人教版选修4 第2章第1节 化学反应速率 学案.doc

第一节化学反应速率1化学反应速率三个“1”：1个公式：v。1个关系：化学反应速率之比化学计量数之比。1种换算：1 mol/(ls)60 mol/(lmin)2表示化学反应速率“三项注意”：指明具体的物质。不能用固体或纯液体物质表示。是平均反应速率，不是瞬时速率。1不同的化学反应进行的快慢程度相同吗？提示：不同的化学反应进行的快慢程度相差很大，如炸药爆炸在瞬间完成；牛奶变质、钢铁生锈、塑料老化很缓慢。2如何表示化学反应速率？其数学表达式是什么？提示：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示化学反应速率。数学表达式为v3同一化学反应，用不同物质表示的化学反应速率，其数值一定相同吗？提示：不一定相同，若化学方程式中的化学计量数不同，其数值就不同。化学反应速率新知探究探究1在2 l的密闭容器中，加入3 mol h2和1 mol n2，发生反应：n23h22nh3，在2 s末，测得容器中含有0.4 mol nh3，请用n2、h2和nh3表示该反应的反应速率。提示：n23h22nh3起始量(mol): 1 3 0变化量： 0.2 0.6 0.42 s末量： 10.2 30.6 0.4vn20.05 moll1s1vh20.15 moll1s1vnh30.10 moll1s1探究2对于同一化学反应来说，用不同的物质表示的反应速率是否相同？它们之间有什么关系(用问题1的数据说明)?提示：不一定相同；对于同一反应，用各物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。如问题1中vn2vh2vnh3132。探究3对于反应：caco32hcl=cacl2h2oco2，能否用caco3来表示化学反应的反应速率？提示：不能；因为反应中固体和纯液体的浓度是恒定不变的。必记结论1表达式va(c(a)表示物质a浓度的变化量，t表示时间变化量)2单位mol/(ls)或moll1s1，mol/(lmin)或moll1min13关系对于任意一个反应：manb=pcqd其反应速率之间的关系为vavbvcvdmnpq4注意事项(1)化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。(2)不论是用反应物还是用生成物表示，其化学反应速率都取正值。(3)固体或纯液体(不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，在用物质的量浓度的变化表示化学反应速率时，一般不用固体或纯液体来表示。(4)同一化学反应里，用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义却是完全相同的。因此，表示化学反应速率时，必须指明是哪种物质。成功体验1判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。()(2)化学反应速率为0.8 mol/(ls)是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol/l。()(3)化学反应速率的数值越大，反应进行得越快。()(4)根据化学反应速率的大小可以推知化学反应进行的快慢。()(5)对于化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2在铝与稀h2so4的反应中，已知10 s末时，硫酸的浓度减少了0.6 mol/l，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s内生成硫酸铝的平均反应速率是多少？解析：al与h2so4的反应：2al3h2so4=al2(so4)33h2v(h2so4)0.06 mol/(ls)val2(so4)3vh2so40.06 mol/(ls)0.02 mol/(ls)答案：0.02 mol/(ls)化学反应速率的测定新知探究探究1请你与同组同学完成以下实验，记录实验现象、数据、归纳实验结论。(1)反应原理：锌与稀h2so4反应的化学方程式：znh2so4=znso4h2。(2)实验过程：按如图所示安装两套装置，在锥形瓶内各盛有2 g锌粒。取一套装置，通过分液漏斗加入40 ml 1 mol/l的硫酸，测出收集10 ml h2所用的时间。取另一套装置，通过分液漏斗加入40 ml 4 mol/l的硫酸，测出收集10 ml h2所用的时间。(3)实验现象：锌与硫酸反应产生气泡，收集10 ml h2所用的时间比较：使用4 mol/l的硫酸比使用1 mol/l的硫酸所用的时间短。(4)实验记录：加入试剂反应时间(min)反应速率(ml/min)1 mol/l h2so4长小4 mol/l h2so4短大(5)探究结论：4_mol/l的硫酸与锌反应比1_mol/l的硫酸与锌反应快。探究2测定锌与稀h2so4反应的速率要注意哪些问题？提示：锌粒的颗粒(即表面积)大小基本相同；40 ml的硫酸溶液要迅速加入；装置气密性要好，且计时要迅速准确。探究3对于锌与不同浓度的稀h2so4的反应实验，还可以从哪些方面测定锌与稀h2so4的化学反应速率？提示：可以通过测量收集一定体积h2所用时间的长短来测定化学反应的反应速率可以通过测量相同时间内收集h2的多少来测定化学反应的反应速率可以通过测量一段时间内溶液c(h)的变化来测定化学反应的反应速率可以通过测量一段时间内锌粒质量的变化来测定化学反应的反应速率必记结论1测定原理利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。2测定方法(1)利用能够直接观察的某些性质测定：如通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率，或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。(2)利用科学仪器测量：如在溶液中，当反应物或产物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。3测量锌与稀硫酸反应的速率的实验设计(1)确定变量稀硫酸的浓度不同。(2)找出某个易于测量的物理量或性质变化测量相同时间放出h2的体积或产生相同体积h2所用的时间。(3)控制不变的因素锌粒的表面积、温度、时间(或h2的体积)。成功体验3对于锌粒与稀h2so4的反应，下列说法中不正确的是()a可选用颗粒大小基本相同的锌粒与等体积不同浓度的硫酸反应，比较二者收集10 ml h2所用的时间，从而计算反应速率并说明浓度对反应速率的影响b可选用等质量的锌片和锌粒与相同浓度的硫酸反应，记录锌完全消失的时间，从而计算反应速率并说明固体表面积对反应速率的影响c可记录溶液中c(h)随时间的变化(用ph计测定溶液的ph)来测量反应速率d可记录溶液的温度变化(用温度计测量温度)来测量反应速率解析：选d温度变化不能定量反映化学反应速率，d错误。4.用大理石(杂质不与稀盐酸反应)与稀盐酸反应制co2，实验过程记录如右图所示，下列有关说法正确的是()aoe段表示的反应速率最快bef段表示的反应速率最快，收集的co2最多cfg段表示的收集的co2最多dog段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大解析：选bcaco3与稀盐酸反应的化学方程式为：caco32hcl=cacl2co2h2o，图像的横坐标是时间。纵坐标是生成二氧化碳的体积，很明显是用单位时间内放出co2的体积来表示其反应速率的，表现在图像上就是曲线的斜率，斜率越大，反应速率越大，放出的co2越多。由图可以看出，ef段反应速率最快，收集的co2最多；整个反应过程中，反应速率加快的幅度先小(oe段)后大(ef段)再小(fg段)，而不是逐渐增大，所以只有b项正确。考查化学反应速率的计算化学反应速率计算的思维模型有关化学反应速率的计算往往数据比较多，关系复杂，通过建立化学反应速率计算的解题模式，可以使各种数据直观、条理清晰，便于分析和计算。建立一般的解题模型：(1)写出化学方程式。(2)根据题意，依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量，下同)、浓度的变化量及一段时间后的浓度，未知量可设未知数表示，即“三段式”。(3)根据起始浓度与一段时间后的浓度的差等于浓度的变化量及变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，列出关系式计算。例如：反应manbpc起始浓度(mol/l) a b c转化浓度(mol/l) x t时刻浓度(mol/l) ax b c计算时注意以下量的关系：对反应物：c(起始)c(转化)c(某时刻)；对生成物：c(起始)c(转化)c(某时刻)；转化率100%。(4)注意事项。根据公式v及c可推出公式v，该式应用更广泛。利用“三段式”计算时，转化的物质的物质的量浓度或物质的量与化学方程式中该物质的化学计量数成正比。计算过程中单位应一致。例1将4 mol a 气体和2 mol b 气体在2 l的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：2a(g)b(g)2c(g)。若2 s末测得c的浓度为 0.6 mol/l，现有下列几种说法：用物质a表示的反应的平均速率为0.3 mol/(ls)；用物质b表示的反应的平均速率为0.6 mol/(ls)；2 s末，物质a的转化率为70%；2 s末，物质b的浓度为0.7 mol/l。其中正确的是()a bc d解析由三段式表示：2a(g)b(g)2c(g)开始物质的量浓度(mol/l) 2 1 0转化物质的量浓度(mol/l) 0.6 0.3 0.62 s末物质的量浓度(mol/l) 1.4 0.7 0.6所以v(a)0.3 mol/(ls)v(b)0.15 mol/(ls)a的转化率为100%30%，2 s末时c(b)0.7 mol/l。答案b1向体积为2 l的密闭容器中加入2 mol so2和1 mol o2，进行可逆反应：2so2o22so3，反应2 min后，测得o2的物质的量为0.8 mol。(1)2 min内，so2的物质的量减少了_，so3的物质的量增加了_。(2)若用o2的浓度变化来表示该反应的反应速率，则v(o2)_。解析：2so2o22so3n(初)2 1 0n 0.4 0.2 0.4n(2 min) 1.6 0.8 0.4(1)n(so3)n(so2)2n(o2)(1 mol0.8 mol)20.4 mol。(2)v(o2)0.05 moll1min1。答案：(1)0.4 mol0.4 mol(2)0.05 moll1min1考查化学反应速率大小的比较例2反应a3b2c2d在四种不同情况下的反应速率分别为v(a)0.15 moll1s1v(b)0.60 moll1s1v(c)0.40 moll1s1v(d)0.45 moll1s1该反应进行得快慢顺序为_。解析四种物质表示的反应速率单位是相同的，所以可以将不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的反应速率，再比较反应速率数值的大小。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物质表示的反应速率，则有：v(a)v(b)13，则表示为v(a)0.2 moll1s1，v(a)v(c)12，则表示为v(a)0.2 moll1s1，v(a)v(d)12，则表示为v(a)0.225 moll1s1。故该反应进行的快慢顺序为。答案化学反应速率快慢的比较方法比值法(1)转化为同一单位表示，其转化公式为1 mol/(ls)60 mol/(lmin)。(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aabb=cc，要比较v(a)与v(b)的相对大小，即比较与，若，则a表示的反应速率比b表示的大。2在四种不同条件下测得反应：2so2o22so3的反应速率如下表所示：(1)(2)(3)(4)反应速率mol/(lmin)v(so2)v(o2)v(so3)v(o2)0.40.250.50.3其中反应速率最快的是哪种条件？解析：依据速率之比等于化学计量数之比，则各物质的化学反应速率：(1)(2)(3)(4)反应速率mol/(lmin)v(so2)v(o2)v(so3)v(o2)0.40.250.50.30.20.250.250.3反应速率与化学计量数的比值中，数值大的反应速率快，故(4)最快。答：最快考查化学反应速率图像与化学方程式的关系例3根据右图填空：(1)反应物是_；生成物是_。(2)在2 min内用a、b、c表示的化学反应速率分别为_、_、_。(3)该反应的化学方程式为_。解析已知在反应过程中反应物的量减少，生成物的量增多，故a、b为反应物，c为生成物，由速率的定义不难得出：v(a)(82)2 moll1min13 moll1min1，v(b)(84)2 moll1min12 moll1min1，v(c)(62) moll1min13 moll1min1，故三者的化学计量数之比为323，又因最终各物质浓度不变且均不为零，故为可逆反应，其方程式为3a2b3c。答案(1)a、bc(2)3 moll1min12 moll1min13 moll1min1(3)3a2b3c由图像确定化学方程式的方法(1)根据曲线的变化趋势判断反应物与生成物：曲线下降的物质为反应物，曲线上升的物质为生成物。(2)物质化学计量数的确定方法：根据各物质达到平衡时物质的量(物质的量浓度)的变化，即物质的量(物质的量浓度)的变化之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。(3)反应是否为“可逆反应”：反应最后的浓度不随时间变化而变化的反应为可逆反应，化学方程式书写时用“”。3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曲线如下图所示，由图中数据分析，可知：(1)该可逆反应的化学方程式为_。(2)该反应开始至2 min，x的平均反应速率为_。解析：从图像可知，x、y为反应物，z是生成物，且：n(x)n(y)n(z)(10.7)(10.9)(0.20)312，故反应的化学方程式为3xy2z。v(x)0.075 mol/(lmin)答案：(1)3xy2z(2)0.075 mol/(lmin) 课堂双基落实1下列关于化学反应速率的说法，不正确的是()a化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量b单位时间内某物质的浓度变化越大，则该物质反应就越快c化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示d化学反应速率常用单位有“moll1s1”和“moll1min1”解析：选c化学反应速率是用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示的，即用单位时间内浓度的改变量来表示。2在n23h22nh3的反应中，在5 s内n2的浓度由6 mol/l减至2 mol/l。则nh3的平均反应速率是()a2.4 mol/(ls)b1.6 mol/(ls)c0.8 mol/(ls) d0.08 mol/(ls)解析：选bv(n2)0.8 mol/(ls)，v(nh3)2v(n2)1.6 mol/(ls)。3在manbpc的反应中，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mnp为()a232 b233c132 d312解析：选c由三种物质的反应速率之比等于它们的化学计量数值之比，则v(a)v(b)v(c)0.51.51132，c正确。4某温度下，浓度都是1 moll1的两种气体x2和y2，在密闭容器中反应生成气体z，经过t min后，测得各物质的浓度分别为c(x2)0.4 moll1，c(y2)0.6 moll1，c(z)0.4 moll1，则该反应的化学方程式可表示为()a2x23y22x2y3 b3x22y22x3y2cx22y22xy2 d2x2y22x2y解析：选bt min内，反应消耗x2 0.6 moll1，y2 0.4 moll1，生成z 0.4 moll1，三者浓度的变化量之比为322，即化学方程式为3x22y22z，由质量守恒定律，可知z的化学式为x3y2。5(好题共享选自苏教版教材p41t6)a与b反应生成c，假定反应由a、b开始，它们的起始浓度均为1 moll1。反应进行2 min后a的浓度为0.8 moll1，b的浓度为0.6 moll1，c的浓度为0.6 moll1。(1)2 min内反应的平均速率为：v(a)_，v(b)_，v(c)_。(2)三者数值之间的关系是：v(a)_v(b)_v(c)。(3)该反应的化学方程式为：_。解析：v(a)0.1 mol/(lmin)，v(b)0.2 mol/(lmin)，v(c)0.3 mol/(lmin)，v(a)v(b)v(c)0.10.20.2123，即v(a)v(b)v(c)，故反应的化学方程式为：a2b=3c。答案：(1)0.1 mol/(lmin)0.2 mol/(lmin)03 mol/(lmin)(2)(3)a2b=3c课下综合检测1在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s末硫酸的浓度减少了0.6 moll1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s内生成硫酸铝的平均反应速率是()a0.02 moll1min1b1.8 moll1min1c1.2 moll1min1d0.18 moll1min1解析：选cv(h2so4)0.06 moll1s1，val2(so4)30.06 moll1s10.02 moll1s160 smin11.2 moll1min1。2(好题共享选自苏教版教材p40t1)反应4nh3(g)5o2(g)=4no(g)6h2o(g)在10 l的密闭容器中进行，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)可表示为()av(nh3)0.010 moll1s1bv(o2)0.001 0 moll1s1cv(no)0.001 0 moll1s1dv(h2o)0.045 moll1s1解析：选cv(h2o)0.0015 moll1s1依据速率比等于化学计量数之比可知：v(nh3)v(h2o)0.001 moll1s1，v(o2)v(h2o)0.00125 moll1s1，v(no)v(h2o)0.001 moll1s1。3一定条件下，在2ch4(g)2nh3(g)3o2(g)2hcn(g)6h2o(g)反应中，已知v(hcn)n moll1min1，且v(o2)m moll1min1，则m与n的关系正确的是()amnbmncmn dm2n解析：选c化学反应速率之比等于物质的化学计量数之比，即v(o2)v(hcn)32，故mn32，故mn。4反应4a(s)3b(g)=2c(g)d(g)，2 min后b的浓度减小0.6 mol/l。对此反应速率的不正确表示是()a用a表示的反应速率是0.4 mol/(lmin)b用b、c、d分别表示反应的速率，其比值是321c在2 min内的反应速率，用b表示是0.3 mol/(lmin)d在2 min内的反应速率，用d表示是0.1 mol/(lmin)解析：选a由反应式知，a为固体，浓度为定值，不能用固体表示反应速率，a错；由反应速率之比等于化学计量数之比得v(b)v(c)v(d)321，b正确；由2 min后c(b)0.6 mol/l知，v(b)0.3 mol/(lmin)，v(d)0.3 mol/(lmin)0.1 mol/(lmin)，故c、d正确。55.6 g铁粉投入到盛有100 ml 2 mol/l稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计)，下列表示这个反应的速率正确的是()av(fe)0.5 mol/(lmin)bv(h2so4)1 mol/(lmin)cv(h2so4)0.5 mol/(lmin)dv(feso4)1 mol/(lmin)解析：选c铁粉为固体，其物质的量浓度可视为常数，不能用来表示化学反应速率，a错；反应的铁粉是0.1 mol，参加反应的h2so4为0.1 mol，所以v(h2so4)0.5 mol/(lmin)，v(feso4)0.5 mol/(lmin)，b、d错。6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 moll1s1，则在0.2 s时，容器中c的物质的量是 ()a0.12 mol b0.08 molc0.04 mol d0.8 mol解析：选bv(a)v(c)32，则v(c)0.04 moll1s1，n(c)0.2 s0.04 moll1s110 l0.08 mol。7在密闭容器中，进行可逆反应，a与b反应生成c，反应速率分别用v(a)、v(b)、v(c)表示，且v(a)、v(b)、v(c)之间存在如下关系：v(b)3v(a)，3v(c)2v(b)，v(c)2v(a)。则此反应可表示为()aabcb2a2b3cc3ab2c da3b2c解析：选d由v(b)3v(a)，v(c)2v(a)，得v(a)v(b)v(c)v(a)3v(a)2v(a)132, 即a、b、c的化学计量数之比为132，则化学方程式为：a3b2c。8在2 l容器中发生3ab=2c的反应，最初加入的a、b都是4 mol，a的反应速率为0.12 moll1s1,10 s后容器内b的物质的量为()a1.6 mol b2.8 molc3.2 mol d3.6 mol解析：选cv(a)0.12 moll1s1，则v(b)v(a)0.04 moll1s1，所以c(b)0.04 moll1s110 s0.4 moll1，剩余b的物质的量为4 mol0.4 moll12 l3.2 mol。9把0.6 mol x气体和0.4 mol y气体混合于2 l的密闭容器中，使它们发生如下反应3x(g)y(g)nz(g)2w(g)，5 min末已生成0.2 mol w，若测知以z表示的平均反应速率为0.01 mol(lmin)1，则n是()a1 b2c3 d4解析：选av(w)0.02 mol(lmin)1，由，则n1。10.一定温度下，在2 l的密闭容器中，x、y、z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是()a反应从开始到10s时，用z表示的反应速率为0.158 mol/(ls)b反应从开始到10s时，x的物质的量浓度减少了0.79 mol/lc反应从开始到10 s时，y的转化率为79%d反应的化学方程式为：x(g)y(g)z(g)解析：选c反应从开始到10 s时，x减少1.20 mol0.41 mol0.79 mol，y减少1.00 mol0.21 mol0.79 mol，z增加1.58 mol，所以x、y、z的反应方程式为：x(g)y(g)2z(g)，d错；用z表示的反应速率应为0.079 mol/(ls)，a错；x的物质的量浓度减少0.395 mol/l，b错。故选c。11近年来，随着人们大量开发利用化石资源，不仅使得煤、石油、天然气的储量大大减少，而且造成严重的环境污染。如何实现化石燃料的综合利用，提高燃料的利用率，减少环境污染等逐渐被提上了日程。为了提高煤的利用率，人们先把煤转化为co和h2，再将它们转化为甲醇。某实验员在一定温度下的密闭容器中，充入一定量的h2和co，发生反应：2h2(g)co(g)ch3oh(g)。测定的部分实验数据如下：t/s05001 000c(h2)/moll15.003.522.48c(co)/moll12.50(1)在500 s内用h2表示的化学反应速率是_。(2)在1 000 s内用co表示的化学反应速率是_，1 000 s时co的转化率是_。(3)在500 s时生成的甲醇的浓度是_ mol/l。解析：(1)在500 s内，v(h2)2.96103 moll1s1。(2)在1 000 s内，h2的浓度减小了5.00 moll12.48 moll12.5