化学反应速率及计算

第一节第一节 化学反应速率化学反应速率 一 化学反应速率一 化学反应速率 1 概念 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量 通常用单位时间内反应物 浓度的减小或生成物浓度的增加来表示 2 表达式 v v 表示平均速率 常用的单位是 mol L min 或 mol L s c t 3 表示化学反应速率的注意事项 1 在同一化学反应中 选用不同物质表示化学反应速率 其数值可能相同也可能不相同 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 必须指明用哪种物质作 标准 2 由于在反应中纯液体和固体的浓度是恒定不变的 因此对于有纯液体或固体参加的反应 一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率 3 在同一个化学反应中 无论选用反应物还是生成物来表示化学反应速率 其值均为正值 4 化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率 而不是瞬时反应速率 例例 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 L s 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 即时练习 即时练习 1 下列关于化学反应速率的说法 不正确的是 C 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 mol L s 和 mol L min 2 用纯净的 CaCO3与 1 mol L 1 100 mL 稀盐酸反应制取 CO2 关于此反应 下列说法不 正确的是 D A 可以用单位时间内 CaCO3质量的减少表示该反应的反应速率 B 可以用单位时间内生成 H2的量表示该反应的反应速率 C 可以用单位时间内溶液中 Ca2 浓度的增加表示该反应的反应速率 D 可以用单位时间内 CaCO3浓度的变化表示该反应的反应速率 3 下列有关化学反应速率的说法中正确的是 D 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 min 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 min D 化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度 二 化学反应速率的计算方法二 化学反应速率的计算方法 1 利用反应速率的定义式 v c t 例例 2 2 在 N2 3H22NH3的反应中 在 5 s 内 NH3的浓度由 1 mol L 减至 6 mol L 则 催化剂 高温 高压 NH3的平均反应速率是 B A 2 4 mol L s B 1 0 mol L s C 0 8 mol L s D 0 08 mol L s 即时练习 即时练习 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 mol L 1 若不考虑反应过 程中溶液体积的变化 则 10 s 内消耗硫酸的平均反应速率是 A A 0 06 mol L 1 min 1 B 1 8 mol L 1 min 1 C 1 2 mol L 1 min 1 D 0 18 mol L 1 min 1 2 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 mol L 反应进行 2 min 后 A 的浓度为 0 8 mol L B 的浓度为 0 6 mol L C 的浓度为 0 6 mol L 2 min 内反 应的平均速率为 v A v B v C v A 0 1 mol L min v B 0 2 mol L min v C 1 0 8 mol L 2 min 1 0 6 mol L 2 min 0 3 mol L min 0 6 0 mol L 2 min 3 反应 4A s 3B g 2C g D g 经 2 min 后 B 的浓度减少了 0 6 mol L 下列反 应速率的表示正确的是 B A 用 B 表示的反应速率是 0 3 mol L s B 用 B 表示的反应速率是 0 3 mol L min C 2 min 末时的反应速率 用 B 表示为 0 3 mol L min D 在这 2 min 内用 B 表示的反应速率的值是减小的 2 反应速率的定义式 v 由于 cB 有 v c t nB V c t n V t 例例 3 氨分解反应在容积为 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 末为 2 4 mol 则用氨气表示该反应的速率为 A A 0 32 mol L s 1 B 0 16 mol L s 1C 1 6 mol L s 1 D 0 8 mol L s 1 即时练习 即时练习 1 在 2L 密闭容器中加入 4molA 和 6molB 发生以下反应 4A g 6B g 4C g 5D g 若经 5s 后 剩下的 A 是 2 5mol 则 A 的反应速率是 B A 0 225 mol L s B 0 15 mol L s C 0 45 mol L s D 0 9 mol L s 2 在 2 L 密闭容器内 某气体反应物在 2 s 内由 8 mol 变为 7 2 mol 则用该气体表示该反 应的平均反应速率为 A A 0 4 mol L 1 s 1 B 0 3 mol L 1 s 1 C 0 2 mol L 1 s 1 D 0 1 mol L 1 s 1 3 氨分解反应在容积为 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 末 为 2 4 mol 则用氨气表示该反应的速率为 A A 0 32 mol L 1 s 1 B 0 16 mol L 1 s 1 C 1 6 mol L 1 s 1 D 0 8 mol L 1 s 1 4 在 2L 密闭容器中加入 4molA 和 6molB 发生以下反应 4A g 6B g 4C g 5D g 若经 5s 后 剩下的 A 是 2 5mol 则 A 的反应速率是 B A 0 225 mol L s B 0 15 mol L s C 0 45 mol L s D 0 9 mol L s 5 5 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 C A v Fe 0 5 mol L min B v H2SO4 1 mol L min C v H2SO4 0 5 mol L min D v Fe 1 mol L min 6 对于反应 4NH3 5O24NO 6H2O 在 1 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 v NH3 v O2 v H2O 0 6 mol L min 0 75 mol L min 0 9 mol L min 3 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 但表达的意义相同 各 物质的反应速率之比等于化学计量数之比 对于反应mA g nB g pC g qD g 来说 即 vA vB vC vD m n p q v A m v B n v C p v D q 例例 4 4 已知反应 A 3B 2C D 在某一段时间内以 A 的浓度变化表示的化学反应速率 为 1 mol L min 则此段时间内以 C 的浓度变化表示的化学反应速率为 A 0 5 mol L min B 1 mol L min C 2 mol L min D 3 mol L min 解析 选 C 根据反应速率之比等于各物质的化学计量数之比 即 v A v C 1 2 而 v A 1 mol L min 则 v C 2 mol L min 即时练习即时练习 1 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 解析 选 C 速率之比等于方程式的计量系数之比 A 项 v W v Z B 项 3v X 2v Z C 项 2v X v Y D 项 2v W 3v X 2 在 N2 3H2 2NH3的反应中 在 5 s 内 N2的浓度由 6 mol L 减至 2 mol L 则 NH3的化学反应速率是 A 2 4 mol L s B 1 6 mol L s C 0 8 mol L s D 0 08 mol L s 解析 选 B v N2 0 8 mol L s 则 v NH3 2v N2 1 6 6 mol L 2 mol L 5 s mol L s 3 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 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 A 0 02 mol L min B 1 8 mol L min C 1 2 mol L min D 0 18 mol L min 解析 选 C v H2SO4 0 06 mol L s v Al2 SO4 3 0 06 mol L s 0 6 mol L 10 s 1 3 0 02 mol L s 60 s min 1 2 mol L min 4 5 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 A v Fe 0 5 mol L min B v H2SO4 1 mol L min C v H2SO4 0 5 mol L min D v FeSO4 1 mol L min 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 L min v FeSO4 0 5 mol L min B D 错 5 A B C 均是气态物质 在mA nBpC 反应中 反应开始 10s 后 A 减少 1mol B 减少 1 25mol C 增加 0 5mol 则m n p为 A 1 3 2B 3 1 2C 4 5 2D 无法确定 6 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 C 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 4 利用反应速率的定义式 v 进行式子的变换 求 n 和 t c t n V t 例例 5 5 在 N2 3H22NH3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 B A 1 s B 2 s C 44 s D 1 33 s 即时练习 即时练习 1 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 L min 则n是 A 1 B 2 C 3 D 4 解析 选 A v W 0 02 mol L min 由 则 n c t 0 2 mol 2 L 5 min v Z v W n 2 2v Z v W 1 2 0 01 mol L min 0 02 mol L min 2 在 N2 3H22NH3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 在 2 L 的密闭容器中 发生反应 3A g B g 2C g 若最初加入的 A 和 B 都是 4 mol 测得 10 s 内 A 的平均速率v A 0 12 mol L 1 s 1 则反应进行到 10 s 时容器 中 B 的物质的量是 A 1 6 mol B 2 8 mol C 3 2 mol D 3 6 mol 4 在 2 L 密闭容器中 发生 3A g B g 2C g 的反应 若最初加入 A 和 B 都是 4 mol A 的平均反应速率为 0 12 mol 1 s 1 则 10 s 后容器中 B 的物质的量是 A 1 6 mol B 2 8 mol C 3 2 mol D 3 6 mol 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 解析 选 B v A v C 3 2 则 v C 0 04 mol L s n C 0 2 s 0 04 mol L s 10 L 0 08 mol 5 利用 三段式 计算格式进行计算 写出化学方程式 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 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 计算中注意以下量的关系 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 c 转化 c 起始 物质的百分含量 溶质的质量 溶液的质量 100 例例 6 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 L s 用物质 B 表示的反应的平均速率为 0 6 mol L s 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 B C 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 6 2 s 末物质的量浓度 mol L 1 4 0 7 0 6 所以 v A 0 3 mol L s 0 6 mol L 2 s v B 0 15 mol L s 0 3 mol L 2s A 的转化率为 100 30 0 6 mol L 2 mol L 2 s 末时 c B 0 7 mol L 答案 B 即时练习 即时练习 1 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 2SO2 O2 2SO3 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 2SO2 O2 2SO3 n 初 mol 2 1 0 n mol 0 4 0 2 0 4 m 2 min mol 1 6 0 8 0 4 1 n SO3 n SO2 2 n O2 1 mol 0 8 mol 2 0 4 mol 2 v O2 0 05 mol L min 0 2 mol 2 L 2 min 答案 1 0 4 mol 0 4 mol 2 0 05 mol L min 2 在一定温度下 向一个 2 L 的真空密闭容器中 预先装入催化剂 通入 1 mol N2和 3 mol H2 经过一段时间后 测得容器内压强是起始时的 0 9 倍 在此时间段内 H2的平均反应速 率为 0 1 mol L 1 min 1 则经过时间为 B A 2 min B 3 min C 4 min D 5 min 3 将等物质的量的 A 和 B 混合于 2 L 的密闭容器中 发生如下反应 3A g B g xC g 2D g 经过 5 min 后测得 D 的浓度为 0 5 mol L 1 c A c B 3 5 C 的反应 速率是 0 1 mol L 1 min 1 A 在 5 min 末的浓度是 B 的平均反应速率是 x 的值是 答案 0 75 mol L 1 0 05 mol L 1 min 1 2 三三 化学反应速率的比较化学反应速率的比较 对于同一化学反应速率用不同物质表示的数值可能不同 但比较反应速率的大小不能 只看数值的大小 而要进行一定的转化 具体比较方法如下 1 归一法 将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率 2 比值法 比较同一物质化学反应速率或除以化学计量数之后的数值 数值越大 反 应进行的越快 如反应 aA bB cC 比较 与 若 则 A 的反应速 v A a v B b v A a v B b 率比 B 例例 3 对于反应 A2 3B2 2C 来说 以下化学反应速率的表示中 反应速率最快的是 A v B2 0 8 mol L s B v A2 0 4 mol L s C v C 0 6 mol L s D v B2 0 42 mol L s 即时练习 即时练习 1 在四个不同的容器中 在不同条件下进行反应 N2 3H22NH3 根据在相同时间内 测定的结果判断 生成氨气的速率最快的是 B A V H2 0 2mol L 1 s 1 B V N2 0 4mol L 1 min 1 C V NH3 0 3mol L 1 s 1 D H2 0 6mol L 1 min 1 2 反应 A 3B 2C 2D 在四种不同情况下的反应速率分别为 v A 0 15 mol L 1 s 1 v B 0 60 mol L 1 s 1 v C 0 40 mol L 1 s 1 v D 0 45 mol L 1 s 1 该反应进行得快慢顺序为 3 在 2A B3C 4D 反应中 表示该反应速率最快的是 B A v A 0 5 mol 1 1 B v B 0 3 mol 1 1 C v C 0 8 mol 1 1 D v D 1 mol 1 1 4 在不同条件下 分别测得反应 2SO2 O22SO3的化学反应速率 其中表示该反应进 行得最快的是 D A v SO2 4 mol L 1 min 1 B v O2 3 mol L 1 min 1 C v SO2 0 1 mol L 1 s 1 D v O2 0 1 mol L 1 s 1 5 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 v A 0 45 mol L min v B 0 6 mol L s v C 0 4 mol L s v D 0 45 mol L s 下列有关反应速率的比较中正确的是 A B D 解析 若四种反应速率都用 A 表示 单位 mol L s 数值分别为 v A 0 007 5 mol L s v A 0 2 mol L s v A 0 2 mol L s v D 0 225 mol L s 所以 故 A 正确 例例 5 化学反应速率与化学方程式的关系化学反应速率与化学方程式的关系 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 答案 1 A B C 2 3 mol L 1 min 1 2 mol L 1 min 1 3 mol L 1 min 1 3 3A 2B 3C 即时练习 即时练习 1 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 1 0 7 1 0 9 0 2 0 3 1 2 故反应的化学方程式为 3X Y 2Z v X 0 075 mol L min 0 3 mol 2L 2 min 答案 1 3X Y 2Z 2 0 075 mol L min 2 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 L s B 反应从开始到 10s 时 X 的物质的量浓度减少了 0 79 mol L C 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 mol 0 41 mol 0 79 mol Y 减少 1 00 mol 0 21 mol 0 79 mol Z 增加 1 58 mol 所以 X Y Z 的反应方程式为 X g