第05課時化學反應的速率和限度（原卷版）

第05課時化學反應速率與限度學習目標：1．掌握化學反應速率的概念及計算方式2．了解影響化學反應速率的因素3．了解化學反應的限度重點：1．影響化學反應速率的因素2．化學反應限度難點：影響化學反應速率的因素開啟新世界在化學變化的研究和實際應用中，人們除了選擇合適的化學反應，以實現所期待的物質轉化和能量轉化還要關注化學反應進行的快慢和程度，以提高生產效率。一、化學反應的速率在化學實驗和日常生活中，我們經常觀察到這樣的現象：有的化學反應進行的快，有的化學反應進行的慢。溶洞形成 火箭發(fā)射 鋼鐵生銹 水果腐敗不同的化學反應進行的快慢千差萬別，快與慢是相對而言的，是一種定性的比較。在科學研究和實際應用中對化學反應進行的快慢進行定量的描述或比較時，要使用同一定義或標準下的數據。與物理學中的物體運動快慢用速率表示類似，化學反應過程進行的快慢反應速率來表示。化學反應速率通常單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量。金曲正直來表示。濃度場以為mol/L單位，時間以分（min）或秒（s）為單位，化學反應速率的單位相應為____________或______。例如某反應的反應物濃度在5分鐘內由6mol/L變成了2mol/L，則以該物質濃度的表變化表示該反應在這段時間內的平均速率為0．8mol/(L·min)。對于同一個反應而言，速率之比為計量數之比。例如3H2＋N2?2NH3中，v(H2)：v(N2)：v(NH3)=3：1：2【練習】1在t℃，在4個均為的密閉容器中分別進行合成氨反應：3H2＋N2?2NH3。根據在相同時間內測定的結果，判斷反應進行快慢的順序為a．v(NH3)=0．05mol·L—1·min—1 b．v(H2)=0．03mol·L—1·min—1c．v(N2)=0．02mol·L—1·min—1 d．v(H2)=0．001mol·L—1·min—1A．a＞c＞b＞d B．a＞c=d＞b C．a＞b＞c＞d D．a＞d＞c＞b【思考】哪些因素會影響化學反應速率？化學反應往往受反應條件的影響。例如，過氧化氫溶液在常溫下分解放出氧氣的速率很小，但是加入催化劑二氧化錳后分解速率增大。像這樣通過改變化學反應的條件來調控化學反應速率的情況，在實際的生產和生活中常常會遇到。對于有些化學反應，我們希望其越慢越好，比如食物的，橡膠和塑料的老化，金屬的腐蝕；有的則希望其快一些，如氨、硫酸等化工產品的生產。調控化學反應速率常常是決定化學實驗成敗或化工生產成本的關鍵?！緦嶒灐?①溫度。兩只試管中分別加入5mL5%H2O2溶液，再滴兩滴FeCl3溶液。一支試管浸入冷水中，另一只浸入熱水中。觀察現象。②濃度。兩只試管中分別加入5mL5％H2O2溶液和5mL20％H2O2溶液，再滴兩滴FeCl3溶液。觀察現象實驗現象：①____________________________________________； ②_____________________________________________。上述實驗說明，其他條件不變時，溫度升高，化學反應速率__________，增大反應物濃度時，化學反應速率_______________。大量實驗室時和科學研究證明：一般條件下，當其他條件相同時，增大反應物的濃度，化學反應速率增大，降低反應物濃度，化學反應速率減??；升高溫度，化學反應速率增大，降低溫度，化學反應速率減?。淮呋瘎┛梢愿淖兓瘜W反應速率。【思考】還有什么會影響化學反應速率？為什么實驗室有些藥品我們要配成溶液使用？對于氣體的來說，在相同溫，壓強越大，一定質量氣體的體積越小，單位體積內氣體分子數越_____。增大壓強或減小容器容積，相當于增大了反應物的__________，化學反應速率__________；減小壓強或增大容器容積，相當于減小了反應物濃度，化學反應速率__________。因此，外在，日常生活和化學實驗中，我們細心的觀察和思考。還會發(fā)現更多影響化學反應速率的因素?？偨Y：影響化學反應速率的因素有溫度，反應物濃度，反應物接觸面積，是否使用催化劑，氣體反應時壓強也是速率影響因素之一，當氣體反應體系中存在純固體或純液體時，不影響速率。。【練習】2反應C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)在一容積可變的密閉容器中進行，下列條件的改變能夠引起反應速率增大的是A．增加C(s)的量B．保持壓強不變，充入Ar使容器容積增大C．保持容器容積不變，充入Ar使體系壓強增大D．將容器的容積縮小一半二、化學反應的限度化學反應是按照化學方程式中的計量關系進行的，我們正是據此進行有關化學方程式的計算。你是否考慮過這樣一個問題：化學反應在實際進行時（如化學實驗化工生產等），反應物是否會按照化學方程式中的計量關系完全轉化為產物呢？如果能在什么條件下，如果不能，原因是什么呢？我們知道SO2與H2O的反應中，由于生成的H2SO3不穩(wěn)定，會部分分解為SO2和H2O。該反應是一個可逆反應，不能進行到底。另外我們學習過H2與N2合成NH3的反應也是可逆反應,同樣不能進行到底。科學研究表表明，很多化學反應都是可逆反應。在一定條件下，某個可逆反應在進行時，反應物的濃度最大，生成物的濃度為零，因此正反應速率大于逆反應速率。隨著反應的進行，反應物的濃度逐漸減小，正率逐漸減減小；生成物的濃度逐漸增大，逆反應速率逐漸增大。當反應進行到一定程度時，正反應速率與逆反應速率相等，反應物的濃度和生成物的度都不再變化，達到一種表面靜止狀態(tài)，我們稱為化學平衡狀態(tài)，簡稱化學平衡。化學平衡狀態(tài)是可逆反應在一定條件下能達到的或完成的最大程度，即該反應的進行限度?；瘜W反應的限度決定了反應物在該條件下轉化為生成物的最大轉換率?！咀⒁狻?．化學平衡狀態(tài)的特征2．判斷依據。（1）正反應速率與逆反應速率相等：v正＝v逆①對于同一物質，該物質的生成速率等于它的消耗速率；②對于不同物質，化學反應速率之比等于方程式中的化學計量數之比，但必須是不同方向的速率。（2）可逆反應發(fā)生過程中的可變量達不變。在可逆反應中有很多可變量，如：濃度、物質的量、百分含量等，當可變量達不變時，則反應達平衡。平衡常數 對于可逆反應：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定溫度下有K=cp(C)·c任何可逆反應在給定條件下的進程都有一定的限度，只是不同反應的限度不同。改變反應條件可以在一定程度上改變某一個化學反應的限度，亦改變化學反應平衡狀態(tài)。因此，通過調控反應的條件可使反應結果更好的符合人們預期的目的，這在工工農業(yè)生產和環(huán)境保護等方面已經得到廣泛應用。三、化學反應條件的控制在生產和生活中人們希望促進有利的化學反應（提高反應速率，提高反應物的轉化率及原料的利用率），抑制有害的化學反應（降低反應速率，控制反應速率的發(fā)生，減少甚至消除有害物質的產生），這就需要進行化學反應條件的控制。在化工生產中，為了提高反應進行的程度而調控反應條件時，需要考慮反應條件的成本和實際可行性。例如合氨的生產在溫度較低時，氨的產率較高；壓強越大，氨的產率安的產率越高。但溫度較低時，反應速率小，需要很長時間才能達到化學平衡，生產成本高，工業(yè)上通常選擇在400~500℃下進行。而壓強越大，對動力生產設備的要求也越高，合成氨廠隨著生產規(guī)模和設備條件的不同，采用的壓強通常為10MPa到30MPa。【擴展】勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度)，則平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。例如：3H2＋N2?2NH3，正反應為放熱反應。在反應容器中，升高溫度時，平衡向吸熱方向進行，即氨的產率降低；當增大容器壓強時，平衡向氣體體積減小方向進行，即氨的產率增大。【練習】3某實驗探究小組研究25℃時的分解反應：。該小組根據表格中的實驗數據繪制圖像如圖所示。下列說法正確的是t/min012340．1600．1140．0800．0560．04000．0230．0400．0520．060A．曲線I是的濃度變化曲線B．曲線II是的濃度變化曲線C．在0~1min，1~2min兩個時間段里，化學反應速率最快的是0~1minD．只增大容器體積，化學反應速率增大課堂練習1．如圖表示在一定的溫度下，容積固定的密閉容器中，A、B、C三種氣體的物質的量濃度隨時間變化的情況。試回答下列問題：（1）該反應的化學方程式為________。（2）0~t1s內氣體B的平均反應速率為________。（3）(t1＋10)s時，B的物質的量分數為________（保留兩位小數），此時v正（A）___v逆（B）（填“＞”“＜”或“=”），D點是否處于平衡狀態(tài)________（填“是”或“否”）。（4）下列關于該反應的說法正確的是________（填字母）。a．到達t1s該反應已停止b．在t1s之前，氣體B的消耗速率大于它的生成速率c．在t1s，氣體C的正反應速率等于逆反應速率（5）容器中(t1＋10)s時的壓強與起始時的壓強之比為________。2．碳及其化合物在人們的生活及生產中具有廣泛的用途?；卮鹣铝袉栴}：（1）利用活性炭的還原性可處理機動車的尾氣（如氮氧化物），涉及如下反應：C(s)＋2NO(g)?N2(g)＋CO2(g)，一定條件下，恒容密閉容器中有關物質的濃度隨時間的變化情況見下表：01020302．01．160．400．4000．4200．42①a=________，b=_______。②0~20min內的平均反應速率v(CO2)=________mol·L—1·min—1。（2）煉鋼爐中發(fā)生復雜的化學反應，其中包括反應：C(s)＋CO2(g)?2CO(g)。將1molCO2與足量的碳加入一個恒容密閉容器中，當CO2的體積分數為86%時，CO2的轉化率為_________。3．某研究小組設計了如圖實驗，探究常溫下催化劑對過氧化氫分解反應的影響。序號ⅠⅡⅢ實驗操作示意圖實驗現象有極少量氣泡產生產生氣泡速率略有加快產生氣泡速率明顯加快（1）實驗Ⅰ的作用是____________。（2）實驗Ⅲ中反應的化學方程式為____________。（3）根據實驗Ⅰ~Ⅲ中現象的不同，可以得出的結論是①使用合適的催化劑，可提高過氧化氫分解反應的速率；②____________。（4）在一定溫度下，10mL0．40mol/LH2O2溶液發(fā)生催化分解，6min后H2O2的濃度減小到，6min內以H2O2的濃度變化表示的平均反應速率v(H2O2)_________mol·L—1·min—1。能力提升1．甲：在試管中依次加入1g粉末狀大理石、4mol·L—1鹽酸鹽酸20mL(過量)；乙：在試管中依次加入2g顆粒狀大理石、4mo1·L—1鹽酸20mL(過量)；下列CO2生成體積(已折算成標準狀況)V(CO2)與反應時間t的關系曲線圖合理的是 A B C D2．下列有關化學反應限度的說法錯誤的是A．任何可逆反應都有一定的限度B．化學反應的限度是可以改變的C．化學反應的限度與反應進行時間的長短有關D．化學反應達到限度時，正逆反應速率相等3．一定量鹽酸跟過量的鐵粉反應時，為了減緩反應速率，且不影響生成氫氣的總量，可向鹽酸中加入適量的①NaOH固體②KNO3溶液③水④CH3COONa固體A．①③ B．②④ C．②③ D．③④4．將Ag塊狀碳酸鈣跟足量鹽酸反應，反應物損失的質量隨時間的變化曲線如下圖的實線所示，在相同的條件下，將Bg粉末狀碳酸鈣與同濃度鹽酸反應，則相應的曲線（圖中虛線所示）正確的是（已知A＞B） A B C D5．我國成功實現持續(xù)開采可燃冰。可燃冰是天然氣和水在海底300m~3000m的深度形成的固體，可表示為mCH4·nH2O。下列哪個條件不是形成可燃冰必須具備的A．低壓 B．低溫 C．高壓 D．充足的CH4來源6．某同學研究影響雙氧水分解反應速率的因素，反應方程式為2H2O2=2H2O＋O2↑，下列措施不能加快該反應速率的是A．升高溶液溫度 B．加入少許MnO2 C．向反應液中加水 D．增大H2O2的濃度7．將BaO2放入密閉真空容器中，反應2BaO2(s)?2BaO(s)＋O2(g)達到平衡，保持溫度不變，縮小容器容積，體系重新達到平衡，下列說法正確的是A．BaO量不變 B．氧氣壓強不變 C．氧氣濃度增大 D．平衡常數減小8．可使C(s)＋CO2(g)=2CO(g)反應速率增大的措施是①增大壓強②增加炭的量③通入CO2④恒壓下充入N2⑤恒容下充入N2⑥升溫A．①⑤ B．①②⑥ C．①③⑥ D．③⑥9．一定溫度下，反應N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密閉容器中進行，下列措施不改變化學反應速率的是A．縮小體積 B．恒容，充入He C．恒容，充入O2 D．恒壓，充入N210．在100℃時，將0．100molN2O4氣體充入1L恒容抽空的密閉容器中，隔一定時間對該容器內物質的濃度進行分析得到如表數據：時間(s)020406080c(N2O4)/mol·L－10．100c10．050c3c4c(NO2)/mol·L－10．0000．060c20．1200．120（1）該反應的平衡常數表達式為；_______________________從表中分析：c1____c2，c3_____c4(填“＞”、“＜”或“＝”)。（2）在上述條件下，從反應開始直至達到化學平衡時，