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第二章化學(xué)反應(yīng)與能量
第三節(jié)
化學(xué)反應(yīng)的速率和限度學(xué)習(xí)目標(biāo):
1、理解化學(xué)反應(yīng)速率的概念、表示方法及影響因素。
2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、感受不同化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率快慢的不同。
3、提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,體會(huì)化學(xué)知識(shí)與生活的密切聯(lián)系,培養(yǎng)科學(xué)的價(jià)值觀。重點(diǎn):化學(xué)反應(yīng)速率的概念、表示方法及影響因素。難點(diǎn):化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素?!舅伎寂c交流】你了解下列化學(xué)變化過(guò)程進(jìn)行的快慢嗎?反應(yīng)的快慢與我們有什么關(guān)系?這些化學(xué)變化有何差異?爆炸牛奶腐壞鐵棒生銹溶洞形成很快
較快較慢很慢一、化學(xué)反應(yīng)的速率1、表示方法
通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增大來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率。2.數(shù)學(xué)表達(dá)式
V=△C/△t
3、單位
mol?L-1?S-1mol/(L?S)
或mol?L-1?min-1mol/(L?min)
4、注意事項(xiàng):(1)指明物質(zhì)(2)取正值(3)平均速率(4)固體和純液體的化學(xué)反應(yīng)速率也視為常數(shù)。(5)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。(練習(xí))例1:在合成氨反應(yīng)N2+3H2=2NH3中,H2的濃度在2分鐘內(nèi)由8mlo/L變?yōu)?mol/L,該化學(xué)反應(yīng)的速率是多少?是:V(H2)=3mol/(L?min)
?還是:V(N2)=1mol/(L?min)?還是V(NH3)=2mol/(L?min)?.都可以!深入思考:比較
v(H2)=5mol/(L?min)與v(N2)=101mol/(L?s)方法1、統(tǒng)一單位2、統(tǒng)一物質(zhì)比較快慢2、某一反應(yīng)物的濃度是1.0mol/L,經(jīng)過(guò)20s后,它的濃度變成了0.2mol/L,在這20s內(nèi)它的反應(yīng)速率為()A.0.04B.0.04mol/(L·s)
C.0.8mol·(L·s)-1
D.0.04mol/LB思考???在相同條件下,等質(zhì)量表面積相同的下列金屬與同濃度的鹽酸反應(yīng),反應(yīng)速率最快的是()A.鐵B.鎂C.鋁D.鈉二、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素(1)內(nèi)因(決定作用):反應(yīng)物的性質(zhì)(2)外因(外界條件)溶液中產(chǎn)生氣泡的速率很快溫度越高,化學(xué)反應(yīng)速率越快溶液中有氣泡產(chǎn)生,且速率較快溫度的高低,能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率的大小升高反應(yīng)體系的溫度,化學(xué)反應(yīng)速率加快;一、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響化學(xué)反應(yīng)方程式為:2H2O2=2H2O+O2↑其他條件不變,溫度每升高10℃,速率提高2~4倍化學(xué)反應(yīng)方程式為:2H2O2=2H2O+O2↑立即有大量氣泡產(chǎn)生2H2O2=2H2O+O2↑肝臟研磨液能加快反應(yīng)速率有大量氣泡產(chǎn)生2H2O2=2H2O+O2↑催化劑FeCl3能加快反應(yīng)速率溶液中有少量氣泡出現(xiàn)不用催化劑,化學(xué)反應(yīng)速率很小二、催化劑對(duì)過(guò)氧化氫的分解速率的影響在其它條件不變時(shí),催化劑通常可以加快化學(xué)反應(yīng)速率;不同催化劑對(duì)同一個(gè)反應(yīng)的催化能力不同。
思考與交流(P.49):1、為什么要將食物存放在冰箱中?2、實(shí)驗(yàn)時(shí)通常將兩種塊狀或顆粒狀的固體藥品研細(xì),并混合后進(jìn)行反應(yīng),原因?3、人們常把固體試劑溶于水配成溶液后再進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn),原因?4、實(shí)驗(yàn)室常用約30%左右的硫酸溶液與鋅粒反應(yīng)制氫氣,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后,氣泡變得稀少了(鋅粒還有剩余),如果再添加一些適當(dāng)濃度的硫酸溶液,氣泡又重新多起來(lái),原因?在其它條件不變時(shí),增大反應(yīng)物的
濃度,可以增大反應(yīng)速率。三、濃度對(duì)過(guò)氧化氫的分解速率的影響影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界因素除了濃度、溫度、催化劑外,還有沒(méi)有其他的因素?為何工業(yè)合成氨,通常在2×107~5×107Pa的壓強(qiáng)下進(jìn)行?壓強(qiáng)N2+3H22NH3鐵觸媒500oC20MPa----50MPa
對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng),增大壓強(qiáng)一般可以減小氣體的體積,從而使反應(yīng)物的濃度增大,因此,也可以增大反應(yīng)速率。四、壓強(qiáng)對(duì)過(guò)氧化氫的分解速率的影響化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素(1)內(nèi)因(決定作用):反應(yīng)物的性質(zhì)(2)外因(外界條件)①溫度:溫度升高,化學(xué)反應(yīng)速率加快
2H2O2====2H2O+O2↑FeCl3△小結(jié)②催化劑:催化劑能極大地加快化學(xué)反應(yīng)速率
2H2O2====2H2O+O2↑MnO2
③濃度:在其它條件不變時(shí),增大反應(yīng)物的濃度,可以增大反應(yīng)速率。
④壓強(qiáng):對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng),增大壓強(qiáng)一般可以減小氣體的體積,從而使反應(yīng)物的濃度增大,因此,也可以增大反應(yīng)速率。
⑤其它條件:如光、反應(yīng)物顆粒大小、溶劑、反應(yīng)物的狀態(tài)等都可以影響化學(xué)反應(yīng)速率。練一練:1、把除去氧化膜的鎂條投入到盛有少量鹽酸的試管中,產(chǎn)生氫氣的速率如圖所示,在下列因素中,影響反應(yīng)速率的因素是()①鹽酸的濃度②鎂條的表面積③溶液的溫度④Cl-的濃度A、①④
B、③④
C、①②③D、②③速率t3t1t2時(shí)間C三、探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件因素的意義控制反應(yīng)條件,提高對(duì)人類有利的化學(xué)反應(yīng)速率,降低對(duì)人類不利的反應(yīng)速率1.請(qǐng)預(yù)計(jì)大理石(CaCO3
)分別與0.1mol/L和1mol/L的鹽酸反應(yīng)的快慢。你能得出什么結(jié)論嗎?2.塊狀CaCO3、粉末狀CaCO3與0.1mol/L的鹽酸反應(yīng)誰(shuí)快誰(shuí)慢?為什么?增大濃度反應(yīng)速率加快,減小濃度反應(yīng)速率減慢。增大固體表面積可以加快反應(yīng)速率(接觸充分)濃度的影響固體表面積思考與交流2、(2000廣東)用鐵片與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時(shí),下列措施不能使氫氣生成速率加快的是()A、加熱B、不用稀硫酸,改用98%的濃硫酸C、滴加少量CuSO4溶液D、不用鐵片,改用鐵粉B3.在一定條件下,mA+nB=pC的反應(yīng)中,各物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率為v(A)=amol/(L·s),v(B)=0.5amol/(L·s),v(C)=amol/(L·s),則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:______________________原因:mA+nB=Pca0.5aax1ayX=2y=2答案:2A+B=2C4.反應(yīng)A(g)+3B(g)=2C(g)在2L密閉容器中反應(yīng),0.5min內(nèi)C的物質(zhì)的量增加了0.6mol,有關(guān)反應(yīng)速率正確的是()A、V(A)=0.005mol/(L·s)B、V(C)=0.002mol/(L·s)C、V(B)=V(A)/3D、V(A)=0.001mol/(L·s)AA(g)+3B(g)=2C(g)32xy0.01mol/L·SX=0.005mol/L·Sy=0.015mol/L·S0.5min=30s0.6mol/L÷30s=0.01mol/L·S5.某反應(yīng)的反應(yīng)物濃度在5min內(nèi)由6mol/L變成了2mol/L,則以該反應(yīng)物濃度的變化表示的該反應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率?ν=Ct=5min6mol/L
-2mol/L=0.8mol/(L·min)
解:答:用該物質(zhì)表示的該反應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率為0.8mol/(L·min)6.下列過(guò)程中,需要加快化學(xué)反應(yīng)速率的是()
A.鋼鐵腐蝕B.食物腐壞
C.煉鋼D.塑料老化7.在某一化學(xué)反應(yīng)中,反應(yīng)物B的濃度在5s內(nèi)從2.0mol/L變成0.5mol/L,在這5s內(nèi)B的化學(xué)反應(yīng)速率為()A.0.3B.0.3mol/(L·s)C.0.4mol(L·s)-1D.0.04mol/LCB9.100mL濃度為2mol/L的硫酸跟過(guò)量的鋅片反應(yīng),為加快反應(yīng)速率,又不影響生成的氫氣的總量,可采用的方法是()A.加入適量的6mol/L的硫酸B.適當(dāng)加熱C.加入適量蒸餾水D.加入適量的稀硝酸BB二、化學(xué)反應(yīng)的限度科學(xué)研究表明,不少化學(xué)反應(yīng)都具有可逆性,如:SO2+H2OH2SO3Cl2+H2OHCl+HClOH2+I22HI
正向反應(yīng)逆向反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)是有限度的,有些能進(jìn)行地較徹底,有些反應(yīng)是不徹底的,甚至是可逆的。N2+3H22NH32SO2+O22SO31、當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)進(jìn)行到正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等時(shí),反應(yīng)物和生成物的濃度不再改變,達(dá)到表面上靜止的一種“平衡狀態(tài)”,這就是這個(gè)反應(yīng)所能達(dá)到的限度。(1)在一定條件下的可逆反應(yīng)里,當(dāng)正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)物和生成物的濃度不再改變的狀態(tài)叫做“化學(xué)平衡狀態(tài)”。逆:化學(xué)平衡研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)。等:
v(正)=v(逆)(是化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì))。動(dòng):是動(dòng)態(tài)平衡,正、逆反應(yīng)還在不斷進(jìn)行,
正、逆反應(yīng)速率相等,但不等于零。(2)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征:逆、等、動(dòng)、定、變。2、任何化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程都有一定的限度,只是不同反應(yīng)的限度不同罷了。3、在可逆反應(yīng)中,反應(yīng)物不能按化學(xué)計(jì)量數(shù)之比完全轉(zhuǎn)化為生成物,因此,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率小于100%。如:濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。5、化學(xué)反應(yīng)的限度可以通過(guò)改變條件而改變。4、有些反應(yīng)的可逆性很小,如Ag++Cl-=AgCl↓一般可視為不可逆反應(yīng)。定:平衡時(shí),各組分的濃度保持一定(是化學(xué)平衡狀態(tài)的外觀特征)。變:當(dāng)外界條件發(fā)生改變時(shí),則原平衡可能被破壞,各組分的濃度就會(huì)隨之發(fā)生變化,在新的一定條件下又會(huì)建立新的平衡狀態(tài)。如果改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)條件,平衡將向著減弱這種改變的方向發(fā)生移動(dòng)!??!反應(yīng)速率v(正)v(逆)v(正)=v(逆)t1時(shí)間(t)0(1)0~t1:v(正)>v(逆)(2)t1以后:v(正)=v(逆)t1以后反應(yīng)處于平衡狀態(tài)!什么是化學(xué)平衡呢?化學(xué)反應(yīng)的限度2.化學(xué)平衡狀態(tài):
指在一定條件下的可逆反應(yīng),正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài)。一定條件下可逆反應(yīng)如何理解V(正)=V(逆)?例如,一定條件下,可逆反應(yīng)N2+3H22NH3,對(duì)該可逆反應(yīng),表示正、逆反應(yīng)速率可以用N2或H2或NH3來(lái)表示:(1)單位時(shí)間內(nèi),有1molN2反應(yīng)掉,同時(shí)有1molN2生成(2)單位時(shí)間內(nèi),有3molH2反應(yīng)掉,同時(shí)有2molNH3反應(yīng)掉(3)單位時(shí)間內(nèi),有1molN2生成,同時(shí)有2molNH3生成以上均表示V(正)=V(逆)三、化學(xué)反應(yīng)條件的控制P.48思考與交流1、在生產(chǎn)和生活中,人們希望促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng),抑制有害的化學(xué)反應(yīng),這就要通過(guò)控制反應(yīng)條件來(lái)達(dá)到目的。2、提高燃料的燃燒效率的措施:(1)適當(dāng)過(guò)量的空氣,燃料與空氣充分接觸;(2)充分利用燃燒放出的熱能,提高熱能的利用率。3、意義:可以通過(guò)控制反應(yīng)條件,使化學(xué)反應(yīng)符合或接近人們的期望?;瘜W(xué)反應(yīng)條件的控制定向爆破下面以“提高煤的燃燒效率”為例,分析研究化學(xué)反應(yīng)條件的選擇。P491、煤被研得越細(xì),粉末越小,與空氣中O2得接觸面積越大,燃燒越充分,反應(yīng)速率越快。2、空氣充足,煤燃燒生成CO2越充分,放熱越多;若空氣不足,則煤燃燒部分生成CO,CO排到空氣中造成污染,且生成CO時(shí),放出得熱量大大減少。3、應(yīng)選擇保溫隔熱且耐熱的爐膛材料;盡管煤燃燒是放熱反應(yīng),但反應(yīng)過(guò)程中煤燃燒需提供部分能量才能繼續(xù),因此利用煤燃燒放出的部分熱量就可維持反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行,選用保溫隔熱材料的目的,正是為了防止熱量散失。4、可將燃燒后的廢氣通過(guò)交換裝置,供其他方面使用。5、燃料不充分燃燒有何危害?(1)產(chǎn)生熱量少,浪費(fèi)資源;(2)產(chǎn)生污染物,危害人體健康。6、燃料充分燃燒的條件是什么?燃料燃燒必須與空氣接觸,且要達(dá)到燃料的著火點(diǎn),燃料充分燃燒要考慮兩點(diǎn):一是燃燒時(shí)要有足夠多的空氣,二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面積??刂苹瘜W(xué)反應(yīng)條件的意義:對(duì)有利的或我們需要的化學(xué)反應(yīng),要想辦法增大反應(yīng)速率以提高生產(chǎn)或工作效率,并要采取措施促進(jìn)反應(yīng)的完成程度以提高原料的利用率或轉(zhuǎn)化率;對(duì)有害的或我們不希望發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),要設(shè)法降低反應(yīng)速率。練習(xí)1、天然氣和液化石油氣燃燒的主要化學(xué)方程式依次為:CH4+2O2→CO2+2H2O,C3H8+5O2→3CO2+4H2O,現(xiàn)有一套以天然氣為燃料的灶具,今改用液化石油氣,應(yīng)采用的正確措施是()A、減少空氣進(jìn)入量,增大石油氣進(jìn)入量B、增大空氣進(jìn)入量,減少石油氣進(jìn)入量C、減少空氣進(jìn)入量,減少石油氣進(jìn)入量D、增大空氣進(jìn)入量,增大石油氣進(jìn)入量B2.面粉廠必須嚴(yán)禁煙火的主要原因是()A.防止火災(zāi)發(fā)生B.防止污染面粉C.吸煙有害健康D.面粉顆粒極小,當(dāng)其擴(kuò)散在空氣中與空氣充分接觸,一旦引發(fā)反應(yīng),極易發(fā)生爆炸3.對(duì)于可逆反應(yīng)M+NQ達(dá)到平衡時(shí),下列說(shuō)法正確的是()
A.M、N、Q三種物質(zhì)的濃度一定相等B.M、N全部變成了QC.M、N、Q的濃度都保持不變D.反應(yīng)已經(jīng)停止DC4.在溶液中發(fā)生的反應(yīng),對(duì)反應(yīng)速率不發(fā)生影響的因素是()A.溫度B.壓強(qiáng)
C.濃度D.催化劑5.在反應(yīng):C+CO22CO中,可使反應(yīng)速率增大的措施是()①增大壓強(qiáng)②升高溫度③通入CO2④增加碳的量⑤降低壓強(qiáng)
A.①②③④B.②③④⑤C.①②③D.②③④BC6.在反應(yīng)A(g)+3B(g)2C(g)中,若以物質(zhì)A表示化學(xué)反應(yīng)速率為0.2mol/(L·min),則以物質(zhì)B表示此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為
mol/(L·min)。
7.下列措施對(duì)增大反應(yīng)速率明顯有效的是()A.Na與水反應(yīng)時(shí)增大水的用量
B.Fe與稀硫酸反應(yīng)制取H2
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