【备课推荐】2017年秋高二化学人教版选修四同步学案：第2章 第1节 化学反应速率

第一节　化学反应速率
【学习目标】
1.了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。
2.掌握化学反应速率的简单计算，学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。
一　化学反应速率表示方法与计算
【新知导学】
1．化学反应速率是定量描述化学反应进行____________的物理量。通常用单位时间内________________的减少或________________的增加来表示。其数学表达式为v＝或v＝。
化学反应速率的单位常用__________或________表示。
2．在一个容积为2
L的密闭容器中发生反应：2SO2＋O2??2SO3，经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
物质的量变化(mol)
0.8
0.4
0.8
物质的量浓度变化(mol·L－1)
化学反应速率(mol·L－1·s－1)
速率之比
v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝______
3.分析上表可知：
(1)一般来说，随着反应的逐渐进行，反应物浓度会逐渐________，化学反应速率也会逐渐________。因此，化学反应速率通常是指某一段时间内的________反应速率，而不是________反应速率。
(2)在同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其________可能相同也可能不相同，但表示的________相同。因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，在速率v的后面将该物质的________用括号括起来。
(3)用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比＝____________________＝______________________＝________________。
(4)在一定温度下，固态、液态物质的浓度视为一个常数，故上述表示化学反应速率的方法不适用于固态物质或纯液态物质。
【归纳总结】
1.化学反应速率的计算
(1)公式法：利用v(A)＝计算
注意：Δc(A)指物质A浓度的变化，而不是物质的量的变化。
(2)化学计量数法：利用化学反应速率之比＝化学计量数之比。
(3)三段式法：利用起始量、变化量、一段时间后的量的关系计算
例如：反应　　　　　　
mA　＋
nB　??　pC
起始浓度(mol·L－1)　　
a　　　
b　　
　　c
转化浓度(mol·L－1)　　
x　　
　　
某时刻浓度(mol·L－1)
a－x　
b－　　c＋
v(B)＝。
计算中注意以下量的关系：
①对反应物：c(起始)－________＝c(某时刻)
②对生成物：c(起始)＋________＝c(某时刻)
2．比较同一化学反应不同条件下反应速率快慢的方法
“一看”：看化学反应速率的________是否统一；
“二化”：将不同的化学反应速率转化为____________的化学反应速率或分别除以相应物质的化学计量数；
“三比较”：比较同一种物质的化学反应速率的数值或分别除以相应物质的化学计量数。之后的数值，数值越大，反应速率越大。如反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)，比较与，若>，则v(A)表示的反应速率大于v(B)表示的反应速率。
【活学活用】
1．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
2．反应A＋3B??2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为
①v(A)＝0.15
mol·L－1·min－1
②v(B)＝0.01
mol·L－1·s－1
③v(C)＝0.40
mol·L－1·min－1
④v(D)＝0.45
mol·L－1·min－1
则该反应在不同情况下进行的快慢顺序为________。
二　化学反应速率的测定
【新知导学】
1．已知反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，你有几种方法测定该反应的反应速率？试判断所设计实验的可行性。
　
　
　
2．设计实验测定锌与硫酸反应的速率，按下列实验步骤完成实验：
①按下图所示安装装置，加入锌粒，然后快速加入40
mL
1
mol·L－1的硫酸，测量收集10
mL
H2所用的时间。
②按图示再安装一套装置，加入与前一套装置相同的锌粒，然后再快速加入40
mL
4
mol·L－1的硫酸，测量收集10
mL
H2所用的时间。
回答下列问题：
(1)实验所用仪器有：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50
mL注射器、铁架台、________。
(2)观察到的现象是：____________________________；收集10
mL气体②所用时间比①所用时间________。
(3)所能得出的实验结论是：______________________________________________________。
【归纳总结】
　本实验测量锌和稀硫酸反应速率的注意事项
(1)锌粒的颗粒(即表面积)大小基本相同；
(2)40
mL的硫酸溶液要迅速加入；
(3)装置气密性要好，且计时要迅速、准确。
【活学活用】
3．“碘钟”实验中，3I－＋S2O===I＋2SO的反应速率可以用I遇加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20
℃进行实验，得到的数据如下表：
实验编号
①
②
③
④
⑤
c(I－)/mol·L－1
0.040
0.080
0.080
0.160
0.120
c(S2O)/mol·L－1
0.040
0.040
0.080
0.020
0.040
t/s
88.0
44.0
22.0
44.0
t1
回答下列问题：
(1)该实验的目的是___________________________________________。
(2)显色时间t1为________。
(3)通过分析比较上述数据，得到的结论是__________________________________________
________________________________________________________________________。
【学习小结】
化学反应速率—
【达标检测】
1．下列有关化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加来表示
C．若某化学反应的反应速率为
0.5
mol·L－1·s－1，就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为0.5
mol·L－1·s－1
D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度
2．在N2＋3H2??2NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6
mol·L－1，在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45
mol·L－1·s－1，则此段时间是(　　)
A．1
s
B．2
s
C．44
s
D．1.33
s
3．对于化学反应3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系中，正确的是(　　)
A．v(W)＝3v(Z)
B．2v(X)＝3v(Z)
C．2v(X)＝v(Y)
D．3v(W)＝2v(X)
4．将化合物A的蒸气1
mol充入0.5
L容器中加热分解：2A(g)??B(g)＋nC(g)。反应到3
min时，容器内A的浓度为0.8
mol·L－1，测得这段时间内，平均速率v(C)＝0.6
mol·L－1·min－1，则化学反应方程式中n值为________，v(B)＝______________________________。
5．某温度时，在2
L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化关系曲线如图所示。
(1)由图中的数据分析，该反应的化学方程式为___________________________。
(2)反应开始至2
min、5
min时Z的平均反应速率为________________、________________。
(3)5
min后Z的生成速率比5
min末Z的生成速率________(填“大”、“小”或“相等”)。
答案精析
一
新知导学
1．快慢程度　反应物浓度　生成物浓度　mol·L－1·s－1　mol·L－1·min－1
2．(从左到右，从上到下)0.4　0.2　0.4　0.08　0.04　0.08　2∶1∶2
3．(1)减小　减慢　平均　瞬时　(2)数值　意义　化学式　(3)物质的量浓度变化之比　物质的量变化之比　化学计量数之比
归纳总结
1．(3)①c(转化)　②c(转化)
2．单位　同一种物质
活学活用
1．C　[Δc(H2O)＝＝0.045
mol·L－1，
v(H2O)＝＝0.001
5
mol·L－1·s－1，
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。]
2．④>③＝②>①
解析　方法一：将以不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的速率，再比较速率数值的大小。
若以物质A为标准，根据用不同物质表示同一反应的速率时，速率之比等于各物质的化学计量数之比，将②、③、④的反应速率换算为用物质A表示的反应速率，则有：
②v(A)＝v(B)＝×0.01
mol·L－1·s－1×60
s·min－1＝0.20
mol·L－1·min－1
③v(A)＝v(C)＝×0.40
mol·L－1·min－1＝0.20
mol·L－1·min－1
④v(A)＝v(D)＝×0.45
mol·L－1·min－1＝0.225
mol·L－1·min－1
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。
方法二：首先将反应速率单位统一为mol·L－1·min－1，则②v(B)＝0.60
mol·L－1·min－1，然后根据反应速率与对应物质化学计量数之比的大小进行判断。由化学方程式A＋3B??2C＋2D得出：
①＝0.15
mol·L－1·min－1
②＝0.20
mol·L－1·min－1
③＝0.20
mol·L－1·min－1
④＝0.225
mol·L－1·min－1
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。
二
新知导学
1．(1)测量收集一定体积的H2时所用的时间或测量一段时间内收集到H2的体积。
(2)测量一段时间内溶液中H＋浓度的变化。
(3)测量一段时间内锌粒质量的变化。
以上三种方法中第(1)种方法最容易操作。
2．(1)秒表　(2)锌跟硫酸反应产生气泡　短　(3)4
mol·L－1的硫酸与锌反应比1
mol·L－1的硫酸与锌反应快
活学活用
3．(1)研究反应物I－与S2O的浓度对反应速率的影响　(2)(或29.3)　(3)化学反应速率与反应物起始浓度乘积成正比(或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比)
解析　由数据表容易发现：②④组所用时间相同，③组所用时间为它们的一半，①组所用时间为它们的2倍。
进一步分析：②④两组中c(I－)与c(S2O)的乘积相等，③组中乘积为②④组的2倍，①组乘积为其一半。
因此可得结论：当c(I－)·c(S2O)相等时，显色时间相等，反应速率相等，显色时间与反应速率成反比，即t与c(I－)·c(S2O)成反比。
＝，得t1＝≈29.3。
达标检测　提升技能
1．D　[A项，中和反应速率很快，但有的没有明显现象，错误；B项，在化学反应中，由于固体和纯液体的浓度视为常数，其浓度变化值为零，故不能用它们表示反应速率，错误；C项，单位错，浓度变化单位应为mol·L－1，且由于化学计量数不一定相同，在该时间内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5
mol·L－1。]
2．B　[本题考查化学反应速率的有关计算。已知用H2表示的平均反应速率为0.45
mol·L－1·s－1，则用NH3表示的平均反应速率为v(NH3)＝v(H2)＝×0.45
mol·L－1·s－1＝0.3
mol·L－1·s－1，Δt＝＝2
s。]
3．C　[对于任一化学反应，用不同的物质表示该反应的速率，其数值之比等于其化学计量数之比，v(W)∶v(X)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶2∶4∶3，C正确。]
4．3　0.2
mol·L－1·min－1
解析　因为化学反应方程式中各物质的化学计量数之比等于相应物质的反应速率之比，所以欲求n值，可先求v(A)的值。Δc(A)＝2
mol·L－1－0.8
mol·L－1＝1.2
mol·L－1，A的化学反应速率：v(A)＝＝＝0.4
mol·L－1·min－1，则v(A)∶v(C)＝2∶n＝0.4
mol·L－1·min－1∶0.6
mol·L－1·min－1＝2∶3，故n＝3。v(B)＝v(A)＝×0.4
mol·L－1·min－1＝0.2
mol·L－1·min－1。
5．(1)3X＋Y??2Z　(2)0.05
mol·L－1·min－1　0.04
mol·L－1·min－1　(3)相等
解析　(1)根据图示，X减少了0.6
mol，Y减少了0.2
mol，Z生成了0.4
mol，故X、Y、Z的物质的量变化之比为3∶1∶2，因5
min后三者共存，故反应的方程式为3X＋Y??2Z。
(2)根据图中数据，依据反应速率计算公式可计算出反应速率，需注意Z的初始物质的量是0.1
mol。
(3)5
min后Z的物质的量不再变化，反应速率相等。