高中化学人教版基础课时6化学反应速率

基础课时6化学反应速率学习目标1.知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的方法。2.学会化学反应速率的简单计算。一、化学反应速率的理解与认识(一)知识梳理1.定义衡量化学反应进行快慢的物理量。2.表示方法(1)化学反应速率可以用单位时间、单位体积中反应物或生成物的物质的量变化来表示。(2)如果反应体系的体积是恒定的，则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。3.计算表达式v＝eq\f(Δc,Δt)；单位：mol·L－1·s－1或mol/(L·s)、mol·L－1·min－1或mol/(L·min)。Δc表示反应物浓度或生成物浓度的变化，其常用单位是mol/L(或mol·L－1)等。Δt表示反应时间的变化。4.化学反应速率的测定(1)测定原理：利用与化学反应中任何一种化学物质的浓度相关的可观测量进行测定。(2)测定方法①直接观察测定：如释放出气体的体积和体系的压强等。②科学仪器测定：如反应体系颜色的变化。在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色变化和显色物质与浓度变化间的比例关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。(二)互动探究对于化学反应2A(s)＋B(g)2C(g)＋D(g)，经2minB的浓度减少0.6mol/L。【问题讨论】问题1能否用物质A的浓度变化来表示化学反应速率？为什么？提示不能。对于有固体或纯液体参与的反应，由于在一定条件下，固体或纯液体的浓度可视为常数，所以固体或纯液体在化学反应中浓度不变，因此不能用固体或纯液体的浓度来表示化学反应速率。问题2分别用B、C、D表示反应的速率，其比是多少？有何规律？提示B、C、D表示反应的速率之比是1∶2∶1。速率之比等于化学计量数之比，即v(B)∶v(C)∶v(D)＝1∶2∶1。问题3某同学认为，2min末时的反应速率用反应物B来表示的是0.3mol·L－1·min－1。该同学的说法是否正确？为什么？提示不正确。2min末的反应速率为即时速率，用B表示速率0.3mol·L－1·min－1是2min内的平均速率。问题4在2min内用C表示的反应速率是多少？提示0.6mol·L－1·min－1。问题5对于反应4A(g)＋2B(g)3C(g)＋D(g)，在不同条件下反应，其平均反应速率v(X)如下，其中反应速率最大的是哪一个？①v(A)＝0.2mol·(L·s)－1②v(B)＝6mol·(L·min)－1③v(C)＝8mol·(L·min)－1④v(D)＝4mol·(L·min)－1提示④。在速率单位统一的情况下，反应速率与化学计量数的比值越大，反应速率越大，则：①eq\f(0.2×60,4)＝3mol·(L·min)－1；②eq\f(6,2)＝3mol·(L·min)－1；③eq\f(8,3)＝2.6mol·(L·min)－1；④eq\f(4,1)＝4mol·(L·min)－1。【探究归纳】1.理解化学反应速率要注意以下几个问题(1)不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。(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)表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，因为同一化学反应，用不同的物质表示的反应速率，其数值可能不同。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，即单位时间时，速率之比等于化学方程式中相应物质的计量数之比。(5)一般来说在反应过程中都不是等速进行的，由公式v＝eq\f(Δc,Δt)计算得到的是某一段时间间隔内的平均速率。(6)平均速率与瞬时速率。若时间间隔Δt非常小，则平均速率v＝eq\f(Δc,Δt)接近某一时刻的瞬时速率。瞬时速率也可以在物质的浓度随时间的变化曲线上通过数学方法求得。2.比较化学反应速率大小的常用方法(1)统一标准法当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时，按相应的化学方程式中各物质的化学计量数之比换算成同一物质表示的化学反应速率，统一单位，再比较数值大小。(2)比值比较法比较化学反应速率与其相应化学方程式中物质的化学计量数的比值大小，在单位相同时，数值大者反应速率大，如对于反应mA(g)＋nB(g)=pC(g)，eq\f(1,m)v(A)、eq\f(1,n)v(B)、eq\f(1,p)v(C)三者中，单位相同时，数值大者表示的反应速率大。1.下列说法正确的是()A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示B.用不同物质的浓度变化表示同一时间内同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比C.由v＝eq\f(Δc,Δt)计算所得化学反应速率为某时刻的瞬时速率D.在反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值答案B解析化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示，A错误；用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比，B正确；化学反应速率表示化学反应在某一时间段内的平均速率，而不是瞬时速率，C错误；在计算化学反应速率时，取浓度变化的绝对值，故化学反应速率恒为正值，D错误。2.反应P(g)＋3Q(g)2R(g)＋2S(g)，在不同情况下测得反应速率如下，其中反应速率最快的是()A.v(P)＝0.15mol·L－1·min－1B.v(R)＝0.15mol·L－1·s－1C.v(Q)＝0.6mol·L－1·min－1D.v(S)＝0.4mol·L－1·min－1答案B解析各物质的反应速率除以其对应的化学计量数，所得结果最大的则反应速率最快。v(P)＝0.15mol·L－1·min－1；eq\f(v（R）,2)＝eq\f(9mol·L－1·min－1,2)＝4.5mol·L－1·min－1；eq\f(v（Q）,3)＝eq\f(0.6mol·L－1·min－1,3)＝0.2mol·L－1·min－1；eq\f(v（S）,2)＝eq\f(0.4mol·L－1·min－1,2)＝0.2mol·L－1·min－1，故反应速率最快的为B选项。二、化学反应速率的计算1.实例将4molA气体和2molB气体在2L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)，若经2s后测得C的浓度为0.6mol/L。(1)用物质A表示的平均反应速率为多少？用物质B表示的呢？(2)2s时物质A的转化率为多少？(3)2s时物质B的浓度为多少？提示(1)0.3mol/(L·s)0.15mol/(L·s)(2)30%(3)0.7mol/Lv(A)＝eq\f(0.6mol/L,2s)＝0.3mol/(L·s)；v(B)＝eq\f(1,2)v(A)＝0.15mol/(L·s)；α(A)＝eq\f(0.6mol/L,2mol/L)×100%＝30%；c(B)＝0.7mol/L。2.化学反应速率的计算方法(1)公式法由v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(Δn,VΔt)公式计算注意：如果题目中给出的是物质的量，在计算速率时应先除以体积，转化为浓度的变化量。(2)关系式法运用同一反应中“速率之比等于化学计量数之比”的关系式计算。(3)“三段式”法运用“三段式”求解化学反应速率计算题的一般步骤：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。计算中注意以下关系：a.对于反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)b.对于生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)c.各物质的转化量之比等于其化学计量数之比d.转化率＝eq\f(c（转化）,c（起始）)×100%3.已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)ΔH＝－akJ·mol－1(a>0)。一定条件下，将2molNO和2molBr2通入2L的恒容密闭容器中。反应进行10s时，测得生成0.5molNOBr。下列说法正确的是()A.0～10s内，v(Br2)＝0.025mol·L－1·s－1B.第10s时，v(NOBr)＝0.025mol·L－1·s－1C.第10s时，NO的浓度为0.75mol·L－1D.0～10s内，NO(g)与Br2(g)反应放出的热量为akJ答案C解析利用三段式分析0～10s内，v(Br2)＝eq\f(Δc（Br2）,Δt)＝eq\f(Δn,V·Δt)＝eq\f(0.25mol,2L×10s)＝0.0125mol·L－1·s－1，A错误；利用公式v(A)＝eq\f(Δc（A）,Δt)计算的是A物质的平均速率而不是瞬时速率。v(NOBr)＝0.025mol·L－1·s－1表示的是0～10s内的平均速率，不能表示第10秒时NOBr的瞬时速率，B错误；第10s时，c(NO)＝eq\f(n（NO）,V)＝eq\f(1.5mol,2L)＝0.75mol·L－1，C正确；该可逆反应的反应热表示2molNO(g)和1molBr2(g)完全反应生成2molNOBr(g)时，放出的热量为akJ。0～10s内，有0.5molNOBr生成，放出热量为eq\f(0.5a,2)kJ，D错误。4.某温度下，在2L密闭容器中进行反应：mX(g)＋nY(g)pZ(g)＋qQ(g)，式中m、n、p、q为物质的化学计量数。在0～3min内，各物质的物质的量变化如表所示：物质时间XYZQ起始/mol0.712min末/mol0.82.70.82.73min末/mol0.8已知2min内v(Q)＝0.075mol·L－1·min－1，eq\f(v（Z）,v（Y）)＝eq\f(1,2)。(1)试确定以下物质的相关量：起始时n(Y)＝________，n(Q)＝________。(2)化学方程式中m＝________，n＝________，p＝________，q＝________。(3)用Z表示2min内的反应速率：________。(4)2min末Q的转化率为________。答案(1)2.3mol3.0mol(2)1423(3)0.05mol·L－1·min－1(4)10%解析(1)Δn(Q)＝v(Q)·V·Δt＝0.075mol·L－1·min－1×2L×2min＝0.3mol，Δn(X)＝0.8mol－0.7mol＝0.1mol；Δn(Z)＝1mol－0.8mol＝0.2mol；n(Q)＝0.3mol＋2.7mol＝3.0mol；Δn(Y)＝0.4mol，n(Y)＝2.7mol－0.4mol＝2.3mol；(2)m∶n∶p∶q＝Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(Q)＝0.1mol∶0.4mol∶0.2mol∶0.3mol＝1∶4∶2∶3；(3)eq\f(v（Q）,v（Z）)＝eq\f(3,2)，v(Q)＝0.075mol·L－1·min－1，则v(Z)＝0.05mol·L－1·min－1；(4)Q的转化率α(Q)＝eq\f(Δn,n)＝eq\f(0.3mol,3mol)×100%＝10%。A级合格过关练选择题只有1个选项符合题意(一)化学反应速率的理解1.判断正误(正确划“√”，错误划“×”)。(1)化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L－1。()(2)在可逆反应中，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值。()(3)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快。()(4)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×2.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.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质C.若一段时间内某化学反应的反应速率为0.5mol·L－1·s－1，就是指在该时间段内反应物和生成物的浓度变化都为0.5mol·L－1·s－1D.化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1答案C解析化学反应有的快，有的慢，则使用化学反应速率来定量表示化学反应进行的快慢，A正确；反应物本身的性质是决定反应速率的主要因素，如火药爆炸、食物腐败，故B正确；若某化学反应的反应速率为0.5mol·(L·s)－1是指用某一物质表示的平均速率，与用其他物质表示的速率不一定相等，C错误；公式v＝eq\f(Δc,Δt)中，浓度的单位是mol/L，时间单位常用s、min，所以化学反应速率常用单位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1，D正确。3.将5.6g铁粉投入盛有100mL2mol·L－1稀硫酸的烧杯中，2min时铁粉刚好完全溶解。下列有关这个反应的反应速率的表示正确的是()A.0～2min内，铁的反应速率为0.5mol·L－1·min－1B.0～2min内，H2SO4的反应速率为0.5mol·L－1·min－1C.2min末，FeSO4的反应速率为0.5mol·L－1·min－1D.0～2min内，H2的反应速率为0.5mol·L－1·min－1答案B解析铁为固体，不能用单位时间内浓度变化量表示反应速率，A错误；5.6g铁粉的物质的量为eq\f(5.6g,56g/mol)＝0.1mol，由Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑，可知参加反应的硫酸的物质的量为0.1mol，故用硫酸表示的反应速率为eq\f(\f(0.1mol,0.1L),2min)＝0.5mol/(L·min)，B正确；2min末硫酸亚铁的反应速率表示瞬时速率，而0.5mol/(L·min)表示2min内硫酸亚铁的平均反应速率，C错误；氢气为气体，必须在一定体积的容器中方可用单位时间内浓度变化量表示反应速率，D错误。(二)化学反应速率的一般计算4.将4molA气体和2molB气体在2L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90s后测得A的浓度为1mol/L，物质A表示的反应速率正确的是()A.2mol/(L·min) B.0.67mol/(L·min)C.1mol/(L·min) D.0.5mol/(L·min)答案B解析已知开始时A的浓度为4mol÷2L＝2mol/L，90s后A的浓度为1mol/L，则A的反应速率为eq\f(2mol/L－1mol/L,1.5min)＝eq\f(2,3)mol·L－1·min－1＝0.67mol/(L·min)，故答案选B。5.在反应N2＋3H22NH3中，经一段时间后，氨的浓度增加了0.6mol·L－1，在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.9mol·L－1·s－1，则反应所经历的时间为()A.0.44s B.1sC.0.33s D.2s答案B解析设反应所经过的时间为ts，在此时间内用H2表示的平均反应速率为0.9mol·L－1·s－1，则v(NH3)＝eq\f(2,3)v(H2)＝0.6mol·L－1·s－1，0.6mol·L－1·s－1×t＝0.6mol·L－1，解得：t＝1s。6.一定温度下，在2L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：(1)反应开始到10s，用Z表示的反应速率为________mol/(L·s)。(2)反应开始到10s时，Y的物质的量浓度减少了________mol/L。(3)反应的化学方程式为___________________________________。答案(1)0.079(2)0.395(3)X＋Y2Z解析(1)反应开始到10s，用Z表示的反应速率为v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(\f(1.58mol,2L),10s)＝0.079mol/(L·s)。(2)反应开始到10s时，Y物质的量减少1mol－0.21mol＝0.79mol，Y的物质的量浓度减少eq\f(0.79mol,2L)＝0.395mol/L。(3)由图像可以看出X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，化学反应中各物质的物质的量变化量与化学计量数之比成正比，则有Y∶X∶Z＝(1.20mol－0.41mol)∶(1.0mol－0.21mol)∶1.58mol＝1∶1∶2，则反应的化学方程式为X＋Y2Z。(三)反应速率大小的比较7.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)＝0.45mol·L－1·s－1、②v(B)＝0.6mol·L－1·s－1、③v(C)＝0.4mol·L－1·s－1、④v(D)＝0.45mol·L－1·s－1，该反应进行的快慢顺序为()A.①>③>②>④ B.①>②＝③>④C.②>①＝④>③ D.①>④>②＝③答案D解析不同物质表示的速率之比等于其化学计量数之比，故各物质表示的反应速率与其化学计量数之比越大，反应速率越快。①eq\f(v（A）,1)＝0.45mol·L－1·s－1；②eq\f(v（B）,3)＝0.2mol·L－1·s－1；③eq\f(v（C）,2)＝0.2mol·L－1·s－1；④eq\f(v（D）,2)＝0.225mol·L－1·s－1；反应速率①＞④＞②＝③。8.不同的化学反应，进行的快慢千差万别，下列表示反应3A(g)＋B(g)=2C(g)＋3D(g)速率最快的是()A.vA＝0.9mol·L－1·min－1B.vB＝0.35mol·L－1·min－1C.vC＝0.01mol·L－1·s－1D.vD＝0.015mol·L－1·s－1答案B解析把A、C、D项的速率都转化为以B表示的速率：A项为vB＝0.3mol·L－1·min－1，C项为vB＝0.3mol·L－1·min－1，D项为vB＝0.3mol·L－1·min－1，即可知速率最快的是B。(四)化学反应速率的计算——三段式的应用9.将1molA和2molB放入5L恒温恒容密闭容器中发生反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋2D(g)，一定温度，经5min后，测得容器内B的浓度减少了0.2mol·L－1，下列叙述不正确的是()A.在5min内该反应用D的浓度变化表示的反应速率为0.04mol·L－1·min－1B.5min时容器内气体总的物质的量为3molC.随着反应的进行容器内压强会增大D.5min时，容器内C的浓度为0.1mol·L－1答案B解析经5min后，测得容器内B的浓度减少了0.2mol/L，可知转化的B为0.2mol/L×5L＝1mol，则在5min内，该反应用D的浓度变化表示的反应速率为v(D)＝eq\f(Δn,VΔt)＝eq\f(1mol,5L×5min)＝0.04mol·L－1·min－1，A正确；A为固体，B、C、D为气体，5min时容器内气体总的物质的量为1＋0.5＋1＝2.5mol，B错误；恒温恒容下，压强与气体物质的量成正比，该反应是气体分子数增大的反应，即气体的总物质的量增大，则随着反应的进行容器内压强会增大，C正确；5min时，容器内C的浓度为c＝eq\f(n,V)＝eq\f(0.5mol,5L)＝0.1mol/L，D正确。10.将等物质的量的A和B混合于2L的密闭容器中，发生反应3A(g)＋B(g)=xC(g)＋2D(g)，经过5min后测得D的浓度为0.5mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，C的反应速率是0.1mol·L－1·min－1。(1)x的值是________。(2)A在5min末的浓度是________。(3)B的平均反应速率是________，D的平均速率是________。答案(1)2(2)0.75mol·L－1(3)0.05mol·L－1·min－10.1mol·L－1·min－1解析v(D)＝eq\f(0.5mol·L－1,5min)＝0.1mol·L－1·min－1，与C的反应速率相等，故x＝2。设起始时A与B的浓度均为cmol·L－1，则根据题意得(c－0.75)∶(c－0.25)＝3∶5，解得c＝1.5，故A在5min末的浓度为1.5mol·L－1－0.75mol·L－1＝0.75mol·L－1。v(B)＝eq\f(0.25mol·L－1,5min)＝0.05mol·L－1·min－1。B级素养培优练11.向一容积为5L的恒容密闭容器中充入5molA与8molB，在一定条件下反应：2A(g)＋3B(g)xC(g)＋yD(g)(x、y为正整数)反应进行2min后达到平衡，这2min内平均反应速率v(C)＝0.3mol·L－1·min－1，D的平衡浓度为0.3mol·L－1，又知v(B)∶v(C)＝3∶2，则下列说法中一定不正确的是()A.x∶y＝2∶1B.v(A)∶v(C)＝1∶1C.A的平衡浓度为0.4mol/LD.A与B的平衡浓度之比为2∶3答案D解析达到平衡时C的浓度变化为0.6mol/L，D的平衡浓度为0.3mol/L，对于可逆反应计量系数之比等于浓度变化量之比，则Δc(C)∶Δc(D)＝x∶y，x∶y＝2∶1，A正确；计量系数之比等于反应速率之比，v(B)∶v(C)＝3∶2，可求出x＝2，y＝1，则v(A)∶v(C)＝1∶1，B正确；由v(A)∶v(C)＝1∶1，Δc(A)＝Δc(C)＝0.6mol/L，参加反应的A浓度为0.6mol/L，则A的平衡浓度为1mol/L－0.6mol/L＝0.4mol/L，C正确；计量系数之比等于浓度变化量之比，eq\f(Δc（B）,Δc（A）)＝eq\f(3,2)，则参加反应的B的浓度为0.9mol/L，B的平衡浓度为1.6mol/L－0.9mol/L＝0.7mol/L，A与B的平衡浓度比等于eq\f(0.4,0.7)＝eq\f(4,7)，D错误。12.某温度下，在容积为2L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)＋bB(g)cC(g)ΔH＝－QkJ·mol－1(Q>0)，12s时反应达到平衡(即A和B的量不再发生变化)，生成C的物质的量为0.8mol，反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是()A.前12s内，A的平均反应速率为0.025mol·L－1·s－1B.12s后，物质C的量将会逐渐增大C.化学计量数之比b∶c＝2∶1D.12s内，A和B反应放出的热量为0.4QkJ答案D解析图像分析可知A的浓度变化＝0.8mol/L－0.2mol/L＝0.6mol/L，反应速率v＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(0.6mol/L,12s)＝0.05mol/(L·s)，A错误；12s时反应达到平衡(即A和B的量不再发生变化)，所以C的量也不再发生变化，B错误；前12s内，B的浓度变化量为(0