鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第1课时学案

第3节　化学反应的速率

第1课时　化学反应速率

一、化学反应是有历程的

1．基元反应：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应称为基元反应。例如H·＋O2―→·OH＋O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应。

2．反应历程

(1)含义：基元反应构成的反应序列。

(2)特点

①反应不同，反应历程不相同。

②同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。

(3)决定因素：反应历程由反应物的结构和反应条件决定。

(4)作用：反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。

3．从反应机理角度对化学反应的分类

微点拨：(1)对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。

(2)微粒H·、·OH和O·存在未成对电子，它们称为自由基(H·和O·也称为自由原子)。自由基反应活性很强，寿命极短。

二、化学反应速率

1．化学反应速率

(1)表示方法

对于反应体系体积不变的化学反应aA＋bB===dD＋eE，可以用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。

(2)数学表达式及单位

v(A)＝，单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。

(3)特点

①同一反应选用不同的反应物或反应产物表示化学反应速率，数值可能不同，但表示的意义相同。

②各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。

微点拨：(1)不用固体或纯液体表示反应速率。

(2)反应速率表示一段时间内反应的平均速率，不是瞬时速率。

2．化学反应速率的物理测定方法

主要有量气法、比色法、电导法。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)化学反应速率适用于可逆反应，不适用于非可逆反应。(　　)

(2)在可逆反应中，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值。(　　)

(3)在同一化学反应中，化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用反应产物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同。(　　)

(4)化学反应速率的单位可以是g·(L·s)－1，也可以是kg·  (L·s)－1，甚至可以是t·(L·s)－1等。(　　)

(5)所有化学反应的反应历程均包含至少2个基元反应。(　　)

提示：(1)×　化学反应速率适用于可逆反应和非可逆反应。

(2)×　化学反应速率均为正值。

(3)√

(4)×　化学反应速率的单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。

(5)×　简单反应的总反应就是基元反应。

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少或任何一种反应产物浓度的增加来表示

C．若某化学反应的反应速率为0.5 mol·(L·s)－1就是指在该时间内反应物和反应产物的浓度变化都为0.5 mol·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反应产物的浓度变化，C错误。]

3．在2 L密闭容器内，某气体反应物在2 s内由8 mol变为7.2 mol，则用该气体表示该反应的平均反应速率为(　　)

A．0.4 mol·L－1·s－1　　　 B．0.3 mol·L－1·s－1

C．0.2 mol·L－1·s－1 D．0.1 mol·L－1·s－1

[答案]　C

化学反应速率的计算方法

(素养养成——证据推理与模型认知)

1．利用化学方程式计算

(1)写出有关反应的化学方程式。

(2)找出各物质的初始量、转化量、某时刻量。

(3)根据已知条件列方程式计算。

如反应：　　　　　mA(g)＋nB(g)　　pC(g)

初始浓度/(mol·L－1)　 a　　　b　　　　　　c

转化浓度/(mol·L－1) 　x　  　　　　　 　

某时刻浓度/(mol·L－1) a－x　　b－　　　　c＋

(4)根据公式v(A)＝进行计算。

2．根据化学反应速率之比等于各物质化学式前的系数之比计算

如对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)，有关系v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p，或v(A)＝v(B)＝v(C)。

【例1】　一定条件下，向2 L密闭容器中加入2 mol N2和10 mol H2，发生反应N2＋3H22NH3,2 min时测得剩余的N2为1 mol，下列化学反应速率不正确的是(　　)

A．v(N2)＝0.25 mol·L－1·min－1

B．v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1

C．v(NH3)＝1 mol·L－1·min－1

D．v(NH3)＝0.5 mol·L－1·min－1

C　[v(N2)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5 mol·L－1·min－1。]

1．化学反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min，物质B的浓度减少0.6 mol·L－1。对此反应速率的表示正确的是(　　)

A．用A表示的反应速率是0.4 mol·L－1·min－1

B．2 min内，v正(B)和v逆(C)表示的反应速率的值都是逐渐减小的

C．2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L－1·min－1

D．分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1

D　[物质A是固体，浓度不变，不能用A表示该反应的反应速率，故A错误；B是反应物，浓度降低，v正(B)逐渐减小，C是反应产物，浓度增大，v逆(C)逐渐增大，故B错误；2 min末的反应速率为瞬时速率，用B表示的反应速率0.3 mol·L－1·min－1是2 min内的平均反应速率，故C错误；反应速率之比等于化学方程式中相应物质化学式前的系数之比，则v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶2∶1，故D正确。]

2．在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s内硫酸的浓度减少了0.6 mol·L－1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s内生成硫酸铝的平均反应速率是

(　　)

A．0.02 mol·L－1·s－1　　　 B．1.8 mol·L－1·s－1

C．1.2 mol·L－1·s－1 D．0.18 mol·L－1·s－1

A　[由v＝可知，v(H2SO4)＝＝0.06 mol·L－1·s－1；由反应2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑可知，v(H2SO4)∶v[Al2(SO4)3]＝3∶1，则v[Al2(SO4)3]＝＝0.02 mol·L－1·s－1。]

3．根据图回答下列问题：

(1)反应物是________；反应产物是________。

(2)在2 min内用A、B、C表示的化学反应速率分别为________、________、________。

(3)该反应的化学方程式是_________________________________________。

[答案]　(1)A、B　C　(2)3 mol·L－1·min－1　2 mol·L－1·min－1　3 mol·L－1·min－1　(3)3A＋2B3C

比较化学反应速率大小的方法

(素养养成——证据推理与模型认知)

1．统一标准法

当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时，按相应的化学方程式中各物质化学式前的系数之比换算成同一物质表示的化学反应速率，单位统一，再比较数值大小。

2．比值比较法

比较化学反应速率与其相应化学方程式中各物质化学式前的系数的比值大小，在单位相同时，数值大者反应速率大，如对于反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)，有v(A)、v(B)、v(C)三者中，单位相同时数值大者表示的反应速率大。

【例2】　反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋5D(g)在四种不同条件下的反应速率分别为

①v(A)＝0.02 mol·L－1·s－1；

②v(B)＝0.6 mol·L－1·min－1；

③v(C)＝0.3 mol·L－1·min－1；

④v(D)＝1.2 mol·L－1·min－1。

其中表示该反应速率最慢的是(　　)

A．①　　　 B．②

C．③ D．④

C　[根据反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋5D(g)，可以选择物质D为参照，根据化学反应速率之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比，将题给的反应速率均转化为用同种物质表示的反应速率为①v(A)＝0.02 mol·L－1·s－1＝1.2 mol·L－1·min－1，v(D)＝1.2 mol·L－1·min－1×＝1.5 mol·L－1·min－1；②v(D)＝0.6

mol·L－1·min－1×＝1 mol·L－1·min－1；③v(D)＝0.3 mol·L－1·min－1×＝0.75

mol·L－1·min－1；④v(D)＝1.2 mol·L－1·min－1；所以表示该反应速率最慢的是③，C正确。]

比较反应速率大小时，一定注意单位是否统一。

1．下列四个数据都表示合成氨的反应速率，其中能代表是同一反应的是

(　　)

①v(N2)＝0.3 mol·L－1·min－1

②v(NH3)＝0.9 mol·L－1·min－1

③v(H2)＝0.6 mol·L－1·min－1

④v(H2)＝0.022 5 mol·L－1·s－1

A．①②   B．①③

C．③④ D．②④

D　[将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的反应速率，若相等，则能代表同一反应。①v(N2)＝0.3 mol·L－1·min－1，②v(N2)∶v(NH3)＝1∶2，则v(N2)＝0.45 mol·L－1·min－1，③v(N2)∶v(H2)＝1∶3，则v(N2)＝0.2 mol·L－1·min－1，④v(N2)∶v(H2)＝1∶3，则v(N2)＝×0.022 5×60 mol·L－1·min－1＝0.45

mol·L－1·min－1，故②④能代表同一反应，D项正确。]

2．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(　　)

A．①＞③＝②＞④   B．④＞②＝③＞①

C．②＞①＝④＞③ D．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，反应速率越快，

①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1；

②v(A)＝＝×0.6 mol·L－1·s－1＝0.2 mol·L－1·s－1；

③v(A)＝＝mol·L－1·s－1＝0.2 mol·L－1·s－1；

④v(A)＝＝mol·L－1·s－1＝0.225 mol·L－1·s－1；所以其反应速率快慢关系为①＞④＞②＝③。]

1．下列关于化学反应速率说法中不正确的是(　　)

A．可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率都为0

B．决定化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质

C．反应速率用于衡量化学反应进行的快慢

D．增大反应物的浓度、提高反应温度都能增大反应速率

A　[化学平衡是动态平衡，可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应都在进行，正、逆反应速率相等且不为0，A错误；决定反应速率的主要因素是反应物自身的性质，例如：钾和水反应比钠和水反应快，是因为钾比钠的金属性强，B正确；反应速率用于衡量化学反应进行的快慢，C正确；增大反应物的浓度、提高反应温度都能增大反应速率，D正确。]

2．在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1，在此段时间内用N2表示的平均反应速率为0.15 mol·L－1·s－1，则此段时间是(　　)

A．1 s　　　 B．2 s

C．4 s D．1.33 s

B　[NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1，则N2的浓度减小了0.3 mol·L－1，根据v＝，可得Δt＝＝＝2 s，B正确。]

3．(双选)已知：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)。若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则下列关系式正确的是(　　)

A．5v(NH3)＝4v(O2)  B．5v(O2)＝6v(H2O)

C．3v(NH3)＝2v(H2O) D．5v(O2)＝4v(NO)

AC　[由于反应速率之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比，则根据反应的化学方程式可知v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)＝4∶5∶4∶6，则A、C项中的关系式正确。]

4．(素养题)某温度下按如图装置进行实验，锥形瓶内盛有6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L－1的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10 s时恰好收集到气体的体积为 50 mL(若折合成0 ℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL)，在该温度下，下列说法不正确的是(　　)

A．用锌粒表示的10 s内该反应的速率为0.013 g·s－1

B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1

C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示的10 s内该反应的速率为0.01 mol·L－1·s－1

D．用H2表示的10 s内该反应的速率为0.000 2 mol·L－1·s－1

C　[0 ℃、101 kPa条件下，H2的体积为44.8 mL，其物质的量为0.002 mol，则根据Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑反应可知：Zn～H2SO4～ZnSO4～H2，Δn(Zn)＝Δn(H2SO4)＝Δn(ZnSO4)＝Δn(H2)＝0.002 mol；Δm(Zn)＝0.002 mol×65 g·mol－1＝0.13 g，v(Zn)＝＝0.013 g·s－1，v(H＋)＝＝0.01 mol·L－1·s－1，v(Zn2＋)＝＝0.005 mol·L－1·s－1，v(H2)＝＝0.000 2 mol·s－1，故C错误。]

5．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为该反应的各物质化学式前的系数。在0～3 min内，各物质物质的量的变化如下表所示：

已知2 min内v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1，v(Z)∶v(Y)＝1∶2。

(1)试确定：起始时n(Y)＝________，n(Q)＝________。

(2)方程式中m＝________，n＝________，p＝________，q＝________。

(3)用Z表示2 min内的平均反应速率为______________________________。

[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Δn(X)＝0.8 mol－0.7 mol＝0.1 mol，Z的物质的量变化为Δn(Z)＝1 mol－0.8 mol＝0.2 mol，根据v(Z)∶v(Y)＝1∶2可知，Y的物质的量的变化为Δn(Y)＝2Δn(Z)＝0.4 mol，反应中各物质的Δn之比等于其在化学方程式中各物质化学式前的系数之比，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，反应方程式是X(g)＋4Y(g)2Z(g)＋3Q(g)。

(1)2 min内生成0.1 mol X，根据X(g)＋4Y(g)2Z(g)＋3Q(g)可知，生成Y的物质的量是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内减少了0.3 mol，所以Q的起始物质的量是2.7 mol＋0.3 mol＝3 mol。

(2)根据以上分析可知，m＝1、n＝4、p＝2、q＝3。

(3)2 min内消耗的Z的物质的量是0.2 mol，则用Z表示2 min内的平均反应速率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