1、第第 3 节节 化学反应的速率化学反应的速率 目标导航 预习导引 1.知道化学反应速率的概念及定量表示方法。 2.初步学会测定某些化学反应速率的方法。 3.理解浓度、压强、温度和催化剂等因素对化学反应速率的 影响,认识其一般规律。 4.知道活化分子、活化能、有效碰撞等概念。 5.认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。 6.初步学会实验数据的记录与处理 1.掌握化学反应速率的概念及定量表示方法。 2.能分析外部因素对化学反应速率的影响及影响规律的应 用。 3.能用碰撞理论、过渡态理论解释内因、外因对反应速率的 影响。 4.初步学会记录、处理、分析数据并得出合理结论 目标导航 预习导引
2、 一 二 三 四 一、化学反应速率 1.化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度(常用物质的量浓 度)的减少或者生成物浓度的增加来表示。化学反应速率的表达式 是v(A)=c(A)/t,反应物(或生成物)的浓度可以用mol L-1表示,反应 时间可以用s、min、h等表示。所以化学反应速率的单位是mol L- 1 s-1或mol L-1 min-1。 2.化学反应速率的特点 (1)同一反应选用不同物质浓度的改变量表示速率,数值可能不同, 但表示的意义相同。 (2)用各物质表示的速率之比等于该化学方程式中的各物质的计 量数之比。 目标导航 一 二 预习导引 三 四 二、浓度对化学反应速率的影响 1.
3、必须指明的是,一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的 浓度的关系式是实验测定的结果,不能随意根据反应的化学方程式 直接写出。 2.对于有气态参与的反应,在温度、体积一定的条件下,压强与浓 度成正比,因此压强的改变也会对化学反应速率产生影响。对于只 涉及液体和固体的反应,压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。 目标导航 一 二 预习导引 三 四 三、温度对化学反应速率的影响 1.经验规律 对于在溶液中发生的反应,温度每升高10 K,反应速率增加到原 来的24倍。 阿伦尼乌斯经验公式: 该经验公式表明,当Ea0时,升高温度,反应速率常数增大,化学反 应速率随之增大。 2.活化能Ea 阿伦尼乌斯提
4、出的经验公式表明温度对化学反应速率的影响与 活化能有关。由经验公式可知Ea值越大,改变温度对反应速率的影 响程度越大,这就是升高相同温度时不同化学反应的速率增加的倍 数不同的原因。 k=Ae- a 目标导航 一 二 预习导引 三 四 四、催化剂对化学反应速率的影响 1.催化剂是能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化 学性质不变的物质。由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不 变,反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应,又包括使催化剂 再生成的反应。可见,催化剂通过参与反应改变反应历程,从而降 低反应的活化能来提高化学反应速率。需要注意的是,催化剂不能 改变化学反应的平衡常数,不能改变平衡转
5、化率。 2.催化剂还具有选择性,某催化剂对某一反应可能是活性很强的 催化剂,但对其他反应不一定有催化作用。 3.催化剂可以较大幅度地降低反应的活化能,从而有效地提高化 学反应速率。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 一、化学反应速率 活动与探究 下表数据是在某高温下,金属镁和镍分别在氧气中进行氧化反应 时,在金属表面生成氧化物薄膜的实验记录(a与b均为与温度有关 的常数) (1)金属高温氧化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生长速率来表示, 其理由是 。 (2)Mg与Ni比较,哪一种金属具有良好的耐氧化腐蚀性?为什么? 反应时间 t/h 1 4 9 16 MgO 层厚 y/nm 0.05a 0.2a
6、 0.45a 0.80a NiO 层厚 y/nm b 2b 3b 4b 问题导学 即时检测 一 二 三 四 解析：(1)化学反应速率是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化学反应快慢的物理量。因此金属高温氧 化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生长速率 来表示。(2)MgO层厚y与时间的关系:y=0.05at,NiO层厚y与时间 的关系:y= b,可以看出Ni的腐蚀速率随时间的增长比镁慢。 答案：(1)化学反应速率可用反应物消耗的速率表示,也可以用生 成物生成的速率表示 (2)Ni,其腐蚀速率随时间的增长比镁慢。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 思考与交流 反应2CuO+C 2C
7、u+CO2的化学反应速率如何表示? 解析：固体或纯液体的浓度可视为常数,该反应只能用CO2的浓 度变化表示化学反应速率。 答案：该反应可以用单位时间内CO2的浓度变化表示化学反应 速率。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移与应用 例1一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化 学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断 合理的是( ) (导学号52160040) A.该反应的化学方程式为 3B+4D 6A+2C B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D) C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为 0.05 mol L-1 s-1 D.反应进行到6 s时,各
8、物质的反应速率相等 问题导学 即时检测 一 二 三 四 解析：在6 s时反应达到平衡,A、B、C、D的物质的量变化分别 为1.2 mol、0.6 mol、0.8 mol、0.4 mol。根据化学计量数之比等于 变化的物质的量之比可知A、B、C、D的化学计量数之比为 6342,所以化学方程式为3B+4C 6A+2D,A错;反应过程 中和反应达到平衡时各物质的反应速率之比等于化学计量数之 比,B、D错;反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.6 mol/(2 L6 s)=0.05 mol L-1 s-1,C对。 答案：C 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练1某探究小组利用丙酮的溴代反应
9、(CH3COCH3+Br2 CH3COCH3Br+HBr)研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速 率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度 下,获得如下实验数据: 实验 序号 初始浓度 c/(mol L-1) 溴颜色消失所需时间 t/s CH3COCH3 HCl Br2 0.80 0.20 0.001 0 290 1.60 0.20 0.001 0 145 0.80 0.40 0.001 0 145 0.80 0.20 0.002 0 580 问题导学 即时检测 一 二 三 四 分析实验数据所得出的结论,不正确的是( ) A.增大c(CH3COCH3),v(Br2)增大
10、B.实验和的v(Br2)相等 C.增大c(HCl),v(Br2)增大 D.增大c(Br2),v(Br2)增大 解析：A项,由实验和对比可知增大c(CH3COCH3),反应时间 变小,v(Br2)增大。B项,实验和反应时间相同,起始Br2浓度相同, 则v(Br2)相等。C项,比较实验和可知,增大c(HCl)时,反应时间 减小,v(Br2)增大。D项,比较实验和可知,增大c(Br2)时,v(Br2)减 小,故选D。 答案：D 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练2将等物质的量的A、B混合于2 L的恒容密闭容器中, 发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),经 5 min
11、后,测得D的量为1 mol,C的平均反应速率是0.1 mol L-1 min- 1。则x的值为( ) (导学号52160041) A.1 B.2 C.3 D.4 答案：B 问题导学 即时检测 一 二 三 四 化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率且均为正值。 对某一个具体的化学反应来说,用不同物质表示化学反应速率 时,所得数值不一定相同,但表示的意义却是相同的。 用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质 的化学计量数之比。 比较同一反应的化学反应速率时,应通过反应速率和化学方程 式中各物质的化学计量数的关系,将各物质表示的反应速率转化为 同一种物质表示的反应速率,再进行比较,数值大的
12、反应快。同时, 还应注意化学反应速率单位的一致性。 固体或纯液体的浓度可视为常数,因此不能用固体或纯液体的 浓度变化表示反应速率。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 二、浓度对化学反应速率的影响 活动与探究 298 K时,实验测得H2O2+2HI 2H2O+I2在不同浓度时的化学 反应速率见下表: 请找出化学反应速率与c(HI)、c(H2O2)之间的关系,写出其数学 表达式。 答案：v=kc(HI) c(H2O2) 实验编号 1 2 3 4 5 c(HI)/(mol L-1) 0.100 0.200 0.300 0.100 0.100 c(H2O2)/(mol L-1) 0.100 0.10
13、0 0.100 0.200 0.300 v/(mol L-1 s-1) 0.007 60 0.015 3 0.022 7 0.015 1 0.022 8 问题导学 即时检测 一 二 三 四 思考与交流 当其他条件相同时,增大或减小反应物浓度,化学反应速率如何 变化? 答案：其他条件相同时,增大反应物浓度,反应速率加快,减小反 应物浓度,反应速率减慢。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 对于一个可逆反应,若增大浓度导致正反应速率增大,那么逆 反应速率也增大。 固体物质的反应速率与接触面积有关,固体颗粒越细,表面积 越大,反应速率越快,故块状固体可以通过研细来增大表面积以加 快反应速率。 对于固
14、体或纯液体,其浓度可视为常数,它们量的改变不影响 化学反应速率。 压强对反应速率的影响是通过改变浓度而影响反应速率的。 我们在分析压强对反应速率的影响时,应最终落实到浓度上,将压 强问题转化为浓度问题。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 三、温度对化学反应速率的影响 活动与探究 温度通过影响化学反应速率常数,进而影响化学反应速率。下表 给出了几个反应在298 K和308 K时的化学反应速率常数之比: 序号 化学反应 k(308 K)/k(298 K) 1 NO+O3NO2+O2 1.15 2 H2+I22HI(气体) 8.99 3 NH4CNO(NH2)2CO 3.58 你能否用数学表达式表
15、示温度对化学反应速率常数的影响? 答案：k=Ae- a 问题导学 即时检测 一 二 三 四 思考与交流 当其他条件不变时,升高或降低温度,反应速率如何变化? 答案：其他条件不变时,升高温度反应速率加快,降低温度反应 速率减慢。 升温时不论吸热反应还是放热反应,化学反应速率都增大。 一般地,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应 速率的影响都要大,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。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 四、催化剂对化学反应速率的影响 活动与探究 催化剂为什么能够改变反应速率? 答案：使用催化剂降低化学反应所需要的活化能更多的反 应物分子成为活化分子单
16、位体积活化分子百分数增加成倍地 增加化学反应速率。 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移与应用 例2一定温度下,在2 L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入0.1 mol H2O(g),发生反应:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) H=+484 kJ mol-1, 不同时间产生O2的物质的量见下表: (导学号52160042) 下列说法不正确的是( ) A.前20 min内的平均反应速率v(H2O)=5.010-5 mol L-1 min-1 B.达到平衡时,至少需要从外界吸收能量0.968 kJ C.增大c(H2O),可以提高水的分解率 D.催化效果与Cu2O颗粒的大小有关 时间/m
17、in 20 40 60 80 n(O2)/mol 0.001 0 0.001 6 0.002 0 0.002 0 问题导学 即时检测 一 二 三 四 解析：由题意知,v(H2O)=2v(O2)=2 =5.010-5 mol L- 1 min-1,A正确。热化学方程式表示的含义是2 mol H2O(g)完全分解 生成2 mol H2(g)和1 mol O2(g),吸收484 kJ的能量,所以生成O2 0.002 0 mol时,吸收的能量为0.002 0 mol484 kJ mol-1=0.968 kJ,正确。C 项,由于反应物只有1种,增大c(H2O),相当于压强增大,平衡向气体体 积减小的方向
18、移动,所以水的分解率降低,错误。D项,若Cu2O颗粒 小,则接触面积大,反应速率大,催化效果好,正确。 答案：C 0.001 0mol 2 L 20min 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练3下列说法中正确的是( ) A.工业生产中,只有提高转化率才会提高生产效益,与反应速率无 关 B.使用催化剂一定会增大化学反应速率 C.增大反应物浓度有时会影响化学反应速率,有时不会 D.化学实验中并非反应速率越大越好 答案：D 问题导学 即时检测 一 二 三 四 迁移训练4下列有关化学反应速率的说法,不正确的是( ) A.化学反应达到最大限度时,正逆反应速率也达到最大且相等 B.催化剂能降低化学
19、反应的活化能,加快反应速率,提高生产效率 C.用锌和稀硫酸反应制取H2时,滴加几滴硫酸铜溶液能增大反应 速率 D.用铁片和稀硫酸反应制H2比用98%的浓硫酸产生H2的速率大 答案：A 催化剂能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学 性质不变。 使用催化剂能同等程度地改变(加快或减慢)化学反应速率。 约85%的化学反应需要使用催化剂,在使用催化剂时应防止催 化剂中毒。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 1.有可逆反应:mA+nB xC(A、B、C均为气体),已知:v(A)=a mol L-1 min-1,v(B)=b mol L-1 min-1,v(C)=c mol L-1 min-
20、1,则x的值为 ( ) 解析：本题考查的实质:化学反应速率之比等于计量数之比,即 v(A)v(B)v(C)=mnx。由此式可 得:v(A)v(C)=mx,v(B)v(C)=nx,因此 。题目难度 不大,但由于是用字母计算,较为抽象,有些同学容易出错。在计算 中要注意把握好时间、体积、物质的量、物质的量浓度等几个因 素的运用以及单位换算。 答案：D A. B. C. D. x= 或 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 2.反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中 进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( ) A.增加C的量 B.将容器的体积缩小一半
21、C.保持体积不变,充入H2O(g)使体系压强增大 D.保持压强不变,充入N2使容器体积增大 解析：A选项中C为固态反应物,增加固体的量对反应速率无影 响;B选项将容器的体积缩小一半,压强增大,反应速率加快;C选项中 充入H2O使体系中压强增大,即增大了反应物H2O(g)的浓度,故反应 速率增大;D选项中保持恒压,充入N2使容器体积增大,参加反应的 各种气体浓度减小,反应速率减小。 答案：A 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 3.一定温度下反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)经2 min B的浓度 减少0.6 mol L-1,对此反应速率的表示正确的是( ) (导学号 5216
22、0043) A.用A表示的反应速率为0.4 mol L-1 min-1 B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是123 C.2 min末的反应速率v(B)=0.3 mol L-1 min-1 D.在这2 min内用B和C表示的反应速率值都是逐渐减小 解析：A是固体,不能用浓度的变化来表示其反应速率;2 min 内,v(B)=0.3 mol L-1 min-1,在2 min末的速率为瞬时速率,应小于0.3 mol L-1 min-1;在反应过程中B的浓度逐渐减小,故A、B反应生成C、 D的速率逐渐减小。 答案：D 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 4.一定温度下,在2 L的密闭容器中,
23、X、Y、Z三种气体的物质的量 随时间变化的曲线如图所示: (导学号52160044) 下列描述正确的是( ) A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol L-1 s-1 B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 mol L-1 C.反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0% D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g) 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 解析：观察曲线的走势可知,在10 s时,反应达到平衡,是一可逆反 应,X减少了1.2 mol-0.41 mol=0.79 mol,Y减少了1 mol-0.21 mol=0.79 mol,Z增加了1
24、.58 mol。则用Z表示反应速率为 =0.079 mol L-1 s-1,A错;X减少了0.79/2 mol L-1,B错;反应开始到10 s 时,Y的转化率为(0.79/1.00)100%=79%,C正确;变化量之比等于系 数比,X、Y、Z系数比应为0.790.791.58=112,D错。 答案：C 1.58mol 2 L 10 s 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 5.2015课标全国,28(4)Bodensteins研究了下列反应: 2HI(g) H2(g)+I2(g) (导学号52160045) 在716 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t 的关系如下
25、表: 根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式 为 。 上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆 x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为 (以K和k正表 示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正= min-1。 t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 由上述实验数据计算得到v正x(HI)和v逆x(H2)的关系可用下图 表示。当
26、升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。 问题导学 即时检测 1 2 3 4 5 答案：0.1080.108 0.7842 正 1.95 10-3 AE 解析：由表中数据可知 120 min 时反应达到平衡,根据反应可 知:x(HI)=0.784,x(H2)=x(I2)=0.108,将数据代入平衡常数表达 式:K=H 2I2 HI2 = 0.1080.108 0.7842 。 因为 v逆=k逆x(H2)x(I2),则 k逆= 逆 (H2)(I2) = 正2(HI) (H2)(I2)(因为平衡状态 时 v逆=v正),k逆= 正 。 在 t=40 min 时,由表中数据可知 x(HI)=0.85,若 k正=0.002 7 min-1,代 入公式:v正=k正x2(HI)= 0.002 7 min-10.852=1.9510-3。 升高温度,平衡:2HI(g)H2(g) + I2(g) H=+11 kJ mol-1向正向 移动,且正、逆速率均增大,x(HI)减小,x(H2)增大;故 x(HI)对应的平衡 点为 A 点;x(H2)对应的平衡点为 E 点。
