《学霸笔记·同步精讲》专题6 化学反应与能量变化 第1单元 第1课时 化学反应速率（课件）高中化学苏教版必修二
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记·同步精讲》专题6 化学反应与能量变化 第1单元 第1课时 化学反应速率（课件）高中化学苏教版必修二 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-02 00:00:00 | ||
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文档简介
(共61张PPT)
第一单元 化学反应速率与反应限度
第1课时 化学反应速率
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.能说出化学反应速率的定义及影响因素,学会运用控制变量方法研究影响化学反应速率的因素。
2.能从定量角度衡量化学反应进行快慢的表示方法并能进行简单计算。认识化学反应速率在生产、生活中的重要作用。
3.能从微观角度说出温度和压强对化学反应速率的影响,发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
自主预习·新知导学
一、化学反应速率及其表示方法
1.化学反应速率。
【自主思考1】 对于反应C(固体)+H2O(气体) CO(气体) +H2(气体),能否用C和H2O来表示该反应的化学反应速率
提示:该反应的化学反应速率不能用C(固体)表示,可以用H2O(气体)表示,固体或纯液体的浓度可视为常数,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。若参与反应时水为气体,可以用来表示反应速率;若水为溶剂,则不能用水表示反应速率。
2.实例。
(1)在一定条件下,某过氧化氢溶液放置100 min后,H2O2的浓度从5×10-2 mol·L-1下降到4×10-2 mol·L-1,则在这100 min中, Δc(H2O2)= 1×10-2 mol·L-1 ,v(H2O2)=1×10-4 mol·L-1·min-1。
(2)在一个容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应2SO2+O2
2SO3,经过5 s后,测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表。
【自主思考2】 对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示其化学反应速率时,数值之间有什么关系
提示:对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示的化学反应速率,化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
二、影响化学反应速率的因素
1.内因(主要因素)。
化学反应速率会受到反应物自身性质的影响。
2.外因。
(1)实验探究。
①催化剂对化学反应速率影响的探究。
②温度对化学反应速率影响的探究。
【自主思考3】 人们为什么用电冰箱储存食物
提示:温度越低,食物变质越慢。这也是温度对化学反应速率的影响在生活中的应用。
③浓度对化学反应速率影响的探究。
④固体表面积对化学反应速率影响的探究。
【自主思考4】 实验室通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细,并混匀后再进行反应,原因是什么
提示:固体药品研得越细,其表面积越大,混匀后反应物之间接触面积也越大,反应就越迅速、充分。
(2)结论。
一般来说,其他条件相同时,加入催化剂可以显著地增大反应速率;反应的温度越高,反应速率越大;反应物的浓度越大,反应速率越大;对于有气体参加的反应,反应体系的压强越大,反应速率越大;增大反应物的接触面积,能增大反应速率。此外,光照等条件对化学反应速率也有一定影响。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。
3.控制变量法。
受多种因素影响的问题往往比较复杂。科学家为简化对这类问题的研究,每次只改变其中的一个因素,而控制其余几个因素不变,研究被改变的因素对事物发展的影响。这样,就将多因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究,化繁为简,再进行综合分析,最后得出结论。这种方法称为控制变量法。
例如,化学反应速率受反应物浓度(或气体压强)、温度、催化剂、反应物的表面积等多种因素的影响。研究者在其他条件不变的情况下,分次改变其中一个因素进行实验,即可分别得出浓度、温度、催化剂、反应物的表面积等条件对化学反应速率影响的结论。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)化学反应速率表示一定时间内任何一种反应物量的减少或生成物量的增加。( )
(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )
(3)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。( )
×
×
×
(4)同一反应用不同物质表示的化学反应速率可能不同,它们表示的意义也不同。( )
(5)Na、Mg、Al的金属性决定了它们的单质与水反应的速率大小。( )
(6)改变压强,化学反应速率必然改变。( )
(7)用铁与硫酸反应制取氢气时,硫酸浓度越大,生成氢气的速率越大。( )
(8)100 mL 1 mol·L-1的盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。( )
×
√
×
×
×
2.在2 L密闭容器中,发生以下反应:2A+B══2C+D。若最初加入的气体A和气体B都是4 mol,在前10 s内A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则10 s时,容器中A的物质的量是( )。
A.1.6 mol B.2.8 mol
C.2.4 mol D.1.2 mol
答案:A
解析:根据化学反应速率公式,可得Δc(A)=0.12 mol·L-1·s-1 ×10 s=1.2 mol·L-1,Δn(A)=1.2 mol·L-1×2 L=2.4 mol,故10 s时容器中A的物质的量为4 mol-2.4 mol=1.6 mol。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 化学反应速率的计算与比较
问题引领
在2 L的密闭容器中,加入1 mol H2和3 mol I2(气体),发生反应H2+I2══2HI(气体)。在2 s末时,测得容器中含有0.4 mol HI。
H2 + I2 ══ 2HI
起始量/mol 1 3 0
变化量/mol 0.2 0.2 0.4
2 s末量/mol 1-0.2 3-0.2 0.4
1.根据上述内容,求出该反应的化学反应速率v(H2)、v(I2)、v(HI)。
2.在上述反应中,v(H2)、v(I2)、v(HI)并不完全相等,是否矛盾 有何规律 是否化学反应速率的数值越大,反应越快
提示:不矛盾。对于同一个反应来说,用不同的物质来表示该反应的速率时,其数值可能不同,但表示的意义相同。在同一个反应中,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。在同一反应中比较反应速率的大小时,将不同物质表示的反应速率换算成用同一物质表示的反应速率,并换算成相同的单位,然后进行比较,数值越大,则反应速率越大。
3.若在标准状况下(此时碘为固体),在原容器中加入1 mol H2和3 mol I2,反应结束后恢复到标准状况下,此时测得容器中含有0.4 mol HI。该过程中能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率吗
提示:此时碘为固体,所以不能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率。
归纳提升
1.正确理解化学反应速率。
2.计算化学反应速率的两方法。
3.应用“三段式”进行化学反应速率的计算。
(1)基本步骤:
①确定反应物或生成物的起始加入量;
②确定反应过程中各物质的变化量;
③确定反应进行至某时刻时各物质的量;
④依据已知条件建立等式关系进行解答;
⑤应用化学反应速率之比=浓度变化之比=化学计量数之比进行计算。
(2)计算模式:
设A、B两种气体的起始浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1,反应物A的转化浓度为mx mol·L-1,B的转化浓度为nx mol·L-1,则:
mA + nB══ pC+ qD
4.化学反应速率大小的比较方法。
(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反应速率,则要换算成同一物质来表示的反应速率,然后比较数值的大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,
典型例题
【例题1】 在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应:A(气体)+2B(气体)══3C(气体)+nD(气体),开始时A为4 mol,B为6 mol,5 min末时测得C的物质的量为3 mol,D的化学反应速率v(D)=0.2 mol·L-1·min-1。请回答下列问题。
(1)5 min末A的物质的量浓度为 。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为 。
(3)前5 min内A的转化率为 。(转化率是指某一反应物的转化百分率,即转化率= ×100%)
(4)化学方程式中n的值为 。
(5)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=5 mol·L-1·min-1
②v(B)=6 mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1
④v(D)=8 mol·L-1·min-1
其中反应进行最快的是 (填编号)。
答案:(1)1.5 mol·L-1
(2)0.2 mol·L-1·min-1
(3)25%
(4)2
(5)①
解析:D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L-1·min-1,则生成D的物质的量浓度为c(D)=0.2 mol·L-1·min-1×5 min=1 mol· L-1。列出以下“三段式”。
A(气体)+ 2B(气体)══3C(气体)+ nD(气体)
(1)由上面分析可知,5 min末A的物质的量浓度为1.5 mol·L-1。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率
(5)为便于比较,将各物质表示的速率都转化为A物质表示的速率:①v(A)=5 mol·L-1·min-1;②v(B)=6 mol·L-1·min-1,则v(A)=3 mol·L-1·min-1;③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1,则v(A)=1.5 mol·L-1·min-1;④v(D)=8 mol·L-1·min-1,则v(A)=4 mol·L-1·min-1。以上速率中,5 mol·L-1·min-1最大,故反应进行最快的是①。
【变式训练1】 某温度下,往密闭容器中加入一定量的A和B,发生反应:A(气体)+2B(气体) 2C(气体)+D(固体),物质C的浓度随反应时间(t)的变化如表所示。
时间(t)/s 2 4 6 8
C的浓度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46
则在0~6 s内,下列平均反应速率表示正确的是( )。
A.v(A)=0.070 mol·L-1·s-1 B.v(B)=0.140 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.070 mol·L-1·s-1 D.v(D)=0.035 mol·L-1·s-1
答案:C
解析:根据题表数据,0~6 s内用C表示的反应速率为v(C)==0.070 mol·L-1·s-1,则有v(A)=v(C)=×0.070 mol·L-1·s-1=0.035 mol·L-1·s-1,v(B)=v(C)=0.070 mol·L-1·s-1;D是固体,不能用D的浓度变化来表示反应速率。
探究任务2 影响化学反应速率的因素
问题引领
1.在下列事实中,什么因素影响了化学反应速率
(1)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块,产生气体有快有慢。
(2)硫铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒。
(3)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2很快产生气体。
(5)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L-1的盐酸和1 mol·L-1的盐酸中反应速率不同。
(6)夏天的食品易变霉,冬天就不易发生该现象。
提示:(1)反应物自身的性质 (2)反应物的接触面积 (3)光 (4)催化剂 (5)反应物的浓度 (6)反应温度
2.食品包装袋中加入的盛有还原性铁粉的小包,为什么能显著延长食品的储存时间
提示:还原性铁粉能与食品包装袋中的氧气反应,降低氧气浓度,使变质反应速率减小,从而显著延长食品的储存时间。
3.在密闭容器中,发生以下反应:A(气体)+B(气体)══C(气体)。若恒温恒容下,充入氦气,对反应速率有何影响 若恒温恒压下,充入氦气,对反应速率又有何影响
提示:
归纳提升
影响化学反应速率的外界因素。
1.浓度。
(1)只适用于有气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)在一定温度下,固态或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。
(3)化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越大。
2.温度。
(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。
(2)升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强。
(1)压强对化学反应速率的影响,实质是通过改变浓度实现对化学反应速率的影响。
(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。
(4)压强改变的常见方式。
①恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大→各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
②恒温恒压:充入稀有气体→容器容积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。
③恒温:缩小容器容积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。
④恒温恒容:充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。
4.催化剂。
(1)催化剂参与化学反应,但其质量和化学性质在反应前后保持不变。
(2)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用,不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。
(3)使用催化剂,可逆反应的正、逆反应速率增大的倍数相同。
典型例题
【例题2】 水煤气是一种绿色环保的气体燃料,与煤炭相比,水煤气的燃烧效率高。近年来研究推出了以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的技术工艺,其主要反应为C(固体)+H2O(气体)══CO(气体)+H2(气体)(吸收热量)。
现将一定量的C(固体)和水蒸气放在一密闭容器中进行上述反应,下列说法错误的是( )。
A.其他条件不变,升高温度,反应速率增大
B.其他条件不变,将容器容积缩小一半,反应速率减小
C.恒容时,抽出少量水蒸气,反应速率减小
D.其他条件不变,适当增加C(固体)的质量,反应速率不变
答案:B
解析:其他条件不变,将容器容积缩小一半,则反应混合物的浓度增大,反应速率增大,B项错误;恒容时,抽出少量水蒸气,减小反应物浓度,反应速率减小,C项正确;增加固体C的质量,其浓度不变,反应速率不变,D项正确。
【例题3】 某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。
实验 反应物 催化剂 温度
① 10 mL 10% H2O2溶液 无 25 ℃
② 10 mL 20% H2O2溶液 无 25 ℃
③ 10 mL 20% H2O2溶液 无 40 ℃
④ 10 mL 20% H2O2溶液 1~2滴 0.1 mol·L-1FeCl3溶液 40 ℃
通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。
回答下列问题。
(1)图中代表实验①的曲线是 。
(2)对比实验③和④的目的是 。
(3)通过上面对比实验,所得出的实验结论是 。
答案:(1)Ⅳ
(2)研究催化剂对反应速率的影响
(3)其他条件不变,增大反应物浓度、升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率增大
解析:(1)反应温度越高、使用催化剂或反应物浓度越大,反应速率越大,实验①中H2O2浓度最小,没有使用催化剂,温度为25 ℃,则在实验①~④中反应速率最小;图中曲线的斜率越大,对应的反应速率越大,并且①中产生O2的体积是②③④的一半,则代表实验①的为曲线Ⅳ。
(2)实验③④中,反应物浓度、反应温度相同,而实验④使用了催化剂,所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。
(3)根据实验①②可知,增大反应物浓度,反应速率增大;根据实验②③可知,升高反应温度,反应速率增大;根据实验③④可知,使用合适的催化剂,反应速率增大;通过对比实验,得出的实验结论是其他条件不变,增大反应物浓度、升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率增大。
【变式训练2】 为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率(反应放出热量),某同学通过实验测定足量碳酸钙固体与一定量稀盐酸反应生成CO2的体积(已换算为标准状况下的体积)随时间的变化情况,绘制出如图所示的曲线甲。
下列有关说法中不正确的是( )。
A.因反应放热,导致0~5 s内的反应速率逐渐增大
B.10~15 s后,影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度
C.10~15 s内,用盐酸的浓度变化表示该反应的速率为1.6×10-4 mol·L-1·s-1
D.若向反应体系中加入适量氯化钠溶液,则曲线甲可能将变成曲线乙
答案:C
解析:因反应放热,温度升高,导致0~5 s内的反应速率逐渐增大,A项正确;10~15 s后,反应速率逐渐减小,主要是因为随反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,故影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度,B项正确;10~15 s内,由产生二氧化碳的体积可以计算消耗HCl的物质的量,但是不知道盐酸的体积,故不能计算出用盐酸的浓度变化表示的该反应的速率,C项错误;若向反应体系中加入适量氯化钠溶液,盐酸浓度减小,则反应速率减小,但是HCl的物质的量不变,最终生成二氧化碳的体积不变,则曲线甲可能将变成曲线乙,D项正确。
课 堂 小 结
第一单元 化学反应速率与反应限度
第1课时 化学反应速率
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
课标定位
素养阐释
1.能说出化学反应速率的定义及影响因素,学会运用控制变量方法研究影响化学反应速率的因素。
2.能从定量角度衡量化学反应进行快慢的表示方法并能进行简单计算。认识化学反应速率在生产、生活中的重要作用。
3.能从微观角度说出温度和压强对化学反应速率的影响,发展宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养。
自主预习·新知导学
一、化学反应速率及其表示方法
1.化学反应速率。
【自主思考1】 对于反应C(固体)+H2O(气体) CO(气体) +H2(气体),能否用C和H2O来表示该反应的化学反应速率
提示:该反应的化学反应速率不能用C(固体)表示,可以用H2O(气体)表示,固体或纯液体的浓度可视为常数,因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。若参与反应时水为气体,可以用来表示反应速率;若水为溶剂,则不能用水表示反应速率。
2.实例。
(1)在一定条件下,某过氧化氢溶液放置100 min后,H2O2的浓度从5×10-2 mol·L-1下降到4×10-2 mol·L-1,则在这100 min中, Δc(H2O2)= 1×10-2 mol·L-1 ,v(H2O2)=1×10-4 mol·L-1·min-1。
(2)在一个容积为2 L的恒容密闭容器中发生反应2SO2+O2
2SO3,经过5 s后,测得SO3的物质的量为0.8 mol。填写下表。
【自主思考2】 对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示其化学反应速率时,数值之间有什么关系
提示:对同一化学反应,在相同的时间内,用不同的物质来表示的化学反应速率,化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
二、影响化学反应速率的因素
1.内因(主要因素)。
化学反应速率会受到反应物自身性质的影响。
2.外因。
(1)实验探究。
①催化剂对化学反应速率影响的探究。
②温度对化学反应速率影响的探究。
【自主思考3】 人们为什么用电冰箱储存食物
提示:温度越低,食物变质越慢。这也是温度对化学反应速率的影响在生活中的应用。
③浓度对化学反应速率影响的探究。
④固体表面积对化学反应速率影响的探究。
【自主思考4】 实验室通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细,并混匀后再进行反应,原因是什么
提示:固体药品研得越细,其表面积越大,混匀后反应物之间接触面积也越大,反应就越迅速、充分。
(2)结论。
一般来说,其他条件相同时,加入催化剂可以显著地增大反应速率;反应的温度越高,反应速率越大;反应物的浓度越大,反应速率越大;对于有气体参加的反应,反应体系的压强越大,反应速率越大;增大反应物的接触面积,能增大反应速率。此外,光照等条件对化学反应速率也有一定影响。人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。
3.控制变量法。
受多种因素影响的问题往往比较复杂。科学家为简化对这类问题的研究,每次只改变其中的一个因素,而控制其余几个因素不变,研究被改变的因素对事物发展的影响。这样,就将多因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究,化繁为简,再进行综合分析,最后得出结论。这种方法称为控制变量法。
例如,化学反应速率受反应物浓度(或气体压强)、温度、催化剂、反应物的表面积等多种因素的影响。研究者在其他条件不变的情况下,分次改变其中一个因素进行实验,即可分别得出浓度、温度、催化剂、反应物的表面积等条件对化学反应速率影响的结论。
【效果自测】
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)化学反应速率表示一定时间内任何一种反应物量的减少或生成物量的增加。( )
(2)对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象就越明显。( )
(3)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。( )
×
×
×
(4)同一反应用不同物质表示的化学反应速率可能不同,它们表示的意义也不同。( )
(5)Na、Mg、Al的金属性决定了它们的单质与水反应的速率大小。( )
(6)改变压强,化学反应速率必然改变。( )
(7)用铁与硫酸反应制取氢气时,硫酸浓度越大,生成氢气的速率越大。( )
(8)100 mL 1 mol·L-1的盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。( )
×
√
×
×
×
2.在2 L密闭容器中,发生以下反应:2A+B══2C+D。若最初加入的气体A和气体B都是4 mol,在前10 s内A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则10 s时,容器中A的物质的量是( )。
A.1.6 mol B.2.8 mol
C.2.4 mol D.1.2 mol
答案:A
解析:根据化学反应速率公式,可得Δc(A)=0.12 mol·L-1·s-1 ×10 s=1.2 mol·L-1,Δn(A)=1.2 mol·L-1×2 L=2.4 mol,故10 s时容器中A的物质的量为4 mol-2.4 mol=1.6 mol。
合作探究·释疑解惑
探究任务1
探究任务2
探究任务1 化学反应速率的计算与比较
问题引领
在2 L的密闭容器中,加入1 mol H2和3 mol I2(气体),发生反应H2+I2══2HI(气体)。在2 s末时,测得容器中含有0.4 mol HI。
H2 + I2 ══ 2HI
起始量/mol 1 3 0
变化量/mol 0.2 0.2 0.4
2 s末量/mol 1-0.2 3-0.2 0.4
1.根据上述内容,求出该反应的化学反应速率v(H2)、v(I2)、v(HI)。
2.在上述反应中,v(H2)、v(I2)、v(HI)并不完全相等,是否矛盾 有何规律 是否化学反应速率的数值越大,反应越快
提示:不矛盾。对于同一个反应来说,用不同的物质来表示该反应的速率时,其数值可能不同,但表示的意义相同。在同一个反应中,各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。在同一反应中比较反应速率的大小时,将不同物质表示的反应速率换算成用同一物质表示的反应速率,并换算成相同的单位,然后进行比较,数值越大,则反应速率越大。
3.若在标准状况下(此时碘为固体),在原容器中加入1 mol H2和3 mol I2,反应结束后恢复到标准状况下,此时测得容器中含有0.4 mol HI。该过程中能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率吗
提示:此时碘为固体,所以不能用碘的浓度的变化来描述该反应的反应速率。
归纳提升
1.正确理解化学反应速率。
2.计算化学反应速率的两方法。
3.应用“三段式”进行化学反应速率的计算。
(1)基本步骤:
①确定反应物或生成物的起始加入量;
②确定反应过程中各物质的变化量;
③确定反应进行至某时刻时各物质的量;
④依据已知条件建立等式关系进行解答;
⑤应用化学反应速率之比=浓度变化之比=化学计量数之比进行计算。
(2)计算模式:
设A、B两种气体的起始浓度分别为a mol·L-1、b mol·L-1,反应物A的转化浓度为mx mol·L-1,B的转化浓度为nx mol·L-1,则:
mA + nB══ pC+ qD
4.化学反应速率大小的比较方法。
(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反应速率,则要换算成同一物质来表示的反应速率,然后比较数值的大小。
(2)比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,
典型例题
【例题1】 在容积为2 L的密闭容器中进行如下反应:A(气体)+2B(气体)══3C(气体)+nD(气体),开始时A为4 mol,B为6 mol,5 min末时测得C的物质的量为3 mol,D的化学反应速率v(D)=0.2 mol·L-1·min-1。请回答下列问题。
(1)5 min末A的物质的量浓度为 。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率v(B)为 。
(3)前5 min内A的转化率为 。(转化率是指某一反应物的转化百分率,即转化率= ×100%)
(4)化学方程式中n的值为 。
(5)此反应在四种不同情况下的反应速率分别为:
①v(A)=5 mol·L-1·min-1
②v(B)=6 mol·L-1·min-1
③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1
④v(D)=8 mol·L-1·min-1
其中反应进行最快的是 (填编号)。
答案:(1)1.5 mol·L-1
(2)0.2 mol·L-1·min-1
(3)25%
(4)2
(5)①
解析:D表示的化学反应速率v(D)为0.2 mol·L-1·min-1,则生成D的物质的量浓度为c(D)=0.2 mol·L-1·min-1×5 min=1 mol· L-1。列出以下“三段式”。
A(气体)+ 2B(气体)══3C(气体)+ nD(气体)
(1)由上面分析可知,5 min末A的物质的量浓度为1.5 mol·L-1。
(2)前5 min内用B表示的化学反应速率
(5)为便于比较,将各物质表示的速率都转化为A物质表示的速率:①v(A)=5 mol·L-1·min-1;②v(B)=6 mol·L-1·min-1,则v(A)=3 mol·L-1·min-1;③v(C)=4.5 mol·L-1·min-1,则v(A)=1.5 mol·L-1·min-1;④v(D)=8 mol·L-1·min-1,则v(A)=4 mol·L-1·min-1。以上速率中,5 mol·L-1·min-1最大,故反应进行最快的是①。
【变式训练1】 某温度下,往密闭容器中加入一定量的A和B,发生反应:A(气体)+2B(气体) 2C(气体)+D(固体),物质C的浓度随反应时间(t)的变化如表所示。
时间(t)/s 2 4 6 8
C的浓度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46
则在0~6 s内,下列平均反应速率表示正确的是( )。
A.v(A)=0.070 mol·L-1·s-1 B.v(B)=0.140 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.070 mol·L-1·s-1 D.v(D)=0.035 mol·L-1·s-1
答案:C
解析:根据题表数据,0~6 s内用C表示的反应速率为v(C)==0.070 mol·L-1·s-1,则有v(A)=v(C)=×0.070 mol·L-1·s-1=0.035 mol·L-1·s-1,v(B)=v(C)=0.070 mol·L-1·s-1;D是固体,不能用D的浓度变化来表示反应速率。
探究任务2 影响化学反应速率的因素
问题引领
1.在下列事实中,什么因素影响了化学反应速率
(1)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块,产生气体有快有慢。
(2)硫铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒。
(3)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸。
(4)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2很快产生气体。
(5)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L-1的盐酸和1 mol·L-1的盐酸中反应速率不同。
(6)夏天的食品易变霉,冬天就不易发生该现象。
提示:(1)反应物自身的性质 (2)反应物的接触面积 (3)光 (4)催化剂 (5)反应物的浓度 (6)反应温度
2.食品包装袋中加入的盛有还原性铁粉的小包,为什么能显著延长食品的储存时间
提示:还原性铁粉能与食品包装袋中的氧气反应,降低氧气浓度,使变质反应速率减小,从而显著延长食品的储存时间。
3.在密闭容器中,发生以下反应:A(气体)+B(气体)══C(气体)。若恒温恒容下,充入氦气,对反应速率有何影响 若恒温恒压下,充入氦气,对反应速率又有何影响
提示:
归纳提升
影响化学反应速率的外界因素。
1.浓度。
(1)只适用于有气体参加或在溶液中进行的化学反应。
(2)在一定温度下,固态或纯液态物质的浓度是一个常数,改变其用量,对化学反应速率无影响。
(3)化学反应速率与固体颗粒的大小有关,颗粒越小,表面积越大,化学反应速率越大。
2.温度。
(1)对任何化学反应都适用,且不受反应物状态的影响。
(2)升高温度都能增大化学反应速率,降低温度都能减小化学反应速率。
3.压强。
(1)压强对化学反应速率的影响,实质是通过改变浓度实现对化学反应速率的影响。
(2)由于固体或液体的体积受压强的影响很小,所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。
(3)改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率,否则,化学反应速率不变。
(4)压强改变的常见方式。
①恒温恒容:充入稀有气体→容器压强增大→各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。
②恒温恒压:充入稀有气体→容器容积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。
③恒温:缩小容器容积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。
④恒温恒容:充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。
4.催化剂。
(1)催化剂参与化学反应,但其质量和化学性质在反应前后保持不变。
(2)催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用,不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。
(3)使用催化剂,可逆反应的正、逆反应速率增大的倍数相同。
典型例题
【例题2】 水煤气是一种绿色环保的气体燃料,与煤炭相比,水煤气的燃烧效率高。近年来研究推出了以生活垃圾热解处理后的残渣为原料生产水煤气的技术工艺,其主要反应为C(固体)+H2O(气体)══CO(气体)+H2(气体)(吸收热量)。
现将一定量的C(固体)和水蒸气放在一密闭容器中进行上述反应,下列说法错误的是( )。
A.其他条件不变,升高温度,反应速率增大
B.其他条件不变,将容器容积缩小一半,反应速率减小
C.恒容时,抽出少量水蒸气,反应速率减小
D.其他条件不变,适当增加C(固体)的质量,反应速率不变
答案:B
解析:其他条件不变,将容器容积缩小一半,则反应混合物的浓度增大,反应速率增大,B项错误;恒容时,抽出少量水蒸气,减小反应物浓度,反应速率减小,C项正确;增加固体C的质量,其浓度不变,反应速率不变,D项正确。
【例题3】 某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。
实验 反应物 催化剂 温度
① 10 mL 10% H2O2溶液 无 25 ℃
② 10 mL 20% H2O2溶液 无 25 ℃
③ 10 mL 20% H2O2溶液 无 40 ℃
④ 10 mL 20% H2O2溶液 1~2滴 0.1 mol·L-1FeCl3溶液 40 ℃
通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。
回答下列问题。
(1)图中代表实验①的曲线是 。
(2)对比实验③和④的目的是 。
(3)通过上面对比实验,所得出的实验结论是 。
答案:(1)Ⅳ
(2)研究催化剂对反应速率的影响
(3)其他条件不变,增大反应物浓度、升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率增大
解析:(1)反应温度越高、使用催化剂或反应物浓度越大,反应速率越大,实验①中H2O2浓度最小,没有使用催化剂,温度为25 ℃,则在实验①~④中反应速率最小;图中曲线的斜率越大,对应的反应速率越大,并且①中产生O2的体积是②③④的一半,则代表实验①的为曲线Ⅳ。
(2)实验③④中,反应物浓度、反应温度相同,而实验④使用了催化剂,所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。
(3)根据实验①②可知,增大反应物浓度,反应速率增大;根据实验②③可知,升高反应温度,反应速率增大;根据实验③④可知,使用合适的催化剂,反应速率增大;通过对比实验,得出的实验结论是其他条件不变,增大反应物浓度、升高温度或加入合适的催化剂,化学反应速率增大。
【变式训练2】 为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率(反应放出热量),某同学通过实验测定足量碳酸钙固体与一定量稀盐酸反应生成CO2的体积(已换算为标准状况下的体积)随时间的变化情况,绘制出如图所示的曲线甲。
下列有关说法中不正确的是( )。
A.因反应放热,导致0~5 s内的反应速率逐渐增大
B.10~15 s后,影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度
C.10~15 s内,用盐酸的浓度变化表示该反应的速率为1.6×10-4 mol·L-1·s-1
D.若向反应体系中加入适量氯化钠溶液,则曲线甲可能将变成曲线乙
答案:C
解析:因反应放热,温度升高,导致0~5 s内的反应速率逐渐增大,A项正确;10~15 s后,反应速率逐渐减小,主要是因为随反应的进行,盐酸的浓度逐渐减小,故影响反应速率的主要外界因素是盐酸的浓度,B项正确;10~15 s内,由产生二氧化碳的体积可以计算消耗HCl的物质的量,但是不知道盐酸的体积,故不能计算出用盐酸的浓度变化表示的该反应的速率,C项错误;若向反应体系中加入适量氯化钠溶液,盐酸浓度减小,则反应速率减小,但是HCl的物质的量不变,最终生成二氧化碳的体积不变,则曲线甲可能将变成曲线乙,D项正确。
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