高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 化学反应速率第一课时导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 化学反应速率第一课时导学案，共13页。


第一节　化学反应速率
第1课时　化学反应速率

1.知道化学反应速率的表示方法，通过分析推理的方法，建立化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的模型，并能根据该模型解答相关问题。
证据推理与模型认知
2.能进行化学反应速率的简单计算，能利用化学反应中反应物或生成物的相关性质变化，设计实验以测定化学反应速率的快慢。
变化观念与平衡思想

要点一　化学反应速率及其表示方法
1．概念
任何化学反应的快慢都表现为有关物质的量随时间变化的多少。如果反应体系的体积是恒定的，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式
v＝。式中Δc表示反应物浓度或生成物浓度的变化，其常用单位是mol/L(或mol·L－1)等；Δt表示反应时间的变化，其常用单位是s(秒)、min(分)等；v表示反应速率(取正值)，常用单位是mol·L－1·s－1或mol/(L·s)。
3．与化学计量数之间的关系
对于一个化学反应mA＋nB===pC＋qD，v(A)＝－，v(B)＝－，v(C)＝，v(D)＝。且有：＝＝＝。
4．实例
在密闭容器中发生反应N2＋3H22NH3，反应开始N2的浓度为0.8 mol/L,5 min后N2的浓度变为0.7 mol/L。填写表格：
有关反应物质
N2
H2
NH3
物质的量浓度变化(mol/L)
－0.1
－0.3
0.2
化学反应速率[mol/(L·min)]
0.02
0.06
0.04
速率之比
v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2
要点二　化学反应速率的测定
1．测定原理
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。
2．测定方法
任何一种与物质浓度有关的可观测量都可以加以利用，如气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。例如，对于在溶液中进行的反应，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，人们常常利用颜色变化与浓度变化间的比例关系来测量反应速率。

判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)化学反应速率用反应物表示为负值，用生成物表示为正值。(　　)
(2)化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度变化为0.8 mol·L－1。(　　)
(3)2 mol·L－1·s－1的反应速率一定比1 mol·L－1·s－1的反应速率大。(　　)
(4)固体和纯液体的浓度是固定的，不能用它们表示反应速率。(　　)
(5)选用不同的物质表示同一化学反应，相同时间段内的化学反应速率数值不一定相同，但意义相同。(　　)
(6)化学反应速率越大，现象越明显。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×

(1)无论是反应物还是生成物，其化学反应速率均取正值。
(2)化学反应速率是一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。
(3)进行化学反应速率大小的比较时要指定物质，同一反应中，同一物质的化学反应速率越大，反应越快，不同物质之间的化学反应速率的大小与化学计量数有关。
(4)固体或纯液体的浓度记为常数，Δc＝0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(5)化学反应未必有明显的现象，如NaOH溶液与HCl溶液的反应。

考点一　化学反应速率的计算方法

1．关于化学反应速率的计算方法，有哪几种？
答案 ①利用已知物质的浓度变化，结合化学反应速率公式计算；②利用已知物质的反应速率，结合化学计量系数之比计算。
2．同一化学反应，同一时间段内，用不同物质表示化学反应速率，为什么符合化学计量系数之比？
答案 同一化学反应在同一时间段内，容器体积相同，不同物质的物质的量变化符合化学方程式计量系数之比，故化学反应速率也符合化学计量系数之比。

1．化学反应速率的计算方法
(1)利用基本公式：v＝＝(恒容的密闭容器)。
(2)利用速率之比＝化学计量数之比＝各物质浓度的变化量(Δc)之比＝各物质的物质的量的变化量(Δn)之比。
2．“三段式”法计算模板
例如：　　　　　 mA　＋　nB　===　pC
起始浓度(mol/L): a b　 c
转化浓度(mol/L): x
t时刻浓度(mol/L): a－x b－ c＋
计算时注意以下量的关系：
(1)对反应物，c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)；
(2)对生成物，c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)。
【例题1】 25 ℃时，在2 L的密闭容器中，A、B、C三种气体的初始浓度和2 min末的浓度如表(该反应为可逆反应)。请填写下列空白：
物质
A
B
C
初始浓度/(mol·L－1)
1.0
2.0
0
2 min末浓度/(mol·L－1)
0.4
0.2
1.2
(1)该反应的化学方程式可表示为_________________________________。
(2)从反应开始到2 min末，用物质A表示的平均反应速率为____________。
思维导引：根据2 min内物质的浓度变化之比，确定化学方程式的化学计量系数之比；结合化学反应速率计算式计算反应速率。
解析 (1)由表中数据可知，A、B为反应物，C为生成物。同一反应中，各物质的物质的量浓度变化量之比等于化学计量数之比，则反应的化学方程式为A＋3B2C。
(2)v(A)＝＝0.3 mol·(L·min)－1。
答案 (1)A＋3B2C　(2)0.3 mol·(L·min)－1
【变式1】 某温度时，在容积为3 L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：

(1)该反应的化学方程式为____________________________________。
(2)反应开始至2 min末，用X表示的反应速率为____________________。
解析 (1)根据题图可知，该反应是可逆反应，且Z、Y是反应物，X是生成物，同一反应中，各物质的物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，则Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝0.6 mol∶0.2 mol∶0.4 mol＝3∶1∶2，所以该反应的化学方程式可以表示为2Z＋Y3X。(2)反应开始至2 min末，X的反应速率为(0.8 mol－0.4 mol)÷3 L÷2 min≈0.067 mol·L－1·min－1。
答案 (1)2Z＋Y3X　(2)0.067 mol·L－1·min－1
考点二　化学反应速率的比较

3．已知反应A(g)＋3B(g)2C(g)，用下列数据表示不同条件下的反应速率：
ⅰ.v(A)＝0.01 mol·L－1·s－1；
ⅱ.v(B)＝0.02 mol·L－1·s－1；
ⅲ.v(B)＝0.60 mol·L－1·min－1。
(1)反应速率(ⅱ)>(ⅰ)吗？
(2)反应速率(ⅲ)>(ⅱ)吗？
答案 (1)否。v(B)＝3v(A)＝3×0.01 mol·L－1·s－1＝0.03 mol·L－1·s－1>0.02 mol·L－1·s－1，故反应速率(ⅰ)>(ⅱ)。
(2)否。v(B)＝＝0.01 mol·L－1·s－1<0.02 mol·L－1·s－1，故反应速率(ⅱ)>(ⅲ)。

对于同一化学反应，用不同物质表示的反应速率的数值可能不同，但比较反应速率的大小不能只看数值的大小，而要进行一定的转化，具体比较方法如下：
1．归一法： 将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，然后进行比较。
2．比值法： 用各物质表示的反应速率除以化学计量数，然后比较。数值越大，反应进行得越快。
如反应aA＋bB===cC，不同条件下其反应速率分别用v(A)与v(B)表示，要比较其反应速率的大小，需比较与的大小，若>，则A表示的反应速率比B表示的反应速率大。
3．规律法： (1)同一反应，温度高、浓度(压强)大、反应速率快；(2)同一反应先快后慢；(3)从反应物开始的可逆反应，平衡前v正>v逆，平衡后v正＝v逆。
【例题2】 已知反应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．③ B．①
C．② D．④
思维导引：已知的反应速率单位相同，利用化学计量系数之比，转化为同一物质的反应速率，或利用化学反应速率与化学计量系数之比，排序比较。
答案　C
解析　归一法：化学反应速率与化学计量系数成正比，据此可以将反应速率都转化为B的反应速率。①v(A)∶v(B)＝3∶1,0.6 mol·L－1·min－1∶v(B)＝3∶1，v(B)＝0.2 mol·L－1·min－1；③v(B)∶v(C)＝1∶2，v(B)∶0.015 mol·L－1·min－1＝1∶2，v(B)＝0.007 5 mol·L－1·min－1；④v(B)∶v(D)＝1∶2，v(B)∶0.45 mol·L－1·min－1＝1∶2，v(B)＝0.225 mol·L－1·min－1。比较上述数值，可知用B表示的反应速率最快。比值法：化学反应速率与化学计量数的比值越大，反应速率越快，则①v(A)＝×0.6 mol·L－1·min－1＝0.2 mol·L－1·min－1；②v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1；③v(C)＝×0.015 mol·L－1·min－1＝0.007 5 mol·L－1·min－1；④v(D)＝×0.45 mol·L－1·min－1＝0.225 mol·L－1·min－1。比较上述数值，可知用B表示的反应速率最快，故选C项。
【变式2】 在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨最快的是(　　)
A．v(H2)＝0.3 mol/(L·min)
B．v(N2)＝0.2 mol/(L·min)
C．v(NH3)＝0.25 mol/(L·min)
D．v(H2)＝0.004 mol/(L·s)
答案　B
解析　对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，以氢气的反应速率为标准进行判断。A项，v(H2)＝0.3 mol/(L·min)；B项，反应速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)＝3v(N2)＝0.6 mol/(L·min)；C项，v(H2)＝v(NH3)＝0.375 mol/(L·min)；D项，v(H2)＝0.004 mol/(L·s)＝0.24 mol/(L·min)。综上所述，生成氨最快的是B项。



1．(化学反应速率的理解)对于反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列说法正确的是(　　)
A．用HCl和CaCl2表示的反应速率数值不同，但所表示的意义相同
B．不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率，但可用水来表示
C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D．用CaCl2浓度的减少表示其反应速率
答案　A
解析　在同一反应中，选用不同的物质表示反应速率，反应速率数值之比等于化学计量数之比，数值可能相同，也可能不同，但所表示的意义相同，A项正确；因为CaCO3是固体，水为纯液体，所以不能用其浓度的变化来表示化学反应速率，B、C项错误；CaCl2为生成物，故应用其浓度的增加表示反应速率，D项错误。
2．(化学反应速率的计算)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．v(X)＝2v(Y) D．2v(W)＝3v(X)
答案　D
解析　根据同一反应中化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，v(W)∶v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶2∶4∶3，D项正确。
3．(化学反应速率大小的比较)在不同条件下分别测得反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的化学反应速率，其中表示该反应进行最快的是(　　)
A．v(SO2)＝4 mol/(L·min)
B．v(O2)＝3 mol/(L·min)
C．v(SO3)＝0.1 mol/(L·s)
D．v(O2)＝0.1 mol/(L·s)
答案　D
解析　首先统一单位，然后根据反应速率之比等于化学计量数之比，将不同物质表示的反应速率换算成同一种物质表示的反应速率，再比较数值大小即可。
4．(综合应用)T ℃时，在0.5 L的密闭容器中，气体A与气体B反应生成气体C，反应过程中A、B、C的浓度变化如图所示。则下列结论正确的是(　　)

A．10 s时反应生成了0.4 mol C
B．该反应进行到10 s时，消耗了0.15 mol A
C．该反应的化学方程式为3A＋B2C
D．10 s内用B表示的反应速率为0.06 mol·L－1·s－1
答案　D
解析　观察题图可知，该反应为可逆反应。10 s时反应生成气体C的物质的量为0.4 mol·L－1×0.5 L＝0.2 mol，消耗A的物质的量为(0.5 mol·L－1－0.3 mol·L－1)×0.5 L＝0.1 mol，A、B项错误；Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.2 mol·L－1∶0.6 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝1∶3∶2，故该反应的化学方程式应为A＋3B2C，C项错误；10 s内用B表示的反应速率为＝0.06 mol·L－1·s－1，D项正确。
5．(综合应用)在2 L密闭容器中进行反应mX(g)＋nY(g)pZ(g)＋qQ(g)，式中m、n、p、q为化学计量数。在0～3 min内，各物质的物质的量的变化如表所示：
类别
各时间的物质的量
X
Y
Z
Q
起始/mol
0.7

1.0

2 min末/mol
0.8
2.7
0.8
2.7
3 min末/mol


0.8

已知2 min内v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1，且v(Z)∶v(Y)＝1∶2。
(1)试确定以下物质的相关量。
起始时：n(Y)＝______；n(Q)＝______。
(2)化学方程式中m＝______，n＝______，p＝______，q＝______。
(3)用Z表示2 min内的反应速率：_________________________。
解析 2 min内v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1，则Δn(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1×2 min×2 L＝0.3 mol，根据表中数据可知，2 min内X的物质的量变化为0.8 mol－0.7 mol＝0.1 mol，Z的物质的量变化为1.0 mol－0.8 mol＝0.2 mol，根据反应速率v(Z)∶v(Y)＝1∶2可知，Y的物质的量变化为Δn(Y)＝2Δn(Z)＝0.4 mol，化学方程式中各物质的物质的量变化与其化学计量数成正比，则m∶n∶p∶q＝0.1 mol∶0.4 mol∶0.2 mol∶0.3 mol＝1∶4∶2∶3，所以m＝1、n＝4、p＝2、q＝3，反应方程式为X(g)＋4Y(g)2Z(g)＋3Q(g)。(1)由上述分析可知，2 min内生成Y的物质的量为0.4 mol，则起始时Y的物质的量为2.7 mol－0.4 mol＝2.3 mol；Q在2 min内物质的量减少0.3 mol，则起始时Q的物质的量为2.7 mol＋0.3 mol＝3.0 mol。(2)根据上述分析可知，m＝1、n＝4、p＝2、q＝3。(3)2 min内消耗的Z的物质的量为Δn(Z)＝1.0 mol－0.8 mol＝0.2 mol，则用Z表示2 min内的反应速率为v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
答案 (1)2.3 mol　3.0 mol　(2)1　4　2　3
(3)0.05 mol·L－1·min－1

(建议用时：40 min)
考点
题号
基础过关
能力提升
1.化学反应速率的理解与应用
2,3,6
11,12,13,14,15
2.化学反应速率的计算与大小比较
1,4,5,7
3.综合应用
8,9,10

1．已知反应A＋3B===2C＋D在某一段时间内以A的浓度变化表示的化学反应速率为1 mol·L－1·min－1，则此段时间内以C的浓度变化表示的化学反应速率为(　　)
A．0.5 mol·L－1·min－1 B．1 mol·L－1·min－1
C．2 mol·L－1·min－1 D．3 mol·L－1·min－1
答案　C
解析　根据反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(C)＝1∶2，而v(A)＝1 mol·L－1·min－1，则v(C)＝2 mol·L－1·min－1。
2．某温度下，密闭容器中A与B反应生成C和D，其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)、v(D)表示，已知v(A)、v(B)、v(C)、v(D)之间有以下关系5v(A)＝4v(B)、v(A)＝v(C)、6v(B)＝5v(D)，则此反应可表示为(　　)
A．5A＋6B===C＋5D B．4A＋5B===4C＋6D
C．4A＋4B===5C＋6D D．4A＋6B===4C＋5D
答案　B
解析　结合题意，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比分析，A、B、C、D的化学计量数之比为4∶5∶4∶6，反应可表示为4A＋5B===4C＋6D，B项正确。
3．对于锌粒与稀硫酸的反应，下列说法中不正确的是(　　)
A．可选用颗粒大小基本相同的锌粒与不同浓度的硫酸反应，比较二者收集10 mL氢气所用的时间，从而计算反应速率并说明浓度对反应速率的影响
B．可记录溶液中氢离子的浓度随时间的变化(用pH计测定溶液的pH)以测量反应速率
C．可记录溶液的温度变化(用温度计来测量温度)以测量反应速率
D．可选用等质量的Zn片和Zn粒与相同浓度的硫酸反应，记录Zn完全消失的时间，从而计算反应速率并说明固体表面积对反应速率的影响
答案　C
解析　温度变化不能定量反映化学反应速率，C项错误。
4．反应2SO2＋O22SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为(　　)
A．0.1 s B．2.5 s
C．5 s D．10 s
答案　C
解析　SO3的浓度增加0.4 mol·L－1，则O2的浓度减少0.2 mol·L－1，Δt＝＝＝5 s。
5．将10 mol A和5 mol B放入10 L真空容器内，某温度下发生反应3A(g)＋B(g)2C(g)，在最初的0.2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，则在0.2 s时，容器中C的物质的量是(　　)
A．0.12 mol B．0.08 mol
C．0.04 mol D．0.8 mol
答案　B
解析　v(A)∶v(C)＝3∶2，则v(C)＝0.04 mol·L－1·s－1，n(C)＝0.2 s×0.04 mol·L－1·s－1×10 L＝0.08 mol。
6．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min后B的浓度减少0.6 mol/L。对此反应速率的正确表示是(　　)
A．用A表示的反应速率是0.2 mol/(L·min)
B．用B、C、D分别表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C．在2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol/(L·min)
D．反应过程中B、C的反应速率关系：3v(B)＝2v(C)
答案　B
解析　A是固体，不能用A的浓度的变化表示反应速率，A项错误；用不同物质表示的化学反应速率之比等于方程式的化学计量数之比，B项正确；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，C项错误；用B、C表示的反应速率的关系为2v(B)＝3v(C)，D项错误。
7．已知反应2CO(g)＋4H2(g)CH2===CH2(g)＋2H2O(g)在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是(　　)
A．v(H2O)＝0.1 mol·L－1·s－1
B．v(H2)＝4.5 mol·L－1·s－1
C．v(CH2===CH2)＝0.03 mol·L－1·s－1
D．v(CO)＝1.5 mol·L－1·s－1
答案　B
解析　将速率均转化为用水表示的反应速率。A项，v(H2O)＝0.1 mol·L－1·s－1；B项，v(H2O)＝v(H2)＝2.25 mol·L－1·s－1；C项，v(H2O)＝2v(CH2===CH2)＝0.06 mol·L－1·s－1；D项，v(H2O)＝v(CO)＝1.5 mol·L－1·s－1。故选B项。
8．锡、铅均为第ⅣA族元素，在含Pb2＋的溶液中投入Sn会发生置换反应生成Sn2＋，反应过程中金属离子(R2＋)的物质的量浓度随时间的变化情况如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．0～10 s内，v(Sn2＋)＝0.044 mol·L－1·s－1
B．反应的离子方程式为Pb2＋＋SnPb＋Sn2＋
C．5 s时，正、逆反应速率相等，反应达到平衡
D．12 s时，5c(Sn2＋)＝11c(Pb2＋)
答案　C
解析　0～10 s内，Sn2＋的浓度从0变为0.44mol·L－1，所以v(Sn2＋)＝＝0.044 mol·L－1·s－1，A项正确；溶液中Sn的还原性比较强，在含Pb2＋的溶液中投入Sn会发生置换反应生成Sn2＋，由图可知该反应为可逆反应，反应的离子方程式为Pb2＋＋SnPb＋Sn2＋，B项正确；由图可知5 s时Pb2＋和Sn2＋的浓度相等，反应还在向正反应方向进行，正、逆反应速率不相等，反应没有达到平衡，C项错误；由图可知12 s时，c(Sn2＋)＝0.44 mol·L－1，c(Pb2＋)＝0.2 mol·L－1，c(Sn2＋)∶c(Pb2＋)＝0.44 mol·L－1∶0.2 mol·L－1＝11∶5，即5c(Sn2＋)＝11c(Pb2＋)，D项正确。
9．根据反应4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，试回答下列问题。
(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率__(填化学式)。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L－1·s－1时，则氧气减少的速率为______。
(3)若测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L－1，此时间内SO2的反应速率为0.4 mol·L－1·s－1，则开始时氧气的浓度为______________。
解析 (1)一般不用固体和纯液体来表示反应速率，所以可用O2或SO2来表示该反应的反应速率。(2)不同物质表示的反应速率和方程式中对应的化学计量数成正比，所以氧气减少的速率为0.64 mol·L－1·s－1×＝0.88 mol·L－1·s－1。(3)此时间内SO2的速率为0.4 mol·L－1·s－1，则氧气表示的速率为0.4 mol·L－1·s－1×＝0.55 mol·L－1·s－1，所以氧气的变化浓度为0.55 mol·L－1·s－1×4 s＝2.2 mol·L－1，则开始时氧气的浓度为2.8 mol·L－1＋2.2 mol·L－1＝5.0 mol·L－1。
答案 (1)SO2或O2　(2)0.88 mol·L－1·s－1　(3)5.0 mol·L－1
10．某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。

(1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为______________。
(2)反应开始至2 min、5 min时Z的平均反应速率为_________、_________。
(3)5 min后Z的生成速率____(填“大于”“小于”或“等于”)5 min末Z的生成速率。
解析 (1)根据图示，5 min时，X减少了0.6 mol，Y减少了0.2 mol，Z生成了0.4 mol，X、Y、Z的物质的量的变化量之比为3∶1∶2，因5 min后三者共存，故反应的方程式为3X＋Y2Z。(2)根据图中数据，依据反应速率计算公式可计算出反应速率，需注意Z的初始物质的量是0.1 mol。(3)5 min后Z的物质的量不再变化，反应速率相等。
答案 (1)3X＋Y2Z　(2)0.05 mol·L－1·min－1　0.04 mol·L－1·min－1　(3)等于