2016-2017学年高一化学必修2学案：（鲁科版）第2章-第2节化学反应的快慢和限度-第1课时 含解析

第2节　化学反应的快慢和限度
第1课时　化学反应的快慢
1.了解化学反应速率的概念和表示方法。
2.掌握化学反应速率的计算。?重点?
3.知道浓度、温度、催化剂等条件对化学反应速率的影响。?重难点?
化 学 反 应 速 率 及 其 表 示 方 法
基础·初探]
1．化学反应速率
(1)概念：化学反应速率是用来描述化学反应的快慢的物理量。
(2)表示方法：通常用单位时间里反应物浓度或生成物浓度的变化量来表示。
(3)表达式：v＝或v＝。
式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，单位常用s或min表示。
(4)常用单位：mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
(1)反应速率越大，反应现象越明显。(　　)
(2)反应速率的单位通常为mol·s－1或mol·min－1。(　　)
(3)可以用任何物质来表示反应速率。(　　)
(4)v(H2)＝1 mol·L－1·s－1表示1 s内c(H2)的变化量为1 mol·L－1。(　　)
【答案】　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
2．化学反应速率的计算
在一个体积为2 L的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：
有关反应物质
SO2
O2
SO3
物质的量浓度变化
0.4 mol·L－1
0.2 mol·L－1
0.4 mol·L－1
化学反应速率
0.08 mol·L－1·s－1
0.04 mol·L－1·s－1
0.08 mol·L－1·s－1
化学反应速率之比
2∶1∶2
在甲、乙两容器内都进行A→B的反应，甲中A平均每分钟减少4 mol，乙中A平均每分钟减少2 mol，甲中的反应比乙中的反应快吗？
【提示】　不一定。因为两容器的容积不确定。
核心·突破]
1．Δt表示某一时间段，故化学反应速率是平均速率，而非瞬时速率。
2．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反应速率，其数值可能不同。例如，化学反应N2＋3H2??2NH3，用H2表示该反应的反应速率时写成v(H2)。
3．对于有固体或纯液体参加的反应，由于固体或纯液体的浓度为一常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率。
4．对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
对于反应aA＋bB===cC＋dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体)，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d。
5．在同一时间内的同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率。
题组·冲关]
题组1　Δv＝＝的应用
1．已知合成氨反应的浓度数据如下：
N2＋3H2??2NH3
起始浓度/mol·L－1
1.0
3.0
0
2 s末浓度/mol·L－1
0.6
1.8
0.8
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时，其速率为(　　)
A．0.2 mol·L－1·s－1
B．0.4 mol·L－1·s－1
C．0.6 mol·L－1·s－1
D．0.8 mol·L－1·s－1
【解析】　v(NH3)＝＝0.4 mol·L－1·s－1，B项正确。
【答案】　B
2．氨的分解反应2NH3??N2＋3H2在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 mol,5 s时为2.4 mol，则此段时间内用氨气的浓度变化表示该反应的平均速率为(　　)
A．0.32 mol/(L·s)　　　 B．0.16 mol/(L·s)
C．1.6 mol/(L·s) D．0.8 mol/(L·s)
【解析】　由题目提供的信息可知Δc(NH3)＝＝0.8 mol/L，故此段时间内氨气的平均速率为v(NH3)＝＝＝0.16 mol/(L·s)。
【答案】　B
3．反应2SO2＋O22SO3经过一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为(　　)
A．0.1 s B．2.5 s C．5 s D．10 s
【解析】　SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，则O2的浓度减小了0.2 mol·L－1，v(O2)＝Δc(O2)/Δt，Δt＝Δc(O2)/v(O2)＝0.2 mol·L－1/0.04 mol·(L·s)－1＝5 s。
【答案】　C
题组2　化学反应中反应速率与计量数的关系
4．(2016·泰安高一期末)反应mA＋nB??pC中，m、n、p为各物质的计量数。现测得C每分钟增加a mol/L，B每分钟减少1.5a mol/L，A每分钟减少0.5a mol/L，则m∶n∶p为(　　)
A．2∶3∶1 B．1∶3∶2
C．2∶3∶3 D．3∶2∶1
【解析】　根据题目可知，A、B、C的反应速率之比为0.5∶1.5∶1＝1∶3∶2，又化学反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比，所以m∶n∶p为1∶3∶2。
【答案】　B
5．已知某反应的各物质浓度数据如下：
　　　　　　　　　　aA(g)＋bB(g)??2C(g)
起始浓度(mol·L－1) 3.0 1.0 0
2 s末浓度(mol·L－1) 1.8 0.6 0.8
据此可推算出上述方程式中各物质的化学计量数之比是(　　)
A．9∶3∶4 B．3∶1∶2
C．2∶1∶3 D．3∶2∶1
【解析】　v(A)∶v(B)∶v(C)＝∶∶＝3∶1∶2，即物质化学计量数之比＝3∶1∶2。
【答案】　B
6．反应4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的平均速率v(X)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为(　　)
A．v(NH3)＝0.010 mol·L－1·s－1
B．v(O2)＝0.001 0 mol·L－1·s－1
C．v(NO)＝0.001 0 mol·L－1·s－1
D．v(H2O)＝0.045 mol·L－1·s－1
【解析】　v(H2O)＝＝0.001 5 mol·L－1·s－1，再由
v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)＝4∶5∶4∶6，得：
v(NH3)＝v(H2O)＝×0.001 5 mol·L－1·s－1＝0.001 0 mol·L－1·s－1，
v(O2)＝v(H2O)＝×0.001 5 mol·L－1·s－1＝0.001 25 mol·L－1·s－1，
v(NO)＝v(NH3)＝0.001 0 mol·L－1·s－1。
【答案】　C
【规律总结】　?1?利用aA＋bB??cC＋dD的v?A?∶v?B?∶v?C?∶c?D?＝a∶b∶c∶d，可快速求出反应速率；也可根据反应中各物质表示的反应速率，求出各物质的系数。
?2?同条件下同一化学反应中，各物质系数之比＝各物质的速率之比＝各物质浓度变化量之比。
题组3　化学反应速率快慢的比较
7．四位同学同时进行反应：A＋3B??2C＋2D的速率测定实验，分别测得反应速率如下：
①v(A)＝0.15 mol/(L·s)；
②v(B)＝0.6 mol/(L·s)；
③v(C)＝0.5 mol/(L·s)；
④v(D)＝1.2 mol/(L·min)。
其中反应最快的是(　　)
A．① B．②
C．③ D．④
【解析】　比较同一反应中不同物质表示的反应速率时，要通过化学计量数转化为同一物质的反应速率，且单位要一致。②中v(A)＝0.2 mol/(L·s)，③中v(A)＝0.25 mol/(L·s)，④中v(D)＝0.02 mol/(L·s)，则v(A)＝0.01 mol/(L·s)，故反应速率③>②>①>④。
【答案】　C
8．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 mol·L－1·min－1
③v(C)＝0.015 mol·L－1·min－1
④v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1，
其中反应速率最快的是(　　)
A．②③ B．①③
C．②④ D．②
【解析】　化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶1∶2∶2，则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)＝0.6 mol·L－1·min－1；②中v(A)＝3v(B)＝0.45 mol·L－1·min－1×3＝1.35 mol·L－1·min－1；③中v(A)＝v(C)＝×0.015 mol·L－1·min－1＝0.022 5 mol·L－1·min－1；④中v(A)＝v(D)＝×0.45 mol·L－1·min－1＝0.675 mol·L－1·min－1，所以在不同条件下，进行最快的是②，D项正确。
【答案】　D
【误区警示】　?1?比较化学反应速率快慢时，须转化成用同一物质表示化学反应速率，再比较速率数值的大小。
?2?比较化学反应速率快慢时，注意速率单位的换算。
影 响 化 学 反 应 速 率 的 因 素
基础·初探]
影响化学反应
速率的因素
规律
内
因
反应物的性质
在其他条件相同时，反应物的化学性质越活泼，化学反应速率越快；反应物的化学性质越不活泼，化学反应速率越慢
外
因
催化剂
在其他条件相同时，多数情况下，使用催化剂，化学反应速率加快
温度
在其他条件相同时，升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减慢
反应物的浓度
在其他条件相同时，增大反应物的浓度，化学反应速率加快；减小反应物的浓度，化学反应速率减慢
气态反应物
的压强
在其他条件相同时，增大气态反应物的压强，化学反应速率加快；减小气态反应物的压强，化学反应速率减慢
固体反应物
的表面积
在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，化学反应速率加快；减小固体反应物的表面积，化学反应速率减慢
其他
光波、电磁波、超声波、溶剂等也能影响化学反应速率
压强对化学反应速率的影响是否适用于所有反应？
【提示】　否。由于固体和液体的浓度随压强的改变而变化不大，所以压强对固体和液体间进行的反应影响很小。
合作·探究]
探究背景]
某同学探究外界条件对反应速率的影响，下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据(其中每组实验取用金属的质量均为0.10 g，稀硫酸的体积均为50 mL)：
实验
序号
金属
状态
c(H2SO4)/mol·L－1
溶液温度/℃
反应前
反应后
金属消失时间/s
1
丝
0.5
20
34
500
2
粉末
0.5
20
35
50
3
丝
0.7
20
36
250
4
丝
0.8
20
35
200
5
粉末
0.8
20
36
25
6
丝
1.0
20
35
125
7
丝
1.0
35
50
50
8
丝
1.1
20
34
100
9
丝
1.1
30
44
40
探究问题]
1．实验4和5表明了对反应速率的哪些影响？能表明同一规律的实验还有哪些？
【提示】　对比实验4和5，其反应条件的区别为金属的状态，实验4为丝状，实验5为粉末状。这表明固体反应物的表面积对反应速率有影响。从金属消失的时间可看出，固体反应物表面积越大，反应速率越快。能表明同一规律的实验还有1和2。
2．仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有哪些？
【提示】　观察表中数据可看出实验1、3、4、6、8及实验2、5所选择的实验条件仅是反应物浓度不同，能表明反应物浓度对反应速率产生影响。
3．本实验中影响反应速率的其他因素还有什么？其实验序号是什么？
【提示】　本实验中影响反应速率的因素还有温度。分别为6和7或8和9。
4．实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，推测其原因是什么？
【提示】　因为所有反应中，金属质量和稀硫酸溶液体积均相等且稀硫酸过量，产生热量相等，所以溶液温度变化值相近。
核心·突破]
1．影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身的性质。
2．催化剂具有选择性，即不同的化学反应一般需要不同的催化剂；催化剂分正催化剂(加快反应速率)和负催化剂(减慢反应速率)，通常催化剂指正催化剂；催化剂参与化学反应，但其化学性质和质量在反应前后不变。
3．温度、合适催化剂对化学反应速率影响较大，一般温度每升高10 ℃，其化学反应速率将增大2～4倍，使用合适催化剂将反应速率可提高十几倍甚至几十倍。
4．升高温度，不管是对于释放能量的反应还是吸收能量的反应，反应速率都增大；降低温度，反应速率都减小。
5．有气体参加的反应，改变压强对反应速率的影响实质是改变体积，使反应物的浓度改变而引起的。如压缩体积或充入反应物，使压强增大，都能加快化学反应速率；若体积不变，充入不参与反应的气体，虽然总的压强增大了，但反应物浓度没有发生变化，故化学反应速率不变。
题组·冲关]
题组1　外界条件对化学反应速率的影响
1．(2016·北京高考)下列食品添加剂中，其使用目的与反应速率有关的是(　　)
A．抗氧化剂　　　　　 B．调味剂
C．着色剂 D．增稠剂
【解析】　食品中添加抗氧化剂，目的是减慢食品的变质速率，与反应速率有关，A选项正确；调味剂的主要作用是补充、增强或增加食品的味道，与反应速率无关，B选项不正确；着色剂又称食品色素，是以食品着色为主要目的，丰富和改善食品色泽的物质，与反应速率无关，C选项不正确；增稠剂在食品中主要是赋予食品所要求的流变特性，改变食品的质构和外观，将液体、浆状食品形成特定形态，并使其稳定、均匀，提高食品质量，以使食品具有黏滑适口的感觉，与反应速率无关，D选项不正确。
【答案】　A
2．用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加大的是(　　)
①加热　②不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸　③增大稀硫酸的用量　④不用铁片，改用铁粉
A．①②　 B．①③
C．②③　　 D．③④
【解析】　用98%的浓硫酸代替稀硫酸，不能增大Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑的反应速率，其原因是Fe在浓硫酸中钝化，导致Fe与浓硫酸反应不生成H2等。
【答案】　C
3．NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地起反应，生成N2和CO2，下列对此反应的叙述中正确的是(　　)
A．升高温度能加快反应速率
B．降低压强能加快反应速率
C．改变压强对反应速率无影响
D．使用催化剂不能加快反应速率
【解析】　升高温度能加快反应速率，降低温度能减慢反应速率；对有气体参加的反应来说，压强的改变对反应速率有影响，增大压强能加快反应速率，降低压强能减慢反应速率；使用正催化剂能够加快反应速率。
【答案】　A
4．一定温度下，对于反应N2＋O2??2NO在密闭容器中进行，下列措施能增大反应速率的是(　　)
①缩小体积使压强增大　②恒容，充入N2　③恒容充入氦气　④恒压充入氦气
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
【解析】　①、②都能增大物质的浓度，所以能使反应速率增大，③无影响，④使容器体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。
【答案】　A
【误区警示】　充入非反应气体对化学反应速率的影响
?1?恒容时：充入非反应气体→压强增大，但各物质浓度不变→反应速率不变。
?2?恒压时：充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
题组2　影响反应速率因素的实验探究及数据分析
5．(2016·威海高一检测)下列各组反应(表内物质均为反应物)刚开始时，放出H2的速率最大的是(　　)
编号
金属(粉末状)
酸的浓度
酸的体积
反应温度
A
0.1 mol Mg
6 mol/L硝酸
10 mL
30 ℃
B
0.1 mol Mg
3 mol/L盐酸
10 mL
60 ℃
C
0.1 mol Fe
3 mol/L盐酸
10 mL
60 ℃
D
0.1 mol Mg
3 mol/L盐酸
10 mL
30 ℃
【解析】　影响反应速率的根本原因是反应物的性质，镁比铁活泼，所以排除C；A.硝酸与镁反应不产生氢气，错误；B、D相比B的温度高，反应速率更快，所以放出H2的速率最大的是B组。
【答案】　B
6．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/(mol·L－1)
V/mL
c/(mol·L－1)
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
【解析】　影响化学反应速率的因素众多，本题从浓度和温度两个因素考查，只要抓住浓度越大，温度越高，反应速率越大，便可以选出正确答案D。
【答案】　D
7．已知FeCl3和MnO2都可作H2O2分解制O2的催化剂，为了探究温度对化学反应速率的影响，下列实验方案可行的是(　　)
【解析】　当探究温度对化学反应速率的影响时，必须保证其他条件相同的情况下，再改变温度观察反应速率的变化。
【答案】　D
8．某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定，在一定温度下，获得如下实验数据：
实验序号
初始浓度c/mol·L－1
溴颜色消失所需时间t/s
CH3COCH3
HCl
Br2
①
0.80
0.20
0.001 0
290
②
1.60
0.20
0.001 0
145
③
0.80
0.40
0.001 0
145
④
0.80
0.20
0.002 0
580
分析实验数据所得出的结论不正确的是(　　)
A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)，v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
【解析】　对实验①和②比较，A项正确；比较实验②和③的溴的颜色消失的时间，B项正确；比较实验①和③数据，C项正确；比较实验①和④，D项错误。
【答案】　D