2.1 化学反应速率（第1课时 化学反应速率及影响因素）-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

 第二章 第一节 化学反应速率
第1课时 化学反应速率及影响因素
【学习目标】
1．了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。
2．掌握化学反应速率的简单计算。
3．能通过实验探究分析不同组分浓度对化学反应速率的影响，能用一定理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
【素养目标】
1．通过研究化学反应速率变化和可逆反应，培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
2．通过运用“三段式”进行化学反应速率的计算，梳理模型意识，培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
3．利用化学反应速率的测定实验，通过气泡产生的快慢定性地理解化学反应速率的概念。通过实验探究，总结影响化学反应速率的因素，形成由宏观到微观、由感性到理性的科学探究过程，并获得基本的观察能力、探究能力和实际解决问题的能力。培养学生“宏观辨识和微观探析”“科学探究与创新意识”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：化学反应速率
1．化学反应速率

2．化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q或v(A)＝v(B)＝v(C)＝v(D)。
【点拨】化学反应速率的理解应注意的问题
(1)误认为对于在不同条件下进行的同一反应，同一反应物或生成物的物质的量的变化量大，反应速率就一定快。化学反应速率是用单位时间内浓度的变化量来表示的，物质的量的变化量大，单位时间内浓度的变化量不一定大。
(2)误认为用不同的物质表示化学反应速率意义不同。在同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率数值不一定相同，但是它们的实际意义完全相同，即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的化学反应速率。
(3)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。
(4)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。
典例1．下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A．对任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显
B．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢的物理量
C．若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．化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加来表示
【答案】B
【解析】反应速率与反应现象无关，反应速率快的可能无现象，如中和反应，故A错误；反应速率的大小表示反应进行的快慢，即化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢，故B正确；v＝0.50 mol·L－1·s－1是指1 s内某物质的物质的量浓度的变化为0.50 mol·L－1，故C错误；不能用纯固体或液体表示反应速率，可利用单位时间内反应物或生成物的浓度变化表示反应速率，故D错误。
典例2．反应4A(s) + 3B(g)2C(g) + D(g)，经2 min B的浓度减少0.6mol·L-1 。对此反应速率的正确表示是( )
A．用A表示的反应速率是0.8mol·L-1·s-1
B．分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3:2:1
C．在2 min末时的反应速率，用反应物B来表示是0. 3mol·L-1·min-1
D．在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
【答案】B
【解析】经2 min B的浓度减少0.6 mol·L-1，这2 min内的平均反应速率v(B)=0.3 mol·L-1· min-1，而不是2 min末时的反应速率，C错；根据反应速率之比等于化学计量数之比可知B正确，A、D错误。
知识点二：化学反应速率的基本计算及比较
1．化学反应速率计算
(1)利用基本公式：v＝＝。
(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＝各物质物质的量的变化量(Δn)之比。
(3)“三段式”法计算化学反应速率
①写出反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程式计算。
“三段式”法计算模板
例如：反应　　　 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＋
则①v(A)＝　v(B)＝　v(C)＝ ②α(A)＝×100%。
典例3．X(s)＋3Y(g)Z(g) ΔH＝—a kJ·mol-1，一定条件下，将2 mol X和2 mol Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 s，测得生成0.5 mol Z。下列说法正确的是(　　)
A．10 s内，v(X)=0.025 mol·L-1·s-1
B．第10 s时，Y的反应速率为0.075 mol·L-1·s-1
C．第10 s时，X为1.5 mol，Y的浓度为0.25 mol·L-1
D．10 s内，X和Y反应放出的热量为a kJ
【答案】C
【解析】根据题意，列三段式：
X(s)　＋　3Y(g)Z(g)
开始 2 mol 2 mol 0
转化 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol
10 s时 1.5 mol 0.5 mol 0.5 mol
X是固体，不能表示反应速率，故A项错误；10 s内，Y的平均反应速率为＝0.075 mol·L-1·s-1，不是瞬时速率，故B项错误；第10 s时，X的物质的量为1.5 mol，Y的浓度为0.25 mol·L-1，故C项正确；该反应中，Y消耗3 mol时，反应放出a kJ热量，10 s内，Y消耗了1.5 mol，则反应放出的热量为0.5a kJ，故D项错误。
典例4．某温度时，在容积为3 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

分析图中数据，回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为 。
(2)反应开始至2 min 末，X的反应速率为 。
(3)Z的转化率为 。
【答案】(1)Y(g)＋2Z(g) 3X(g) (2)0.067 mol/(L·min) (3)20%
【解析】(1)反应开始时，X、Y、Z的物质的量分别为0.4 mol、1.2 mol、2.0 mol,3 min时X、Y、Z的物质的量分别为1.0 mol、1.0 mol、1.6 mol。在0～3 min 时间段内，X、Y、Z的物质的量变化分别为0.6 mol(增加)、0.2 mol(减少)、0.4 mol(减少)。即X、Y、Z转化的物质的量之比为n(X)∶n(Y)∶n(Z)＝3∶1∶2。根据各物质转化的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比，得到化学方程式为Y(g)＋2Z(g)3X(g)。(2)反应开始和2 min 时，X的物质的量分别为0.4 mol、0.8 mol。即在0～2 min时间段内X增加的物质的量为0.4 mol。故X的反应速率为v(X)＝≈0.067 mol/(L·min)。(3)α(Z)＝×100%＝20%。
2．化学反应速率的比较方法
对于同一化学反应速率用不同物质表示的数值可能不同，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。
(2)比值法：比较同一物质化学反应速率的数值或分别除以相应物质的化学计量数之后的数值。数值越大，反应进行得越快。
如反应：aA＋bB=== cC，比较 与，若＞，则A的反应速率比B大。
典例5．在一定条件下，对于A2(g)＋3B2(g)===2AB3(g)反应来说，以下化学反应速率的表示中，化学反应速率最快的是( )
A．v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1 B．v(A2)＝30 mol·L－1·min－1
C．v(AB3)＝1.0 mol·L－1·s－1 D．v(B2)＝1.2 mol·L－1·s－1
【答案】A
【解析】　A项，v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1；B项，v(A2)＝0.5 mol·L－1·s－1；C项，v(A2)＝v(AB3)＝0.5 mol·L－1·s－1；D项，v(A2)＝v(B2)＝0.4 mol·L－1·s－1，数值大的反应速率快。
典例6．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)＝0.45 mol·L－1·s－1、②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1、③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1、④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1，该反应在四种不同情况下进行的快慢顺序为( D )
A．①>③＝②>④ B．④>②＝③>①
C．②>①＝④>③ D．①>④>②＝③
【答案】D
【解析】因在同一化学反应中，在反应速率的单位相同的情况下，用不同物质表示的化学反应速率与其化学计量数的比值越大，表示该反应速率越快，①＝0.45 mol·L－1·s－1；②＝0.2 mol·L－1·s－1；③＝0.2 mol·L－1·s－1；④＝0.225 mol·L－1·s－1，所以该反应在不同情况下，反应速率的快慢关系为①>④>②＝③，故D正确。
知识点三：影响化学反应速率的因素
1．主要因素——内因
反应物的组成、结构和性质等因素是决定反应速率的主要因素，如Na、Mg、Al与酸反应的速率大小关系为Na＞Mg＞Al。
2．外界因素——外因

【点拨】浓度对化学反应速率影响的理解
①固体和纯液体对化学反应速率无影响，但要注意水(液态)对溶液的稀释作用。
②浓度的改变必须是真正参加反应离子的浓度，如酸碱中和反应影响速率的是H＋、OH－浓度。
③一般温度每升高10 ℃，反应速率通常增大为原来的2～4倍。
④压强影响反应速率适用于有气体参加的化学反应，同时压强改变反应速率是通过改变物质浓度引起的。
3．“惰气”对反应速率的影响
在恒温恒容条件下
通入“惰气”，总压增大，反应物浓度不变，反应速率不变
恒温恒压条件下
通入“惰气”，总体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小
【点拨】外界条件对可逆反应v正、v逆的影响
(1)增大c(反)时v正增大，v逆此时不变。
(2)增大p时，v正、v逆均增大，但气体体积减小的方向速率增大倍数较大。
(3)升高T时，v正、v逆均增大，但吸热方向的速率增大倍数较大。
(4)使用催化剂，可同倍数的增大v正、v逆。
典例7．对于有气体参加的反应，一定能使化学反应速率加快的因素是( )
①扩大容器的容积　 ②使用催化剂　 ③增加反应物的物质的量 ④升高温度　
⑤缩小容积　 ⑥增大容器内的压强
A．②③ B．②③④⑥ C．②④⑤ D．②④
【答案】C
【解析】对于有气体参加的反应，使用催化剂、升温、缩小体积，化学反应速率一定加快；而增加反应物的物质的量，该反应物若是固体，速率不加快；增大容器内的压强，反应物浓度不一定增大，反应速率不一定加快。
典例8．一定温度下，反应①C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH>0，反应②2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)　ΔH<0。下列有关以上两个反应的说法正确的是(　　)
A．降低温度反应①的速率减小，反应②的速率增大
B．增大压强反应①的速率不变，反应②的速率增大
C．增大压强反应①的速率增大，反应②的速率增大
D．升高温度反应①的速率增大，反应②的速率减小
【答案】C
【解析】降低温度反应速率减小，升高温度反应速率增大，A、D错误；对于有气体参加的可逆反应，增大压强反应速率增大，减小压强反应速率减小，B错误，C正确。
4. 实验探究

安装如图所示的两套装置A、B(锌粒大小基本相同)。通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L−1和40 mL 4 mol·L−1的硫酸后都立即产生气泡，我们可以根据产生相同体积的氢气所用时间的长短来判断A、B两套装置的反应速率大小。
【点拨】本实验测量锌和稀硫酸反应速率的注意事项
(1)锌粒的颗粒(即表面积)大小基本相同；
(2)40 mL的硫酸溶液要迅速加入；
(3)装置气密性要好，且计时要迅速、准确。
【思维建模】　“控制变量法”解题思维模板

典例9．某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时，将3支试管分别编号为①②③，实验结束后记录的数据如下表所示：
试管编号
加3% Na2S2O3溶液
加H2O
加H2SO4溶液
出现浑浊的时间
①
3 mL
3 mL
5滴
33 s
②
a mL
2 mL
5滴
28 s
③
5 mL
b mL
5滴
16 s
下列叙述不正确的是(　　)
A．反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4=== Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
B．Na2S2O3的浓度越大，反应速率越快
C．a=4
D．b=2
【答案】D
【解析】反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O，A正确；在其他条件不变时，反应物的浓度越大，反应速率越快，B正确；该实验是研究浓度对化学反应速率的影响，根据①可知，3% Na2S2O3溶液与所加水的总体积为6 mL，则a=4，b=1，C正确，D错误。
核心价值与学科素养
2018年8月26日，中国短跑运动员苏炳添加冕亚洲飞人，以9秒92勇夺雅加达亚运会男子100米冠军，与谢震业共创中国短跑最好的时代；这就是速度的力量。英语中“speed”就是速度的意思，而生活中很多问题也涉及速度、速率的问题，如高速路上出现限行速度；乌龟爬行很慢；人的心跳速度正常，心跳加快等。
典例10．为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为CO和H2，再将它们转化为甲醇，某实验人员在一定温度下的密闭容器中，充入一定量的H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)，测定的部分实验数据如下：
t/s
0
500 s
1 000 s
c(H2)(mol/L)
5.00
3.52
2.48
c(CO)(mol/L)
2.50



(1)在500 s内用H2表示的化学反应速率是 。
(2)在1 000 s内用CO表示的化学反应速率是 ，1 000 s时H2的转化率是 。
(3)在500 s时生成的甲醇的浓度是 mol/L。
【答案】(1) 2.96×10－3 mol/(L·s) (2) 1.26×10－3 mol/(L·s) 50.4% (3) 0.74
【解析】在500 s内，v(H2)＝＝2.96×10－3 mol/(L·s)。(2)在1 000 s时反应的H2的浓度是Δc(H2)＝5.00 mol/L－2.48 mol/L＝2.52 mol/L，则反应的CO的浓度是Δc(CO)＝Δc(H2)＝1.26 mol/L，用CO表示化学反应速率为v(CO)＝＝1.26×10－3 mol/(L·s)，H2的转化率为×100%＝50.4%。(3)在500 s时反应的H2的浓度为c(H2)＝1.48 mol/L，则生成的CH3OH的浓度为c(CH3OH)＝c(H2)＝0.74 mol/L。
【跟踪练习】 基础过关
1． 如图安装好实验装置(装置气密性良好)，在锥形瓶内盛有6.5 g锌粒(Zn的相对原子质量为65)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L－1的稀硫酸，将产生的H2收集在注射器中，10 s时恰好收集到标准状况下的H2 44.8 mL。下列说法不正确的是(　　)

A．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1
B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1
C．用锌粒表示10 s内该反应的速率为0.013 g·s－1
D．用H2表示10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·s－1
2． 某密闭容器中充入等物质的量的A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如图甲所示，正逆反应速率随时间的变化如图乙所示，下列说法中正确的是(　　)

A．30～40 min间该反应使用了催化剂
B．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
C．30 min时降低温度，40 min时升高温度
D．8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·L－1·min－1
3． 工业上利用可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)合成氨，下列叙述正确的是( )
A．合成氨的适宜条件是高温、高压、催化剂，其中催化剂不改变该反应的逆反应速率
B．恒容通入氩气，使反应体系的压强增大，反应速率一定增大
C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D．在t1、t2时刻，NH3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1～t2内，NH3(g)生成的平均速率为v＝
4． 在实验Ⅰ和实验Ⅱ中，用相同体积和浓度的盐酸分别与足量的石灰石反应，并在一定时间内测量反应放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状石灰石，实验Ⅱ用的是粉末状石灰石，下列图示能正确反映两实验结果的是( )
A． B． C． D．
5． 某恒容密闭容器中进行反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝a kJ·mol－1；某科研小组通过实验测出SO2的转化率(SO2、NO起始量一定)随条件P的变化情况如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．10～15 min内反应速率小于15～20 min的反应速率，P为升高温度
B．10～20 min内反应速率小于20～40 min的反应速率，P为减小SO3的浓度
C．10～15 min内反应速率大于40～50 min的反应速率，P为减小压强
D．该反应中，随着反应物浓度的减小，反应速率一直减小
能力达成
6． 一定条件下，反应H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)的速率方程为v＝kcα(H2)cβ(Br2)cγ(HBr)，某温度下，该反应在不同浓度下的反应速率如下：
c(H2)/(mol·L－1)
c(Br2)/(mol·L－1)
c(HBr)/(mol·L－1)
反应速率
0.1
0.1
2
v
0.1
0.4
2
8v
0.2
0.4
2
16v
0.4
0.1
4
2v
0.2
0.1
c
4v
根据表中的测定结果，下列结论错误的是(　　)
A．表中c的值为1
B．α、β、γ的值分别为1、2、－1
C．反应体系的三种物质中，Br2(g)的浓度对反应速率影响最大
D．反应体系中保持其他物质浓度不变，增大HBr(g)浓度，会使反应速率降低
7． 甲、乙两个实验小组利用酸性KMnO4溶液与H2C2O4溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已加入H2SO4)：
甲组:通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。某同学进行实验,实验装置如图。其中A、B的成分见下表：

序号
A
B
①
2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
②
2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液
③
2 mL 0.2 mol/L H2C2O4溶液
4 mL 0.01 mol/L KMnO4溶液和少量MnSO4
(1)该反应的离子方程式为 ，实验结束后读数前需要移动量气管，使两个量气管的液面相平。 
乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需的时间来比较化学反应速率的大小。为了探究KMnO4溶液与H2C2O4溶液浓度对反应速率的影响，某同学在室温下完成以下实验：
实验编号
1
2
3
4
水/mL
10
5
0
x
0.5 mol/L H2C2O4溶液/mL
5
10
10
5
0.2 mol/L KMnO4溶液/mL
5
5
10
10
时间/s
40
20
10
—
(2)x=　　　　，4号实验中始终没有观察到溶液褪色，你认为可能的原因是　　　　　　　。 
(3)2号实验中，用H2C2O4表示的反应速率为　　　　　　(反应后溶液的总体积变化忽略不计)。 
(4)在实验中发现酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时，开始一段时间反应速率较慢，溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快。某同学认为是反应放热导致溶液温度升高，再次进行3号实验，测定反应过程中不同时间溶液的温度，结果如下表：
时间/s
0
5
10
15
20
25
30
温度/℃
25
26
26
26
26.5
27
27
①结合实验目的与表中数据,你得出的结论是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②从影响化学反应速率的因素看，你认为还可能是　　　　的影响。若用实验证明你的猜想，除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是　　　　。 
a．硫酸钾　　　 　　 b．水 c．二氧化锰　　　　　　d．硫酸锰
8． 一氧化二氮(N2O)气体具有轻微的麻醉作用，被广泛应用于医学中。
(1)在恒容容器、不同温度(T)下，反应2N2O(g)===2N2(g)＋O2(g)　ΔH＝－163 kJ·mol－1中N2O分解半衰期随起始压强的变化关系如图所示(半衰期指任一浓度的N2O消耗一半时所需的时间)：





则T1________(填“＞”“＜”或“＝”)T2。当温度为T1、起始压强为p0，反应至t1 min时，体系压强p＝________(用p0表示)。
(2)碘蒸气能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程：
第一步　I2(g)===2I(g)　(快反应)
第二步　I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋IO(g)　(慢反应)
第三步　IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(g)　(快反应)
实验表明，N2O的分解速率方程为v＝k·c(N2O)·c0.5(I2)(k为速率常数)。下列表述正确的是________(填字母)。
A．温度升高，k增大
B．第一步反应对总反应速率起决定作用
C．第二步反应的活化能比第三步反应的大
D．N2O的分解速率与I2浓度无关