6-2化学反应的速率与限度(教学课件)——高中化学人教版(2019) 必修2(共39张PPT)

(共39张PPT)
第二节化学反应的速率和限度
你了解下图涉及的化学反应进行的快慢吗 反应的快慢程度与我们有什么关系
牛奶变质
图 6-15 快慢差别很大的化学变化
思考与讨论
溶洞形成
铁桥生铸
爆炸
一、化学反应速率
(一)定义：
通常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(均取正值)来表示
(二)表示方法：
△c:某一反应物浓度的减少或生成物浓度的增加，常用单位：mol/L △t:时间，常用单位：s 或min
v:化学反应速率，常用单位：mol/(Ls)或mol/(L ·min)
举例：某反应的反应物浓度在5min 内由6mol/L变成了2mol/L,则 以该反应物浓度的变化表示的该反应在这段时间内的平均反应速 率为0.8mol/(L.min)
(三)意义：衡量化学反应进行快慢的物理量
(四)注意事项：
1、同一反应，用不同物质表示的反应速率其数值可 能不同，但表示的意义相同，即表示整个化学反应 的快慢，故表示一个化学反应的反应速率时，必须 指明是用哪种物质来表示
2、化学反应速率没有负值，均取正值
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反应速率
4、反应方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质 的化学反应速率之比，等于变化的浓度之比，等于 变化的物质的量之比。例如：aA+bB— cC+ dD
a:b:c:d=vA:Vp:Vc:Vp=△cA:△cp:△cc: △cp=△nA:△np: △nc: △np
5、固体或纯液体(不是溶液),其浓度可视为常数，
因此一般不用固体或纯液体表示反应速率
(五)比较大小：
1、方法一：比较大小时，要先转化为同一 物质的化学反应速率，再进行比较
例：反应：3A(g)+B(g)—2C(g)+2D(g), 在不同条件
下，用不同物质表示其反应速率，分别为①v(A)=0.6
mol·L-1·min-1 ②v(B)=0.45 molL-1·min-1 ③v(C)
此反应在不同条件下进行最快的是(C)
A.③B.①C.④D.②
=0.015 mol-L-1 min-1 ④v(D)=0.15 mol-L-1.s-1,则
2、方法二：比较大小时，可以比较速率与计量数 的比值。例如：比较aA+bB—cC+dD 中A 与B 的速率大小，可比较 的大小，若
则A的速率大于B的速率
例.对于反应2A(g)+B(g)— 3C(g)+4D(g),下列表示的反
) ( )-1.s-1 B.v(B)=0.3 mol·L-1.s-1
注：两种方法都要注意时间单位的转化
L
B
mol
的是
A
率
v(
速
A
应
C.v(C)=0.8 mol L-1.s-1 D.v(D)=1 mol L-1.s-1
(六)计算——“三段式”
1、写出有关反应的化学方程式
2、设未知数，列出各物质的起始量、转化量、 某时刻(或平衡)量
3、根据已知条件得出各物质的转化浓度 (△c)
4、根据速率的计算公式计算反应速率
mA(g)+nB(g)—pC(g)
a b C
px
X
m
a 一 X C 十
例如：化学方程式
起始浓度(mol·L- )
转化浓度(mol·L- )
t s时的浓度(mol·L- )
说明：其中的“量”:常用物质的量、物质的量浓度、体积
5、几个常用量的计算公式：
(1)转化率的计算：
(3)各组分的百分含量：
说明：其中的“量”:常用物质的量、物质的量浓度、体积
例题.在容积可变的密闭容器中，4 mol N 和 8 mol H 在一定条件下发生反应，达到平衡 时 ，H 的转化率为75%,则平衡时氮气的体 积分数接近于( D)
●A.5% B.10 %C.15%D.25%
(2)产率的计算：C 的
身
(印正仑道
催化剂
2
高温高压
起 始 2mol 8mol
反应2/3mol 8×25%=2mol 平 衡 4 / 3mol 6mol
例如：化学方程式 起始浓度(mol·L- ) 转化浓度(mol·L- ) t s时的浓度(mol·L- ) mA(g)+nB(g)—pC(g) a x a 一 x
例题.在容积可变的密闭容器中，2 mol N 和 8 mol H 在一定条件下发生反应，达到平衡 时 ，H 的转化率为25%,则平衡时氮气的体 积分数接近于(C)
A.5%B.10%C.15%D.20%
2 TH
0mol
4/3mol
4/3mol
b
探究
影响化学反应速率的因素
【 问 题 】
我们已经知道催化剂可以影响化学反应速率，此外，还有哪些反应条件会影响 化学反应的速率
【 假 设 】
影响化学反应速率的因素可能有反应温度、反应物浓度等。
【 用 品 】
5%H O 溶液、1 mol/L FeCl 溶液、0.1 mol/L 盐酸、1 mol/L 盐酸、大理石碎块、 冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。
【 实 验 】
(1)反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2 mL 5%H O 溶液，同时滴入2滴1 mol/L FeCl 溶液。待试管中均有适量气泡出现时，将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中，另一 支试管放入盛有热水的烧杯中，观察现象并进行对比
不同温度环境
实验现象
冷水
产生气泡的速率较慢
热水
产生气泡的速率较快
(2)反应物浓度的影响
利用实验室提供的用品，设计实验方案并提请教师审阅，待教师同意后进行实验 (提示：探究某影响因素时，需保持其他条件因素相同)。
步 骤 ： 在两支大小相同的试管中均加入质量相等、表面积相等的大理石碎块，分别加 入5ml,0.1mol/L的盐酸和5ml,1mol/L的盐酸，观察现象并进行对比。
记录：
影响因素
如何影响
催化剂
催化剂可以改变化学反应速率
温度
升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减慢
反应物浓度
增大反应物浓度，化学反应速率加快；减小反应物浓度，化学反应速率减
不同浓度环境
实验现象
0.1mol/L的盐酸
产生气泡的速率较慢
1mol/L的盐酸
产生气泡的速率较快
【结论】
慢
【问题和讨论】
影响化学反应速率的因素还可能有哪些 请选择其中一个因素，设计实验验证方 案，与同学交流。
实验步骤：取两支大小相同的试管，分别加入1g 块状碳酸钙和 1g 粉末状碳酸钙，同时向两支试管中滴加10ml,1mol/L 的盐酸， 观察现象并进行对比
实验现象：加碳酸钙粉末的试管内产生气泡的速率较快，加块 状碳酸钙的试管内产生气泡的速率较慢。
实验结论：其他条件相同时，固体反应物表面积越大，化学反应 速率越快
实验活动7
化学反应速率的影响因素
【实验目的】
1.体验浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。
2.理解改变反应条件可以调控化学反应的速率。
【实验原理】
1.硫代硫酸纳与硫酸的反应
硫代硫酸钠与硫酸反应会生成不溶于水的硫：
NaS0 +HS0,=Na50 +50 '+S,+HO
反应生成的硫使溶液出现乳白色浑浊，比较浑浊现象出现所需时间的长短，可以判断 该反应进行的快慢。在不同浓度和温度条件下分别进行上迷反应，并比较其反应快慢，可 以看出反应物浓度和温度对该反应速率的影响。
2.过氧化氢分解会产生氧气，在有或无催化剂存在下进行对比实验，通过观察氧气
产生的快慢可以看出催化剂对该反应速率的影响
【实验用品】
烧杯、试管、量简、试管架、胶头滴管、温度计、药匙、秒表
0.1 molL Na S.0,溶液、0.1 molL HS0,溶波、10%HO 溶液、1 molL FeCl,溶液、 MnO 粉末、蒸馏水。
3.催化剂对化学反应速率的影响 较慢
向三支大小相同的试管中各加入2mL 10%H O 溶液，再向其中的两支试管中分别加 入少量MnO 粉末和2滴1 mol/L FeCl,溶液。观察、比较三支试管中气泡出现的快慢。
较快 较快
【问题和讨论】
在通常情况下，铁与冷水或热水都不发生反应，但红热的铁与水蒸气则可发生反应， 生成Fe,O 和 H 。试从反应条件的角度思考并解释这一事实。
这是因为反应温度高，反应速率大，且反应物水为气态，铁与水蒸气的 接触面积大，反应速率大，说明反应条件及反应物的状态对化学反应速 率有重要影响。
实验 编号 加入0. 1 mol/L Na S O 溶液的体积 mL 加入0.1 mol/LH SO 溶液的体积 水浴温度 ℃
出现浑浊的 快慢
mL
1 2 2 25
较慢
2 2 2 50
较快
实验 编号 加入0. 1 mol/LNa,S O 溶液的体积 加入水 的体积 加入0. 1mol/LH SO 溶液的体积
出现洋油的快慢
mL
mL mL
1 2 0 2
较快
2 1 1 2
较慢
【实验步骤】 △△
1.浓度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，分别加入2mL 和1 mL0.1 mo/L NaS O 溶液，向盛有1 mL Na,S O,溶液的试管中加入I mL蒸馆水，摇匀。再同时向上述两支试管中加入2mL0.1 molL H SO 溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
2.温度对化学反应速率的影响
取两支大小相同的试管，各加入2 mL 0.1 mol/LNa S O 溶液，分别放入盛有冷水和 热水的两个烧杯中。再同时向上迷两支试管中加入2 mL 0.1 mo/L H SO 溶液，振荡。观 察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢。
方法导引
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
(七)影响因素：
1、内因：反应物本身的性质：化学键的强弱 与化学性质
2、外因：
(1)浓度：增大浓度，化学反应速率增大
注：1、改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响
2、增加固体接触面积(将固体研碎)或加快液体扩 散速率(对反应物进行搅拌),均可以提高化学 反应速率
(2)压强：对于有气体参加的反应，压强越 大，化学反应速率越快
①恒温恒容时：
I、充入反应物气体→浓度增大→速率增大
IⅡ、充入“惰性气体”→总的压强增大，但各气体分压 不变，即浓度不变→速率不变
②恒温恒压时：
充入惰性气体→体积增大→浓度减小→速率减慢
注：压强的改变实际上是体积的改变引起浓度的改变， 从而对化学反应速率产生影响，如果压强的改变不能 引起浓度变化，则不会对速率产生影响
图6-16 压强增大，气体浓度增大
(3)温度：升高温度，化学反应速率加快
(4)催化剂： 一 般是加快反应速率。使用
时要注意温度及防止催化剂中毒 特点：
1 、催化剂在化学变化中能改变化学反应速率，但 不能改变反应物的转化率，也不能使本来不发
生的反应发生
2、催化剂本身在反应前后自身的组成、化学
性质和质量不变，但物理性质可以发生改变
3、催化剂对一个反应有催化作用，对另一个反 应不一定有催化作用，即催化剂具有专一
性，没有万能催化剂
4、催化剂分正催化剂和负催化剂。正催化剂能加 快化学反应速率，负催化剂能减慢化学反应速 率。若无特别说明，催化剂是指正催化剂
科 学·技术 · 社会
神奇的催化剂
催化剂是现代化学中关键而神奇的物质 之一。据统计，有80%以上的化工生产过程 (如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、 苯乙烯的聚合，煤、石油、天然气的综合利 用，等等)使用了催化剂，目的是增大反应 速率，提高生产效率。在资源利用、能源开 发、医药制造、环境保护等领域，催化剂有 着广泛的应用。催化剂十分神奇，它能极大 地提高化学反应速率(可使反应速率增大儿 个到十几个数量级),而自身的组成、化学 性质和质量在反应前后不发生变化；它和一 些反应体系的关系就像钥匙与锁的关系，具 有一定的选择性。
生物体内几乎所有的化学反应(如淀 粉、脂肪、蛋白质的水解，D NA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”。催化剂的神奇面纱至 今尚未完全揭开，对催化剂的研究是当代化学 一个极具魅力和应用前景的重要课题。
图6-17 氨氧化法制硝酸使用的网状 铂-钯-铑合金催化剂
(5)其他因素：光辐射、放射线辐照、 超声波、电弧、强磁场、高速研磨等 也能影响化学反应速率
下列调控反应速率的措施或实验中，分别利用或体现了哪些影响反应速率的因素
(1)向炉膛内鼓风，用煤粉代替煤块可以使炉火更旺。
(2)把食物存放在冰箱里，在糕点包装内放置除氧剂可以延长食品保质期。
(3)做化学实验时，为加速反应的进行，通常将块状或颗粒状的固体药品研细并 混匀，或者将固体试剂溶于水配成溶液后再进行实验。
(4)铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同
(1)反应物的浓度、反应物的接触面积
(2)温度、反应物的浓度
(3)反应物的接触面积
(4)反应物的浓度
思考与讨论
二、化学反应限度
(一)可逆反应：
1、定义：在同一条件下，正反应方向和逆反应方向均
能进行的化学反应称为“可逆反应”
2、举例：Cl +H O=HCl+HCIO
3、特点：
(1)反应物、生成物同时存在，正逆反应同时存在和进行
(2)正逆反应发生条件相同
(3)任一反应物的转化率小于100%,反应难以进行到底， 存在平衡状态
(4)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
(5)用“—”连接
(二)不可逆反应：
在一定条件下，几乎只能向一定方向(向 生成物方向)进行的反应。
HCl+AgNO =AgClJ+HNO
3、定义：一定条件下的可逆反应，当反应进行
到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，
反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，达到一 种表面静止的状态，我们称为“化学平衡状态”, 简称“化学平衡”
(三)化学平衡：
1、研究对象：可逆反应
2、建立：
4、特点——逆、等、动、定、变
(1)逆：研究对象是可逆反应
(2)等：平衡时，同一物质的正逆反应速率相等即v正=V逆
(3)动：化学平衡是动态平衡，即达平衡时正逆反应仍 在进行，只不过同一物质的v正=V逆
(4)定：在平衡体系的混合物中，各组分的含量 (物质 的量、质量、浓度、质量百分数、物质的量百 分数、体积百分数等)保持一定
( 5 ) 变：任何化学平衡状态均是暂时的，相对的，有条 件的，与达平衡的过程无关(即化学平衡状态 既可以从正反应方向开始达平衡，也可以从逆 反应方向开始达平衡，还可以从正逆两个方向 开始达平衡)当外界条件变化时，原来的化学 平衡也会发生相应的改变，直至在新的条件下 建立新的平衡状态
注：化学平衡状态是在一定条件下可逆反应所能达到
的最大程度，即该反应进行的限度。化学反应的 限度决定了反应物在该条件下的最大转化率
5、判断达化学平衡的标志
(1)用速率判断：
方法：先找出正、逆反应速率，再看物质
若同一物质，则正逆速率相等
若不同物质，则速率之比=系数之比
例：一定温度下，可逆反应A(g)+3B(g) = 2C(g)未达到平衡的是()
A.C 的生成速率与C 的分解速率相等
B. 单位时间内生成n mol A的同时消耗4n mol B
C.A 、B 、C的浓度不再变化
D.C 的百分含量达到最大值
答案 B
(2)用含量判断：如果该物理量只有在平衡时保持不变，
就可以用该物理量判断达平衡
①平衡时，各组分的物质的量、质量、浓度、体积、物质的 量分数、质量分数、体积分数、转化率、产率都不变
②对于有固态、液态、气态不同状态物质参与的反应，混合气 体的总质量不变，或混合气体的密度不变，都可以判断达平衡
③对于反应前后气态物质前面的总系数发生改变的反应，混合 气体的总物质的量不变，或混合气体的摩尔质量不变，或混合 气体的压强不变都可以用来判断达平衡
(3)若反应中有颜色变化，则颜色不变时，可认为已达平衡 (4 )绝热的恒容反应体系中温度保持不变，说明已达平衡
1.可逆反应2NO (g)—2NO(g)+O (g) 在体积固定 的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O 的同时生成2n mol NO
②单位时间内生成n mol O 的同时生成2n mol NO
③用NO 、NO 、O 表示的反应速率的比为2:2:1 的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
B.②③⑤⑦
D. 全部
A.①④⑥⑦
C.①③④⑤
答案 A
2. 一 定 温度下，在 一 容积不变的密闭容器中发生可 逆反应2X(g) 一 Y(g)+Z(s), 以下不能说明该反应
达到化学平衡状态的是( c )
A. 混合气体的密度不再变化
B. 反应容器中Y的质量分数不变
C.X 的分解速率与Y的消耗速率相等
D. 单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
3.一定温度下，在容积恒定的密闭容器中进行如下反应： A(s)+2B(g)—C(g)+D(g)。 当下列物理量不发生变化时， 能表明该反应已达到平衡状态的是 (②④)
①混合气体的总物质的量
②B的物质的量浓度
③容器内气体的压强
④混合气体的密度
三、化学反应条件的控制
(一)控制反应条件的意义
1、促进有利的化学反应：
提高反应速率，提高反应物的转化率即原料的利用率
2、抑制有害的化学反应：
降低反应速率，控制副反应的发生，减少甚至消除有 害物质的产生
(二)控制反应条件的基本措施
1、控制反应速率的措施：改变温度、溶液的浓度、气体 压强(或浓度)、固体表面积 及使用催化剂
2、控制转化率的措施：改变温度、溶液浓度、
气体压强(或浓度)
(三)化工生产中控制反应条件的原则
1、原则：在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条 件 时 ，需要考虑控制反应条件的成本和实际可能性
2、举例：合成氨工业通常选择在400-500℃,10-30MPa 下进行
思 考 与 讨 论
为 提 高 燃 料 的 燃 烧 效 率 ， 应 如 何 调 控 燃 烧 反 应 的 条 件 ( 提 示 ： 可 以 从 以 下 几 方 面 考 虑 ， 如 燃 料 的 状 态 、 空 气 用 量 、 炉 膛 材 料 、 烟 道 废 气 中 热 能 勺 利 用 ， 等 等 。 )
影响燃料燃烧效率的条件 措施
作用
燃料的状态 固体粉碎或制成浆状或雾 化，以增大接触面积
提高能量转化率
空气用量 适当过量
炉膛材料 经久耐用、耐高温、隔热 的材料
提高热量利用率
烟道废气中热能的利用 用余热产生水蒸气，可用 于水浴、发电、供暖等
生产中炼制生铁所需焦炭的实际用量，
远高于按照化学方程式计算所需的量，而且 从高炉炉顶出来的气体中总是含有没有利用 的CO 。 开始，炼铁工程师们认为是CO 与 铁矿石接触不充分造成的，于是设法增加 高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉 增高后，高炉尾气中CO 的比例竟然没有改 变。这成了炼铁技术中的科学悬念，人们一 直在探究其中的原因。直到19世纪下半叶，
法国化学家勒夏特列( H.-L.Le Chatelier, 1850—1936)经过深入的研究，才将这 一 谜底揭开。原来，产生上述现象的原 因 是：C+CO ——2CO 是 一 个可逆反应， 并且自下而上发生在高炉中有焦炭的地方。 后来的研究证明，在高炉中Fe O 与CO 反 应 也不能全部转化为Fe 和CO
科学史话
炼铁高炉尾气之谜
高炉炼铁的主要反应是：
其中产生CO 的反应是：
图6-19 首钢炼铁高炉
(三)有关化学反应速率和反应限度图像的分析
一、步骤
一看——看图像：
1看面：弄清楚横纵坐标所表示的含义
2看线：弄清楚线的走向和变化趋势
3看点：弄清楚曲线上点的含义，特别是曲线上的拐点、 交点、起点、终点
4看辅助线：作横轴或纵轴的垂直线
(如等温线、等压线、平衡线等)
5看量的变化：弄清楚是物质的量的变化、浓度变化， 还是转化率的变化
二想——想规律：联想外界条件对化学反应
速率的影响规律
三判断：利用有关规律，结合图像，通过对比 分析，做出正确判断
根据物质的量(或浓度)—时间图像， 找出起始投料的各物质的物质的量，
如果其物质的物质的量从零开始增加， 说明反应起始未加该物质，该物质是 生成物；然后分析一段时间后某物质 的物质的量(或浓度)的变化，由此 能计算反应物的转化率，这段时间内 各物质的反应速率，进一步依据各物 质的速率关系还能得出反应的方程式 等；曲线达到平台，即某物质的物质 的量(或浓度)不再变化，故反应达 到平衡状态
二、化学反应速率图像题的一般类型
1、物质的量(或浓度)—时间 (n-t 或c-t) 图像
分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓 度增大的是生成物，生成物多数是以原点为起点。
浓度(物质的量)变化量之比=计量系数之比
看右图：
写反应方程式
2A+ 1B= 3C
(6)在密闭容器里，通入a mol A(g) 、b mol B(g) 、c mol C(g),发 生上述反应，当改变下列条件时，反应速率会减小的是①③ (填序号)。
①降低温度
②加入催化剂
③增大容器体积
(3)该反应的化学方程式为2A+B=2C 0
(4)反应开始至2 min 时，
B的平均反应速率为0.1 mol-L-1 ·min-1 0
(5)能说明该反应已达到平衡状
态的是 b (填字母)。
a.v(A)=2v(B)
b.容器内压强保持不变
c.2v逆(A)=v 正(B)
d.容器内混合气体的密度保持不变
例题：某可逆反应在体积为5L 的密闭容器中进行，0～3 min 内 各物质的物质的量的变化情况如图所示(A、B、C 均为气体)。
物质的量/mol