魯科版高中化學(xué)必修二 《化學(xué)反應(yīng)的快慢和限度》化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律 (第1課時化學(xué)反應(yīng)的快慢)

第2章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律第3節(jié)化學(xué)反應(yīng)的快慢和限度第1課時化學(xué)反應(yīng)的快慢

一、化學(xué)反應(yīng)速率【做一做】向體積為2L的密閉容器中通入10molSO2、10molO2,發(fā)生反應(yīng)2SO2+O22SO3。反應(yīng)5min時測得SO2的物質(zhì)的量為6mol?！鞔呋瘎┱埻瓿上卤碇邢嚓P(guān)空格。物質(zhì)SO2O2SO3起始濃度(mol·L-1)______變化濃度Δc(mol·L-1)______5min時濃度(mol·L-1)______5min內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)速率(mol·L-1·min-1)____________化學(xué)反應(yīng)速率之比________5502123420.40.20.42∶1∶2二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素影響因素變化規(guī)律內(nèi)因_________________越活潑,反應(yīng)越快反應(yīng)物本身的性質(zhì)影響因素變化規(guī)律外因溫度升高溫度,反應(yīng)_____反應(yīng)物濃度增大濃度,反應(yīng)_____催化劑使用催化劑,改變反應(yīng)速率壓強(氣體反應(yīng)物)增大壓強,反應(yīng)_____固體接觸面積接觸面積越大,反應(yīng)_____加快加快加快越快【想一想】在下列事實中,各是什么因素影響了化學(xué)反應(yīng)速率。(1)集氣瓶中H2和Cl2的混合氣體,在瓶外點燃鎂條時發(fā)生爆炸;(2)黃鐵礦煅燒時要粉碎成礦粒;(3)熔化的KClO3放出氣泡很慢,撒入少量MnO2,則很快產(chǎn)生氣體;(4)同濃度、同體積的鹽酸放入同樣大小的鋅粒和鎂條,產(chǎn)生氣體有快有慢;(5)同樣大小的石灰石分別與0.1mol·L-1鹽酸和1mol·L-1鹽酸反應(yīng),速率不同。提示:(1)光(2)反應(yīng)物的接觸面積(3)催化劑(4)反應(yīng)物本身的性質(zhì)(5)反應(yīng)物的濃度三、調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率的意義【情境·思考】食品添加劑是為改善食品色、香、味等品質(zhì),以及為防腐和加工工藝的需要而加入食品中的人工合成的物質(zhì)或者天然物質(zhì)。例如油脂抗氧化劑就是一種常見的食品添加劑。請分析油脂抗氧化劑是如何利用了化學(xué)反應(yīng)速率的原理。提示:食品中添加抗氧化劑,目的是減慢食品的變質(zhì)速率,與反應(yīng)速率有關(guān)。知識點一化學(xué)反應(yīng)速率的計算及大小比較【重點釋疑】1.化學(xué)反應(yīng)速率的計算(1)定義式法:v(A)=(2)關(guān)系式法:對于化學(xué)反應(yīng):aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),滿足如下關(guān)系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。上述關(guān)系可總結(jié)為化學(xué)反應(yīng)速率數(shù)值之比=化學(xué)計量數(shù)之比。2.化學(xué)反應(yīng)速率的大小比較(1)歸一法:①統(tǒng)一單位:若單位不統(tǒng)一,則要換算成相同的單位;②換算:若為不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率,則要換算成同一物質(zhì)來表示反應(yīng)速率;③比較:比較數(shù)值的大小,數(shù)值越大,反應(yīng)速率越快。(2)比值法:比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)的比值,如aA(g)+bB(g)====cC(g)+dD(g),比較若則說明用A表示的化學(xué)反應(yīng)速率大于用B表示的化學(xué)反應(yīng)速率。【知識拓展】“三段式”計算化學(xué)反應(yīng)速率(1)計算模式設(shè)amol·L-1、bmol·L-1分別為A、B兩種物質(zhì)的起始濃度,mxmol·L-1為反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化濃度,nxmol·L-1為B的轉(zhuǎn)化濃度,則:

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)起始濃度(mol·L-1)a

b

0

0轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1)mx

nx

px

qx終態(tài)濃度(mol·L-1)a-mx

b-nx

px

qx(2)基本步驟①確定反應(yīng)物或生成物的起始加入量;②確定反應(yīng)過程中各物質(zhì)的變化量;③確定反應(yīng)進(jìn)行至某時刻時各物質(zhì)的量;④依據(jù)題干中的條件建立等式關(guān)系進(jìn)行解答;⑤應(yīng)用比例關(guān)系解答:化學(xué)反應(yīng)速率之比=濃度變化之比=物質(zhì)的量變化之比=化學(xué)計量數(shù)之比?！舅伎肌び懻摗?1)若以mol·L-1·min-1為化學(xué)反應(yīng)速率的單位,能用固體來表示某一反應(yīng)的反應(yīng)速率嗎?提示:不能。固體或純液體的濃度視為常數(shù),Δc=0,因此不用固體或純液體表示化學(xué)反應(yīng)速率。(2)反應(yīng)速率是該化學(xué)反應(yīng)在某一時刻的瞬時速率嗎?提示:不是。化學(xué)反應(yīng)速率是一段時間內(nèi)的平均反應(yīng)速率,而不是某一時刻的瞬時速率?！景咐痉丁俊镜淅?2019·日照高一檢測)(1)在反應(yīng)A(g)+3B(g)====2C(g)中,若以物質(zhì)A表示該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為0.2mol·L-1·min-1,則以物質(zhì)B表示此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為________mol·L-1·min-1。

(2)在2L的密閉容器中,充入2molN2和3molH2,在一定條件下發(fā)生反應(yīng),3s后測得N2的物質(zhì)的量為1.9mol,則以H2的濃度變化表示的反應(yīng)速率為________。

(3)將10molA和5molB放入容積為10L的密閉容器中,某溫度下發(fā)生反應(yīng):3A(g)+B(g)====2C(g),在最初2s內(nèi),消耗A的平均速率為0.06mol·L-1·s-1,則在2s時,容器中有________molA,此時C的物質(zhì)的量濃度為________。

(4)反應(yīng):3A(g)+B(g)====2C(g)+2D(g),在不同條件下,用不同物質(zhì)表示其反應(yīng)速率,分別為①v(A)=0.6mol·L-1·min-1②v(B)=0.45mol·L-1·min-1③v(C)=0.015mol·L-1·min-1④v(D)=0.45mol·L-1·min-1,則此反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行最快的是________。

A.②③ B.①③ C.②④ D.②【思維建模】計算化學(xué)反應(yīng)速率的一般思路為【解析】(1)根據(jù)化學(xué)方程式中的計量數(shù)關(guān)系:v(B)=3v(A)=3×0.2mol·L-1·min-1=0.6mol·L-1·min-1。(2)解法一:3s內(nèi)消耗的N2的物質(zhì)的量為2mol-1.9mol=0.1mol,根據(jù)化學(xué)方程式N2+3H22NH3,可以計算出3s內(nèi)消耗的H2的物質(zhì)的量為0.3mol,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的計算公式,v(H2)==0.05mol·L-1·s-1。高溫、高壓催化劑解法二:先計算出用N2表示的化學(xué)反應(yīng)速率:v(N2)=

再根據(jù)化學(xué)方程式的計量數(shù)關(guān)系,計算出用H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率:v(H2)=3v(N2)=0.05mol·L-1·s-1。(3)

3A(g)

+B(g)====2C(g)起始濃度/mol·L-1 1.0 0.5 0轉(zhuǎn)化濃度/mol·L-1 0.12 0.04 0.082s時濃度/mol·L-1 0.88 0.46 0.08則2s時,n(A)=0.88mol·L-1×10L=8.8mol,c(C)=0.08mol·L-1。(4)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)反應(yīng)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶1∶2∶2,則用A表示的化學(xué)反應(yīng)速率分別為①中v(A)=0.6mol·L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45mol·L-1·min-1×3=1.35mol·L-1·min-1;③中v(A)=v(C)=×0.015mol·L-1·min-1=0.0225mol·L-1·min-1;④中v(A)=v(D)=×0.45mol·L-1·min-1=0.675mol·L-1·min-1,所以在不同條件下,進(jìn)行最快的是②。答案:(1)0.6

(2)0.05mol·L-1·s-1(3)8.8

0.08mol·L-1

(4)D【方法規(guī)律】反應(yīng)速率大小比較的兩種方法同一化學(xué)反應(yīng)速率用不同物質(zhì)表示時數(shù)值可能不同,比較化學(xué)反應(yīng)速率的快慢不能只看數(shù)值大小,還要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化:(1)方法一:換算成同一物質(zhì)、同一單位表示,再比較數(shù)值大小。(2)方法二:比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)的比值。如反應(yīng)aA(g)+bB(g)====cC(g),要比較v(A)與v(B)的相對大小,即比較的相對大小,若則用v(A)表示的反應(yīng)速率比用v(B)表示的反應(yīng)速率大?！具w移·應(yīng)用】1.(2019·菏澤高一檢測)在1L的密閉容器中,發(fā)生反應(yīng)4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),經(jīng)2min后B的濃度減少0.6mol·L-1。對此反應(yīng)速率的正確表示是 (

)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號A.用A表示的反應(yīng)速率是0.4mol·L-1·min-1B.用B、C、D分別表示反應(yīng)的速率,其比值是3∶2∶1C.在第2min末的反應(yīng)速率用B表示是0.3mol·L-1·min-1D.在這2min內(nèi)用B表示的速率的值逐漸減小,用C表示的速率的值逐漸增大【解析】選B。A為固體,一般不用固體表示反應(yīng)速率,A項錯誤;同一反應(yīng)中,用不同物質(zhì)表示的速率與方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)成正比,B項正確;反應(yīng)速率為平均值,并非2min末的速率,C項錯誤;同一時間段內(nèi),用反應(yīng)物、生成物表示的速率的意義是相同的,變化趨勢也是一樣的,D項錯誤。2.在N2+3H22NH3的反應(yīng)中,經(jīng)過一段時間后,NH3的濃度增加了0.6mol·L-1,在此時間內(nèi)用NH3表示的反應(yīng)速率為0.3mol·L-1·s-1。則此段時間是

(

)A.1s

B.2s

C.0.44s

D.1.33s高溫、高壓催化劑【解析】選B?！狙a償訓(xùn)練】氨分解反應(yīng)在容積為2L的密閉容器內(nèi)進(jìn)行。已知起始時氨氣的物質(zhì)的量為4mol,5s末為2.4mol,則用氨氣表示該反應(yīng)的速率為 (

)A.0.32mol·L-1·s-1B.0.16mol·L-1·s-1C.1.6mol·L-1·s-1D.0.8mol·L-1·s-1【解析】選B。v(NH3)==0.16mol·L-1·s-1?！舅仞B(yǎng)提升】醫(yī)學(xué)上把未滿月(出生28天內(nèi))新生兒的黃疸,稱之為新生兒黃疸,新生兒黃疸是指新生兒時期,由于膽紅素代謝異常,引起血清中膽紅素濃度升高,而出現(xiàn)以皮膚、黏膜、鞏膜及其他組織被染成黃色為特征的病癥,是新生兒中最常見的臨床問題?？茖W(xué)家為探究膽紅素的作用機理,在特定條件下用一定波長的光照射膽紅素,發(fā)現(xiàn)其能發(fā)生分解反應(yīng),反應(yīng)物濃度隨反應(yīng)時間變化如圖所示,試計算反應(yīng)4～8min的平均反應(yīng)速率和推測第16min反應(yīng)物的濃度。提示:由圖可知,4～8min期間,反應(yīng)物濃度變化為(20-10)μmol·L-1=10μmol·L-1,所以4～8min期間,反應(yīng)速率為=2.5μmol·L-1·min-1。由圖可知,0～4min期間,反應(yīng)物濃度變化為(40-20)μmol·L-1=20μmol·L-1,4～8min期間,反應(yīng)物濃度變化為(20-10)μmol·L-1=10μmol·L-1,可知,每隔4分鐘,濃度變化量降為原來的一半。所以8～12min濃度變化為5μmol·L-1,12～16min濃度變化為2.5μmol·L-1。所以16min時濃度為10μmol·L-1-5μmol·L-1-2.5μmol·L-1=2.5μmol·L-1。知識點二外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響【重點釋疑】1.濃度(1)只適用于氣體參加或在溶液中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。(2)在一定溫度下,固體或純液態(tài)物質(zhì)的濃度是一個常數(shù),改變其用量,對化學(xué)反應(yīng)速率無影響。2.溫度(1)對任何化學(xué)反應(yīng)都適用,且不受反應(yīng)物狀態(tài)的影響。(2)不論是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng),升高溫度都能增大化學(xué)反應(yīng)速率,降低溫度都能減小化學(xué)反應(yīng)速率。3.壓強(1)壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實質(zhì)是通過改變濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響實現(xiàn)的。(2)由于固體或液體的體積受壓強的影響很小,所以壓強只影響有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。(3)改變壓強必須引起反應(yīng)物或生成物的濃度改變才能改變化學(xué)反應(yīng)速率,否則,化學(xué)反應(yīng)速率不變。如恒溫恒容:充入稀有氣體→容器壓強增大,各反應(yīng)物的濃度不變→化學(xué)反應(yīng)速率不變。4.催化劑催化劑能同等程度地改變正、逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率。5.固體接觸面積化學(xué)反應(yīng)速率與固體顆粒的大小有關(guān),顆粒越小,表面積越大,化學(xué)反應(yīng)速率越快?！局R拓展】壓強對反應(yīng)速率影響的理解改變氣體的壓強,實質(zhì)上是改變氣體物質(zhì)的濃度,從而達(dá)到改變(增大或減小)化學(xué)反應(yīng)速率的目的。常見的有下列幾種情況:(1)恒溫時:增大壓強體積縮小濃度增大反應(yīng)速率加快。(2)恒容時:①充入氣體反應(yīng)物總壓增大濃度增大反應(yīng)速率加快。②充入“惰性氣體”總壓增大(各分壓不變)濃度不變反應(yīng)速率不變。(“惰性氣體”是指不參與該反應(yīng)的氣體,并不是專指稀有氣體)(3)恒壓時:充入“惰性氣體”體積增大濃度減小反應(yīng)速率減慢。總之,在其他條件一定時,改變壓強,若引起濃度改變,則化學(xué)反應(yīng)速率改變。另外,由于壓強的變化對固體、液體的體積影響很小,因而對它們濃度改變的影響也很小,可以認(rèn)為改變壓強對它們的反應(yīng)速率無影響。【思考·討論】(1)增加反應(yīng)物的用量,一定能增大化學(xué)反應(yīng)速率嗎?為什么?提示:不一定,固態(tài)和純液態(tài)反應(yīng)物的濃度是一個常數(shù),增加固態(tài)和純液態(tài)物質(zhì)的用量,化學(xué)反應(yīng)速率不變。(2)升高溫度,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的速率都加快嗎?提示:都加快。升高溫度,分子運動加快,單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多,反應(yīng)速率必然加快。(3)改變壓強后,化學(xué)反應(yīng)速率一定變化嗎?提示:不一定,改變壓強,對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起濃度改變。當(dāng)壓強改變,但對物質(zhì)的濃度無影響時,化學(xué)反應(yīng)速率不變。如恒容密閉容器中通入“惰性氣體”時,化學(xué)反應(yīng)速率不變?！景咐痉丁俊镜淅?2019·蘭州高一檢測)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反應(yīng)研究影響反應(yīng)速率的因素,離子方程式為2+5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O。一實驗小組欲通過測定單位時間內(nèi)生成CO2的速率,探究某種影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,設(shè)計實驗方案如下(KMnO4溶液已酸化):實驗序號A溶液B溶液①20mL0.1mol·L-1H2C2O4溶液30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液②20mL0.2mol·L-1H2C2O4溶液30mL0.01mol·L-1KMnO4溶液(1)該實驗探究的是什么因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響?如圖一,相同時間內(nèi)針筒中所得CO2的體積大小關(guān)系是什么?(2)若實驗①在2min末收集了4.48mLCO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),則在2min末,c()為多少?(3)除通過測定一定時間內(nèi)CO2的體積來比較反應(yīng)速率外,本實驗還可通過測定什么量來比較化學(xué)反應(yīng)速率?(4)小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率總是如圖二,其中t1～t2時間內(nèi)速率變快的主要原因可能是哪些?【解題指南】解答本題需要注意以下兩點:(1)溫度、濃度、壓強、催化劑以及接觸面積都影響化學(xué)反應(yīng)速率;(2)可以用三段式求算化學(xué)反應(yīng)速率及反應(yīng)后的濃度?！窘馕觥?1)對比①②實驗可探究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響,②中A溶液的濃度比①中大,化學(xué)反應(yīng)速率大,相同時間內(nèi)所得CO2的體積大;(2)CO2的物質(zhì)的量為n(CO2)==0.0002mol,根據(jù)2+5H2C2O4+6H+====2Mn2++10CO2↑+8H2O,所以反應(yīng)的的物質(zhì)的量為n()=n(CO2)=×0.0002mol=0.00004mol,剩余的的物質(zhì)的量為n()=30×10-3L×0.01mol·L-1-0.00004mol=0.00026mol,其物質(zhì)的量濃度為c()==0.0052mol·L-1;(3)因?qū)嶒炛蠬2C2O4過量,故可通過測定KMnO4溶液完全褪色所需時間或產(chǎn)生相同體積氣體所需時間來比較化學(xué)反應(yīng)速率;(4)①該反應(yīng)放熱;②催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率,產(chǎn)物Mn2+是反應(yīng)的催化劑。答案:(1)濃度②>①

(2)0.0052mol·L-1(3)KMnO4溶液完全褪色所需時間(或產(chǎn)生相同體積氣體所需時間)。(4)①該反應(yīng)放熱;②催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率,產(chǎn)物Mn2+是反應(yīng)的催化劑?！疽?guī)律方法】化學(xué)反應(yīng)速率大小的分析判斷(1)在內(nèi)因不相同的情況下(即反應(yīng)物不相同),只能根據(jù)反應(yīng)事實及實驗現(xiàn)象定性分