6.2 化学反应速率与限度 教学设计 化学人教版（2019）必修 第二册

第二节 化学反应的速率与限度
化学反应速率
一、教学目标
1.理解和掌握化学反应速率的概念及表示方法，能运用表达式 进行反应速率的简单计算及大小比较。
2.掌握 “三段式” 计算化学反应速率，并理解同一反应中不同物质反应速率之比等于各物质的化学计量数之比。
3.通过实验探究，掌握温度、浓度、催化剂、压强等外界条件对化学反应速率的影响，并理解压强对反应速率的影响是通过改变浓度实现的。
二、教学重难点
教学重点：反应速率的简单计算及影响因素。
教学难点：反应速率的简单计算及影响因素。
教学分析
化学反应速率是化学动力学的重要内容，它不仅是对化学反应的进一步深入认识，还与生产生活实际紧密相连，在化学学科中具有重要地位。首先引入化学反应速率的概念，接着通过实例引导学生掌握化学反应速率的计算方法，之后重点探究影响化学反应速率的因素，包括内因（反应物本身的性质）和外因（催化剂、温度、浓度、压强等）。教材设计了多个实验探究活动，有助于学生通过亲身体验和观察来理解抽象的概念和理论，培养学生的科学探究能力和创新思维。
学情分析
在知识储备方面，学生在初中化学中已经对化学反应有了一定的感性认识，知道不同化学反应进行的快慢有差异，但仅仅停留在定性比较的层面，尚未形成定量的概念。同时，学生对一些常见的化学反应现象有一定的了解，如金属与酸的反应等，这为学习化学反应速率的知识提供了一定的基础。在思维能力方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段。他们在学习过程中更倾向于直观、形象的事物，对于抽象的化学概念和理论，理解起来可能存在一定的困难。因此，在教学过程中，需要通过实验、实例等多种方式，将抽象的知识形象化，帮助学生更好地理解和掌握。在学习方法和习惯上，学生在初中阶段更多地依赖教师的讲解和指导，自主学习和探究能力相对较弱。而高中化学的学习要求学生具备更强的自主学习能力和探究精神。所以，在教学中要注重引导学生积极参与课堂讨论和实验探究活动，培养他们的自主学习能力和科学探究方法。此外，学生之间的个体差异较大，在教学过程中需要关注不同层次学生的学习需求，采用分层教学等方式，确保每个学生都能在原有基础上得到发展。
教学过程
环节一 新课导入
【播放视频】溶洞的形成
【讲述溶洞的形成】这就是神奇的溶洞。大家看，溶洞里这些千奇百怪的钟乳石、石笋，它们的造型美轮美奂，就像大自然精心雕琢的艺术品。不过，大家知道吗？如此美丽的溶洞，它的形成可经历了漫长的时间，长达数万年之久。
【提出思考问题】不同的化学反应进行的快慢千差万别，就像溶洞的形成如此缓慢，而像我们生活中看到的酸碱中和反应，瞬间就能完成。快与慢是相对而言的，这只是一种定性的比较。那大家思考一下，我们如何来科学、准确地判断一个反应的快与慢呢？
【引导学生讨论】现在请大家分组讨论一下，你们可以结合自己生活中的一些化学反应现象，说说你们觉得可以通过哪些方法来判断反应的快慢。（给学生几分钟时间进行小组讨论，然后请小组代表发言分享讨论结果）。
环节二 化学反应的速率
任务1：请同学们分组讨论如何来判断反应的快、慢？
【引入】同学们，我们先来看一个有趣的现象——溶洞的形成。溶洞的形成长达数万年，这说明不同的化学反应进行的快慢千差万别。快与慢是相对而言的，是一种定性的比较。那如何来判断反应的快、慢呢？这就是我们今天要探讨的化学反应速率的问题。
【问题】请同学们分组讨论如何来判断反应的快、慢？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？
【学生活动】分组讨论，每个小组派代表发言。有的小组可能会提到通过观察气泡产生的快慢、颜色变化的快慢等现象来判断反应的快慢；有的小组可能会举例说明某些反应快对生产生活的好处，某些反应慢带来的问题。
【问题】物理学中物体的运动快慢用速率表示，那化学反应过程进行的快慢用什么来表示呢？
【教师讲解】化学反应过程进行的快慢用反应速率来表示，它是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化学反应快慢程度的物理量。表达式为 ，其中表示某物质浓度的变化，常用单位，表示时间变化，常用单位、或，单位为或，这里表示的是一段时间内的平均速率，且不能用固体或纯液体表示反应速率，因为固体和纯液体的浓度是不变的，是常数。
【总结讲解】
一、化学反应的速率
1.化学反应速率的概念
⑴物理学中物体的运动快慢用速率表示
⑵化学反应过程进行的快慢用反应速率来表示
⑶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化学反应快慢程度的物理量。
表达式为 ，其中表示某物质浓度的变化，常用单位，表示时间变化，常用单位、或，单位为或，
这里表示的是一段时间内的平均速率，且不能用固体或纯液体表示反应速率，因为固体和纯液体的浓度是不变的，是常数。
【学生活动】认真听讲，理解化学反应速率的概念和表达式，做好笔记。
典例精讲
【例1】 将1.0 mol N2和3.0 mol H2在2 L的密闭容器中发生反应： ，反应经 2秒后，剩余的N2为0.6 mol，求2秒内N2的反应速率。
【答案】
任务2：请同学们分组讨论对于同一化学反应，用不同物质表示化学反应速率，数值会一样吗？
【例题】将和在的密闭容器中发生反应：，反应经2秒后，剩余的为l，求2秒内的反应速率。
【讲解】我们可以用三段式来进行计算。
起始量/mol·L－1 0.5 1. 5 0
转化量/mol·L－1 0.2 0.6 0.4
2 s量/mol·L－1 0.3 0.9 0.4
，
，
【问题】请同学们分组讨论对于同一化学反应，用不同物质表示化学反应速率，数值会一样吗？各物质的反应速率之比与方程式中各物质的计量数有什么关系？
【学生活动】分组讨论，得出结论：
①不同物质表示的反应速率可能不相同；
②要指明是哪种物质的反应速率；
③各物质的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，即，。
【总结讲解】
一、化学反应的速率
2.化学反应速率的计算——三段式
①不同物质表示的反应速率可能不相同；
②要指明是哪种物质的反应速率；
③各物质的反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，即，。
典例精讲
【例2】1 L的密闭容器中，发生反应4A(s)+3B(g)=2C(g)+D(g)，经2 min后B的浓度减少0．6 mol·L-1。对此反应速率的正确表示是（　　）
A．用A表示的反应速率是0.4 mol·L-1·min-1
B．用B、C、D分别表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C．在2 min末的反应速率用B表示是0.3 mol·L-1·min-1
D．在这2 min内用B表示的速率的值逐渐减小，用C表示的速率的值逐渐增大
【答案】B
任务3：请同学们分组讨论如何比较化学反应速率的大小。
【问题】不同化学反应速率的大小是由反应物或反应本身的性质或特点决定的。在同一反应中，在不同的条件下，反应速率的大小如何比较呢？
【总结讲解】
一、化学反应的速率
3.化学反应速率大小的比较方法
在同一反应中，在不同的条件下,反应速率的大小比较
①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比较化学反应速率与化学计量数的比值，如，若，则说明用表示的化学反应速率大于用表示的化学反应速率。
典例精讲
【例3】反应在四种不同情况下的反应速率为：
① ；②；③；④。则该反应速率的快慢顺序为( )
A. ④>③=②>① B. ④<③=②<① C. ①>②=③>④ D. ④>③>②>①
【学生活动】认真听讲，理解化学反应速率大小的比较方法，学会运用该方法解决实际问题。
环节三 影响化学反应速率的因素
任务1：请同学们探讨神奇的催化剂对化学反应速率的影响
【引入】同学们，我们知道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都使用了催化剂，目的是增大反应速率，提高生产效率。那催化剂是如何影响化学反应速率的呢？下面请同学们探讨神奇的催化剂对化学反应速率的影响。
【问题】请同学们阅读教材相关内容，思考催化剂有哪些特点？它在化学反应中起到什么作用？
【学生活动】阅读教材，思考问题，然后分组讨论。每个小组派代表发言，总结催化剂的特点：能极大地提高化学反应速率（可使反应速率增大几个到十几个数量级），而自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化，具有一定的选择性。催化剂在化学反应中起到降低反应活化能，加快反应速率的作用。
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
1.内因：反应物或反应本身的性质或特点。
对于有些化学反应，我们希望其越慢越好，如食物的变质、橡胶和塑料的老化、金属的锈蚀；有些则希望其快一些，如氨、硫酸等化工产品的生产。
任务2：请同学们分组实验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呢？我们先来看温度对化学反应速率的影响。
【实验】在两支大小相同的试管中均加入% 溶液，同时滴入滴溶液。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。
【学生活动】分组进行实验，仔细观察实验现象，并记录下来。实验现象为：冷水环境中产生气泡速率很慢，气泡较少；热水环境中产生气泡速率很快，气泡大量冒出。
【结论】对于反应来说，温度升高，的分解速率加快。其他条件相同时，升高温度反应速率增大，温度每升高 ，化学反应速率通常增加到原来的倍。
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
2.温度对化学反应速率的影响
①实验探究
②实验现象
不同温度环境 实验现象
冷水 产生气泡速率很慢，气泡较少
热水 产生气泡速率很快，气泡大量冒出
③实验结论
对于反应来说，温度升高，的分解速率加快。其他条件相同时，升高温度反应速率增大，温度每升高 ，化学反应速率通常增加到原来的倍。
任务3：请同学们分组实验探究影响化学反应速率的因素——浓度
【问题】请同学们分组实验浓度对化学反应速率的影响
【用品】
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、量筒、胶头滴管。
【实验】
（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。
【学生活动】分组进行实验，仔细观察实验现象，并记录下来。
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
3.浓度对化学反应速率的影响
①实验探究
②实验现象
不同浓度环境 实验现象
0.1 mol/L盐酸溶液 产生气泡速率慢，气泡较少
1 mol/L盐酸溶液 产生气泡速率快，气泡大量冒出
③实验结论
其他条件相同时,增大反应物的浓度反应速率增大，对于固体和纯液体来说，浓度都是不变的，固体和纯液体的量对于化学反应速率几乎不产生影响！
任务4： 请同学们分组总结影响化学反应速率的因素
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
4.催化剂对化学反应速率的影响
①实验结论
加入催化剂，能显著加快反应速率
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 温度越高，化学反应速率越快
反应物浓度 反应物浓度越大，化学反应速率越快
任务5：请同学们分组讨论气体压强与气体浓度的关系
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
5.压强对化学反应速率的影响
①对于气体来说，在相同温度下，压强越大，一定质量气体的体积越小，单位体积内气体的分子数越多（如图6-16）。
②增大压强（减小容器容积）相当于增大反应物的浓度，化学反应速率增大；
③减小压强（增大容器容积）相当于减小反应物的浓度，化学反应速率减小。
④其他条件相同时，反应的压强越大，反应速率越大，压强只对有气体参加或生成的反应的速率有影响！
⑤压强对反应速率的影响是通过对浓度的影响实现的。
在恒容时，通入不参加反应的气体，反应速率不变
在恒压时，通入不参加反应的气体，反应速率减小
典例精讲
【例1】 用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件下进行如下5组实验，测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。
组别 A B C D E
盐酸浓度/mol·L－1 2.0 2.0 2.5 2.5 2.5
温度/℃ 25 30 30 50 50
锌粒状态 块状 粉末 粉末 块状 粉末
回答下列问题：
(1)探究浓度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。
(2)探究温度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。
(3)探究接触面积对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。
(4)上述5组实验中测定收集等体积的氢气需要时间最短的是___。
(5)实验完成后，某同学又用A组实验药品滴加两滴氯化铜，发现产生氢气的速率明显加快，解释速率加快的原因是____________________________。
【答案】BC；CE；DE；E
Zn与Cu2＋反应生成Cu单质，在锌块表面形成Zn—Cu原电池，加快化学反应速率
任务6：请同学们分组讨论还有什么因素能影响化学反应速率？
思考与讨论
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试剂研细并
混匀。
（4）铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同。
【答案】
（1）向炉膛内鼓风，用煤粉代替煤块可以使炉火更旺，利用了增大反应物接触面积和增大氧气浓度的因素。鼓风增加了氧气的量，即增大了反应物浓度；用煤粉代替煤块，增大了反应物的接触面积，从而加快反应速率。
（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。存放在冰箱里降低了温度，减缓了食物变质的反应速率；放置除氧剂减少了氧气的浓度，也减缓了食物氧化的反应速率。
（3）做化学实验时，将块状或颗粒状的固体试剂研细并混匀，增大了反应物的接触面积，加快了反应速率。
（4）铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同，是因为氧气的浓度不同，纯氧中氧气浓度大，反应速率快。
【总结讲解】
二、影响化学反应速率的因素
6.其他影响因素
①固体反应物的颗粒大小
②反应物接触面积的大小
③搅拌（玻璃棒、通气体）