化学选择性必修1第一节 化学反应速率学案及答案

第1节化学反应速率学案

必备知识·自主学习

一、化学反应速率

1．化学反应速率

2.同一反应中各物质的反应速率间的关系

对于mA＋nB===pC＋qD，A、B、C、D是气体或溶液时，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。

3．化学反应速率的实验测定

常用于化学反应速率测定的物理量有气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。

(1)化学反应速率描述的是某一时刻的速率吗？

提示：不是。化学反应速率是平均速率。

(2)(教材二次开发)用如图装置测定锌与稀硫酸反应的化学反应速率，除通过测量收集一定体积H2所用时间的长短来测定化学反应的反应速率外还有哪些方法？

提示：①可以通过测量相同时间内收集H2的体积来测定化学反应的反应速率；②可以通过测量一段时间内溶液pH的变化[即c(H＋)的变化]来测定化学反应的反应速率。

二、影响化学反应速率的因素

1．主要因素

反应物的组成、结构和性质等因素。

2．影响因素

(1)根据能量变化，化学反应分为吸热反应和放热反应。升高温度，只是吸热反应的反应速率增大，对吗？

提示：不对。温度对反应速率的影响适用于各种化学反应。不管是吸热反应还是放热反应，升高温度，化学反应速率都增大，降低温度，化学反应速率都减小。

(2)判断下列说法是否正确。正确的打“√”，错误的打“×”。

①Na、Mg、Al与同浓度的稀H2SO4反应，反应速率相同。(　　)

提示：×。Na、Mg、Al自身性质不同，反应速率不同。

②升高温度，加压均可增大任何反应的化学反应速率。(　　)

提示：×。改变压强只对有气体参加的反应的速率有影响。

③锌与稀H2SO4反应时，硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快。(　　)

提示：×。浓硫酸与锌反应不产生氢气。

(3)(情境思考)在较低温度环境中面包为什么腐败变慢？

提示：食物的腐败属于化学反应，化学反应速率受温度影响，温度越低，反应速率越慢。

三、活化能

1．基元反应

大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能发生，往往经过多个反应步骤才能实现。其中，每一步反应都称为基元反应，它反映了化学反应的反应历程。

2．有效碰撞

3．活化能和活化分子

(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。

(2)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。

4．反应物、生成物的能量与活化能的关系

5．改变化学反应速率的其他方法

除了改变浓度、温度、压强、选用催化剂外，还有光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等因素也会对反应速率产生影响。

活化能大的反应为什么不容易发生？

提示：活化能大，反应物分子不容易成为活化分子，很少发生有效碰撞，反应不易发生。

关键能力·合作学习

知识点一　化学反应速率的简单计算与比较

1．化学反应速率的计算方法

(1)公式法

利用公式v＝计算化学反应速率。

(2)比例式法

利用化学反应速率之比＝物质的量浓度变化量之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

(3)“三段式”法

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)＝＝

计算中注意以下量的关系：

a．对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)

b．对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)

2．化学反应速率快慢的比较方法

(1)归一法：以一种物质为标准，将用其他物质表示的反应速率转换成用选做标准的物质表示的反应速率，然后直接比较数值的大小，数值大者反应速率大。

(2)比值法：通过各物质表示的反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较，比值大者反应速率大。

(1)(思维升华)在同一化学反应中，各物质的化学反应速率数值可能相同也可能不同，它们表达的意义相同吗？表示化学反应速率时应注意什么？(宏观辨识与微观探析)

提示：各物质的速率表示的意义完全相同。表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准。

(2)(思维升华)对于有固体(或纯液体)参与的化学反应，能利用“化学反应速率之比＝化学计量数之比”计算固体(或纯液体)的化学反应速率吗？(宏观辨识与微观探析)

提示：不能。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，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率，因此无法使用“化学反应速率之比＝化学计量数之比”计算固体(或纯液体)的化学反应速率。

【典例】(2021·杭州高二检测)在一定温度下，向2 L密闭容器中加入2 mol HI(g)，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，4 s时生成0.2 mol H2，则以HI表示该时段的化学反应速率是(　　)

A．0.05 mol·L－1·s－1

B．0.1 mol·L－1·s－1

C．0.2 mol·L－1·s－1

D．0.8 mol·L－1·s－1

【解析】选A。4 s时生成0.2 mol H2，结合方程式可知消耗的HI的物质的量为0.4 mol，容器体积为2 L，则v(HI)＝＝＝＝0.05 mol·L－1·s－1。

【母题追问】(1)以I2表示该时段的化学反应速率是多少？用两者表示的速率是否相同？

提示：v(I2)＝v(HI)＝×0.05 mol·L－1·s－1＝0.025 mol·L－1·s－1。用两者表示的速率数值不相等，但表示的化学反应速率相同。

(2)此时HI的转化率为多少？

提示：4 s时生成0.2 mol H2，结合方程式可知消耗的HI的物质的量为0.4 mol，则HI的转化率为×100%＝20%。

【加固训练】

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)＝0.15 mol·L－1·min－1

②v(B)＝0.01 mol·L－1·s－1

③v(C)＝0.40 mol·L－1·min－1

④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1

则该反应在不同情况下进行的快慢顺序为________。

【解析】解法一：将反应速率单位统一为mol·L－1·min－1后，将以不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的速率，再比较速率数值的大小。

若以物质A为标准，根据用不同物质表示同一反应的速率时，速率之比等于各物质的化学计量数之比，将②③④的反应速率换算为用物质A表示的反应速率，则有

②v(A)＝v(B)＝×0.01 mol·L－1·s－1×60 s·min－1＝0.20 mol·L－1·min－1

③v(A)＝v(C)＝×0.40 mol·L－1·min－1＝0.20 mol·L－1·min－1

④v(A)＝v(D)＝×0.45 mol·L－1·min－1＝0.225 mol·L－1·min－1

故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。

解法二：将反应速率单位统一为mol·L－1·min－1，则②v(B)＝0.60 mol·L－1·min－1，根据反应速率与对应物质化学计量数之比的大小进行判断。由化学方程式A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)得出：

①＝0.15 mol·L－1·min－1

②＝0.20 mol·L－1·min－1

③＝0.20 mol·L－1·min－1

④＝0.225 mol·L－1·min－1

故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。

答案：④>③＝②>①

化学反应速率比较的误区

(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，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反应速率。

(3)比较化学反应进行的快慢时，必须要保证在速率单位一致的前提下，比较数值的大小。

(2021·济南高二检测)在2 L的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0～2 min内，各物质的物质的量变化如下表：

已知2 min内v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1，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)方程式中m＝________________，n＝________________，

p＝________________，q＝________________。

(3)用Z表示2 min内的化学反应速率为________________。

【解析】本题考查化学反应速率的简单计算。解题时明确化学反应速率与化学计量数的关系。对比X的起始量和2 min末的量，可知反应逆向进行。Δn(Q)＝v(Q)·V·Δt＝0.075 mol·L－1·min－1×2 L×2 min＝0.3 mol。对反应过程作“三段式”法分析：

故Δn(X)＝0.8 mol－0.7 mol＝0.1 mol，

Δn(Z)＝1 mol－0.8 mol＝0.2 mol，

n(Q)＝0.3 mol＋2.7 mol＝3 mol。

(1)因Δn(Z)∶Δn(Q)＝v(Z)∶v(Q)＝2∶3，则v(Z)＝0.05 mol·L－1·min－1，又因为v(Z)∶v(Y)＝1∶2，则v(Y)＝0.1 mol·L－1·min－1，故Δn(Y)＝0.1 mol·L－1·min－1×2 min×2 L＝0.4 mol，n(Y)＝2.7 mol－0.4 mol＝2.3 mol。

(2)m∶n∶p∶q＝Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)＝0.1 mol∶0.4 mol∶0.2 mol∶0.3 mol＝1∶4∶2∶3。

(3)v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1，

故v(Z)＝0.05 mol·L－1·min－1。

答案：(1)2.3 mol　3 mol　(2)1　4　2　3

(3)0.05 mol·L－1·min－1

【加固训练】

某温度下，在容积固定的密闭容器中反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)开始进行时，c(N2O5)＝0.040 8 mol·L－1。1 min后，c(N2O5)＝0.030 mol·L－1。则该反应的反应速率为(　　)

A．v(N2O5)＝1.8×10－4 mol·L－1·s－1

B．v(N2O5)＝1.08×10－2 mol·L－1·s－1

C．v(NO2)＝1.8×10－4 mol·L－1·s－1

D．v(O2)＝1.8×10－4 mol·L－1·s－1

【解析】选A。v(N2O5)＝[c始(N2O5)－c末(N2O5)]÷60 s＝(0.040 8 mol·L－1－0.030 mol·L－1)÷60 s＝1.8×10－4 mol·L－1·s－1。根据各物质的反应速率之比等于其化学计量数之比可知，v(NO2)＝3.6×10－4 mol·L－1·s－1，v(O2)＝9×10－5 mol·L－1·s－1。

知识点二　影响化学反应速率的因素

1．反应条件对反应速率的影响

2．理论解释——有效碰撞理论

(1)单位体积内活化分子数目变化，化学反应速率一定变化；反应亦然。但化学反应速率改变，单位体积内分子总数，活化分子百分数不一定改变。

(2)对于可逆反应，升温、加压，加入催化剂既加快正反应速率又加快逆反应速率。

(1)(思维升华)对于盐酸与NaOH溶液的反应中增大Na＋的浓度(如加入少量Na2SO4固体)，反应速率是否加快？(宏观辨识与微观探析)

提示：不能。对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。

(2)(情境应用)

反应速率：①＞②＞③，说明了什么？(科学探究与创新意识)

提示：Cu2＋、Fe3＋对H2O2分解都有催化作用，但Fe3＋催化作用较强。

【典例】(2021·临沂高二检测)反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)

①增加C的量　②将容器的体积缩小一半

③保持体积不变，充入N2使体系压强增大

④保持压强不变，充入N2使容器体积变大

A．①④　　　　B．②③　　　　C．①③　　　　D．②④

【解析】选C。本题考查的是压强对反应速率的影响。①C为固体反应物，增加其用量，对反应速率几乎没有影响；②容器体积缩小一半，相当于压强增大一倍，浓度增大，反应速率增大；③体积不变，充入N2，体系总压强增大，但反应混合物的浓度并未改变，反应速率基本不变；④压强不变，充入N2，使容器的体积增大，总压强不变，但反应混合物的浓度变小，反应速率减小。

【方法规律】压强对反应速率的影响

对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解如下：

压强改变→

常见的形式有以下几种情况：

(1)恒温时

缩小体积压强增大，反应体系中组分浓度增大反应速率增大。

(2)恒温恒容时

①充入反应气体反应体系中组分浓度增大反应速率迅速增大；

②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体)总压强增大，但反应混合物中各组分浓度没有改变，反应速率不变。

【母题追问】写出恒容条件下能增大该反应速率的另外两条可行性措施。

提示：①通入水蒸气，增大H2O(g)的浓度；②升高温度。

(1)增大反应物浓度，即增大了单位体积内活化分子的数目，但活化分子的百分率没有增大。

(2)对于固体或液体，压强的变化，基本不影响其浓度，也不影响其反应速率。

(3)对于固体来说，若表面积不变，只改变用量不影响反应速率，若改变固体状态，改变了表面积，会影响反应速率。

1．(2021·丽水高二检测)其他条件不变时，下列说法正确的是(　　)

A．升高温度，活化分子百分数增加，化学反应速率增大

B．增大压强，活化分子百分数增加，化学反应速率增大

C．增大反应物浓度，活化分子百分数增加，化学反应速率增大

D．活化分子间所发生的碰撞均为有效碰撞

【解析】选A。升高温度，活化分子数增加，活化分子百分数也增加，化学反应速率一定能够加快，故A正确；增大压强，分子总数不变，单位体积内的分子数增加，单位体积内活化分子数增加，化学反应速率增大，但活化分子百分数不变，故B错误；增大反应物浓度，活化分子数增加，但活化分子百分数不变，化学反应速率增大，故C错误； 活化分子间所发生的碰撞，只有能发生反应的碰撞才是有效碰撞，故D错误。

2．把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题：

(1)曲线O→a段，不产生氢气的原因是什么？

提示：久置的铝片表面有氧化铝薄膜，先参加反应Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O。

(2)曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是什么？

提示：该反应是放热反应，体系温度升高，化学反应速率增大。

(3)曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是什么？

提示：随着反应的进行，H2SO4溶液浓度减小，化学反应速率逐渐减小。

【加固训练】

对于反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)，在密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是(　　)

A．增大体积使压强减小

B．体积不变充入N2使压强增大

C．体积不变充入氦气使压强增大

D．使总压强不变，充入氖气

【解析】选B。增大体积引起浓度减小，反应速率减慢；体积不变充入N2，N2的浓度增大，反应速率加快；体积不变充入氦气，各反应物的浓度并没有改变，反应速率不变；总压强不变，充入氖气，体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢。

三言两语话重点

1．一个公式：v＝。

2．四个影响因素：

浓度：增大反应物浓度，反应速率加快；反之变慢。

温度：升高温度，反应速率加快；反之变慢。

压强(气体反应)：缩小体积增大压强，反应速率加快；反之变慢。

催化剂：使用催化剂，反应速率加快。

3．一个理论：有效碰撞