《创新课堂》第六章 4 第二节 第1课时 化学反应的速率 讲义（教师版）化学必修二人教版

第二节　化学反应的速率与限度
第1课时　化学反应的速率
【学习目标】　1.了解化学反应速率的概念和表示方法，并能进行简单计算。　
2．理解影响化学反应速率的因素及规律，并能合理解释生产、生活中的相关化学现象。　
3．学会运用变量控制法探究影响化学反应速率的因素。
知识点一　化学反应速率及其表示方法
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1．化学反应速率
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　1.对有固体参加的化学反应，能否用单位时间内固体浓度的改变量表示化学反应速率？
提示：固体的浓度记为常数，Δc＝0，因此不能用固体浓度的改变量表示化学反应速率。
2．实例
在一个容积为2 L的密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)，经过5 s后，测得生成SO3的物质的量为 0.8 mol。填写下表：
有关反应物质 SO2(g) O2(g) SO3(g)
物质的量浓度变化 __________ __________ __________
平均反应速率 __________ __________ __________
化学反应速率之比 v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝____________
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　2.同一反应在相同时间内，用不同物质表示的反应速率，其数值是否相同？表示的反应快慢是否相同？用不同物质表示同一反应的反应速率其数值有什么规律？
提示：同一反应在相同时间内，用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但都表示该反应的反应速率，意义相同，表示反应过程进行的快慢相同；用不同物质表示化学反应速率时，化学反应速率之比等于化学计量数之比。
[答案自填] 0.4 mol·L－1　0.2 mol·L－1
0.4 mol·L－1　0.08 mol·L－1·s－1　0.04 mol·L－1·s－1　0.08 mol·L－1·s－1　2∶1∶2
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(1)化学反应速率的单位通常为mol·s－1或mol·min－1(　　)
(2)化学反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率(　　)
(3)化学反应速率为0.2 mol·L－1·min－1，指反应经过1 min后，某物质的浓度是0.2 mol·L－1(　　)
(4)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
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1．在下列过程中，需要增大化学反应速率的是(　　)
A．钢铁腐蚀 B．食物腐败
C．牛奶变质 D．工业合成氨
解析：选D。A项，钢铁腐蚀越慢越好，减少损失，A不符合题意；B项，食物腐败越慢越好，B不符合题意；C项，牛奶变质越慢越好，C不符合题意；D项，工业合成氨得到工业产品，需要增大反应速率，提高单位时间的产量以提高经济效率，D符合题意。
2．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，则正确的关系式为(　　)
A．4v(NH3)＝5v(O2)
B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．2v(NH3)＝3v(H2O)
D．4v(O2)＝5v(NO)
解析：选D。根据反应速率关系可知，5v(NH3)＝4v(O2)，6v(O2)＝5v(H2O)，3v(NH3)＝2v(H2O)，4v(O2)＝5v(NO)。
3．(1)在反应A(g)＋3B(g)===2C(g)中，若以物质A表示该反应的化学反应速率为0.2 mol·L－1·min－1，则以物质B表示该反应的化学反应速率为________mol·L－1·min－1。
(2)在2 L密闭容器中，充入2 mol N2和3 mol H2，在一定条件下发生反应，若3 s后测得N2的物质的量为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为___________________________________________________________。
(3)将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应3A(g)＋B(g)===2C(g)，最初2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol·L－1·s－1，在2 s 时，容器中有________mol A，此时C的物质的量浓度为________。
解析：(1)根据化学方程式中的化学计量数关系：＝，v(B)＝3v(A)＝3×0.2 mol·L－1·min－1＝0.6 mol·L－1·min－1。
(2)3 s内消耗N2的物质的量为2 mol－1.9 mol＝0.1 mol，根据化学方程式N2＋3H22NH3，可以计算出3 s内消耗H2的物质的量为0.3 mol，根据化学反应速率的计算公式，v(H2)＝＝0.05 mol·L－1·s－1。
(3)　　　　 　　　　　3A(g)＋B(g)===2C(g)
起始浓度/(mol·L－1) 1.0 0.5 0
转化浓度/(mol·L－1) 0.12 0.04 0.08
2 s时浓度/(mol·L－1) 0.88 0.46 0.08
故2 s时，n(A)＝0.88 mol·L－1×10 L＝8.8 mol，c(C)＝0.08 mol·L－1。
答案：(1)0.6　(2)0.05 mol·L－1·s－1　
(3)8.8　0.08 mol·L－1
知识点二　化学反应速率的计算和比较
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1．化学反应速率的计算方法
(1)公式法：v＝或v＝。
(2)“三段式”法
①计算步骤：写出化学方程式，列出各反应物和生成物的起始量、转化量、某时刻量，再根据转化量之比等于化学计量数之比，列出关系式计算。
②计算模式
反应　　　 　mA(g) ＋ nB(g) === pC(g)
a b c
x
a－x b－ c＋
v(A)＝ mol·L－1·min－1
v(B)＝ mol·L－1·min－1
v(C)＝ mol·L－1·min－1
③注意事项
a．对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)。
b．对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)。
2．化学反应速率的比较方法
(1)“一看”：看化学反应速率的单位是否一致，若不一致，则需转化为同一单位。
(2)“二化”：将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，或分别除以相应物质的化学计量数。
(3)“三比较”：标准统一后比较数值大小，数值越大，反应速率越大。如反应aA＋bB===cC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与，若>，则A表示的反应速率比B表示的反应速率大。
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1．H2、N2合成NH3的反应中，分别用下列各种物质表示反应速率时，反应速率最大的是(　　)
A．v(N2)＝0.6 mol·L－1·min－1
B．v(NH3)＝0.9 mol·L－1·min－1
C．v(H2)＝1.2 mol·L－1·min－1
D．v(H2)＝0.025 mol·L－1·s－1
解析：选A。根据化学方程式N2＋3H22NH3和同一反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，把题给反应速率都换算成H2的反应速率。A项，v(H2)＝3v(N2)＝1.8 mol·L－1·min－1；B项，v(H2)＝v(NH3)＝1.35 mol·L－1·min－1；C项，v(H2)＝1.2 mol·L－1·min－1；D项，v(H2)＝0.025 mol·L－1·s－1＝1.5 mol·L－1·min－1；故反应速率最大的是A项。
2．将4 mol A和2 mol B在2 L的容器中混合并在一定条件下发生反应2A(s)＋B(g)===2C(g)。经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1，下列说法正确的是(　　)
A．用物质A表示反应的平均速率为0.3 mol·L－1·s－1
B．用物质B表示反应的平均速率为0.6 mol·L－1·s－1
C．v(B)∶v(C)＝2∶1
D．2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1
解析：选D。根据题意，2 s末C的物质的量为0.6 mol·L－1×2 L＝1.2 mol，列三段式：
　　　　　 2A(s)＋B(g)===2C(g)
起始量/mol 4 2 0
变化量/mol 1.2 0.6 1.2
2 s时量/mol 2.8 1.4 1.2
物质A是固体，不能用其浓度变化来表示该反应的速率，A错误；用物质B表示反应的平均速率v(B)＝＝0.15 mol·L－1·s－1，B错误；根据同一反应中，化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，v(B)∶v(C)＝1∶2，C错误；2 s时物质B的浓度c(B)＝＝0.7 mol·L－1，D正确。
3．在容积为2 L的密闭容器中，把2 mol X和2 mol Y混合，发生反应3X(g)＋Y(g)===nP(g)＋2Q(g)，当反应2 min后，测得P的浓度为 0.8 mol·L－1，Q的浓度为0.4 mol·L－1。下列判断不正确的是(　　)
A．n＝4
B．2 min内v(X)＝v(Y)
C．反应2 min后X的浓度为0.4 mol·L－1
D．2 min内Y的平均反应速率为0.1 mol·L－1·min－1
解析：选B。据题意，可列出三段式：
　　　　　 3X(g)＋Y(g)===nP(g)＋2Q(g)
1 1 0 0
0.6 0.2 0.8 0.4
0.4 0.8 0.8 0.4
A．化学计量数之比等于转化浓度之比，故n＝4，A正确；B．反应速率之比等于化学计量数之比，故2 min内v(X)＝3v(Y)，B不正确；C．反应2 min后X的浓度为0.4 mol·L－1，C正确；D．2 min内Y的平均反应速率v(Y)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，D正确。
知识点三　影响化学反应速率的因素
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1．方法导引——变量控制
探究化学反应速率的影响因素，关键是控制好变量。大致步骤如下：
2．实验探究——外界条件对化学反应速率的影响
(1)温度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ①中产生气泡速率最小，②中产生气泡速率较大，③中产生气泡速率最大
实验结论 对于反应2H2O22H2O＋O2↑来说，其他条件相同时，升高温度，H2O2的分解速率________
(2)反应物浓度对化学反应速率影响的探究
实验操作 　
实验现象 ①中产生气泡速率较小，②中产生气泡速率较大
实验结论 其他条件相同时，反应物浓度越大，化学反应速率________
(3)催化剂对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ①有少量气泡出现，②产生大量气泡
实验结论 其他条件相同时，加入催化剂FeCl3，H2O2的分解速率________
(4)固体反应物表面积对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ①中产生气泡速率较小，②中产生气泡速率较大
实验结论 其他条件相同时，固体反应物表面积越大，反应速率________
3.影响化学反应速率的因素
(1)内因：____________________是化学反应速率的决定因素。
(2)外因
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INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　在带有活塞的密闭容器中发生反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件时，化学反应速率如何改变，并阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)：________，理由：___________________________________________________________。
(2)保持容器容积不变，增加水蒸气的通入量：______，理由：___________________________________________________________。
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气：______，理由：___________________________________________________________。
(4)保持容器容积不变，充入一定量的氩气：________，理由：___________________________________________________________。
提示：(1)不变　纯固体的浓度视为常数，改变其用量不影响化学反应速率
(2)增大　增大反应物浓度，化学反应速率增大
(3)减小　保持压强不变，充入氩气，容器容积增大，水蒸气的浓度减小，化学反应速率减小
(4)不变　保持容器容积不变，充入氩气，水蒸气浓度不变，化学反应速率不变
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压强对化学反应速率的影响
对于有气体物质参加的反应，改变反应体系的压强，对化学反应速率的影响常有以下几种情况：
(1)恒温时，增大压强―→容器容积减小―→浓度增大―→反应速率增大。
(2)恒温恒容时，充入气体反应物―→总压强增大―→浓度增大―→化学反应速率增大。
(3)恒温恒容时，充入“惰性气体”―→总压强增大，但各物质的浓度不发生变化―→化学反应速率不变。
(4)恒温恒压时，充入“惰性气体”―→容器容积增大―→浓度减小―→化学反应速率减小。
[说明]　此处“惰性气体”指不参与反应的气体。　
[答案自填] 增大　越大　增大　越大
反应物本身的性质　增大　减小　增大　减小　增大　减小　改变　表面积
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1．某小组设计如下图所示的实验探究影响H2O2分解速率的因素。下列分析错误的是(　　)
A．该实验探究的是温度对反应速率的影响
B．该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同
C．实验中，H2O2的浓度越大越好
D．温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，则反应速率不相同
解析：选C。A项，两个装置中的变量是温度，所以该实验探究的是温度对反应速率的影响，A正确；B项，由于二氧化锰是催化剂且探究的是温度对反应速率的影响，因此该实验要控制MnO2的质量、颗粒大小相同，B正确；C项，H2O2浓度过大，反应速率过大，不易控制，所以实验中H2O2的浓度不宜过大，C错误；D项，温度相同时，若用FeCl3代替MnO2，由于改变了催化剂，因此反应速率不相同，D正确。
2．对于反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，现采取下列措施，其中能够使反应速率增大的是(　　)
A．恒容下充入氦气
B．增加碳的质量
C．缩小容器容积，增大压强
D．降低反应温度
解析：选C。A．恒容下充入氦气，反应速率不变；B．碳为固体，增加碳的质量，反应速率不变；C．缩小容器容积，增大压强，反应速率增大；D．降低反应温度，反应速率减小。
3．下列调控化学反应速率的措施或实验中，分别利用或体现了哪些影响化学反应速率的因素？
(1)向炉膛内鼓风，用煤粉代替煤块可以使炉火更旺。
鼓风：____________；煤粉代替煤块：
___________________________________________________________。
(2)把食品存放在冰箱里，在糕点包装袋内放置除氧剂可以延长食品保质期。
冰箱：______________；除氧剂：
___________________________________________________________。
(3)利用H2O2分解制氧气时加入固体MnO2。
固体MnO2：________。
(4)铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同。
纯氧：________________。
答案：(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)催化剂　(4)反应物的浓度
INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT
1．(教材习题改编)化学在生产、生活中的应用随处可见。下列措施与改变化学反应速率无关的是(　　)
A．食品抽真空包装
B．加工馒头时添加膨松剂
C．纸张在暴晒下变黄
D．冶铁时将铁矿石粉碎
解析：选B。A．食品抽真空包装是通过隔绝氧气来降低氧气浓度，从而降低反应速率，与改变化学反应速率有关；B．加工馒头时添加膨松剂，可使馒头疏松柔软，与改变化学反应速率无关；C．纸张在暴晒下变黄，是纸张被氧化的速率增大，与改变化学反应速率有关；D．将铁矿石粉碎，可增大反应物的接触面积，增大反应速率，与改变化学反应速率有关。
2．在氧化钕(Nd2O3)等稀土催化剂的作用下可发生反应4CO＋2NO2===N2＋4CO2。若该反应的反应速率分别用v(CO)、v(NO2)、v(N2)、v(CO2)表示，则下列关系正确的是(　　)
A．v(N2)＝v(CO) B．v(NO2)＝v(CO2)
C．v(N2)＝v(CO2) D．v(CO)＝v(NO2)
解析：选D。根据反应速率与化学计量数的关系可知，v(N2)＝v(CO)，v(NO2)＝v(CO2)，v(N2)＝v(CO2)，v(CO)＝v(NO2)。
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．1.2 mol·L－1·min－1
B．0.02 mol·L－1·min－1
C．1.8 mol·L－1·min－1
D．0.18 mol·L－1·min－1
解析：选A。10 s末硫酸的浓度减少了0.6 mol·L－1，故v(H2SO4)＝＝0.06 mol·L－1·s－1；铝与稀硫酸反应的化学方程式为2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑，反应速率之比等于化学计量数之比，故v[Al2(SO4)3]＝v(H2SO4)＝×0.06 mol·L－1·s－1＝0.02 mol·L－1·s－1＝1.2 mol·L－1·min－1。
4．(2024·北京五十五中高一调研)选择不同的反应探究化学反应速率的影响因素，所用试剂不合理的是(　　)
a．CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O(观察气泡产生的快慢)
b．S2O＋2H＋===S↓＋SO2＋H2O(观察浑浊产生的快慢)
选项 反应 影响因素 所用试剂
A a 接触面积 块状CaCO3、0.5 mol/L HCl溶液粉末状CaCO3、0.5 mol/L HCl溶液
B a H＋浓度 块状CaCO3、0.5 mol/L HCl溶液块状CaCO3、3.0 mol/L HCl溶液
C b H＋浓度 0.1 mol/L Na2S2O3、稀硫酸0.1 mol/L Na2S2O3、浓硫酸
D b 温度 0.1 mol/L Na2S2O3、0.1 mol/L H2SO4溶液、冷水0.1 mol/L Na2S2O3、0.1 mol/L H2SO4溶液、热水
解析：选C。采用控制变量法进行研究，即只改变一个外界条件，其他外界条件都相同，然后逐一进行分析判断。A中只有CaCO3的接触面积不相同，其他外界条件相同，能探究固体与盐酸的接触面积大小对化学反应速率的影响，正确；B中反应的实质是CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，只有HCl溶液中的c(H＋)不相同，其他外界条件相同，能探究H＋浓度大小对化学反应速率的影响，正确；C中浓硫酸中H2SO4主要以电解质分子的形式存在，稀硫酸中H2SO4完全电离产生H＋及SO，浓硫酸溶于水时会放出大量的热使溶液温度升高，因此两个实验对比，不但溶液中c(H＋)不同，而且溶液温度也不相同，故不能探究H＋浓度大小对化学反应速率的影响，不正确；D中两个实验对比，其他外界条件都相同，只有反应温度不同，能探究反应温度对化学反应速率的影响，正确。
5．某化学兴趣小组为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，他们在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气(标准状况)，实验记录见下表(累计值)：
时间/min 1 2 3 4 5
氢气体积/mL 50 120 232 290 310
(1)在0～1 min、1～2 min、2～3 min、3～4 min、4～5 min时间段中，反应速率最大的时间段是________，原因为
___________________________________________________________；
反应速率最小的时间段是________，原因为
_______________________________________________________________。
(2)在2～3 min内，用盐酸的浓度变化表示的反应速率为________________。
(3)为了减小反应速率但不减少产生氢气的量，在盐酸中分别加入等体积的下列溶液，其中可行的是________(填字母)。
A．蒸馏水　　　　　 B．Na2SO4溶液
C．NaNO3溶液 D．Na2CO3溶液
解析：(1)5段时间内收集的氢气体积分别是50 mL、70 mL、112 mL、58 mL、20 mL，所以根据在相同时间内收集到的氢气体积可知，2～3 min内产生的氢气最多，反应速率最大，这是由于该反应是放热反应，此时温度较高，反应速率最大；4～5 min内产生的氢气最少，反应速率最小，这是由于此时溶液中H＋浓度小，因此反应速率最小。(2)在2～3 min内，产生氢气的物质的量为＝0.005 mol，消耗H＋的物质的量为2×0.005 mol＝0.01 mol，v(HCl)＝＝ 0.1 mol·L－1·min－1。(3)加入蒸馏水，稀释溶液，反应物浓度减小，化学反应速率减小，溶液中H＋总物质的量不变，氢气总量不变，故A符合题意；加入Na2SO4溶液，相当于加水稀释，故B符合题意；加入NaNO3溶液后，硝酸根离子在酸性环境下会氧化Zn生成氮氧化物，同时消耗氢离子，产生氢气的量会减少，故C不符合题意；H＋和碳酸钠反应，消耗H＋，影响氢气的总量，故D不符合题意。
答案：(1)2～3 min　该反应是放热反应，2～3 min时溶液温度较高，反应速率最大　4～5 min　此时反应物的浓度较小，反应速率最小　(2)0.1 mol·L－1·min－1　(3)AB