高中化学 2.1 化学反应速率知识导学素材 新人教版选修4（通用）

第一节 化学反应速率案例探究 我们知道，煤、石油和天然气的形成需要数十万年甚至上百万年，而H2和O2发生爆炸却瞬间完成。同样，发生了化学变化，但二者的反应快慢却相差甚远。这实际说明了两个反应的反应速率相差很大。归根结底取决于参加反应的物质的自身性质，除此之外，外界环境也会产生一定影响。问题： 1.化学反应速率取决于哪些因素？试分析说明。 2.为什么不同的化学反应，速率差别那么大呢？试举例说明。 我们知道，在书写化学反应方程式时，我们强调要注明化学反应发生的条件。反应条件不同，同样的反应物产物也可能不同。当然，离开了一定的反应条件，化学反应就不能发生。例如，氢气和氧气混合，在常温下可以稳定存在，但点燃时发生爆炸，反应瞬间完成；再者，白磷在一定条件下可以转化为红磷，石墨在加热、加压和催化剂存在条件下能够转化为金刚石。自学导引1.(1)化学反应速率用_来表示。在容积不变的反应器中，通常是用_。表达式：_单位：_(2)对于反应：mA+nB=pC+qD开始时，A的浓度为a molL-1，B的浓度为b molL-1，反应进行至t1 s时，A消耗了x molL-1，则反应速率可计算如下- mA + nB = pC + qD起始(t0 s)时 a molL-1 b molL-1 0 0反应(t1 s)时 (a-x)molL-1 molL-1 molL-1 molL-1则：v(A)= molL-1s-1v(B)=_v(C)=_v(D)=_从而可计算出：v(A)v(B)v(C)v(D)=_。由此可得出什么规律？对于同一反应，用不同物质表示化学反应速率，其数值是否相等？相互之间有什么关系？答案:(1)单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化 单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加v=c/t mol(Lmin)-1或mol(Ls)-1(2)nx/(t1-t0) molL-1s-1 px/(t1-t0) molL-1s-1 qx/(t1-t0)m molL-1s-1 mnpq参加反应的反应物或生成物的速率之比等于化学方程式中各物质对应的化学计量数之比。2.化学反应速率的测定化学反应的速率是通过_测定的。包括能够直接观察的某些性质，如_和_；也包括必须依靠仪器测量的性质，如_、_、_、_等。在溶液中常常利用_来跟踪反应的过程和测量反应速率。答案:实验 释放出气体的体积 压强 颜色的深浅光的吸收 光的发射 导电能力 颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系疑难剖析一、化学反应速率的计算化学反应速率通常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，要注意不能用质量或物质的量的变化表示；同一化学反应，用不同物质表示的化学反应速率之比等于其化学方程式中化学计量数之比。【例1】 将25 g A、5 g B和10 g C一并充入容积为1 L的密闭容器中，加热发生反应。2 min 后分析混合物的组成，结果含10 g A、21 g C，还有若干克D。若A、B、C、D的相对分子质量为30、20、44、18，且A、B、C、D均为气态物质。(1)用A、B、C、D表示分子式，写出该反应的化学方程式。(2)求该反应在2 min内的平均速率v(A)、v(B)、v(C)。解析：写出该反应的化学方程式，关键是找出A、B、C、D之间谁是反应物、生成物，找出它们之间物质的量的变化量的比值。设在化学反应中A、B、C、D的化学计量数分别为m、n、p、q。 mA nB pC qD反应前 25 g 5 g 10 g 0反应后10 g 0 21 g 9 gn 观察其质量变化，可见A、B为反应物，C、D为生成物。mnpq=2112。故该反应的方程式：2A+B=C+2Dv(A)=0.25 molL-1min-1，v(B)=v(C)= v(A)=0.125 molL-1min-1。答案：(1)2A+B=C+2D(2)v(A)=0.25 molL-1min-1,v(B)=v(C)=0.125 molL-1min-1友情提示: 确定反应物和生成物，主要看其在反应过程中质量的变化，反应物质量减小，生成物质量增加。另外，化学反应遵守质量守恒定律。二、判断化学反应的快慢利用化学反应速率比较反应进行的快慢，必须先转化为用同一物质表示的反应速率，再进行比较。同时，还应注意化学反应速率单位的一致性。【例2】 反应A+3B2C+2D在四种不同情况下的反应速率分别为：v(A)=0.15 molL-1min-1，v(B)=0.01 molL-1s-1,v(C)=0.40 molL-1min-1,v(D)=0.45 molL-1min-1，该反应进行的快慢顺序为_(填序号)。解析：在四种不同情况下的反应速率快慢需用同一物质的变化表示。v(A)v(B)v(C)v(D)=1322，转化为用A的浓度变化表示的反应速率为：v(A)=0.15 molL-1min-1,v(B)=0.01 molL-1s-1=0.6 molL-1min-1,则v(A)=v(B)=0.20 molL-1min-1,v(C)=0.40 molL-1min-1，则v(A)=v(C)=0.20 molL-1min-1,v(D)=0.45 molL-1min-1，则v(A)=v(D)=0.225 molL-1min-1，故反应进行的快慢顺序为：。答案：三、化学方程式的推断随着反应的进行，反应物不断减少，生成物不断增加，从而可判断其反应物和生成物。【例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变化的曲线如右图所示。由图中数据分析：该反应的化学方程式为_。反应开始至2 min，用Z表示的平均反应速率为_。解析：由图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减小，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。n(X)=1.0 mol-0.7 mol=0.3 moln(Y)=1.0 mol-0.9 mol=0.1 moln(Z)=0.2 mol-0 mol=0.2 moln(X)n(Y)n(Z)=0.3 mol0.1 mol0.2 mol=312故反应式为：3X+Y=2Zv(Z)=0.05 molL-1min-1答案：3X+Y=2Z 0.05 molL-1min-1友情提示:求化学方程式，先找反应物和生成物，再找化学计量数之比。【例4】 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)=a molL-1s-1,v(B)= molL-1s-1,v(C)=a molL-1s-1，则该反应的化学方程式是_。解析：在同一个化学反应中，同一段时间内各物质的化学反应速率之比等于其化学计量数之比。即mnp=aa=212，故反应的化学方程式是：2A+B=2C。答案：2A+B=2C友情提示:在同一个化学反应中，化学计量数之比等于其化学反应速率之比。四、化学反应速率图象读懂图象，找出图象中的关键，是解决此类题目的一般思路。【例5】 用纯净的CaCO3与稀盐酸反应制CO2，实验过程记录如下图所示。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，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，反应速率逐渐增快解析：CaCO3与稀盐酸反应的化学方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O，图象的横坐标是时间，纵坐标是二氧化碳的体积。很显然可以用单位时间内放出CO2的体积表示其反应速率，表现在图象上就是曲线的斜率，斜率越大，反应速率越快，放出CO2越多。答案：B友情提示:要把图象上表达的意义跟化学反应速率联系起来，弄清曲线的斜率就是该化学反应的反应速率。拓展迁移拓展点一：固体和纯液体的浓度 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。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。拓展点二：平均速率和瞬时速率 由于在一定时间内的化学反应，有关物质的物质的量浓度是连续地变化的，所以化学反应速率有平均速率和即时(或瞬时)速率之分。在中学化学里，通常说的化学反应速率一般是指平均速率。在速率时间图象中经常出现瞬时速率，如锌粒在0.1 molL-1的稀盐酸中反应，一定温度下的反应速率与反应时间的关系如图所示。图象的A点就是在反应时间t1时刻的瞬时反应速率。拓展点三：化学反应速率的直观表示 化学反应中，根据与化学反应中任何一种物质的浓度(或质量)相关的性质进行测量，能够直接观察到某些性质例如释放出气体的体积或压强变化等，也可以依靠科学仪器测量的性质体系颜色改变、光的吸收、光的发射、导电能力等。这些变化可以较为直观地表示某一反应的反应快慢。通常，人们利用体系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。拓展点四：化学反应速率常数 于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)，某一时刻设体系的反