【化学】10-11学年同步学案（人教版选修4）：第二章 第一节 化学反应速率

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　　　　　第二章　化学反应速率和化学平衡
第1节 化学反应速率
重难点一 理解化学反应速率要注意以下几个问题
1．无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc是取浓度变化的绝对值，因此，其化学反应速率都取正值，且是某一段时间内的平均速率。
2．化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。
3．在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。
4．在同一反应中，用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。[来源:21世纪教育网]
5．一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。
重难点二 化学反应速率的计算
1．化学反应速率的计算
求解化学反应速率的计算题一般按以下步骤：
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程计算。
例如：反应　　　　mA　＋　nB??　pC
起始浓度 a b c
（mol|/L）
转化浓度 x
（mol|/L）
某时刻浓度 a－x b－ c＋
（mol|/L）
计算中注意以下量关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)
③转化率＝×100%
2．比较反应的快慢
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，还要进行一定的转化：
(1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA＋bB??cC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与的相对大小，若>，则A的反应速率比B大。
例1　在2 L的密闭容器中，加入1 mol和3 mol的H2和N2，发生反应N2＋3H2??2NH3，在2 s末时，测得容器中含有0.4 mol的NH3，求该反应的化学反应速率。
答案　　　　N2　＋　　3H2 2NH3
起始量(mol)：1　　　　　3　　　　0
变化量(mol)：0.2 0.6 0.4
2 s末量(mol)：1－0.2 3－0.6 0.4
则v(N2)＝＝0.05 mol/(L·s)
v(H2)＝＝0.15 mol/(L·s)
v(NH3)＝＝0.1 mol/(L·s)
解析　利用定义求解化学反应的速率，必须牢牢抓住“物质的物质的量浓度变化量”这一关键，而不是“物质的量的变化量”这一问题。
例2　可逆反应：2A(g)＋3B(g)??2C(g)＋D(g)在四种不同条件下的反应速率分别为：
①v(A)＝0.5 mol/(L·min) ②v(B)＝0.6 mol/(L·min)
③v(C)＝0.35 mol/(L·min) ④v(D)＝0.4 mol/(L·min)
则该反应在不同条件下反应速率最快的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　
A．① B．② C．③ D．④
答案　D
1．同一化学反应速率用参与反应的不同物质的浓度变化来表示时，其数值之比等于化学方程式中的化学计量数之比。例如反应aA＋bB??cC＋dD，＝＝＝
2．同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小。
(1)换算成同一物质表示，再比较数值大小。
(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。即比较与，若>，则A的反应速率比B大。
3．比较化学反应速率时要注意：
①仅限于同一化学反应的各种速率(不同条件或不同时间段)之间进行比较；
②比较时要注意反应速率的单位要统一。
例3下图表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，
t是到达平衡状态的时间。试回答：
(1)该反应的反应物是　　　　　。[来源:21世纪教育网
(2)该反应的化学反应方程式为
________________________________________________________________________。
(3)若达到平衡状态的时间是2 min，A物质的平均反应速率为　　　　　　　　。
答案　(1)A　(2)3A??B+3C (3)0.6 mol/(L·min)
解析　对于图象题，首先要弄清图象横纵坐标所代表的意义，计算时，把握化学反应各物质的变化量与其前面的系数成正比，另外还要注意单位的统一。①无论反应是否可逆，反应的实质都是旧物质的消耗新物质的生成。表现于量上，即旧物质量的减少，即反应物；新物质量的增加，即生成物。从图象来看消耗了A的物质的量，故A为反应物。②化学反应中各物质的变化量与其前面的系数成正比，由于变化是同时发生同时停止的，所以有(2.4-1.2)∶(0.4-0)∶(1.2-0)=3∶1∶3，即各物质的化学计量数比，故此可逆反应的方程式为：3A??B+3C。
V（A）= = =0.6mol/（L· min）[来源:21世纪教育网
1．在上述反应中，用H2的浓度变化表示化学反应速率。
点拨　v(H2)＝1.2 mol/(L·min)。
2．对同一反应，用不同物质的浓度变化所表示的反应速率的数值可能不同。请思考，为什么不同？它们之间有什么关系？
点拨　在同一个化学反应中，反应物浓度的减少和生成物浓度的增加都是按照化学方程式中各物质的计量数关系成比例变化的。当计量数不同时，在相同的时间内浓度变化量是按照其计量数关系增大或减少的，反应速率值自然不同。所以，在同一个化学反应中以不同物质为标准时，化学反应速率值可能不同，反应速率之比等于其计量数之比。例如：反应CO＋H2OCO2＋H2在一定条件下发生，分别以四种物质表示的反应速率值之比为1∶1∶1∶1，而对反应2SO2＋O22SO3，在一定条件下发生时分别以SO2、O2、SO3表示的反应速率值之比为2∶1∶2。
　你还能根据反应速率相关量的哪些变化来测定该反应的反应速率？
点拨　对于锌粒和硫酸的反应，测定反应速率的方法不止一种，如测量溶液中H＋浓度的变化，测量锌粒质量的变化，甚至使用一些物理仪器测量溶液的电导变化、反应的热量变化等，都可以比较出二者的反应速率的不同。
1．单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化
2．化学方程式中化学计量数
点拨　用不同物质表示的化学反应速率之比等于方程式中化学计量数的比
3．(1)A　点拨　v(C)＝＝＝0.025 mol/(L·s)
(2)C　点拨　∵＝＝，
∴v(A)＝0.05 mol/(L·s)
(3)B　点拨　∵＝＝，
∴v(B)＝0.0125 mol/(L·s)
4．D　点拨　∵＝，∴v(O2)＝v(NO)
5．A　点拨　∵2v(B)＝3v(A),3v(C)＝2v(B)，
∴v(A)＝v(B)，v(C)＝v(B)，∴v(A)∶v(B)∶v(C)＝v(B)∶v(B)∶v(B)＝∶1∶＝
2∶3∶2，即2A＋3B===2C
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1．下列关于化学反应速率的说法中，正确的是(　　)
A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
B．化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1秒钟时某物质的浓度为0.8 mol/L
C．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
D．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显
答案　C
解析　反应速率不能用纯液体或纯固体的物质的量变化来表示，故A错误；反应速率是平均反应速率而不是瞬时速率，故B不正确；有些反应，反应速率越快，反应现象不一定越明显，如酸碱的中和反应等，故D不正确。
2．甲、乙两个容器内都进行A―→B的反应，甲容器内每分钟减少4 mol A，乙容器内每分钟减少2 mol A，则甲容器内的反应速率比乙容器内的反应速率(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．快 B．慢 C．相等 D．无法判断
答案　D
解析　由化学反应速率的表达式：v(A)＝＝，由于甲、乙两容器的体积大小未知，仅知道A物质的量的变化值，故不能比较反应速率的大小。
3．把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L容器中，发生反应3X(g)＋Y(g)? nZ(g)＋2W(g),5 min末生成0.2 mol W，若测知以Z的浓度变化来表示平均速率为0.01 mol/(L·min)，则上述反应中Z气体的计量系数n的值是(　　)
A．1 B．2 C．3 D．4
答案　A
4．反应A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(g)，在不同情况下测得反应速率，其中反应速率最快的是(　　)
A．v(D)＝0.4 mol/(L·s) B．v(C)＝0.5 mol/(L·s)
C．v(B)＝0.6 mol/(L·s) D．v(A)＝0.15 mol/(L·s)
答案　B
解析　将B、C、D三项反应速率都用v(D)表示，其数值分别为：0.5、0.4、0.3，因此B项反应速率最快。
5．将10 mol A和5 mol B放入10 L真空容器内，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)??2C(g)，在最初的0.2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol/(L·s)，则在0.2 s时，容器中C的物质的量是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　
A．0.12 mol B．0.08 mol C．0.04 mol D．0.8 mol
答案　B
解析　同一反应中不同物质表示的反应速率之比等于方程式中各物质的计量数之比，即
v(C)＝v(A)＝×0.06 mol/(L·s)
＝0.04 mol/(L·s)
在2 s时，容器内C的物质的量为：0.04 mol/(L·s)×10 L×0.2 s＝0.08 mol
6.将等物质的量的A、B混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)? xC(g)＋2D(g)，经5 min后，测得D的浓度为0.5 mol/L，c(A)∶c(B)＝3∶5，C的平均反应速率是0.1 mol/(L·min)，求：
(1)此时A的浓度及反应开始前放入容器中的A、B的物质的量；
(2)B的平均反应速率；
(3)x值是多少？
答案　(1)0.75 mol/L，均为3 mol
(2)0.05 mol/(L·min)　(3)x＝2
解析　设A、B起始时的物质的量均为a，则：
　　　3A(g)　＋　B(g) xC(g)　＋　 2D(g)
起始 　a a 　 0 　 0
5 min末a－1.5　　a－0.5　0.1×5×2　0.5×2
由于(a－1.5)∶(a－0.5)＝3∶5
得a＝3
5 min末，c(A)＝＝0.75 mol/L
v(B)＝
＝0.05 mol/(L·min)
x∶1＝v(C)∶v(B)
＝0.1 mol/(L·min)∶0.05 mol/(L·min)
得x＝2
1．将4 mol A气体和2 mol B气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，若经2 s(秒)后测得C的浓度为0.6 mol/L，现有下列几种说法：
①用物质A表示反应的平均速率为0.3 mol/(L·s)
②用物质B表示反应的平均速率为0.6 mol/(L·s)
③2 s时物质A的转化率为70%
④2 s时物质B的浓度为0.7 mol/L
其中正确的是(　　)
A．①③　　 　B．①④　　 　C．②③　 　　D．③④
答案　B
解析　本题是考查物质浓度表示法，用不同反应物或产物表示反应的平均速率的方法和反应中转化率的计算等知识点，所以考查内容的知识量较大。
v(C)＝＝0.3 mol/(L·s)
①v(A)＝v(C)＝0.3 mol/(L·s)
②v(B)＝v(C)＝0.3 mol/(L·s)×＝0.15 mol/(L·s)
③参加反应的A的物质的量为：
0．3 mol/(L·s)×2s×2L＝1.2 mol
A的转化率为：×100%＝30%
④2s时B的浓度为：1 mol/L－0.15 mol/(L·s)×2s＝0.7 mol/L
2．反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为：
①v(A)＝0.15 mol/(L·s) ②v(B)＝0.6 mol/(L·s)
③v(C)＝0.4 mol/(L·s) ④v(D)＝0.45 mol/(L·s)
该反应进行的快慢顺序为
________________________________________________________________(填序号)。
答案　④>③＝②>①
解析　将不同物质表示的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，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的速率，则有：
v(A)∶v(B)＝1∶3，则②表示的v(A)＝0.2 mol/(L·s)
v(A)∶v(C)＝1∶2，则③表示的v(A)＝0.2 mol/(L·s)
v(A)∶v(D)＝1∶2，则④表示的v(A)＝0.225 mol/(L·s)
故反应进行的快慢顺序为④>③＝②>①。
3．用纯净的CaCO3与稀HCl反应制取CO2，实验过程记录如图所示。根据分析、判断，正确的是(　　)
A．OE段表示反应速率最快
B．EF段表示反应速率最快，单位时间内收集的CO2最多
C．FG段表示收集的CO2最多
D．OG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增快21世纪教育网
答案　B
解析　应从曲线变化的斜率进行分析：OE、EF、FG三段中EF的斜率最大，则单位时间内，生成的CO2多且速率最快。[来源:21世纪教育网
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1．在比较化学反应速率时，不可以利用的相关性质为(　　)
A．气体的体积和体系的压强 B．颜色的深浅
C．固体物质量的多少 D．反应的剧烈程度
答案　C
2．反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少0.6 mol/L。对此反应速率的表示正确的是(　　)
A．用A表示的反应速率是0.4 mol/(L·min)
B．分别用B、C、D表示反应速率，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·min)
D．在2 min内的反应速率，用C表示是0.3 mol/(L·min)
答案　B
解析　反应速率不能用纯固体或纯液体的物质的量变化来表示，故A不正确；化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率，C错误；同一反应用不同的物质表示反应速率，速率之比等于化学计量数之比，B正确；利用v＝计算可知D错误。
3．反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol/L，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol/(L·s)，则这段时间为(　　)
A．0.1 s B．2.5 s C．10 s D．5 s
答案　D
解析　根据题意，SO3的浓度增加了0.4 mol/L，则O2的浓度减少了0.2 mol/L，
v(O2)＝
Δt＝＝＝5 s
4．已知某条件下，合成氨反应的数据如下：
　　　　　　　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始浓度/(mol/L) 1.0 3.0 0.2
2 s末浓度/(mol/L) 0.6 1.8 1.0
4 s末浓度/(mol/L) 0.4 1.2 1.4
当用氨气浓度的增加来表示该反应的速率时，下列说法中错误的是(　　)
A．2 s末氨气的反应速率为0.4 mol/(L·s)
B．前2 s时间内氨气的平均反应速率为0.4 mol/(L·s)
C．前4 s时间内氨气的平均反应速率为0.3 mol/(L·s)
D．2～4 s时间内氨气的平均反应速率为0.2 mol/(L·s)
答案　A
解析　根据合成氨的数据可知。
前2 s NH3的速率为：
v(NH3)＝＝0.4 mol/(L·s)
前4 s NH3的速率为：
v(NH3)＝＝0.3 mol/(L·s)
2～4 s内NH3的速率为
v(NH3)＝＝0.2 mol/(L·s)
故A项不正确，化学反应速率表示某一时间段的平均速率而不是瞬时速率。
5．在不同条件下分别测得反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的化学反应速g率，其中表示该反应进行的最快的是(　　)
A．v(SO2)＝4 mol/(L·min) B．v(O2)＝3 mol/(L·min)
C．v(SO2)＝0.1 mol/(L·s) D．v(O2)＝0.1 mol/(L·s)
答案　D
解析　按比例关系转化后要注意单位的统一。
6．一定温度下，向一个容积为2 L的真空密闭容器中(事先装入催化剂)通入1 mol N2和3 mol H2，发生下列反应：N2＋3H22NH3,3 min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.9倍，在此时间内v(H2)是(　　)
A．0.2 mol/(L·min) B．0.6 mol/(L·min)
C．0.1 mol/(L·min) D．0.3 mol/(L·min)
答案　C
解析　反应3 min后压强是起始的0.9倍，则物质的量为原来的0.9倍，即3.6 mol，减少了0.4 mol，则生成NH3 0.4 mol，从而计算出v(NH3)＝，v(H2)＝v(NH3)＝0.1 mol/(L·min)
7．2 mol A与2 mol B混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋3B(g)??
2C(g)＋zD(g)
若2 s后，A的转化率为50%，测得v(D)＝0.25 mol/(L·s)，下列推断正确的是(　　)
A．v(C)＝v(D)＝0.25 mol/(L·s) B．z＝3
C．B的转化率为25% D．C的体积分数为28.6%21世纪教育网
答案　AD
解析　由A的转化率可知，2 s后反应掉A的物质的量为1 mol，v(A)＝＝
0.25 mol/(L·s)，由于v(A)∶v(D)＝0.25 mol/(L·s)∶0.25 mol/(L·s)＝2∶z，则z＝2，B不正确，A正确；此时消耗的B为1.5 mol，生成的C为1 mol，则B的转化率×100%＝75%，C的体积分数×100%＝28.6%。
8.
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某温度时在2 L容器中X、Y、Z三种物质的变化曲线如图所示：
由图中数据分析该反应的化学方程式21世纪教育网
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
反应开始至2 min末Z的平均反应速率
________________________________________________________________________。
答案　X+3Y2Z　0.05 mol/(L·min)
解析　反应开始，X、Y的物质的量均为1.0 mol，Z为0，反应进行至2 min时X为0.9 mol、Y为0.7 mol、Z为0.2 mol，且各物质的物质的量不再改变。相同时间内X、Y、Z物质的量的变化比为1∶3∶2，故化学方程式为X＋3Y2Z。Z的平均反应速率为
(Z)＝＝＝0.05 mol/(L·min)。
9．下表数据是高温下金属镁和镍分别与氧气进行氧化反应时，在金属表面生成氧化膜的实验记录：
反应时间t/h 1 4 9 16 25
MgO层厚y/nm 0.05a 0.2a 0.45a 0.80a 1.25a
NiO层厚y′/nm b 2b 3b 4b 5b
a、b均为与温度无关的常数。请回答：
(1)金属高温氧化腐蚀速率可用金属氧化膜的生长速率来表示，其理由是
________________________________________________________________________。
(2)金属氧化膜的膜厚y与时间t所呈现的关系是(填“直线”“抛物线”“对数”或“双曲线”等类型)：MgO氧化膜的膜厚y属于________型；NiO氧化膜的膜厚y′属于________型。
(3)Mg和Ni比较，哪一种金属具有更好的耐腐蚀性？
答：______，其理由是____________________________________________________。
答案　(1)化学反应速率可用反应物的消耗速率，也可用产物的生成速率表示
(2)直线　抛物线
(3)Ni　它的腐蚀速率随时间的增长比镁慢
解析　(1)金属因高温氧化反应，遭到破坏是常见的一种腐蚀现象。然而，不同的金属因其形成的氧化膜致密程度不同，它们的耐腐蚀性也不同。化学反应快慢既可由反应物的消耗速率表示，也可由生成物的生成速率表示。显然金属的腐蚀速率可用其氧化膜的生长速率表示。
(2)根据题给数据不难导出以下数学关系：MgO膜厚y与时间t的关系为y＝0.05 at；NiO膜厚y′与时间t的关系为y′＝bt。由函数的表达式知：前者为直线型，后者为抛物线型。
(3)据此可知Y′随时间增长要比Y随时间增大的慢，故镍的耐高温氧化腐蚀性要比镁的好。
10．丙酮(CH3COCH3)和碘在酸性溶液中发生下列反应：
CH3COCH3＋I2―→CH3COCH2I＋H＋＋I－
25℃时，如果该反应的速率由下列经验式决定：
v＝2.73×10－5c(CH3COCH3)·c(H＋)
25℃时，如果c(I2)、c(CH3COCH3)、c(H＋)的起始浓度依次是0.01 mol/L、0.1 mol/L、0.01 mol/L，求：
(1)反应开始时的速率。21世纪教育网
(2)当溶液中的I2消耗一半时，反应速率比开始时慢还是快？(通过计算回答)
答案　(1)2.73×10－8 mol/(L·s)　(2)比原来反应快
解析　(1)由给定的信息可知：
v＝2.73×10－5c(CH3COCH3)·c(H＋) mol/(L·s)
＝2.73×10－5×0.1×0.01 mol/(L·s)
＝2.73×10－8 mol/(L·s)
(2)当I2消耗一半时，由方程式可知，此时：
c(CH3COCH3)＝0.095 mol/L
c(H＋)＝0.015 mol/L
此时：v＝2.73×10－5×0.095×0.015 mol/(L·s)
＝3.89×10－8 mol/(L·s)
对比两速率知，比原来反应快。
△C（A）MnO2
△t
2.4mol/L-1.2mol/LMnO2
2min
催化剂
△
高压、高压
催化剂
催化剂
△
高温、高压
催化剂
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