6.2.化学反应速率和限度课件（63张）2022-2023学年下学期高一化学人教版（2019）必修第二册

(共63张PPT)
第六章 化学反应与能量
第二节 化学反应的速率和限度
爆炸反应在十万分之几秒至百分之几秒内完成，比一般化学反应快千万倍。
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。经过几十万、百万年甚至上千万年的沉积钙化，石灰岩地表就会形成溶沟、溶槽，地下就会形成空洞。
生活中常见的生鸡蛋常温下，大约在一个月之后变质，夏季保存一般在七至十天。
思考：化学反应有快有慢，化学反应的快慢是相对的，如何判断一个化学反应进行得快还是慢？
产生气泡的快慢;
固体质量的变化;
温度的变化;
颜色的变化;
┅┅┅┅
定性角度：
只能粗略估计化学反应进行得快慢
定量角度：
准确测定化学反应的快慢
化学
反应
速率
不同的化学反应进行的快慢千差万别，快和慢是相对而言的，此种相对而言的判断方法叫做定性地描述反应的快慢。那如何定量地描述一个反应的快慢呢？
一、化学反应速率
1、定义
衡量化学反应进行快慢的物理量。
2、表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
3、数学表达式
单位：mol/(L·s) 或 mol/(L·min)等
Δc —— 某一反应物或生成物浓度的变化量，
常用单位：mol/L或mol·L－1；
Δt —— 变化所用时间，常用单位：s，min，h；
V —— 化学反应速率，常用单位：mol/(L·s)，mol/(L·min)等。
练习1：在某一化学反应里，反应物A的浓度在8 s内从5.0 mol/L变成1.0 mol/L。在这8 s内以A浓度的变化来表示，则该化学反应的速率为多少？
练习2：反应N2＋3H2 2NH3在2 L的密闭容器中发生反应，5 min内NH3的物质的量增加了1 mol，求v(NH3)、v(N2)、v(H2)？
速率 计算结果mol/(L·min) 速率之比
v(N2) 0.05
v(H2) 0. 15 v(NH3) 0. 1 化学计量系数之比
1：3：2
1：3：2
=
结论：当单位一致时、对于任意反应 a A(g) + b B(g) = c C(g) + d D(g)，
化学反应速率之比 = 化学计量数之比 都成立；即：
v(A ) : v(B ) : v(C ) : v(D ) = a : b : c : d 或 = = =
4 注意事项：
② 同一化学反应，用不同物质表示反应速率，数值可不同，但意义相同，故化学反应速率必须指明具体的物质。
③ 不用纯固体或纯液体表示反应速率。
④ 同一个化学反应中，关于反应速率计算的关系式
① 化学反应速率只取正值。而且化学反应速率指一段时间的平均速率，而不是瞬时速率。
反应速率之比＝浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比
练习：下列关于化学反应速率的说法正确的是（　　）
A．化学反应速率是指一定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
B．化学反应速率为“0.8mol/（L·s）”所表示的意思是：时间为1s时，某物质的浓度为0.8mol·L－1
C．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行得快慢
D．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
练习3：反应A+3B=2C+2D在四种不同的情况下的反应速率分别为：
①v（A）=0.15 mol/(L·S) ②v（B）= 0.6 mol/(L·S)
③v（C）= 0.4 mol/(L·S) ④v（D）= 0.45 mol/(L·S)
该反应在四种情况下的快慢顺序为 ___________.
④>③=②>①
5 化学反应速率大小比较方法
(1) 定性比较
观察实验现象（剧烈程度、产生气泡或沉淀的快慢、固体消失所需时间的长短等）
如 K 与水反应比 Na 与水反应剧烈，则反应速率：K＞Na
同物质，同单位，方可比大小。
② 比值法：同单位，比较化学反应速率与化学计量数的比值，如在反应aA + bB = cC + dD中，v(A)/a与 v(B)/ b ，若v(A)/a 〉 v(B)/ b ，则A的速率大于B的速率。
① 归一法：
(2) 定量比较
练习4：右图为一反应中各物质的物质的量随时间的变化情况。反应容器体积为V L。
6
5
4
3
2
1
0
n (mol)
t (min)
t1
X
Z
W
Y
① 反应物是______，生成物是_______。
② 反应方程式为：_____________________。
③ 在t1min内，v (X)=______________。
据图回答：
X、Y
Z、W
4X + 2Y = Z + W
已知反应：2SO2 + O2 2SO3，4mol SO2和2mol O2 在2L的密闭容器中反应2min后，SO2的物质的量浓度为1.5 mol/L，求SO2、O2、SO3的反应速率。比较不同物质的反应速率，从中你能得出什么结论？
（1）写出有关反应的化学方程式；
（2）标各物质的起始量、转化量、最终量（用物质的量，浓度均可）；
（3）根据已知条件列方程式计算。
6 化学反应速率“三段式”计算
反应物：起始量 - 转化量 = 最终量
生成物：起始量 + 转化量 = 最终量
调控化学反应速率常常是决定化学实验成败或化工生产成本的关键。
有哪些因素能够影响化学反应速率呢？
“加快有利的化学反应”
“减慢有害的化学反应”
钢铁腐蚀
食物腐坏
炼钢
合成氨
思考：对于下列反应，你是希望其反应速率越快越好还是越慢越好？
二、化学反应速率的影响因素
1 内因(决定性因素)：物质本身的性质
2 外因——外界条件的改变
（1）温度
（2）浓度
（3）催化剂
（4）压强
【探究】
影响化学反应速率的因素
探究化学反应速率的影响因素，关键是控制好变量。其大致步骤如下：
方法引导——变量控制方法
变量控制
科学研究中，对于多因素（多变量）的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学探究中常用的方法。例如，以上探究在比较不同温度对化学反应速率的影响时，控制浓度和其他影响因素相同；而比较不同浓度对化学反应速率的影响时，则控制温度和其他影响因素相同；最后综合得出影响化学反应速率的多种因素。
实验探究一
探究温度对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象
浸在热水中试管产生气泡速率明显比浸在冷水中试管产生气泡速率快
一般：温度每升高10度，化学反应速率通常增大为原来的2～4倍。
温度对任何化学反应的速率都有影响作用，且不受反应物状态的影响，不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能加快反应速率，降低温度都能减慢反应速率。
结论：当其他条件相同时，升高温度，化学反应速率增大，反之减慢。
实验设计
利用以下实验室提供的用品：5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L盐酸、1mol/L盐酸、大理石碎块、冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。设计“探究浓度对化学反应速率的影响”的实验方案。
实验操作
实验现象
实验探究二
探究浓度对化学反应速率的影响
实 验 操 作
实 验 现 象
不加水的试管中产生气泡速率大
浓度对化学反应速率的影响只适用于在溶液中进行或有气体参加的化学反应，在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对反应速率无影响。
结论：当其他条件相同时，增大浓度，化学反应速率增大，反之减慢。
大多数催化剂本身和反应物一起参加了化学反应，它们会在反应的某一个阶段中被消耗，然后在这个反应结来之前又重新产生。
催熟剂加快植物生长速率
食用油脂里加入0.01%~0.02%没食子酸正丙酯，可有效地防止酸败。在这里没食子酸正丙酯是一种负催化剂
催化剂再认识
【思考】发烧时，人的食欲就会下降。为何温度升高了，消化系统中的化学反应却减慢了？你能解释这个原因吗？
生物体内几乎所有的化学反应（如淀粉、脂肪、蛋白质的水解，DNA的复制等）都是由生物体内存在的特殊催化剂——酶所催化的。酶比一般的催化剂具有更高的选择性和催化效率，而且是在正常体温的条件下发生作用，反应条件温和。受酶的启示，科学家开辟了设计和合成催化剂的新途径，正在研制具有生物酶某些特性的化学酶，以期实现“仿酶催化”。
思考讨论
对于气体来说，在相同温度下，压强越大，一定质量气体的体积越小，单位体积内气体的分子数越多。请据此思考讨论以下问题：
已知在密闭容器中发生化学反应：N2(g)＋O2(g) =2NO(g)。分析下列条件的改变对该反应的化学反应速率的影响。
(1)缩小容器容积使体系压强增大，该反应的反应速率将如何变化？
(2)体积不变，充入氩气，使体系压强增大，该反应的反应速率将如何变化？
(3)压强不变，充入氩气，该反应的反应速率将如何变化？
其他条件不变时，对于有气体参与的反应：
增大体系压强(减少容器体积)，气体反应物的浓度______，反应速率 。
反之，减少体系的压强(增大容器体积)，气体反应物的浓度____，反应速率 。
有气体参与的反应
实验探究四
探究压强对化学反应速率的影响
注意：有气体参加的反应，改变压强时，只有导致参加反应的气体浓度改变，反应速率才会改变。若改变压强，反应物浓度不变，则反应速率不变。（压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。）
由于固体、液体粒子间的空隙很小，增大压强几乎不能改变它们的浓度，因此对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对于反应速率的影响可以忽略不计。同时注意通常所说的压强增大是指压缩加压。
1.对于恒温恒容密闭容器内有气体参加的化学反应，若充入Ar气，化学反应速率如何变化？
提示：若通入Ar气，容器内反应物的浓度不变，化学反应速率不变。
2.对于恒温恒压密闭容器内有气体参加的化学反应，若充入Ar气，化学反应速率如何变化？
提示：若通入Ar气，导致容器的体积增大，容器内反应物的浓度减小，化学反应速率减小。
【思考与讨论】
难点剖析：压强对化学反应速率影响
思考：对于 H2(g)+I2(g)=2HI(g),采取下列措施，化学反应速率如何变化？
①缩小容器的体积;②保持体积不变，充入He气;③保持压强不变，充入He气。
（5）固体反应物表面积对化学反应速率影响的探究
其他条件相同时，固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。
（6）其他因素对化学反应速率影响的探究
反应物的状态、光照、溶剂、形成原电池等，也能影响化学反应速率
例如，反应物的状态对反应速率的影响：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。
例1：10 ℃时，某化学反应A→C的反应速率υA=0.1 mol·L-1·S-1，若温度每升高10 ℃，反应速率增加到原来的2倍，若要使υA=1.6 mol·L-1·S-1，则反应温度应控制在（ ）
A、30℃ B、40℃ C、50℃ D、60℃
C
思考：向密闭的充有N2 、H2的反应器中加入氦气
（1）若为恒温、恒容，通入氦气后速率如何变化？
（2）若为恒温、恒压，通入氦气后速率如何变化？
不变
减小
影响因素 规律
内因 反应物本 身的性质 反应物化学性质越活泼，化学反应速率越快；反之化学反应速率越慢
外因 浓度 增大反应物的浓度，化学反应速率增大；减小反应物的浓度，化学反应速率减小
温度 升高温度，化学反应速率增大；
降低温度，化学反应速率减小
催化剂 一般地，使用催化剂能极大地加快反应速率
固体表面积 增大固体反应物的表面积，化学反应速率加快
其他 光照、溶剂、形成原电池等，也能影响化学反应速率
归纳总结——影响化学反应速率的因素
影响效果:
反应物自身的性质＞＞催化剂＞温度＞浓度（压强）＞＞固体表面积
高炉炼铁的主要反应为：
2C(焦炭)+O2(空气)＝２CO
Fe2O3+3CO = 2Fe +3CO2
从炼铁炉口排出的尾气中含有一定量CO。
100多年前，人们曾认为这是由于 CO与铁
矿石接触时间不够的缘故。为使反应进行
的完全，当时曾耗巨资改建高炉，以延长
CO和Fe2O3的接触时间，结果尾气中CO
的含量并未减少。你知道这是为什么吗？
你知道吗？
新课导入
硫酸工业生产的每次突破性进展都是因为使用了新型、高效的催化剂而取得的。那么，在硫酸的工业生产中，催化剂发挥了什么作用？在生产过程中，二氧化硫转化为三氧化硫需要氧气，但即使氧气再过量，二氧化硫也不能全部转化为三氧化硫，这是为什么？
在利用化学反应时，我们除了关注化学反应的物质和能量变化外，还应关注哪些方面的问题？
学习目标
学习重点
1.了解可逆反应特点，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。
2.能描述化学平衡状态的特点并判断化学反应是否达到平衡状态。
3.从化学反应快慢角度解释控制反应条件在生产、生活和科学研究中的作用。
化学平衡状态的特征，判断化学平衡状态的方法。
学习难点
化学平衡状态的判断方法。
一、可逆反应的特征
可逆反应有一定的限度
1 定义：在同一条件下，正反应方向和逆反应方向能同时进行的反应称为“可逆反应”。
2 特点：
用 表示。
反应物与生成物不能完全相互转化。
3 能量转化互逆，即若正反应为放热反应，则逆反应就是吸热反应
几个常用量的计算公式：
（1）转化率（反应物）计算：
（3）各组分的百分含量：
（2）产率（生成物）计算：A的产率 = ×100％
1.在一密闭容器中加入2mol SO2和1mol 18O2，加入V2O5并加热，
（1）2molSO2和1mol18O2反应能生成2molSO3吗？
最终反应容器中有哪些物质？
（2）18O可能存在于哪些物质中？
2SO2 +O2 2SO3
催化剂
△
学以致用
SO2 SO3 O2
探究讨论
二、化学反应的限度
2SO2(g) +O2 (g) 2SO3(g)
1.反应刚开始，反应物和生成物的浓度哪个大？随着反应的进行，反应物和生成物浓度如何变化？
2.反应刚开始，正反应与逆反应哪个反应速率大？随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？
3.反应会进行到什么时候“停止”？
4.此时，反应物和生成物浓度如何变化？
5.反应真的停止了吗？
最大
为零
减小
增大
v(正)＝v(逆)
1、化学平衡状态的建立
知识梳理
①0～t1段： v(正) > v(逆)
②t1时刻及以后：v(正) = v(逆)
v(正)
v(逆)
v(正)= v(逆)
t1
时间(t)
0
反应速率
(v)
化学平衡建立过程图像
发现
（1）定义：在一定条件下的可逆反应中，当正反应速率和逆反应速率相等，反应物浓度和生成物浓度都不再改变，达到表面一种静止的状态。——这就是这个反应所能达到的最大限度，我们称之为化学平衡状态。
前提（适用范围）：可逆反应
内在本质：v(正)= v(逆) ≠0
外在标志：反应混合物中各组分的浓度保持不变
2、化学平衡状态
注意三点
化学反应限度决定了反应物在该条件下的最大转化率
思考：达到化学平衡的反应中，如何理解正逆反应速率相等？
注意：可逆反应中 v正 = v逆 是针对同一物质而言的。
a 同种物质： V正(A)= V逆(A)
同一物质的生成速率 = 消耗速率;
同一物质断键物质的量 = 成键物质的量
b 不同种物质：方向相反，且给定量符合系数比。
生成——消耗
成键——断键
增加——减少
如何判断反应方向：
（2）化学平衡特征(逆、等、动、定、变)
“逆” ----- 研究的对象为可逆反应。
“等” ----- 平衡时，正反应和逆反应的速率相等。
（对同 一物质而言，消耗速率和生成速率相等）
“动”----- 化学平衡是动态平衡，化学反应仍在进行，并未停止。
“定” ----- 平衡时，反应混合物中各组成成分的百分含量保持一定（即不再发生改变）。
“变”----- 化学平衡是一定条件下的平衡，当反应条件改变时，反应速率和各组分百分含量会 发生改变而使平衡被破坏。
练习1、下列各图中M时刻不处于化学平衡状态的是（ ）
B
练习2、在一定温度下，反应A2（g）+ B2（g） 2AB（g）达到平衡的标志是（ ）
A．单位时间生成n mol的A2同时生成n mol的AB
B．容器内的总压不随时间变化
C．单位时间生成2n mol的AB同时生成n mol的B2
D．单位时间生成n mol的A2同时生成n mol的B2
C
练习3、在一定温度下，可逆反应A（g）+3B（g） 2C（g）
达到平衡的标志是（ ）
A、C的生成速率与C分解的速率相等
B、单位时间生成n mol A，同时生成3n mol B
C、A、B、C的浓度不再变化
D、A、B、C的分子数比为1∶3∶2
AC
讨论：化学平衡状态的判断标准
1、本质： v正 = v逆（同种物质）
2、现象：各物质的浓度、质量、物质的量保持不变
（1） 速率判据（V正=V逆≠0）
3、判断标准：
① 同种物质： V正（A）= V逆(A)
同一物质的生成速率=消耗速率;
同一物质断键物质的量=成键物质的量
② 不同种物质：方向相反，且给定量符合系数比。
生成——消耗
成键——断键
增加——减少
判断反应方向
（2） 浓度判据（恒温恒容条件下）
判断方法：变量不变，达平衡。
找变量
a 体系温度、体系颜色（针对反应中有颜色的物质）;
b 各组分的 浓度（C）、物质的量（n）、质量（m）、各气体体积（v）;
一定是变量的物理量：
可能是变量的物理量：
c 各组分的 质量分数、物质的量分数、体积分数。
d 转化率和产率。
体系总体积、总压强、总物质的量、体系的密度、混合气体平均相对分子质量或平均摩尔质量。
体系密度：
反应前后气体总系数不相等时：为变量;否则，为不变量。
反应中全部是气体时：为不变量
体系压强：
反应有纯固体或纯液体时：为变量
混合气体平均相对分子质量或平均摩尔质量。
注意：若分子、分母都在变，则平均相对分子质量当变量处理;
【点拨】化学平衡状态判断“三关注”“一等一不变”
(1)三关注：
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
练习1、 在一定温度下，能说明反应A(g)+3B(g) 2C(g)
已达到平衡的是 （ ）
A、B
练习2、下列哪些说法可以说明 反应已达到平衡的是（ ）
A. 一个N≡N键断裂的同时，有三个H—H键形成
B. 一个N≡N键断裂的同时，有六个N—H键形成
C. 三个H—H键形成的同时，有六个N—H键形成
D. 六个N—H键形成的同时，有三个H—H键断裂
A、C
3、有关化学平衡的计算（三段式）
基本思路：列出起始量、转化量、平衡量，再根据题意求解。
例题：2 L密闭容器中2 mol N2和3 mol H2在一定条件下合成氨气，平衡时容器内压强与反应前压强之比为4:5，试计算
(1)N2的转化率；(2)平衡时NH3的浓度
三、反应条件的控制
1、促进有利的化学反应、抑制有害的化学反应
2、控制化学反应条件的基本措施
(1)通过改变反应物的温度、浓度、固体表面积以及催化剂的使用等，改变化学反应速率。
(2)通过改变可逆反应体系的温度、溶液浓度、气体压强(浓度)等，改变可逆反应进行的限度。
知识梳理
3、化学反应条件的控制
较高
很长
高
越高
化工生产中调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性。
小