高中化学第一节 化学反应速率优质学案

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02
预习导学
自主梳理
(1)概念及表达式
①概念
化学反应速率可以用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示。通常用单位时间内 的减小或 的增加来表示。
②表达式
v＝，其中v表示反应速率，c表示各反应物或生成物浓度，Δc表示其浓度变化(取其绝对值)，t表示时间，Δt表示时间变化。
(2)单位
浓度常以 ml·L－1(或ml/L)为单位，时间常以s、min为单位，故化学反应速率的常用单位为
等。
(3)同一反应用不同物质表示的反应速率
①表示方法
对于任意一个化学反应：mA＋nB===pC＋qD，用不同物质表示的化学反应速率分别为：v(A)＝ 、v(B)＝ 、v(C)＝ 、v(D)＝ 。
②不同物质反应速率的关系
用不同物质表示同一化学反应在同一时间段内的反应速率时， 之比等于化学方程式中各物质的 之比。
即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝ 。
【答案】(1)①反应物浓度 生成物浓度。② eq \f(Δc,Δt)
(2) ml/(L·s)、ml/(L·min)(或ml·L－1·s－1、ml·L－1·min－1)等。
(3)① eq \f(Δc（A）,Δt) 、 eq \f(Δc（B）,Δt) 、 eq \f(Δc（C）,Δt) 、 eq \f(Δc（D）,Δt) 。
②化学反应速率 化学计量数 m∶n∶p∶q。
预习检测
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．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0.5ml•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0.5ml•L-1•s-1
D．化学反应速率常用单位有ml•L-1•s-1和ml•L-1•min-1
【答案】C
【解析】A．化学反应有的快，有的慢，则使用化学反应速率来定量表示化学反应进行的快慢，故A正确；
B．反应物本身的性质是决定反应速率的主要因素，如火药爆炸、食物腐败，故B正确；
C．若某化学反应的反应速率为0.5ml•(L•s)-1是指用某一物质表示的平均速率，与用其它物质表示的速率不一定相等，故C错误；
D．公式中，浓度的单位是ml/L，时间单位常用s、min，所以化学反应速率常用单位有：ml•L-1•s-1和ml•L-1•min-1，故D正确；
故选：C。
2．下列说法正确的是
A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C．由v=计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率
D．在反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
【答案】B
【解析】A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示，A错误；
B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比，B正确；
C．化学反应速率表示化学反应在某一时间段内的平均速率，而不是瞬时速率，C错误；
D．在计算化学反应速率时，取浓度变化的绝对值，故化学反应速率恒为正值，D错误；
故答案为：B。
3．已知反应，经2min，B的浓度减少，对该反应速率的表示，下列说法正确的是
A．用A表示的反应速率是
B．用B、C、D表示的反应速率之比为3∶2∶1
C．在2min末，用B表示的反应速率是
D．在2min内用B表示的反应速率逐渐减小，用C表示的反应速率逐渐增大
【答案】B
【解析】A．经2min，B的浓度减少0.6ml/L，用B表示的反应速率v(B)==0.3ml·L-1·min-1，同一反应用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的系数之比，所以用A表示的反应速率v(A)=×0.3ml·L-1·min-1=0.4 ml·L-1·min-1，故A错误；
B．同一反应用不同物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质的系数之比，由可知，B、C、D的系数之比为3∶2∶1，用B、C 、D表示的反应速率之比为3∶2∶1，故B正确；
C．内用B表示的化学反应速率为，此反应速率为平均速率，不能计算2 min末的瞬时速率，故C错误；
D．随着反应的进行，反应物的浓度逐渐降低，反应速率逐渐减小，所以内用B和C表示的化学反应速率都逐渐减小，故D错误；
故选B。
4．反应在四种不同情况下的反应速率分别为①；②；③；④，该反应进行的快慢顺序为
A．④>③=②>①B．①>②=③>④C．①>②>③>④D．④>③>②>①
【答案】A
【解析】由反应速率之比等于化学计量数之比可知，四种条件下A物质的反应速率分别为①、②、③、④，则反应进行的快慢顺序为④>③=②>①，故选A。
5．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4v (A)=5v (B)， v (A)=v (C)，6v (B)=4v (D)， 则此反应可表示为
A．4A+5B =4C+6DB．5A+4B=4C+6D
C．5A+4B=5C+6DD．4A+6B=4C+5D
【答案】C
【解析】化学反应速率之比等于化学计量数之比，确定各物质的系数，4v(A)=5v(B)，v(A)=v(C)，6v(B)=4v (D)，则v(A)：v(B)：v(C)：v(D) =5：4：5：6，A与B反应生成C与D，该反应为5A+4B=5C+6D，故选C。
6．小李同学采用如图所示的实验装置测定锌与稀硫酸反应的速率，取1g锌粒与20mL0.5ml·L-1的硫酸进行反应，测得不同时刻反应生成的H2的体积(已折算为标准状况)如表。下列说法正确的是
A．反应结束时锌粒无剩余
B．锌与稀硫酸反应初期速率逐渐加快，后又变慢
C．应用锌粉代替锌粒进行实验，以节约实验时间
D．假设溶液的体积不变，10~25s内的平均反应速率v(H2SO4)=0.02ml·L-1·min-1
【答案】B
【解析】A．Zn与稀硫酸反应：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，1gZn消耗稀硫酸的物质的量为ml＞0.01ml，锌过量，故A错误；
B．锌与稀硫酸反应放热，温度升高，化学反应速率加快，反应进行一定时间后，酸中氢离子浓度减小，化学反应速率减慢，故B正确；
C．采用锌粉反应速率太快，收集一定体积的H2时所需时间间隔太短，不易计时，故C错误；
D．10~25s内反应生成n(H2)==0.001ml，参与反应的硫酸是0.001ml，v(H2SO4)=0.2ml·L-1·min-1，故D错误；
答案为B。
探究提升
03
►环节一 化学反应速率
【情境材料】
反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)在2 L的密闭容器中进行，1 min后，NH3减少了0.12 ml。
【问题探究】
(1)1 min内，以NH3表示的化学反应速率为________。
(2)以O2表示的化学反应速率为________。
(3)以NO表示的化学反应速率为________。
(4)以H2O表示的化学反应速率为________。
(5)分别用NH3、O2、NO、H2O表示的化学反应速率之比为________。
【答案】(1)0.06 ml·L－1·min－1 (2)0.075 ml·L－1·min－1 (3)0.06 ml·L－1·min－1
(4)0.09 ml·L－1·min－1 (5)4∶5∶4∶6
要点归纳
化学反应速率的测定
(1)测定原理：利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。
(2)测定方法
①利用能够直接观察的某些性质测定：如通过测量释放出一定体积气体的时间来测定反应速率，或通过测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。
如气体体积、体系压强、颜色深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。
在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，人们常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
②利用科学仪器测量：如在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
如根据释放出气体的体积：安装如图所示的两套装置A、B(锌粒大小相同)，通过分液漏斗分别加入40 mL 1 ml·L－1和40 mL 4 ml·L－1的硫酸后都立即产生气泡，我们可以根据①产生10 mL的氢气所需要的时间，②1分钟收集H2的体积来判断A、B两套装置的反应速率大小。
(1)由公式v＝ eq \f(Δc,Δt) 计算得到的化学反应速率，是某一时间段的平均速率而不是瞬时速率。
(2)不论是反应物还是生成物，其化学反应速率值都取正值。
(3)固体或纯液体(不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
(4)同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率的数值可能不同，但它们表示的意义完全相同，因此，要在反应速率v后标明具体的物质。
典例精讲
【例1】（2022秋·四川攀枝花·高二攀枝花七中校考阶段练习）反应在容积为2L的密闭容器中进行，1mim后，减少了0.12ml，则平均每秒浓度的变化表示正确的是
A．：B．：
C．：D．：
【答案】D
【解析】氨气1min内平均每秒浓度的变化是=0.001ml/L，
A．NO的浓度变化等于氨气的浓度的变化，即为0.001ml/L，选项A错误；
B．H2O的浓度变化等于ml/L=0.0015ml/L，选项B错误；
C．氨气的浓度变化为0.001ml/L，选项C错误；
D．氧气的浓度变化为ml/L=0.00125ml/L，选项D正确；
答案选D。
【例2】（2023春·四川绵阳·高二绵阳中学校考开学考试）在密闭容器中进行A与B反应生成C的可逆反应，反应速率v(A)、v(B)、v(C)之间存在以下关系：v(C)=2v(A)，3v(C)=2v(B)，则该反应可以表示为
A．A(g)+B(g)⇌C(g)B．2A(g)+2B(g)⇌3C(g)
C．A(g)+3B(g)⇌2C(g)D．3A(g)+B(g)⇌2C(g)
【答案】C
【解析】在同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率，速率比等于化学方程式中化学计量数的比。密闭容器中A(g)与B(g)反应生成C(g)，其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示，它们之间有以下关系：v(C)=2v(A)，3v(C)=2v(B)，则化学方程式为A(g)+3B(g)=2C(g)，故合理选项是C。
【例3】容积固定的2L密闭容器中进行的某一可逆反应A（g）+2B（g） 2C（g），以B的物质的量浓度表示的反应速度υ正、υ逆与时间的关系如图所示，则图中阴影部分的面积可表示

A．A的物质的量浓度的减少B．B的物质的量浓度的减少
C．C的物质的量的增加D．B的物质的量减少
【答案】B
【解析】观察图像，纵坐标为B的反应速率，横坐标为时间，由微分法可知，二者之积为浓度，故V(正)×t(平衡)表示B向正反应方向进行时减少的浓度，V(逆)×t(平衡)表示B向逆反应方向进行时增大的浓度，故阴影部分的面积表示B向正反应方向进行时“净”减少的浓度，再利用浓度变化量之比等于化学计量数之比判断A的浓度变化；
A．浓度变化量之比等于化学计量数之比，故△c(A)=0.5△c(B)，为阴影面积的一半，选项A错误；
B．由上述分析可知，阴影为平衡时B的浓度减少量△c(B)，选项B正确；
C．由上述分析可知，阴影为平衡时B的浓度减少量△c(B)，选项C错误；
D．阴影为平衡时B的浓度减少量△c(B)，容器的体积为2L，阴影部分的面积不能表示B的物质的量的减少量，选项D错误；
答案选B。
►环节二 化学反应的速率的计算与比较
【情境材料】
物理学科中可以利用速度来描述物质运动的快慢，化学学科中我们利用化学反应速率来定量测量化学反应的快慢。
【问题探究】
1．计算化学反应速率时，我们应该知道哪些物理量？
2．对于比较复杂的化学反应速率计算，常采用“三段式法”进行计算，如下例所示：
2A(g)＋B(g)2C(g)
起始浓度/(ml·L－1) 2 1 0
转化浓度/(ml·L－1) 2x x 2x
ns后浓度/(ml·L－1) 2－2x 1－x 2x
有v(A)＝eq \f(2x,n) ml·L－1·s－1，v(B)＝eq \f(x,n) ml·L－1·s－1，v(C)＝eq \f(2x,n) ml·L－1·s－1，B的转化率为eq \f(x,1)×100%。
根据上面具体实例，总结“三段式法”的操作步骤。
【答案】1．起始浓度、终态浓度、反应时间。
2．(1)写出化学反应方程式并配平。 (2)根据题意，依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量)、浓度(或物质的量)的变化量及一段时间后的浓度(或物质的量)，未知量可以设未知数表示。(3)根据起始浓度(或物质的量)与一段时间后的浓度(或物质的量)的差等于浓度(或物质的量)的变化量，变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，列出关系式计算。
要点归纳
1．化学反应速率的计算方法——“三段式”法
(1)求解化学反应速率计算题的一般步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
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计算。
v(B)＝ eq \f(转化浓度,Δt) ＝ eq \f(nx,mΔt)
(2)计算中注意以下量的关系：
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)
③转化率＝ eq \f(c（转化）,c（起始）) ×100%
2．化学反应速率大小的比较方法
同一化学反应中，用不同物质来表示化学反应速率时，数值可能不同，需要进行转化。常用以下两种方法：
(1)归一法
(2)比值法
通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较，比值大的化学反应速率大。
如对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，若 eq \f(v（A）,a) > eq \f(v（B）,b) ，则用A表示的化学反应速率较大。
比较反应速率大小时，一定注意单位是否统一。
典例精讲
【例4】（2022秋·河南·高二校联考阶段练习）下列测量化学反应速率的依据不可行的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【解析】A．酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反应生成Mn2+和二氧化碳，随着反应进行高锰酸钾溶液褪色，可以通过记录溶液褪色时间来测定反应速率，A不符合题意；
B．单位时间内产生的沉淀的质量越多，则反应速率越快，反之反应速率越慢，测量依据可行，B不符合题意；
C．该反应前后气体分子数不变，故温度、体积一定时，反应前后气体总压不变，则测量依据不可行，C符合题意；
D．单位时间内，I-浓度减小得越多，反应速率越快，反之，反应速率越慢，测量依据可行，D不符合题意；
故答案选C。
【例5】（2021秋·河南驻马店·高二统考期末）已知反应：2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色)△H＜0。将一定量的NO2充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法不正确的是
A．b点的操作是压缩注射器
B．d点：v(正)< v(逆)
C．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小
D．若不忽略体系温度变化，且没有能量损失，则T(b)