计算模型 例4.NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g) ⇋ 2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2， 4 min后，测得混合气体中H2O(g)的物质的量分数为40%，请用N2的浓度变化表示此段时间内该反应的平均速率。 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 4min 末浓度/ mol/L 4NH3(g) ＋ 3O2(g) ⇋ 2N2(g) ＋ 6H2O(g) 2 1.5 0 0 设4min内，NH3的浓度减小了4x mol/L 4x 3x 2x 6x 2-4x 1.5-3x 2x 6x 混合气体中H2O(g)的物质的量分数为40%，则有： 6x (2-4x)+(1.5-3x)+ 2x+ 6x = 40% 起始浓度 / mol/L 浓度变化 Δc / mol/L 4min 末浓度/ mol/L 4NH3(g) ＋ 3O2(g) ⇋ 2N2(g) ＋ 6H2O(g) 2 4x 1.5 0 0 3x 2x 6x 2-4x 1.5-3x 2x 6x x = 0.25 v(N2)＝ = = 0.125 mol·L－1·min－1 2x mol/L 4min 0.5 mol/L 4min 5. 平均速率与瞬时速率 研究背景  Background 化学反应速率快点好还是慢点好？ 食物变质？钢铁生锈？工业炼钢？合成氨？ 减慢 加快 调控化学反应速率在化学领域以及生产生活中至关重要。 思考 影响化学反应速率的因素有哪些？ 17  Background 从微观上看，反应物分子一般总是经过若干的简单反应步骤，才最后转化为产物分子的。每一个简单的反应步骤，就是一个基元反应。基元反应步骤要求反应物一步变成生成物，没有任何中间产物，又称为简单反应。 基元反应发生的先决条件是反应物的粒子必须发生碰撞。 二、化学反应的历程 18 催化剂可以改变反应历程。 结果与讨论  results and discussion 分子之间只要碰撞就可以发生化学反应 具有足够能量分子 合理取向的碰撞 HI分解反应中分子碰撞示意图 ∙ 三、有效碰撞理论 结果与讨论  results and discussion 微观本质 有效碰撞理论 有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞 条件：①具有一定的能量 ②碰撞时有合适的取向 活化分子：具有足够的能量，能够发生有效碰撞的分子。 活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。 有效 碰撞 发生 化学反应 合理取向的碰撞 活化 分子 具有足够的能量 结果与讨论 微观本质 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 反应物 分子总数 活化分子数 增大浓度 增加 增加 增加 加快 浓度对化学反应速率的影响 增大浓度 结果与讨论 微观本质 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 反应物 分子总数 活化分子数 增大压强 增加 增加 增加 加快 压强对化学反应速率的影响 增大压强 结果与讨论 微观本质 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 反应物 分子总数 活化分子数 压强对化学反应速率的影响 恒温 增大压强 恒温 恒容 充入气体反应物 充入惰性气体 恒温 恒压 充入惰性气体 增加 增加 增加 加快 增加 增加 增加 加快 不变 不变 不变 不变 减少 减少 减少 减慢 增大体积 结果与讨论 微观本质 升高温度 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 反应物 分子总数 活化分子数 升高温度 不变 增加 增加 加快 温度对化学反应速率的影响 活化分子百分数增加 结果与讨论 微观本质 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 加入催化剂 不变 增加 增加 加快 催化剂对化学反应速率的影响 催化剂 活化分子百分数增加 思考 结合图像，解释催化剂能加快反应速率的原因。 由于断键要克服成键原子间的吸引力，形成新键前又要克服原子间价电子的排斥力。这种吸引力和排斥力作用构成了原子重排过程中必须克服的“能垒” 活化能 适用范围：基元反应 例如： A + BC = AB +C 过渡态 过渡态能量高，极不稳定，存在时间短。 四、过渡态理论 目前利用第一流的超短脉冲激光技术、高速计算机、傅立叶变换红外光谱、离子回旋加速器共振技术、交叉分子束以及同步辐射源等技术。人们已经能够跟踪化学变化的瞬态过程。 温度低于200℃时，几乎不反应 温度升高至500℃时，2小时能完成 温度高于700℃时，易爆炸的方式瞬时完成 加入催化剂，常温常压下也能瞬时完成 H2(g) + ½ O2(g) = H2O(g) 催化剂：是能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。由于催化剂的质量和化学性质在反应前后不变，反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应，又包括使催化剂再生成的反应。 结果与讨论 浓度对化学反应速率的影响 五、影响化学反应速率的因素 温度对化学反应速率的影响 催化剂对化学反应速率的影响 实验目的 定性研究温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响。 实验原理 Na2S2O3 + H2SO4 —— S2O32- + 2H+ = S ↓+ SO2 ↑+ H2O 2H2O2 === 2H2O + O2 ↑ 催化剂 实验一 六、定性与定量研究影响化学反应速率的因素 实验用品 思考： 选择哪种实验方法？ 如何控制变量？ 实验方案 Na2S2O3 的用量 H2SO4 的用量 1 2 3 浓度对反应速率的影响 0.1mol/L 1滴管 0.1mol/L 1滴管 0.1mol/L 1滴管 0.5mol/L 1滴管 0.1mol/L 0.5滴管 0.5mol/L 1滴管 0.5滴管 水的用量 时间 实验方案 Na2S2O3 的用量 H2SO4 的用量 水的温度 时间 1 2 温度对反应速率的影响 0.1mol/L 1滴管 0.5mol/L 1滴管 室温 0.1mol/L 1滴管 0.5mol/L 1滴管 温水浴 实验方案 H2O2 的用量 催化剂 相对快慢 1 2 3 催化剂对反应速率的影响 1滴管 MnO2 固体 1滴管 无 1滴管 FeCl3 溶液 思考 如何测定化学反应速率？ v＝ Δc Δt 测定反应速率的方法： 量气法、比色法、电导法 实验目的 用量气法测定化学反应速率。 实验原理 Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ 实验二 实验方案 43 $