化学反应速率和限度.doc

第二章 第三节 化学反应的速率和限度快慢不同的化学变化，如生成烟花的反应、青铜大钟的腐蚀、溶洞的形成、爆炸、塑料的降解、氢氧化铁的制备等。一、化学反应的速率 (reaction rate) 1、定义：单位时间内反应物的浓度减少或生成物浓度的增加来表示2、单位：mol/Ls mol/Lmin3、表达式：v(A)= c(A)表示物质A浓度的变化 t表示时间1 ：在 N2 + 3H2 2NH3 反应中，自开始至秒，氨的浓度由变为0. 6 mol/L，则以氨气表示的化学反应速率是多少？2：在某一化学反应中，反应物B的浓度在5s内从2.0mol/L变成0.5mol/L，在这5s内B的化学反应速率为_3可逆反应2SO2+O22SO3，如果(SO2)=0.05 mol/(Lmin)，用一定的SO2和O2在容积固定的密闭容器内发生反应，则2 min后SO3的浓度为( )。 A1 mo1/L B0.9 mol/L C0.2mol/L D0.1mol/L4在一密闭容器中充入一定量的H2和N2，经测定反应开始后3 s末的勘(H2)= 0.3 mol/(Ls)，则3 s末NH3的浓度为( )。 A0.45 molL B0.6 molL C0.9 molL D1.2 molL4、有关化学速率的注意事项： (1) 化学反应速率是平均速率，只有正值没有负值，只有大小没有方向。(2) 在一定温度下，固体和纯液体物质，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。(3) 对于同一化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应速率。因此，表示化学反应的速率时，必须指明是用反应体系中的哪种物质做标准。 同一反应中各物质的速率之比等于方程式中各物质的计量数之比5、化学反应速率的计算1、合成NH3的反应为N2+3H2 2NH3。现在某2L的容器中充入2 mol 的N2和5 mol 的H2。反应5 分钟后，容器中的N2的物质的量减少为1 mol 。试求：(1) 5分钟后，容器中H2和NH3的物质的量。(2) 5分钟内三者的反应速率各是多少？ (3) 三者速率是否相等 2：反应 4NH3 （g）5O2（g） 4NO（g）6H2O （g） 在10L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol, 则此反应的平均速率A、(NH3)=0.0101mol.L-1.s-1 B、 (O2)=0.0010 mol.L-1.s-1 C、 (NO)=0.0010 mol.L-1.s-1 D、 (H2O)=0.045 mol.L-1.s-1 3、在一定条件下，mA + nB = pC的反应中，各物质的化学反应速率为v(A)=amol/(Ls),v(B)=0.5amol/(Ls),v(C)=amol/(Ls),则该反应的化学方程式为：_4、在四个不同的容器中，在不同条件下进行反应：N2 +3H2 2NH3 据下列在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是 A、（H2 ）0.1mol/(L.min) B、（N2)=0.1mol/(L.min)C、 (NH3 )=0.3mol/(L.min) D、（H2 )0.01mol/(L.s)5、反应 A + 3B = 2C + 2D 在四种不同条件下的反应速率为：(1)(A)=0.3mol/(Ls ) (2) (B)=0.6mol/(Ls)(3) (C)=0.4mol/(Ls) (4) (D)=0.45mol/(Ls) 则该反应速率的快慢顺序为:_6、恒温下，将1 mol N2和3 mol H2在体积为2L的容器中混合，发生如下反应：N2 +3H2 2NH3 ，2S后，测得NH3的体积分数为25%，则下列说法中不正确的是( )A、用N2浓度的减少表示平均反应速率0.2 mol/LsB、2S时用N2的转化率为40%C、2S时混合气体中n(N2):n(H2):n(NH3)= 3:9:4D、2S时NH3的浓度为0.4 mol/L7.在反应A(g)+3B(g)2C(g)中，若以物质A表示化学反应速率为0.2 mol/(Lmin)，则以物质B表示此反应的化学反应速率为 mol/(Lmin)。8在2 L的密闭容器中，充人2 molN2和3 molH2，在一定条件下发生反应，3 s后测得N2为1.9 mol，则以H2的浓度变化表示的反应速率为 。9在反应3H2+N22NH3中，经一段时间后，氨的浓度增加了0.6 molL，在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.45 mol(Ls)，则反应所经历的时间为( )。A0.44 s B1 s C0.33 s D2 s10.已知某反应的各物质浓度数据如下： 起始浓度（）： 2s末浓度（）： 据此可推算出上述方程式中各物质的计量数之比是（ ）A.9：3：4B. 3：1：2 C. 2：1：3D. 3：2：1二、影响化学反应速率的因素下列过程中，需要加快化学反应速率的是（ ）A.钢铁腐蚀 B.食物腐坏 C.炼钢 D.塑料老化改变化学反应速率在实践中有很重要的意义，我们可以根据生产和生活的需要，采取适当措施改变化学反应速率。那么，如何能够改变化学反应速率呢？探究实验各取一根镁条和一根铝条分置于两支加有23mL 3mol/L 硫酸溶液的试管中。观察产生气泡的快慢；实验现象：镁条反应速率比铝快实验结论：活泼的反应快1、内部因素：在相同外界条件下，参加反应的物质的性质是决定化学反应速率的内部因素。2、外部因素影响因素我们所说的外界条件主要指主要指浓度、温度、压强(主要对有气体参加的反应)、催化剂、表面积(主要对有固体参加的反应)等。 (1) 浓度对化学反应速率的影响探究实验甲做大理石与1 mol/L 盐酸的反应；乙做大理石与0.1 mol/L盐酸的反应，实验现象：甲的试管中有大量气泡产生，反应剧烈。而乙的试管中气泡产生较慢。结论：相同条件下，浓度大的反应快。许多实验表明，其他条件不变时，增加反应物的浓度可以增大化学反应速率。 其他条件不变时，增加反应物的浓度，可以增大化学反应速率 要想从本质上理解化学反应速率改变的原因，还得从反应的过程和本质说起，请大家回忆一下化学反应的过程和本质都是什么呢？化学反应的过程是反应物分子中的原子重新组合在生成物分子的过程，其本质是反应物分子中旧的化学键的断裂和新的化学键的形成的过程。反应物分子中旧键的断裂与生成物分子中新键的形成必须要靠反应物分子的相互接触，相互碰撞才可以完成。所以反应物分子(或离子)的相互碰撞是发生化学反应的先决条件，事实证明，反应物分子(或离子)间单纯的接触或碰撞并不一定就发生化学反应，也就是碰撞存在着的有效性，在所有碰撞中有效碰撞是很少的，我们把能发生反应的碰撞叫有效碰撞，能发生有效碰撞的分子叫活化分子应该注意的是，发生有效碰撞的必须是活化分子。但活化分子间的碰撞却不一定就是有效碰撞。因为有效碰撞不仅需要足够的能量。还需要正确的取向，无论是运动员投篮球还是化学反应都表明只有能量和取向都满足时，才会发生有效碰撞。在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子承反应物中所占百分比是一定的，因此单位体积内活化分子数与单位体积内的反应物的分子数成正比。也就是和反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内活化分子数目增多，发生有效碰撞的次数就相应增多，化学反应速率也随之加快了。 理论解释：浓度增大活化分子数增多有效碰撞次数增大化学反应速率加快值得我们注意的是：(1) 对于纯液体或固体物质，可认为其浓度为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。(2) 对于可逆反应，增大一种物质的浓度，正逆反应速率都增加。(3) 固体反应物颗粒的大小能影响化学反应速率。固体颗粒越小，其表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，有效碰撞资料将增加，所以能加快化学反应速率。 (2) 压强对化学反应速率的影响压强对化学反应速率的影响，指的是有气体参加的化学反应。当温度一定时，压强增大，体积减小，单位体积内分子数增加，相当于浓度增大，故压强增大可增大化学反应速率。 结论：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时，压强增大浓度增大 理论解释：在其他条件不变时，压强增大浓度增大活化分子数增大有效碰撞次数增大速率增大值得注意的是，由于压强的变化对固体、液体或溶液的体积影响很小，因而它们浓度改变的影响也很小，可以认为改变压强对它们的反应速率没有影响，而对于可逆反应，压强增大，正、逆反应速率都增大。而对于气体反应体系，有以下几种情况：I 恒温时，增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快II 恒容时，充入气体反应物总压增大浓度增大反应速率加快 充入惰性气体总压增大，各物质浓度不变，反应速率不变III 恒压时，充入惰性气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢 (3) 温度对化学反应速率的影响为什么夏天仪器容易变质，而冰箱可保鲜？温度高，食品腐烂快，易变质温度对化学反应速率的影响反应原理：2H2O2 = 2H2O +O2 操作方法：在三支相同的试管中分别加入2-3 mL 约5%的双氧水，然后在每一去试管中滴加2滴1 mol/L的FeCl3 溶液后立即套上气球(大小相同)。等三支试管上的气球大小差不别相同时，同时置于三个分别盛有热水、冷水、空烧杯中，观察现象结论：在其他条件不变的条件下，温度越高化学反应速率越快。 结论：在其他条件不变的条件下，温度越高化学反应速率越快 解释：浓度一定时，温度越高，反应物分子的能量就越高，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子反应物分子中活化分子的百分数增大有效碰撞次数增大反应速率增大。实验测得，温度每升高10，化学反应速率通常增大到原来的2-4倍，同时，我们还应了解到，此规律对于吸放热反应均适用。一般地说，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易于控制，是实验室最常用的增大化学反应速率的方法。练习：在10时某化学反应速率为0.1 mol / (Ls)，若温度每升高10反应速率增加到原来的2倍。为了把该反应速率提高到1.6 mol / (Ls)，该反应需在什么温度下进行？（ ）A、30B、40C、50D、60 (4) 催化剂(catalyst)对化学反应速率的影响催化剂对化学反应速率的影响反应原理：2H2O2 = 2H2O +O2 操作方法：在3支大小相同的试管中各装入2-3 mL 约5%的H2O2溶液，再向其中2支试管中分别加入少量MnO2粉末、1-2滴1 mol/L FeCl3溶液。观察实验现象 结论：在其他条件不变的条件下，催化剂能够改变化学反应速率。能加快化学反应速率的叫正催化剂；能减慢化学反应速率的叫负催化剂 。在实际应用中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。约80%-85%的化工生产过程要使用催化剂。使用催化剂的目的是加快反应速率，提高生产效率。催化剂参加化学反应，但反应前后的质量和化学性质是不变的。催化剂具有高度的选择性和专一性。我们常提到的酶就是一种非常好的催化剂 解释：使用催化剂降低反应物所需的能量 更多的反应物的分子成为活化分子大大增加单位体积内的活化分子百分数成千成万倍的增大化学反应速率在使用催化剂时我们要防止催化剂中毒。催化剂中毒是指催化剂的催化性能往往因接触少量的杂质而明显下降甚至遭破坏的现象。另外，催化剂只有在一定的温度下才能最大限度的显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一样。思考与交流1.请预计大理石（ CaCO3 ）分别与0.1mol/L和1mol/L的盐酸反应的快慢。你能得出什么结论吗？增大浓度反应速率加快，减小浓度反应速率减慢。2.块状CaCO3 、粉末状CaCO3与0.1 mol/L的盐酸反应谁快谁慢？为什么？增大固体表面积可以加快反应速率（接触充分）3.实验室进行化学反应时，常常把一些固体物质溶于水配成溶液再进行反应。为什么？离子反应速率快，瞬间完成。(粒子的接触充分）五：除了浓度，压强、温度、催化剂等能改变化学反应速率外，反应物颗粒的大小、溶剂的性质、光、超声波、磁场等也会对化学反应速率产生影响。思考与交流1、为什么要将食物存放在温度较低的地方？低温下食物腐败速率大大降低，不易变质2、实验时，通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细，并混匀后再进行反应，原因是什么？固体研细后其表面积极大地增加，大大增加了反应物之间的接触机会，可以提高反应速率，有利于反应的进行3、实验室常用约30%左右的硫酸溶液与锌粒反应制取氢气，当反应进行一段时间后，气泡变得稀少了，如果添加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又会重新增多起来，原因是什么？增大反应物的浓度，使反应物之间的接触机会增大，加快反应速率。1.在溶液中发生的反应，对反应速率不发生影响的因素是( )。A温度 B压强 C浓度 D催化剂2.在反应：C+CO22CO中，可使反应速率增大的措施是( )。 增大压强 升高温度 通入CO2 增加碳的量 降低压强 A B C D3下列措施对增大反应速率明显有效的是( )。 ANa与水反应时增大水的用量 BFe与稀硫酸反应制取H2时，该用浓硫酸C在K2SO4与BaCl2两溶液反应时，增大压强DAl在氧气中燃烧生成A12O3，将Al片改成Al粉4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（ ）A.加热 B.不用稀硫酸，改用98%浓硫 C.滴加少量CuSO4溶液 D.不用铁片，改用铁粉三、化学反应的限度若对于一个能顺利进行的、彻底的化学反应来说，由于反应物已全部转化为生成物，如H和OH的中和反应主不存在什么进行程度的问题了，所以，化学平衡的研究对旬是可逆反应。1、研究对象：可逆反应可逆反应指的是在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。可逆反应不能进行到底，只能进行到一定程度后达到所谓的平衡状态，平衡时各物质的物质的量都大于零。对于有气体参加的可逆反应，必须在密闭容器中进行。那么什么是化学反应限度呢？将SO2 和O2按物质的量之比21的比例充入具有适宜反应条件的容积固定的密闭容器中，SO2 跟O2发生可逆反应，试分析说明在一定的时间里SO2、O2和SO3 的物质的量浓度以及正反应速率和逆反应速率是怎样变化的。2、化学平衡的建立化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。化学平衡状态： 在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。化学平衡状态是维持在一定条件下的，一量条件发生改变，平衡就遭到破坏，动态平衡也体现了辩证唯物主义观点，既运动是相对的，而静止也是相对的。对于一个给定的可逆反应，若起始条件相同，则平衡状态也相同，不相同的起始条件，平衡状态也不同。随堂练习1、一定温度下，反应H2 (g)+I2 (g) 2HI(g)达到平衡的标志是( )A、单位时间内生成nmolH2 同时生成nmolHI。B、单位时间内生成2nmolHI同时生成nmolI2 。C、单位时间内生成nmolH2同时生成nmolI2D、1mol的H-H键断裂的同时，有1mol的I-I键断裂。2.某温度时，在5 L的容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间的变化曲线如右图所示。请通过计算回答下列问题。（1）反应开始至2 mim，Y的平均反应速率。（2）分析有关数据，写出X、Y、Z的反应方程式。（3）写出提高Y的转化率的两个措施。3、特征：(1) 逆化学平衡研究的对象是可逆反应，可逆反应不能进行到底，即反应进程中反应物不能全部转化为生成物。 (2) 动达到平衡时正反应速率和逆反应速率相等，但不为零，即化学平衡是动态平衡，正反应和逆反应仍在持续进行。在这里，用同一种物质来表示反应速率时，该物质的消耗的速率与生成的速率相等。即单位时间内消耗与生成的物质的物质的量相等。用不同物质来表示 ，反应速率不一定相等，某一反应物的速率与某一生成物速率之比等于反应方程式中的化学计量数之比。 (3) 定在平衡混后物中，各组成成分的浓度保持一定，不再随时间变化而变化。 注意：浓度不变不等于浓度相等。练习、在一定温度下，2NO2 （g) N2O4 (g) (无色）的可逆反应中，下列情况属于平衡状态的是（ ）A.、N2O4 不再分解 B.、v(N2O4 ):v(NO2 )=1:2C、体系的颜色不再改变 D、NO2 的浓度与N2O4 的浓度之比2：1 (4) 变改变影响化学平衡的条件，平衡就被破坏，正、逆反应速率不再相等，平衡发生移动，直至建立新的平衡。 (5) 化学平衡的建立与反应途径无关同一可逆反应，只要条件相同，并按反应方程式的化学计量数的相应量配料，使容器总质量保持不变，则无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或正、逆反应同时开始，最终都能达到同一平衡状态。练习、可逆反应达到平衡的重要特征是：（ ）A、反应停止了 B、正、逆反应的速率都为零C、正、逆反应都还在继续进行 D、正、逆反应速率相等、一定条件下，可逆反应达到平衡时：A、单位时间内反应物减少的分子数等于生成物增加的分子数B、反应物浓度等于生成物浓度C、反应物与生成物浓度保持不变D、 混和体系中各组成成份和含量保持不变5.工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是： 2C（焦炭）O2（空气）2CO； Fe2O33CO2Fe3CO该炼铁工艺中，对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需其主要原因是：（ ）A.CO过量 B.CO与铁矿石接触不充分C.炼铁高炉的高度不够 D.CO与Fe2O3的反应有一定限度6.一定温度下，可逆反应3X(g)+Y(g) 2Z(g)达到限度的标志是（ ）A.单位时间内生成3n mol X，同时消耗n mol Y B.X的生成速率与Z的生成速率相等C.X、Y、Z的浓度相等 D.X、Y、Z的分子个数比为3:1:2注意：1、任何化学反应的进程都有一定的限度 ，只是不同反应的限度不同罢了。2、在可逆反应中，反应物不能按化学计量数之比完全转化为生成物,因此,反应物的转化率小于100。3、有些反应的可逆性很小，如Ag+Cl- = AgCl 一般可视为不可逆反应。4、化学反应的限度可以通过改变条件而改变。4、化学平衡的标志以mA+nB xC+yD 为例，(1) v(B耗)=v(B生)(2) v(C耗):v(D生)= x:y(3) c(C)、C%、n(C)%保持不变(4) 若A、B、C、D为气体，且m+nx+y，则压强恒定，体系气体平均分子量恒定随堂练习判断下列是否达到平衡1、 各物质的物质的量或各物质的物质的量浓度一定 2、 各物质的质量或各物质的质量分数一定 3、 各气体的体积或体积分数一定 4、 总体积、总压力、总物质的量一定 *5、 单位时间内消耗了m mol A的同时生成了n mol A 6、 单位时间内消耗了n mol B 的同时生成了x mol C *7、 m+nx+y时，总压力一定，平均分子量一定 8、 m+n=x+y时，总压力一定 平均分子量一定*请同学们根据这节课我们学习的知识，来解决一下高炉尾气之迷。 任何化学反应都有一定的限度，不能按化学反应方程式的计量关系完全反应。对可逆反应 Fe2O3 +3CO2Fe+3CO2 而言，增加高炉高度只是增加了CO和铁矿石的接触时间，并没有改变化学平衡建立时的条件，即没有改变化学反应的原理。所以化学平衡建立后，较矮高炉和高大高炉里CO的浓度是相同的，建造更高的高炉，不会减少高炉气中CO的浓度。板书四、化学反应条件的控制在生产和生活中，人们希望促进有利的反应，抑制有害的反应，这就涉及到反应条件的控制定向爆炸是通过减少单位体积炸药用量，及增大反应接触面积达到控制反应的目的。一般情况下，可通过控制温度、使用催化剂、改变反应物浓度、增大或减小反应物接触面积等方法控制反应条件。1、如何提高燃料的燃烧效率？燃料充分燃烧的条件是什么？2、如何控制化学反应条件？请结合生活实际，谈谈控制化学反应的条件有何意义？板书1、提高燃料燃烧效率的措施：（1）尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。（2）尽可能充分地利用燃料燃烧所释放的热能，提高热能的利用率。关键是燃料与空