2022高一化学教案第5讲 化学反应的速率和限度.doc

第5讲 化学反应的速率和限度满分晋级 化学反应与能量变化4-5级化学反应的速率和限度化学反应与能量变化6级化学反应速率和化学平衡化学反应与能量变化2级化学反应的速率和限度新课标剖析 高考要求内容要求层次具体要求化学反应与能量变化了解化学反应速率的概念、化学反应速率的表示方法。理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂、固体的表面积等）对反应速率的影响。了解化学反应的可逆性，理解化学平衡的含义及其与反应速率的联系；会判断一个反应是否达到平衡。课前导入生活中，有些反应很快，有些反应却很慢。例如：炸药爆炸、稀盐酸与氢氧化钠的反应，只需要千分之一秒就可以完成；服用速效救心丸的病人，在几分钟之内就会见效；牛奶的变质需要几个月；钢铁的腐蚀、铜的生锈会需要若干年；桂林的七星岩、北京的云水洞都是著名的溶洞景观，它们的形成要经过成百上千年的缓慢变化。这些反应中，有的反应我们希望快些，有的反应希望慢些，人们希望能通过控制反应速率的快慢为人类造福。不同的化学反应速率快慢千差万别，快与慢是相对而言，在科学研究中需要一个统一的定量标准来衡量或比较。与物理学中物体的运动快慢用“速度”表示类似，化学反应的过程进行的快慢用“反应速率”来表示。5.1 化学反应速率知识点睛1意义：化学反应速率是用来描述化学反应进行快慢的物理量。2定义：用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。3公式： 4单位：mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1 ,也可以写作：或【注意】反应过程中，反应物浓度会越来越小，而生成物的浓度会越来越大，在表示反应速率时无论用反应物还是生成物，c均取正值，所以c(B)加绝对值。在高中阶段，化学反应速率实际上指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率，而不是瞬时速率。对于有固体或纯液体参与的化学反应，由于一定温度下固体和纯液体，单位体积内物质的量保持不变，即物质的量的浓度为常数，不因其量的增减而影响反应速率，所以一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。高中阶段速率指固定容积容器或体积不变的溶液中发生的化学反应的平均速率。【练习】在120时，反应4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O在5L的密闭容器中进行，30s后，NO的物质的量增加了0.3mol，用NO来表示此反应的平均反应速率为多少？若用O2的浓度变化表示该反应速率是多少？若用NH3来表示呢？【答案】0.002 mol·L-1·s-1；0.0025 mol·L-1·s-1；0.002 mol·L-1·s-1 通过上面的计算我们发现：即使是同一个化学反应，用不同的物质来表示这个反应的反应速率时数值可能相同也可能不相同，这是为什么呢？这些数值间有什么关系吗？【总结】同一反应的反应速率，可用不同物质在单位时间内浓度的变化来表示，但由于数值可能不同，所以必须指明是用哪种反应物或哪种生成物来表示。用不同物质表示反应速率时，它们的速率比等于方程式中的化学计量数之比。所以上面的反应中： 。例题精讲考点1： 化学反应速率专题【例1】 下列说法正确的是（ ）A化学反应速率是对可逆反应而言的，非可逆反应不谈化学反应速率B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C在同一化学反应中，其化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其值可能相同，也可能不相同D化学反应速率的单位可以是g/L·s,也可以是kg/L·s。甚至可以用t/L·s等来表示【答案】C【例2】 在一定条件下，向2L密闭容器中加入4molN2和10molH2，发生反应N2 + 3H2 2NH3 ，2分钟末时，测得剩余氮气为2mol，下列有关该反应的反应速率的描述中不正确的是（ ） 多选A BC D【答案】CD【例3】 已知：若反应的速率分别用、来表示，则下列关系正确的是（ ）A B C D 【答案】D【例4】 反应2SO2O22SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4mol·L-1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol·L-1·s-1，则这段时间为（ ）A0.1sB2.5s C5s D10s【答案】C【例5】 在的反应中，（m、n、p为各物质的化学计量数）现测得C每分钟增加，B每分钟减少，A每分钟减少，则为（ ）ABC D【答案】C【例6】 甲、乙两容器内都在进行AB的反应，甲容器内每分钟减少了4molA，乙容器内每分钟减少了2molA，则甲容器内的反应速率比乙容器内的反应速率（ ）A快B慢C相等D无法判断【答案】D【例7】 在不同条件下，分别测得反应的速率如下，其中最快的是（ ） 多选A BC D【答案】BD【例8】 某温度时，在2L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2min，用Z表示的平均反应速率为_。【答案】3X + Y 2Z 0.05 mol·L-1·min-1【例9】 把0.6molX气体和0.6molY气体混合于2L密闭容器中，使它们发生如下反应：5 min末已生成0.2molW，若测知以Z浓度变化来表示的反应平均速率为0.1mol/(Lmin) （1）上述反应在5min末时已反应的Y占原有Y的质量分数是多少？（2）化学方程式中的n值是多少？【答案】 起始（mol/L）   转化（mol/L）   0.1      0.05   0.15 min末（mol/L） 0.2 0.25 0.1（1）5 min末 （2） n=105.2 影响化学反应速率的因素知识点睛不同的化学反应，具有不同的反应速率，这说明反应物的性质是决定化学反应速率的重要因素，我们把反应物本身的性质称为内因。对化学反应速率起影响作用的因素除了内因外，有些外部的因素也会对化学反应起一定的影响作用，同一个化学反应在不同的条件下可能会有不同的化学反应速率。因此，我们可以通过改变反应的条件来改变化学反应的速率。改变化学反应速率在实践中有很重要的意义，例如，我们可以根据生产和生活的需要，采取适当措施加快某些生产过程，如使炼钢、合成树脂或合成橡胶的反应速率加快等；也可以根据需要减慢某些反应速率，如使钢铁生锈、塑料和橡胶老化的反应速率减慢。下面我们来讨论外界条件对化学反应速率的影响。1 温度对化学反应速率的影响探究【实验】试管中均为滴有23mL同浓度FeCl3溶液的H2O2溶液，在相同条件下，分别放在盛有不同温度水的三个烧杯里，观察哪个试管的反应最快。实验操作实验编号123实验现象有气泡冒出气泡产生速率较慢气泡产生速率较快实验结论温度升高，反应速率加快；温度降低，反应速率减慢【结论】当其他条件不变时，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小。一般来说，温度每升高10，化学反应速率通常增大24倍。2 浓度对化学反应速率的影响探究【实验】取二支试管，分别盛有等量的浓度不同的过氧化氢溶液，观察哪支试管中的反应速率最快。实验操作各取1%和5%的H2O2溶液3mL实验编号12实验现象反应缓慢，气泡产生较慢反应剧烈，气泡产生较快实验结论增大反应物浓度，化学反应速率加快【结论】当其它条件相同时，增大反应物的浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，化学反应速率减小。3 压强对化学反应速率的影响探究 对于有气体参加的反应来说，当其他条件不变时，增大压强，化学反应速率加快；减小压强，化学反应速率减慢。压强的改变其实是引起了物质浓度的改变，增大压强（减小容器的体积）相当于增大了反应物的浓度；减小压强（增大容器的体积）相当于减小反应物的浓度。在其他条件不变的情况下，如若充入某些与反应无关的气体，虽然增大了整个容器的压强，但是各反应物的浓度并没有变化，反应速率并不改变。4 催化剂对化学反应速率的影响探究【实验】取三支试管，均盛有等体积、等浓度的过氧化氢溶液，向其中一支试管中加入溶液，另一支试管中加入粉末，哪个试管中的反应速率快？实验操作实验编号123实验现象有气泡冒出，速率较慢有气泡冒出，速率增大有气泡冒出，速率增大实验结论无催化剂反应较慢FeCl3能加快反应速率MnO2能加快反应速率【结论】催化剂能改变化学反应速率。能加快化学反应速率叫正催化剂；能减慢化学反应速率叫负催化剂。如没有特殊说明，凡说催化剂都是指正催化剂。5 固体反应物的表面积对化学反应速率的影响探究【实验】取二支试管，分别加入等量的块状和粉末状，分别向两试管中加入足量、等浓度的稀盐酸，谁的反应速率最快？实验操作实验现象气泡产生速度较慢气泡产生速度较快实验结论增大固体表面积，化学反应速率增大【结论】当其它条件相同时，增大固体反应物的表面积，化学反应速率增大；减小固体反应物的表面积，化学反应速率减慢。如果反应物或生成物是固体，增加或减少固体的量，可以认为是没有改变固体的表面，化学反应速率影响不大。【总结】外界条件对化学反应速率的影响影响因素影 响 结 果温 度其他条件不变时，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小。浓 度其他条件不变时，增大反应物浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，化学反应速率减小。压 强其他条件不变时，有气体参与的反应，增大压强，化学反应速率增大；减小压强，化学反应速率减小。催 化 剂某些化学反应，无特殊说明，使用催化剂能加快化学反应速率。固体的表面积增大固体的表面积，化学反应速率增大。例题精讲考点2： 影响化学反应速率的因素专题【例10】 NO与CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳。对此反应，下列叙述正确的是（ ） 多选A使用适当的催化剂能加快反应速率B降低压强能加快反应速率C改变压强对反应速率没影响 D升高温度能加快反应速率【答案】AD【例11】 下列说法中正确的是（ ）A0.1mol/L HCl和与溶液反应速率相同B大理石块与大理石粉分别同盐酸反应速率相同C、在相同条件下分别与盐酸反应，其反应速率相同D0.1mol/L HCl和与相同形状和大小的大理石反应，速率相同【答案】D【例12】 设C+CO22CO(正反应为吸热反应)，反应速率为；N2+3H22NH3(正反应为放热反应)，反应速率为，对于上述反应，当温度升高时，和的变化情况为（ ）A同时增大 B同时减小 C增大，减小 D减小，增大【答案】A【例13】 把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是（ ）A1020mL 3mol/L的X溶液 B2030mL 2mol/L的X溶液C2010mL 4mol/L的X溶液 D1010mL 2mol/L的X溶液【答案】B【例14】 常温下同时将形状质量都相同的铁块分别投入下列溶液中，铁块最先开始溶解的是（ ）A的盐酸B的硫酸C的盐酸D的硫酸【答案】B【例15】 将一定浓度的盐酸倒入碳酸钙中，若作如下情况的改变，其中能使最初的化学反应速率增大的是（ ）A盐酸的浓度不变，而使盐酸的用量增加一倍B盐酸的浓度增大一倍，而使盐酸的用量减少到原来的一半C盐酸的浓度和用量都不变，增加碳酸钙的量D盐酸和碳酸钙不变，增大压强一倍 E加入CaCl2 溶液 F将混合液放在酒精灯上加热G将CaCO3用CaCO3粉末代替【答案】B F G【例16】 在温度不变的条件下，在恒容的容器中进行下列反应：N2O4(g) 2NO2(g)，若N2O4的浓度由0.1 mol·L-1降到0.07 mol·L-1需要15 s，那么N2O4的浓度由0.07 mol·L-1降到0.05 mol·L-1所需的反应时间（ ）A等于5 s B等于10 s C大于10 s D小于10 s【答案】C【例17】 100 mL 2 mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）A加入适量的6 mol·L-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液C加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液【答案】B【例18】 根据已学的知识，请解释下列的原因（1）将大小相等的镁片和铁片投入同浓度的稀盐酸中，前者产生氢气的速率明显大于后者。（2）实验时，通常把两种块状或颗粒状的固体药品研细，并混匀后再进行反应；固体试剂通常溶于水配成溶液后再进行化学实验。（3）将表面已打磨的条投入到盛有，溶液的试管中，生成的速率随时间变化如图所示段速率变化的主要原因是 。 段速率变化的主要原因是 。【答案】（1）金属活动性越强，反应速率越快，镁的活动性比铁强，所以与同浓度的稀盐酸反应速率要快。 （2）将固体研细和固体配成溶液，均可以增大物质之间的接触面积，增大物质的接触面积，反应速率加快。（3）与的反应为放热反应，随着溶液温度的升高，反应速率加快；随着反应的进行，溶液中减小，从而又导致反应速率减小。5.3 化学反应的限度知识点睛了解了一些影响化学反应速率的因素，我们可以通过控制外界的条件来改变化学反应的快慢，其实这远远不够，实际生产中化学反应要复杂的多。我们知道在化学反应过程中，反应物之间是按照化学方程式中的系数比进行反应的，那么在实际反应中，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？通过下面的例子我们来研究一下。炼铁工业中是使用还原，生产的过程如下： 但炼制1吨生铁所需要焦炭的实际用量，远远高于按化学方程式计算所需的量排除从高炉顶出来的气体中含有没利用的气体，这是为什么呢？原因是和反应生成时，部分分解生成和，也就是说这个反应根本不能进行彻底，所以炼铁时实际用量远高于按化学方程式计算所需的量。类似的，也正是因为反应进行的不彻底，所以氯水中存在着多种微粒（三分子：、；四离子：、）。1 可逆反应在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。例如： 典型的可逆反应有：、。事实上，很多反应都是可逆的，有些能进行地比较彻底（相对而言），有些反应进行地不彻底，反应物不能完全转化为生成物。也就是说，可逆反应只能进行到一定程度，即可逆反应有一定的限度。2可逆反应的限度一定的温度和压强下，在一个密闭容器中进行反应：，通过表中列出的数据，你能发现什么？50分钟后各物质的浓度不再改变，此时反应是否停止了？ t（min)c(mol/L)010203040506070SO210.70.50.350.20.10.10.1O20.50.350.250.180.10.050.050.05SO300.30.50.650.80.90.90.9从表中我们可以看出，反应物和生成物的浓度随着时间的变化而变化。在5070min之间，从数据上看，反应好像“停止”，即达到了可逆反应的最大限度。可逆反应的这种特殊状态我们称之为“化学平衡状态”，达到化学平衡状态就达到了可逆反应的最大限度。可以用图像表示出化学平衡的建立过程：开始时：；过程中（0t1）：逐渐减小、逐渐增大；t1时刻开始：，即达到化学平衡状态。3化学平衡状态在一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变，称为化学平衡状态，简称“化学平衡”。4【小结】化学平衡的本质：化学平衡的表现：混合物中各组分的浓度保持不变5可逆反应达到平衡状态的判断方法和依据（以反应为例）（1）按照来判断在单位时间内消耗了m molA同时生成了m molA，即在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p molC，即（2）按照混合物中各组分的浓度来判断各物质的物质的量或物质的量分数恒定不变各物质的质量或质量分数恒定不变（3）含有色物质的体系颜色不再变化【注意】选修4会继续深入研究化学平衡的相关知识。例题精讲考点3： 化学反应的限度专题【例19】 某可逆反应达到限度时，下列说法正确的是（ ）正反应和逆反应同时进行，两者的速率完全相同反应物和生成物同时存在，两者的浓度相同混合物的组成比例不会因时间而改变A B C D【答案】B【例20】 对于可逆反应，下列叙述正确的是（ ）A达到化学平衡状态时，B若单位时间内生成x的同时，消耗x则反应达到平衡状态C达到化学平衡时，反应停止D化学反应速率关系是【答案】A【例21】 在一定温度下，可表示可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡的标志是（ ）多选AC生成的速率与C分解的速率相等B单位时间内生成n mol A，同时生成3n mol BCA、B、C的浓度不再变化DA、B、C的分子数之比为1:3:2【答案】AC【例22】 一定条件下，可逆反应2AB+3C，在四种状态中处于平衡状态的是（ ）正反应速率逆反应速率ABCD【答案】D【例23】 一定温度下，反应N2（g）+3H2(g) 2NH3 (g)达到化学平衡状态的标志是（ ）AN2，H2和NH3的物质的量分数不再改变 Bc(N2)c(H2)c(NH3)132 CN2与H2的物质的量之和是NH3的物质的量2倍D单位时间里每增加1molN2，同时增加3molH2【答案】A巅峰对决CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是（ ）A反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度小B反应4 min后平均反应速率最小C反应开始2 min内平均反应速率最大D反应在第2 min到第4 min间生成CO2的平均反应速率为v(CO2)=0.1 mo1·(L·min)1【答案】A知识复习巩固1、化学反应的速率（1）概念：化学反应速率通常用单位时间内_或_来表示。计算公式：_单位：_B为_或_，若B为_不计算速率。以上所表示的是_速率，而不是_速率。重要规律：同一反应过程中，各物质的反应速率比_ （2）影响化学反应速率的因素：内因：_（决定因素）。外因：温度：其他条件不变时，升高温度，化学反应速率_催化剂：某些化学反应，无特殊说明，使用催化剂能_化学反应速率。浓度：其他条件不变时，增大反应物浓度，化学反应速率_压强：其他条件不变时，有气体参与的反应，增大压强，化学反应速率_固体的表面积：增大固体的表面积，化学反应速率_。2、化学反应的限度化学平衡（1）在一定条件下，当一个_反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率_，反应混合物中各组分的浓度_，达到表面上静止的一种“平衡状态”，这就是这个反应所能达到的限度，即化学平衡状态。（2）化学平衡状态的特征：_、_、_、_、_。（3）判断化学平衡状态的标志： A（正方向）_或nA（消耗）_各组分_保持不变含有色物质的体系_【答案】1、（1）反应物浓度的减少量 生成物浓度的增加量mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1气体 溶液 固体或纯液体平均 瞬时化学计量数之比（2）反应物本身的性质增大 增大 增大 增大 增大2、（1）可逆 相等 保持不变（2）逆 等 动 定 变（3）A（逆方向） nA（生成）浓度 颜色不再变化化学小故事炼铁高炉尾气之谜钢铁生产是17世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。高炉炼铁的主要反应是：，其中CO产生的反应是：炼制1：生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是CO与铁矿石接触不充分之故，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的CO的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到19世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一谜底揭开。原来，产生上述现象的原因是：是一个可逆反应。后来的研究说明，在高炉中和CO反应也不能全部转化为Fe和。化工厂里有很多化学反应过程与高炉中的反应相似，不能按化学方程式的计量关系完全反应，我们实验中遇到的化学反应也有类似的情形。