高中化学人教版 (2019)选择性必修1第一节 化学反应速率第1课时教学设计

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第一节 化学反应速率


第1课时 化学反应速率








一、化学反应速率的概念及其数学表达式


1．概念：化学反应速率是定量描述化学反应进行快慢的物理量。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。


2．数学表达式为v＝eq \f(Δc,Δt)或v＝eq \f(Δn,V·Δt)。


3．单位常用ml·L－1·s－1或ml·L－1·min－1表示。


二、化学反应速率与化学计量数之间的关系


1．在一个容积为2 L的密闭容器中充入一定物质的量的SO2和O2，则发生反应：2SO2＋O22SO3，经5 s后，测得SO3的物质的量为0.8 ml，填写下表：


2.分析上表可知：


(1)一般来说，随着反应的逐渐进行，反应物浓度会逐渐减小，化学反应速率也会逐渐减慢。因此，化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。


(2)在同一化学反应中，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。因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准。


(3)用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比＝物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化量之比＝化学计量数之比。


同一化学反应，用不同物质表示的化学反应速率，意义相同吗？其数值一定相同吗？


提示：意义相同，但数值不一定相同，若化学方程式中的化学计量数不同，其数值就不同。





1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。


(1)对于反应H2＋Cl2===2HCl，化学反应速率可表示为v＝a ml·L－1·s－1。


(×)


(2)化学反应速率为一段时间内的平均速率。(√)


(3)化学反应速率可以为负值，如逆反应速率。(×)


(4)同一化学反应中不同物质的速率之比等于对应的浓度变化之比，还等于对应物质的物质的量变化之比。(√)


2．下面有关化学反应速率的说法中正确的是( )


A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显


B．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小或任何一种生成物浓度的增加来表示


C．若某化学反应的反应速率为0.5 ml·(L·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 ml·L－1


D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度


D [不是所有化学反应都有明显的现象，A错误；不是所有的物质都可以用来表示反应速率，固体和纯液体一般不用来表示反应速率，因为固体和纯液体的浓度不发生变化，视为常数，B错误；反应速率应该指单位时间内反应物或生成物的浓度变化，C错误。]


3．某温度时，在2 L密闭容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。根据图中数据，试回答：





(1)反应在2 min内的v(X)＝__________________________，


v(Y)＝________________________，


v(Z)＝________________________。


(2)容器内的反应物是________。


(3)写出该反应的化学方程式：__________________________。


[解析] 本题考查的是利用图像法解决化学反应速率问题。在相同体积、相同时间内，反应速率之比等于物质的量的变化量之比，即v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝(1.0－0.9)∶(1.0－0.7)∶(0.2－0)＝1∶3∶2，故该反应的化学计量数之比为1∶3∶2，且该反应为可逆反应。


[答案] (1)0.025 ml·L－1·min－1 0.075 ml·L－1·min－1 0.05 ml·L－1·min－1 (2)X、Y (3)X＋3Y2Z








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1] 计算化学反应速率时，我们应该知道哪些物理量？


提示：起始浓度、终态浓度、反应时间。


[问题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。


提示：(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。





1．化学反应速率的计算方法


(1)利用基本公式：v＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(Δn,V·Δt)。


(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”法计算模板


例如：反应 mA＋nBpC


起始浓度/(ml·L－1) a b c


转化浓度/(ml·L－1) x eq \f(nx,m) eq \f(px,m)


t时刻浓度/(ml·L－1) a－x b－eq \f(nx,m)c＋eq \f(px,m)


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)。


2．比较化学反应速率大小的三步骤


(1)变换单位——将各反应速率的单位统一。


(2)转换物质——将各反应速率转换成用同一物质表示的反应速率(一般转换成化学计量数最小的物质)。


(3)比较大小——比较各反应速率的数值大小。





题组1 化学反应速率的计算


1．某一反应物的浓度是2.0 ml·L－1，经过4 min后，它的浓度变成1.68 ml·L－1，则在这4 min内它的平均反应速率为( )


A．0.2 ml·L－1·min－1


B．0.1 ml·L－1·min－1


C．0.04 ml·L－1·min－1


D．0.08 ml·L－1·min－1


D [根据v＝eq \f(Δc,Δt)＝eq \f(2.0－1.68,4) ml·L－1·min－1＝0.08 ml·L－1·min－1。]


2．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少了0.6 ml·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0.4 ml·L－1·min－1


B．用B表示的反应速率是0.3 ml·L－1·min－1


C．2 min末时的反应速率用B表示是0.3 ml·L－1·min－1


D．在这2 min内用B表示的反应速率的值是减小的，用C表示的反应速率的值逐渐增大


B [A是固体，不能用A的浓度变化表示反应速率，故A不正确；在这2 min内用B表示的平均速率是0.3 ml·L－1·min－1，但2 min末的反应速率小于0.3 ml·L－1·min－1，故B正确，C不正确；D项因v(B)∶v(C)＝3∶2，随反应的进行，B的浓度减小，反应速率逐渐减小，单位时间内生成的C也逐渐减少，故D不正确。]


题组2 化学反应速率的大小比较


3．反应A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(g)，在不同情况下测得反应速率，其中对反应速率的正确描述中最快的是( )


A．v(D)＝0.4 ml·L－1·min－1


B．v(A)＝0.5 ml·L－1·min－1


C．v(B)＝0.6 ml·L－1·min－1


D．v(C)＝0.5 ml·L－1·min－1


B [不同物质表示的速率之比等于其化学计量数之比，故不同物质表示的速率与其化学计量数的比值越大，表示的反应速率越快， A.eq \f(vD,2)＝0.2 ml·L－1·min－1；B.eq \f(vA,1)＝0.5 ml·L－1·min－1; C.eq \f(vB,3)＝0.2 ml·L－1·min－1; D.eq \f(vC,2)＝0.25 ml·L－1·min－1，故v(A)表示的反应速率最快。]


4．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 ml·L－1·s－1、②v(B)＝0.6 ml·L－1·s－1、③v(C)＝0.4 ml·L－1·s－1、④v(D)＝0.45 ml·L－1·s－1，该反应进行的快慢顺序为( )


A．①＞③＝②＞④B．①＞②＝③＞④


C．②＞①＝④＞③D．①＞④＞②＝③


D [同一化学反应中，在单位相同条件下，化学反应速率与其计量数的比值越大，该反应速率越快，①eq \f(vA,1)＝eq \f(0.45,1) ml·L－1·s－1＝0.45 ml·L－1·s－1；②eq \f(vB,3)＝eq \f(0.6,3) ml·L－1·s－1＝0.2 ml·L－1·s－1；③eq \f(vC,2)＝eq \f(0.4,2) ml·L－1·s－1＝0.2 ml·L－1·s－1；④eq \f(vD,2)＝eq \f(0.45,2) ml·L－1·s－1＝0.225 ml·L－1·s－1，所以其反应速率快慢关系为①＞④＞②＝③。]





1．5.6 g铁粉投入到盛有100 mL 2 ml·L－1稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计)，下列表示该反应的反应速率正确的是( )


A．v(Fe)＝0.5 ml·L－1·min－1


B．v(H2SO4)＝1 ml·L－1·min－1


C．v(H2SO4)＝0.5 ml·L－1·min－1


D．v(FeSO4)＝1 ml·L－1·min－1


C [铁粉为固体，其物质的量浓度可视为常数，不能用来表示化学反应速率，A错；反应的铁粉是0.1 ml，参加反应的H2SO4为0.1 ml，所以v(H2SO4)＝0.5 ml·L－1·min－1，v(FeSO4)＝0.5 ml·L－1·min－1，B、D错。]


2．在密闭容器里，A与B反应生成C，其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示，已知2v(B)＝3v(A)、3v(C)＝2v(B)，则此反应可表示为( )


A．A＋3B===2C B．2A＋3B===2C


C．3A＋B===2CD．A＋B===C


B [已知2v(B)＝3v(A)、3v(C)＝2v(B)，反应速率之比等于相应的化学计量数之比，则v(A)∶v(B)∶v(C)＝2∶3∶2，因此该反应可表示为2A＋3B===2C。]


3．在2 L的密闭容器中，发生以下反应：2A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)，若最初加入的A和B都是4 ml，在前10 s A的平均反应速率为0.12 ml·L－1·s－1，则10 s时，容器中B的物质的量是( )


A．3.4 mlB．3.2 ml


C．2.8 mlD．1.2 ml


C [前10 s A的平均反应速率为0.12 ml·L－1·s－1，由反应速率之比等于化学计量数之比可知， B的反应速率为0.12 ml·L－1·s－1×eq \f(1,2)＝0.06 ml·L－1·s－1，所以转化的B为0.06 ml·L－1·s－1×10 s×2 L＝1.2 ml，则10 s时，容器中B的物质的量为4 ml－1.2 ml＝2.8 ml。]


4．将化合物A的蒸气1 ml充入0.5 L的密闭容器中加热分解：2A(g)B(g)＋nC(g)。反应到3 min时，容器内A的浓度为0.8 ml·L－1，测得这段时间内，平均速率v(C)＝0.6 ml·L－1·min－1，则化学反应方程式中n值为________，v(B)＝__________________。


[解析] 因为化学反应方程式中各物质的化学计量数之比等于相应物质的反应速率之比，所以欲求n值，可先求v(A)的值。Δc(A)＝eq \f(1,0.5) ml·L－1－0.8 ml·L－1＝1.2 ml·L－1，A的化学反应速率：v(A)＝eq \f(ΔcA,Δt)＝eq \f(1.2 ml·L－1,3 min)＝0.4 ml·L－1·min－1，则v(A)∶v(C)＝2∶n＝0.4 ml·L－1·min－1∶0.6 ml·L－1·min－1＝2∶3，故n＝3。v(B)＝eq \f(1,2)v(A)＝eq \f(1,2)×0.4 ml·L－1·min－1＝0.2 ml·L－1·min－1。


[答案] 3 0.2 ml·L－1·min－1


5．某温度时，在2 L密闭容器中，某一反应中A、B的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析得：





(1)在4 min末时，A、B的物质的量浓度c(A)________c(B)，从0～4 min内A、B的物质的量浓度变化量Δc(A)________Δc(B)(以上填“>”“ (2)0.05 ml·L－1·min－1 (3)2AB发展目标
体系构建
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，学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。
有关反应物质
SO2
O2
SO3
物质的量变化/ml
0.8
0.4
0.8
物质的量浓度变化/(ml·L－1)
0.4
0.2
0.4
化学反应速率/(ml·L－1·s－1)
0.08
0.04
0.08
速率之比
v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2
化学反应速率的计算方法


(素养养成——证据推理与模型认知)