2.1 第1课时 化学反应速率的表示方法 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册
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| 名称 | 2.1 第1课时 化学反应速率的表示方法 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 201.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 21:36:12 | ||
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文档简介
2.1 第1课时 化学反应速率的表示方法
【学习目标】
1.了解化学反应速率的概念及其表示方法,掌握化学反应速率的简单计算,学会比较化学反应速率快慢的方法。
2.了解测定化学反应速率的简单方法,能设计简单实验测定化学反应速率,提升实验探究水平。
【合作探究】
任务1 化学反应速率的计算及比较
【学习情境】
化学反应的速率千差万别,有的进行的极其缓慢,如溶洞的形成,需要上百年才能完成;有的一触即发,瞬间完成,如物质的爆炸,更多的则介于两者之间。那么化学上又是如何定量地判断一个化学反应的快慢呢 怎样比较一个化学反应反应速率的快慢呢
【新知生成】
1.意义:表示化学反应进行 的物理量。
2.表示:用单位时间内反应物 的减少或者生成物 的增加来表示。
3.表达式及其单位
(1)表达式: 。
(2)单位: 。
4.与化学计量数的关系
对任意一个反应mA+nBpC+qD,各物质的化学反应速率之比 化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
【答案】1.快慢 2.浓度 浓度 3.(1)v=
(2)mol·L-1·min-1、mol·L-1·s-1 4.等于 m∶n∶p∶q
【核心突破】
典例1 一定温度下,N2O5在四氯化碳中的分解反应为2N2O54NO2+O2,1.00 mol·N2O5分解过程中不同时刻N2O5的浓度如下表:
t/min 0 1 2 3 4
c(N2O5)/(mol·L-1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25
c(NO2)/(mol·L-1) 0
c(O2)/(mol·L-1) 0
(1)完成表格。
(2)按要求回答下列问题:
①计算0~2 min、2~3 min内分别用N2O5、NO2、O2表示的化学反应速率(单位:mol·L-1·min-1)填入下表。
速率 时间(Δt)/min v(N2O5) v(NO2) v(O2) v(N2O5)∶v(NO2)∶v(O2)
0~2
2~3
②通过计算、讨论,你能得出什么结论
【答案】(1)0.58 1.00 1.30 1.50 0.145 0.25 0.325 0.375
(2)①0.25 0.5 0.125 2∶4∶1 0.15 0.3 0.075 2∶4∶1
②在同一个化学反应中,用不同物质表示的化学反应速率,其数值不一定相同,但表示的意义相同,即一种物质的速率就代表了整个化学反应的速率。
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。
归纳总结：化学反应速率的特点
(1)化学反应速率是一段时间(Δt)内的平均反应速率,而不是瞬时反应速率。
(2)固体或纯液体的浓度记为常数,Δc=0,因此不用固体或纯液体的浓度变化表示化学反应速率。
(3)无论是反应物还是生成物,其化学反应速率均取正值。
(4)同一反应,可以采用不同物质的浓度变化量表示速率,表示的意义相同,但数值可能不同。一种物质的速率代表了整个化学反应的速率。因此在表示某反应的化学反应速率时要指明具体哪种物质。
(5)各物质表示的速率之比等于该反应方程式中的化学计量数之比。
训练1 某温度下,浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成气体Z,经t min后,测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4 mol·L-1,c(Y2)=0.6 mol·L-1,c(Z)=0.4 mol·L-1,则该反应的化学方程式可表示为( )
A.2X2+3Y22X2Y3
B.3X2+2Y22X3Y2
C.X2+2Y22XY2
D.2X2+Y22X2Y
【解析】t min内,反应消耗X2 0.6 mol·L-1,Y2 0.4 mol·L-1,生成Z 0.4 mol·L-1,三者浓度的变化量之比为3∶2∶2,即化学方程式为3X2+2Y22Z,由质量守恒可知Z的化学式为X3Y2。
【答案】B
典例2 化学反应速率是描述化学反应快慢的物理量。回答下列问题:
(1)在300℃时,将0.60 mol CO、1.40 mol H2充入4L密闭容器中,在恒温恒容下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示:
5 min内H2的平均反应速率v(H2)= 。
(2)硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:
O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH,两种反应物的初始浓度均为0.050 mol·L-1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α(某时刻的α=×100%)随时间变化的数据如下表所示:
t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800
α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0
列式计算该反应在120~180s内O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率: (保留两位有效数字)。
(3)合金贮氢材料具有优异的吸氢性能,在配合氢能的开发中起到重要作用。温度为T1时,2g某合金4 min内吸收氢气240mL,吸氢速率v= mL·g-1·min-1。
【解析】(1)5 min内甲醇的平均反应速率v(CH3OH)==0.01 mol·L-1·min-1,则v(H2)=2v(CH3OH)=0.02 mol·L-1·min-1。
(2)v=≈7.3×10-5 mol·L-1·s-1。
(3)吸氢速率v==30mL·g-1·min-1。
【答案】(1)0.02 mol·L-1·min-1
(2)7.3×10-5 mol·L-1·s-1 (3)30
归纳总结：(1)化学反应速率计算的一般方法
①定义式法:找出各物质的起始量、某时刻量,求出转化量,利用定义式v==来计算。也可以利用该公式计算浓度变化量或反应时间。
②关系式法:用已知物质的化学反应速率,计算其他物质表示的化学反应速率,化学反应速率之比=物质的量浓度的变化量之比=物质的量的变化量之比=化学计量数之比。
③“三段式”法
a.写出有关反应的化学方程式。
b.找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;转化量之比等于化学计量数之比。
c.根据已知条件列三段式。
再利用化学反应速率的定义式求算
v(A)=mol·L-1·s-1;v(B)=mol·L-1·s-1;v(C)=mol·L-1·s-1。
(2)化学反应速率大小比较方法
①归一法:若单位不统一,则要换算成相同的单位;若为不同物质表示的化学反应速率,则要换算成同一物质来表示化学反应速率,再比较数值的大小。
②比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),比较与,若>,则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
训练2 已知反应4CO+2NO2N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )
A.v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1
B.v(NO2)=0.7 mol·L-1·min-1
C.v(N2)=0.4 mol·L-1·min-1
D.v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1
【解析】A项,v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1;B项,v(CO)=2v(NO2)=1.4 mol·L-1·min-1;C项,v(CO)=4v(N2)=1.6 mol·L-1·min-1;D项,v(CO)=v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1。所以反应速率最快的是C项。
【答案】C
任务2 化学反应速率的测定
【新知生成】
化学反应速率可通过实验测定。要测定不同时刻反应物或生成物的浓度,可观察、测量体系中某一物质的相关性质,再进行适当的 和 。例如,过氧化氢的分解反应中有气体生成,可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积;当溶液中存在有色物质时,随着反应的进行,溶液的颜色不断变化,可以用 的方法测定溶液颜色的深浅,再根据溶液颜色的深浅与有色物质浓度的正比关系,确定反应物或生成物在不同时刻的浓度。
【答案】转换 计算 比色
【活动探究】
实验探究:反应速率的定量测定和比较,完成下列填空:
【实验步骤】 ①取一套装置(如图所示),加入40mL 1 mol·L-1硫酸溶液和锌粒,测定收集10mL H2所需的时间。
②取另一套装置,加入40mL 4 mol·L-1硫酸溶液和锌粒,测定收集10mL H2所需的时间。
【实验现象】 锌粒与稀硫酸反应 (写现象),收集10mL气体,②所用时间比①所用时间 。
【实验结果】
加入试剂 反应时间 (填“长”或“短”) 反应速率 (填“快”或“慢”)
40mL 1 mol·L-1硫酸溶液
40mL 4 mol·L-1硫酸溶液
【实验结论】 4 mol·L-1的硫酸溶液与锌粒反应比1 mol·L-1的硫酸溶液与锌粒反应的速率 。
【实验讨论】 除本实验测定反应速率的方法外,可行的方案还有(至少填两种):
① ;
② ;
③ 。
【答案】【实验现象】产生气泡,锌粒逐渐溶解 短
【实验结果】长 慢 短 快
【实验结论】快
【实验讨论】①测定一定时间内产生的H2的体积 ②测定一段时间内H+的浓度变化 ③测定一段时间内锌粒的质量变化
【核心突破】
典例3 在mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应中,经10 min达到平衡,此时各物质的浓度变化为A减少1 mol·L-1,B减少 mol·L-1,C增加 mol·L-1,D增加mol·L-1。则m∶n∶p∶q为( )
A.1∶1∶1∶1 B.1∶3∶2∶1 C.1∶3∶2∶2 D.3∶1∶2∶2
【解析】对于一个化学反应来说,各物质的浓度变化量之比等于其对应的化学计量数之比。因此,m∶n∶p∶q=1 mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1=3∶1∶2∶2。
【答案】D
典例4 为测定一定时间内锌和稀硫酸反应的速率,下列测量依据不可行的是( )
A.m(Zn)的变化 B.c(H+)的变化 C.c(S)的变化 D.V(H2)的变化
【解析】化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示,锌和稀硫酸反应的离子方程式能表示反应实质:Zn+2H+Zn2++H2↑。反应前后硫酸根离子浓度基本不变,不能表示化学反应速率。
【答案】C
训练3 下列装置或操作能达到实验目的的是( )
① ②
③ ④
A.装置①用于测定生成氢气的速率
B.装置②依据单位时间内颜色变化来比较浓度对反应速率的影响
C.装置③进行中和反应反应热的测定实验
D.装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响
【解析】装置①中长颈漏斗漏气,不能准确测定氢气的生成速率,A项错误;装置②中应使高锰酸钾溶液体积及浓度相等,用不同浓度的H2C2O4溶液滴入高锰酸钾溶液中,B项错误;装置③进行中和反应反应热的测定,可以达到实验目的,C项正确;装置④中Na2S2O3溶液浓度不一致,探究温度的影响,则变量为温度,其他条件应一致,D项错误。
【答案】C
课堂小结
【随堂检测】
1.下列说法正确的是( )
A.化学反应速率是对可逆反应而言的,不可逆反应不谈化学反应速率
B.在可逆反应里,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
C.在同一化学反应里,其化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少来表示,也可以用生成物浓度的增加来表示,其数值可能相同,也可能不相同
D.化学反应速率的常用单位是g·L-1·s-1
【解析】由化学反应速率概念:“单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加”可以看出:它适合所有的反应,并非专指可逆反应,A项不正确;单位时间(Δt)是正值,反应物浓度的减少或生成物浓度的增加(Δc)也是正值,那么其比即vB也必为正值,B项不正确;由化学反应速率的概念及反应速率与化学计量数的关系可知C项正确;由化学反应速率的概念公式v=可以看出,v的常用单位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1,D项不正确。
【答案】C
2.反应:2SO2+O22SO3经一段时间后,SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为( )
A.0.1 s B.2.5 s C.5 s D.10 s
【解析】该段时间内SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,根据化学方程式,相同时间内O2的浓度减少了0.2 mol·L-1,所以Δt===5 s。
【答案】C
3.在铝与稀硫酸的反应中,已知10 s末,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
【解析】10 s末,H2SO4的浓度减少了0.6 mol·L-1,反应速率为0.06 mol·L-1·s-1,根据化学方程式:2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑ 可知,v[Al2(SO4)3]=v(H2SO4)=0.02 mol·L-1·s-1。
【答案】A
4.已知4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(H2O)、v(NO)(单位:mol·L-1·min-1)来表示,则正确的关系是( )
A.v(NH3)=v(O2)
B.v(O2)=v(H2O)
C.v(NH3)=v(H2O)
D.v(O2)=v(NO)
【解析】同一反应用不同的物质来表示反应速率时,速率之比等于方程式中化学计量数之比,则v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6。
【答案】D
5.如图所示,某温度下,向锥形瓶内装入6.5g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗向锥形瓶内加入40mL 2.5 mol·L-1硫酸溶液,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10s收集到气体的体积为50mL(若折合成0℃、101kPa条件下体积为44.8mL),在该温度下,下列说法不正确的是( )
A.0~10s内反应消耗Zn的质量为0.13g
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示0~10 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10s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2表示10 s内该反应的速率为0.0002 mol·s-1
【解析】n(H2)==0.002 mol,0~10 s 内反应消耗的m(Zn)=n(Zn)×65 g·mol-1=0.002 mol×65 g·mol-1=0.13g,A项正确;忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示0~10s内该反应的速率为=0.01 mol·L-1·s-1,B项正确;忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+表示0~10s内该反应的速率为=0.005 mol·L-1·s-1,C项错误;用H2表示 10s 内该反应的速率为=0.0002 mol·s-1,D项正确。
【答案】C
6.根据反应4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,试回答下列问题:
(1)常选用哪些物质的浓度变化来表示该反应的化学反应速率 。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L-1·s-1时,则氧气减少的速率为 。
(3)如测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L-1,0~4 s内SO2的速率为0.4 mol·L-1·s-1,则开始时氧气的浓度为 。
【解析】(1)一般不用固体和纯液体的浓度变化来表示反应速率,所以可用O2和SO2的浓度变化来表示该反应的反应速率。
(2)不同物质表示的反应速率和方程式中对应化学计量数成正比,所以氧气减少的速率为0.64 mol·L-1·s-1×=0.88 mol·L-1·s-1。
(3)0~4 s内SO2的速率为0.4 mol·L-1·s-1,则用氧气表示的速率为0.4 mol·L-1·s-1×=0.55 mol·L-1·s-1,所以氧气变化浓度为0.55 mol·L-1·s-1×4 s=2.2 mol·L-1,则开始时氧气的浓度为2.8 mol·L-1+2.2 mol·L-1=5 mol·L-1。
【答案】(1)SO2或O2 (2)0.88 mol·L-1·s-1
(3)5 mol·L-1
2
【学习目标】
1.了解化学反应速率的概念及其表示方法,掌握化学反应速率的简单计算,学会比较化学反应速率快慢的方法。
2.了解测定化学反应速率的简单方法,能设计简单实验测定化学反应速率,提升实验探究水平。
【合作探究】
任务1 化学反应速率的计算及比较
【学习情境】
化学反应的速率千差万别,有的进行的极其缓慢,如溶洞的形成,需要上百年才能完成;有的一触即发,瞬间完成,如物质的爆炸,更多的则介于两者之间。那么化学上又是如何定量地判断一个化学反应的快慢呢 怎样比较一个化学反应反应速率的快慢呢
【新知生成】
1.意义:表示化学反应进行 的物理量。
2.表示:用单位时间内反应物 的减少或者生成物 的增加来表示。
3.表达式及其单位
(1)表达式: 。
(2)单位: 。
4.与化学计量数的关系
对任意一个反应mA+nBpC+qD,各物质的化学反应速率之比 化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)= 。
【答案】1.快慢 2.浓度 浓度 3.(1)v=
(2)mol·L-1·min-1、mol·L-1·s-1 4.等于 m∶n∶p∶q
【核心突破】
典例1 一定温度下,N2O5在四氯化碳中的分解反应为2N2O54NO2+O2,1.00 mol·N2O5分解过程中不同时刻N2O5的浓度如下表:
t/min 0 1 2 3 4
c(N2O5)/(mol·L-1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25
c(NO2)/(mol·L-1) 0
c(O2)/(mol·L-1) 0
(1)完成表格。
(2)按要求回答下列问题:
①计算0~2 min、2~3 min内分别用N2O5、NO2、O2表示的化学反应速率(单位:mol·L-1·min-1)填入下表。
速率 时间(Δt)/min v(N2O5) v(NO2) v(O2) v(N2O5)∶v(NO2)∶v(O2)
0~2
2~3
②通过计算、讨论,你能得出什么结论
【答案】(1)0.58 1.00 1.30 1.50 0.145 0.25 0.325 0.375
(2)①0.25 0.5 0.125 2∶4∶1 0.15 0.3 0.075 2∶4∶1
②在同一个化学反应中,用不同物质表示的化学反应速率,其数值不一定相同,但表示的意义相同,即一种物质的速率就代表了整个化学反应的速率。
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。
归纳总结：化学反应速率的特点
(1)化学反应速率是一段时间(Δt)内的平均反应速率,而不是瞬时反应速率。
(2)固体或纯液体的浓度记为常数,Δc=0,因此不用固体或纯液体的浓度变化表示化学反应速率。
(3)无论是反应物还是生成物,其化学反应速率均取正值。
(4)同一反应,可以采用不同物质的浓度变化量表示速率,表示的意义相同,但数值可能不同。一种物质的速率代表了整个化学反应的速率。因此在表示某反应的化学反应速率时要指明具体哪种物质。
(5)各物质表示的速率之比等于该反应方程式中的化学计量数之比。
训练1 某温度下,浓度都是1 mol·L-1的两种气体X2和Y2,在密闭容器中反应生成气体Z,经t min后,测得各物质的浓度分别为c(X2)=0.4 mol·L-1,c(Y2)=0.6 mol·L-1,c(Z)=0.4 mol·L-1,则该反应的化学方程式可表示为( )
A.2X2+3Y22X2Y3
B.3X2+2Y22X3Y2
C.X2+2Y22XY2
D.2X2+Y22X2Y
【解析】t min内,反应消耗X2 0.6 mol·L-1,Y2 0.4 mol·L-1,生成Z 0.4 mol·L-1,三者浓度的变化量之比为3∶2∶2,即化学方程式为3X2+2Y22Z,由质量守恒可知Z的化学式为X3Y2。
【答案】B
典例2 化学反应速率是描述化学反应快慢的物理量。回答下列问题:
(1)在300℃时,将0.60 mol CO、1.40 mol H2充入4L密闭容器中,在恒温恒容下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示:
5 min内H2的平均反应速率v(H2)= 。
(2)硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下发生水解反应:
O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH,两种反应物的初始浓度均为0.050 mol·L-1,15 ℃时测得O2NC6H4COOC2H5的转化率α(某时刻的α=×100%)随时间变化的数据如下表所示:
t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800
α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0
列式计算该反应在120~180s内O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率: (保留两位有效数字)。
(3)合金贮氢材料具有优异的吸氢性能,在配合氢能的开发中起到重要作用。温度为T1时,2g某合金4 min内吸收氢气240mL,吸氢速率v= mL·g-1·min-1。
【解析】(1)5 min内甲醇的平均反应速率v(CH3OH)==0.01 mol·L-1·min-1,则v(H2)=2v(CH3OH)=0.02 mol·L-1·min-1。
(2)v=≈7.3×10-5 mol·L-1·s-1。
(3)吸氢速率v==30mL·g-1·min-1。
【答案】(1)0.02 mol·L-1·min-1
(2)7.3×10-5 mol·L-1·s-1 (3)30
归纳总结：(1)化学反应速率计算的一般方法
①定义式法:找出各物质的起始量、某时刻量,求出转化量,利用定义式v==来计算。也可以利用该公式计算浓度变化量或反应时间。
②关系式法:用已知物质的化学反应速率,计算其他物质表示的化学反应速率,化学反应速率之比=物质的量浓度的变化量之比=物质的量的变化量之比=化学计量数之比。
③“三段式”法
a.写出有关反应的化学方程式。
b.找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;转化量之比等于化学计量数之比。
c.根据已知条件列三段式。
再利用化学反应速率的定义式求算
v(A)=mol·L-1·s-1;v(B)=mol·L-1·s-1;v(C)=mol·L-1·s-1。
(2)化学反应速率大小比较方法
①归一法:若单位不统一,则要换算成相同的单位;若为不同物质表示的化学反应速率,则要换算成同一物质来表示化学反应速率,再比较数值的大小。
②比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),比较与,若>,则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
训练2 已知反应4CO+2NO2N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是( )
A.v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1
B.v(NO2)=0.7 mol·L-1·min-1
C.v(N2)=0.4 mol·L-1·min-1
D.v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1
【解析】A项,v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1;B项,v(CO)=2v(NO2)=1.4 mol·L-1·min-1;C项,v(CO)=4v(N2)=1.6 mol·L-1·min-1;D项,v(CO)=v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1。所以反应速率最快的是C项。
【答案】C
任务2 化学反应速率的测定
【新知生成】
化学反应速率可通过实验测定。要测定不同时刻反应物或生成物的浓度,可观察、测量体系中某一物质的相关性质,再进行适当的 和 。例如,过氧化氢的分解反应中有气体生成,可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积;当溶液中存在有色物质时,随着反应的进行,溶液的颜色不断变化,可以用 的方法测定溶液颜色的深浅,再根据溶液颜色的深浅与有色物质浓度的正比关系,确定反应物或生成物在不同时刻的浓度。
【答案】转换 计算 比色
【活动探究】
实验探究:反应速率的定量测定和比较,完成下列填空:
【实验步骤】 ①取一套装置(如图所示),加入40mL 1 mol·L-1硫酸溶液和锌粒,测定收集10mL H2所需的时间。
②取另一套装置,加入40mL 4 mol·L-1硫酸溶液和锌粒,测定收集10mL H2所需的时间。
【实验现象】 锌粒与稀硫酸反应 (写现象),收集10mL气体,②所用时间比①所用时间 。
【实验结果】
加入试剂 反应时间 (填“长”或“短”) 反应速率 (填“快”或“慢”)
40mL 1 mol·L-1硫酸溶液
40mL 4 mol·L-1硫酸溶液
【实验结论】 4 mol·L-1的硫酸溶液与锌粒反应比1 mol·L-1的硫酸溶液与锌粒反应的速率 。
【实验讨论】 除本实验测定反应速率的方法外,可行的方案还有(至少填两种):
① ;
② ;
③ 。
【答案】【实验现象】产生气泡,锌粒逐渐溶解 短
【实验结果】长 慢 短 快
【实验结论】快
【实验讨论】①测定一定时间内产生的H2的体积 ②测定一段时间内H+的浓度变化 ③测定一段时间内锌粒的质量变化
【核心突破】
典例3 在mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反应中,经10 min达到平衡,此时各物质的浓度变化为A减少1 mol·L-1,B减少 mol·L-1,C增加 mol·L-1,D增加mol·L-1。则m∶n∶p∶q为( )
A.1∶1∶1∶1 B.1∶3∶2∶1 C.1∶3∶2∶2 D.3∶1∶2∶2
【解析】对于一个化学反应来说,各物质的浓度变化量之比等于其对应的化学计量数之比。因此,m∶n∶p∶q=1 mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1=3∶1∶2∶2。
【答案】D
典例4 为测定一定时间内锌和稀硫酸反应的速率,下列测量依据不可行的是( )
A.m(Zn)的变化 B.c(H+)的变化 C.c(S)的变化 D.V(H2)的变化
【解析】化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示,锌和稀硫酸反应的离子方程式能表示反应实质:Zn+2H+Zn2++H2↑。反应前后硫酸根离子浓度基本不变,不能表示化学反应速率。
【答案】C
训练3 下列装置或操作能达到实验目的的是( )
① ②
③ ④
A.装置①用于测定生成氢气的速率
B.装置②依据单位时间内颜色变化来比较浓度对反应速率的影响
C.装置③进行中和反应反应热的测定实验
D.装置④依据出现浑浊的快慢比较温度对反应速率的影响
【解析】装置①中长颈漏斗漏气,不能准确测定氢气的生成速率,A项错误;装置②中应使高锰酸钾溶液体积及浓度相等,用不同浓度的H2C2O4溶液滴入高锰酸钾溶液中,B项错误;装置③进行中和反应反应热的测定,可以达到实验目的,C项正确;装置④中Na2S2O3溶液浓度不一致,探究温度的影响,则变量为温度,其他条件应一致,D项错误。
【答案】C
课堂小结
【随堂检测】
1.下列说法正确的是( )
A.化学反应速率是对可逆反应而言的,不可逆反应不谈化学反应速率
B.在可逆反应里,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
C.在同一化学反应里,其化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度的减少来表示,也可以用生成物浓度的增加来表示,其数值可能相同,也可能不相同
D.化学反应速率的常用单位是g·L-1·s-1
【解析】由化学反应速率概念:“单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加”可以看出:它适合所有的反应,并非专指可逆反应,A项不正确;单位时间(Δt)是正值,反应物浓度的减少或生成物浓度的增加(Δc)也是正值,那么其比即vB也必为正值,B项不正确;由化学反应速率的概念及反应速率与化学计量数的关系可知C项正确;由化学反应速率的概念公式v=可以看出,v的常用单位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1,D项不正确。
【答案】C
2.反应:2SO2+O22SO3经一段时间后,SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为( )
A.0.1 s B.2.5 s C.5 s D.10 s
【解析】该段时间内SO3的浓度增加了0.4 mol·L-1,根据化学方程式,相同时间内O2的浓度减少了0.2 mol·L-1,所以Δt===5 s。
【答案】C
3.在铝与稀硫酸的反应中,已知10 s末,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
【解析】10 s末,H2SO4的浓度减少了0.6 mol·L-1,反应速率为0.06 mol·L-1·s-1,根据化学方程式:2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑ 可知,v[Al2(SO4)3]=v(H2SO4)=0.02 mol·L-1·s-1。
【答案】A
4.已知4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(H2O)、v(NO)(单位:mol·L-1·min-1)来表示,则正确的关系是( )
A.v(NH3)=v(O2)
B.v(O2)=v(H2O)
C.v(NH3)=v(H2O)
D.v(O2)=v(NO)
【解析】同一反应用不同的物质来表示反应速率时,速率之比等于方程式中化学计量数之比,则v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6。
【答案】D
5.如图所示,某温度下,向锥形瓶内装入6.5g锌粒(颗粒大小基本相同),通过分液漏斗向锥形瓶内加入40mL 2.5 mol·L-1硫酸溶液,将产生的H2收集在一个注射器中,用时10s收集到气体的体积为50mL(若折合成0℃、101kPa条件下体积为44.8mL),在该温度下,下列说法不正确的是( )
A.0~10s内反应消耗Zn的质量为0.13g
B.忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示0~10 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10s内该反应的速率为0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2表示10 s内该反应的速率为0.0002 mol·s-1
【解析】n(H2)==0.002 mol,0~10 s 内反应消耗的m(Zn)=n(Zn)×65 g·mol-1=0.002 mol×65 g·mol-1=0.13g,A项正确;忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用H+表示0~10s内该反应的速率为=0.01 mol·L-1·s-1,B项正确;忽略锥形瓶内溶液体积的变化,用Zn2+表示0~10s内该反应的速率为=0.005 mol·L-1·s-1,C项错误;用H2表示 10s 内该反应的速率为=0.0002 mol·s-1,D项正确。
【答案】C
6.根据反应4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,试回答下列问题:
(1)常选用哪些物质的浓度变化来表示该反应的化学反应速率 。
(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L-1·s-1时,则氧气减少的速率为 。
(3)如测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L-1,0~4 s内SO2的速率为0.4 mol·L-1·s-1,则开始时氧气的浓度为 。
【解析】(1)一般不用固体和纯液体的浓度变化来表示反应速率,所以可用O2和SO2的浓度变化来表示该反应的反应速率。
(2)不同物质表示的反应速率和方程式中对应化学计量数成正比,所以氧气减少的速率为0.64 mol·L-1·s-1×=0.88 mol·L-1·s-1。
(3)0~4 s内SO2的速率为0.4 mol·L-1·s-1,则用氧气表示的速率为0.4 mol·L-1·s-1×=0.55 mol·L-1·s-1,所以氧气变化浓度为0.55 mol·L-1·s-1×4 s=2.2 mol·L-1,则开始时氧气的浓度为2.8 mol·L-1+2.2 mol·L-1=5 mol·L-1。
【答案】(1)SO2或O2 (2)0.88 mol·L-1·s-1
(3)5 mol·L-1
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