6.1 第1课时 化学反应速率 学案（含解析） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册

6.1第1课时　化学反应速率
【学习目标】
1.了解化学反应速率的概念和表示方法。
2.能够进行化学反应速率的简单计算。
3.学会比较化学反应速率的快慢。
【合作探究】
【学习情境】
在化学实验和日常生活中,我们经常观察到这样的现象:有的反应进行得快,有的进行得慢。你了解下图涉及的化学反应的快慢吗 反应的快慢程度与我们有什么关系
　　　　很快　　　　　　　　　较慢　
　较快　　　　　　　　　很慢　
不同的化学反应的快慢千差万别,快和慢是相对而言的,这些判断方法都是定性地描述反应的快慢。而在科学研究和实际应用中,往往需要定量地描述一个反应的快慢。那么化学上又是如何定量地判断一个化学反应的快慢的呢 怎样比较一个化学反应反应速率的快慢呢
任务1　化学反应速率的概念和表示方法
【新知生成】
一、探究化学反应的快慢
组别 操作 现象 离子方程式
1 取一支试管,加入5 mL 0.5 mol·L-1盐酸,再剪取一定大小的镁条,用砂纸打磨后,放入试管中
2 取一支试管,加入5 mL 0.5 mol·L-1盐酸,再剪取与实验1镁条相同大小的铁片,用砂纸打磨后,放入试管中
　　二、化学反应速率
1.概念:表示化学反应的　　　　　的物理量。
2.表示方法:通常用　　　　　　　内反应物　　　　的减少或生成物　　　　的增加来表示。
3.表达式:　　　　　　　　。
4.常用单位:　　　　　或　　　　　。
【答案】一、1.镁条与盐酸剧烈反应,表面有大量气泡产生,试管发烫　Mg+2H+Mg2++H2↑
2.铁片与盐酸缓慢反应,表面有气泡产生,试管微热　Fe+2H+Fe2++H2↑
二、1.快慢　2.单位时间　浓度　浓度　3.v=
4.mol·L-1·min-1　mol·L-1·s-1
【核心突破】
典例1　某容器中发生铝与2L稀硫酸的反应,已知5s末消耗了0.6 mol硫酸,若不考虑反应过程中溶液体积的变化,则5s内生成硫酸铝的平均反应速率是(　　)。
A.0.06 mol·L-1·s-1 B.0.04 mol·L-1·s-1
C.0.02 mol·L-1·min-1 D.1.2 mol·L-1·min-1
【答案】D
【解析】根据2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑,消耗0.6 mol H2SO4将生成0.2 mol Al2(SO4)3,则v[Al2(SO4)3]==0.02 mol·L-1·s-1=1.2 mol·L-1·min-1。
【归纳总结】
化学反应速率的表示方法
1. 表示化学反应速率时,必须指明具体的物质,因为同一化学反应,用不同的物质表示的反应速率,其数值可能不同。
2. 固体或纯液体的浓度视为常数,Δc=0,因此通常不用固体或纯液体表示化学反应速率。
3. 化学反应速率是一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时速率。
训练1　已知某条件下,合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 的数据如表所示:
N2 H2 NH3
起始浓度/(mol·L-1) 1.0 3.0 0.2
2 s末浓度/(mol·L-1) 0.6 1.8 1.0
4 s末浓度/(mol·L-1) 0.4 1.2 1.4
　　当用氨气浓度的增加来表示该反应的化学反应速率时,下列说法错误的是(　　)。
A.2~4 s内的平均反应速率为0.2 mol·L-1·s-1
B.前4 s内的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
C.前2 s内的平均反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
D.2 s末的反应速率为0.4 mol·L-1·s-1
【答案】D
【解析】2~4 s内,v(NH3)=(1.4-1.0) mol·L-1÷2 s=0.2 mol·L-1·s-1,A项正确;前4 s内,v(NH3)=(1.4-0.2) mol·L-1÷4 s=0.3 mol·L-1·s-1,B项正确;前2 s内,v(NH3)=(1.0-0.2) mol·L-1÷2 s=0.4 mol·L-1·s-1,C项正确;无法计算2 s末的反应速率,D项错误。
任务2　化学反应速率的计算与比较
【新知生成】
在体积为100 mL的溶液中,发生下列反应:
16H+ + 2Mn+10Br-2Mn2++5Br2+8H2O
已知,反应开始时,Br-的物质的量为0.01 mol;经过10s后,Br-的物质的量变为0.002 mol。假设反应过程中溶液的体积保持不变,则
反应物或生成物 Br- Mn H+ Mn2+ Br2
10s内物质的量变化/mol
10s内物质的量浓度 变化/(mol·L-1)
10s内平均反应 速率/(mol·L-1·s-1)
　　【答案】0.008　0.0016　0.0128　0.0016　0.004;0.08　0.016　0.128　0.016　0.04;0.008　0.0016　0.0128　0.0016　0.004
【核心突破】
典例2　反应3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)在不同条件下,反应速率分别为①v(A)=0.6 mol·L-1·min-1;②v(B)=0.45 mol·L-1·min-1;③v(C)=0.015 mol·L-1·s-1;④v(D)=0.45 mol·L-1·min-1。则此反应在不同条件下进行的快慢顺序为　　　　　　　　(填序号)。
【答案】②=③>④>①
【解析】题目所给的四个速率是用不同物质来表示的,且③所采用的单位也与另外三个不同。必须把它们转化为用同一种物质来表示且单位相同的速率,再作比较。若都转化为用v(A)表示,单位用mol·L-1·min-1,则②v(A)=3v(B)=3×0.45 mol·L-1·min-1=1.35 mol·L-1·min-1;③v(A)=v(C)=×0.015×60 mol·L-1·min-1=1.35 mol·L-1·min-1;④v(A)=v(D)=×0.45 mol·L-1·min-1=0.675 mol·L-1·min-1。反应速率快慢顺序为②=③>④>①。
【归纳总结】
1.化学反应速率的计算方法
(1)定义式法:利用公式v=计算化学反应速率,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: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:对于较为复杂的题目,采用以下模式计算。
例如:反应　　mA(g)+nB(g)pC(g)
起始浓度/(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+
　　2.化学反应速率大小比较方法
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化。
(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反应速率,则要换算成同一物质来表示反应速率;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　将3 mol A和1 mol B两种气体混合于固定容积为1 L的密闭容器中。在一定条件下发生反应:3A(g)+B(g)xC(g),2 min后测得容器中有0.4 mol C和0.6 mol B。下列判断正确的是(　　)。
A.x=2
B.2 min后,c(A)=1.8 mol·L-1
C.0~2 min内,v(B)=0.4 mol·L-1·min-1
D.4 min时容器中有0.8 mol C
【答案】B
【解析】列式计算:
　　　　　　　3A(g)+B(g)xC(g)
起始量/mol 3 1 0
变化量/mol 1.2 0.4 0.4
2 min量/mol 1.8 0.6 0.4
计算得到x=1,A项错误;2 min后,c(A)==1.8 mol·L-1,B项正确;0~2 min内,v(B)==0.2 mol·L-1·min-1,C项错误;2~4 min的反应速率与0~2 min的不同,4 min时容器中C的物质的量无法确定,D项错误。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.对于反应:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,下列说法正确的是(　　)。
A.用HCl和CaCl2表示的反应速率数值不同,但所表示的意义相同
B.不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率,但可用H2O来表示
C.用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D.用CaCl2浓度的减小量表示其反应速率
【答案】A
【解析】在同一反应中,选用不同的物质表示反应速率,反应速率数值之比等于化学方程式中化学计量数之比,数值可能相同,也可能不同,但意义相同,A项正确;因为CaCO3是固体,H2O为纯液体,不能用其浓度的变化来表示化学反应速率,B、C两项均错误;CaCl2为生成物,故应用其浓度的增加量表示反应速率,D项错误。
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·min-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
该反应进行的快慢顺序为(　　)。
A.④<③=②<① B.④>③=②>①
C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
【答案】B
【解析】反应速率与化学计量数的比值越大,反应速率越快,且①所采用的单位与另外三个不同,需要换算成相同的单位,则①=0.0075;②=0.2;③=0.2;④=0.225,反应快慢为④>③=②>①。
3.在一定温度下,将2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)置于容积为2L的恒容密闭容器中,发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。反应进行到5 s时,测得CO2的物质的量为1.4 mol,则:
(1)5 s时,生成物CH3OH的浓度为　　　　。
(2)0~5 s内,用反应物H2的浓度变化表示该反应的平均速率v(H2)=　　　　　　　　　　。
(3)5 s时,容器内气体的总物质的量与反应前容器内气体的总物质的量之比为　　　　。
(4)若反应进行到15 s时容器内气体的总物质的量为5.6 mol,此时,CO2的物质的量为　　　　。
【答案】(1)0.3 mol·L-1　(2)0.18 mol·L-1·s-1
(3)17∶20　(4)0.8 mol
【解析】列出三段式:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
开始/(mol·L-1) 　1 3 0 0
变化/(mol·L-1) 　0.3 0.9 0.3 0.3
5 s时/(mol·L-1) 　0.7 2.1 0.3 0.3
(1)5 s时,生成物CH3OH的浓度为0.3 mol·L-1。
(2)0~5 s内,v(H2)==0.18 mol·L-1·s-1。
(3)5 s时,容器内气体的总物质的量与反应前容器内气体的总物质的量之比为(0.7+2.1+0.3+0.3)∶(1+3)=17∶20。　
(4)列出15 s时三段式:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
开始/mol 2 6 0 0
变化/mol x 3x x x
15 s时/mol 2-x 6-3x x x
反应进行到15 s时气体的总物质的量为(2-x+6-3x+x+x) mol=5.6 mol,解得x=1.2,
此时,CO2的物质的量为2 mol-1.2 mol=0.8 mol。
2