教师版 3高2化学反应速率计算.docx
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教师版3高2化学反应速率计算
化学反应速率
一、化学反应速率的概念及表示方法
1.定义：
化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的，在容积不变的反应容器中，通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
若浓度用物质的量（C）来表示，单位为：
mol/L，时间用t来表示，单位为：
秒（s）或分（min）或小时（h）来表示，则化学反应速率的数学表达式为
2.表达式：
（单位mol/（L·s）或mol/（L·min））或mol/（L·h）
3、规律:
在同一个化学反应里，虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但是它们的实际意义完全相同，即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应速率。
且反应的速率之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量系数之比。
注意：
1.一个确定的化学反应，用不同物质表示化学反应速率时数值不一定相同，描述反应速率时应指明物质。
2.化学反应速率是一段时间内的平均速率，而不是瞬时速率。
3.无论反应物还是生成物，其化学反应速率值都取正值。
4.在同一个化学反应中各物质的化学反应速率之比等于它们的化学计量数之比。
如：
.对于在一个容器中的一般反应：
aA+bB==cC+dD,
有：
VA：
VB：
VC：
VD===△CA：
△CB：
△CC：
△CD===△nA：
△nB：
△nC：
△nD====a：
b：
c：
d
5、用不同的物质表示同一时间的反应速率时其数值可能不同，但表达的意义是相同的，各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算：
对于反应
来说，则有
。
6.固体或纯液体（注意：
不是溶液）的物质的量浓度可视为常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。
二、化学反应速率的计算及比较
1、根据概念求反应速率
mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。
例１ 在密闭容器中，合成氨反应N2+3H2
2NH3，开始时c（N2）=8mol·L-1，c（H2）=20mol·L-1，5min后c′（N2）=6mol·L-1。
求v（N2）、v（NH3）、v（H2）。
解析：
5min内N2的浓度变化Δc（N2）=8mol·L-1-6mol·L-1=2mol·L-1，
故v（N2）=
=
=0.4mol·L-1·min-1。
由化学方程式知5min内Δc（NH3）=2Δc（N2）=4mol·L-1，Δc（H2）=3Δc（N2）=6mol·L-1，故
v（NH3）=
=
=0.8mol·L-1·min-1，
v（H2）=
=
=1.2mol·L-1·min-1。
答案：
v（N2）=0.4mol·L-1·min-1
v（NH3）=0.8mol·L-1·min-1v（H2）=1.2mol·L-1·min-1。
2、根据速率与化学反应方程中计量数的关系计算
mA＋nB
pC+qDvA．∶vB．∶vC．∶vD．=m∶n∶p∶q
①同一反应在同一时间内，用不同的物质来表示的反应速率其数值可能不同，但表示的意义相同，且反应的速率之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量系数之比。
即：
VN2：
VH2：
VNH3====1：
3：
2
②对于在一个容器中的一般反应aA+bB==cC+dD来说有：
VA：
VB：
VC：
VD===△CA：
△CB：
△CC：
△CD===△nA：
△nB：
△nC：
△nD
====a：
b：
c：
d
3、求解化学反应速率的计算题的一般步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
②标出各物质的起始量、转化量、某时刻的量。
③代入表达式计算。
4、计算模式
例如：
反应 mA + nB
pC
起始浓度（mol/L） a b c
转化浓度（mol/L）x
某时刻浓度（mol/L）a-x b-
c+
【例题】在2L的密闭容器中，加入1mol和3mol的H2和N2，发生N2+3H22NH3，在2s末时，测得容器中含有0.4mol的NH3，求该反应的化学反应速率。
解：
N2+3H22NH3
起始量（mol）：
130
2s末量（mol）：
1-0.23-0.60.4
变化量（mol）：
0.20.60.4
则VN2==0.2/2×2==0.05mol/（L·s）VH2==0.6/2×2==0.15mol/（L·s）
VNH3==0.4/2×2==0.1mol/（L·s）
5、计算中各量的关系：
①对反应物：
c（起始）－c（转化）＝c（某时刻）
②对生成物：
c（起始）+c（转化）=c（某时刻）
③转化率=c（转化）∕c（起始）×100%
6.化学反应速率的比较：
对于同一化学反应的化学反应速率用不同物质表示的数值可能不同，但比较反应速率的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。
（1）换算成同一物质来表示，再比较数值大小，并注意单位的统一。
对于反应2SO2+O2=2SO3如果
a.v（SO2）=2mol·L-1·min-1，b.v（O2）=3mol·L-1·min-1c.v（SO3）=4mol·L-1·min-1
转化为a.v（O2）=1mol·L-1·min-1c.v（O2）=2mol·L-1·min-1
则反应速率大小关系为b>c>a
（2）用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行排序，数值大的反应速率快。
如反应：
aA+bB==cC,即比较
与
，若
>
，则A的反应速率比B大。
例1 对于可逆反应A（g）+3B（g）
2C（g），在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是（ ）
A．v（A）=0.5mol·L-1·min-1
B.v（B）=1.2mol·L-1·min-1
C.v（C）=0.4mol·L-1·min-1
D.v（C）=1.1mol·L-1·min-1
解析：
本题考查有关反应速率的知识。
比较速率时，用反应中的任何物质都可以，可把不同物质表示的同一反应转化为同一物质表示。
例如本题可以用A物质表示。
B项v（B）=1.2mol·L-1·min-1即v（A）=0.4mol·L-1·min-1；v（C）=0.4mol·L-1·min-1即v（A）=0.2mol·L-1·min-1；v（C）=1.1mol·L-1·min-1即v（A）=0.55mol·L-1·min-1。
所以D项正确。
答案：
D
2、可逆反应A（g）+B（g）C（g）+D（g），在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是（B）
A.VA==0.15mol/L·minB.VB==0.6mol/L·min
C.VC==0.4mol/L·minD.VD==0.01mol/L·s
●特别提醒
（1）起始量、转化量、某时刻量三者物理量及单位要统一，都是物质的量或物质的量浓度，否则无法计算。
（2）起始量、转化量、某时刻量中，只有不同物质的转化量之比等于对应物质的化学计量数之比，不同物质的起始量或某时刻量之间没有必然的关系，不能列比例式计算。
☆总结：
1．同一反应，用不同物质浓度表示化学反应速率，数值不一定相同，但数值之比等于方程式中计量数之比，
2．表示化学反应速率应指明是用那种物质的浓度变化表示的速率，
3．通常情况下化学反应速率是指平均反应速率。
4．实验时可通过测量体系中某一物质的相关性质（如体积、颜色、浓度）变化，再进行适当的换算
影响化学反应速率的因素
一：
有效碰撞理论
（1）化学反应：
本质：
反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的生成，及反应物中原子的重新组合。
先决条件：
反应物分子之间发生碰撞
充分条件：
反应物分子发生有效碰撞。
（2）有效碰撞
1）什么是有效碰撞？
引起分子间的化学反应的碰撞是有效碰撞，分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件，有效碰撞是发生化学反应的充分条件，某一化学反应的速率大小与单位时间内有效碰撞的次数有关。
2）什么是活化分子？
具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子是活化分子，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞。
有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关。
3）什么是活化能？
活化分子高出反应物分子平均能量的部分是活化能，如图
活化分子的多少与该反应的活化能的大小有关，
活化能的大小是由反应物分子的性质决定，（内因）活化能越小则一般分子成为活化分子越容易，则活化分子越多，则单位时间内有效碰撞越多，则反应速率越快。
4）什么是催化剂？
催化剂是能改变化学反应的速率，但反应前后本身性质和质量都不改变的物质，催化剂作用:
可以降低化学反应所需的活化能,也就等于提高了活化分子的百分数,从而提高了有效碰撞的频率.反应速率大幅提高.
5）化学反应的过程：
一个反应要发生一般要经历哪些过程？
课堂思考题
二、浓度对反应速率的影响
（一）在其它条件不变的情况下，浓度对化学反应速率的影响
当其它条件不变时，增加反应物的浓度，可以增大反应的速率。
【原理性抽象】为什么增大反应物的浓度会影响反应速率呢？
⑴化学反应的实质是：
旧的化学键断裂，新的化学键形成
⑵化学反应发生的先决条件：
反应物分子相互接触和碰撞
注意：
反应物分子之间的碰撞次数很大，但并不是每一次碰撞均可发生化学反应。
在化学上，把能够发生化学反应的碰撞叫有效碰撞；不能发生化学反应的碰撞叫无效碰撞；有效碰撞次数越多，反应速率越快。
⑶在化学上，把能够发生有效碰撞的分子叫活化分子。
特点是：
①活化分子具有较高的能量，能量不足的分子获取能量后才能变成活化分子。
活化分子百分数=
×100%
当增加反应物的浓度时，活化分子的数量增加，有效碰撞的频率增大，导致反应速率增大。
点睛：
1.一个反应的速率主要取决于反应物的浓度，与产物的浓度关系不大
2.对于可逆反应aA+bBcC+dD来说，正反应的速率只取决于A、B两种物质的浓度，与C、D两种物质的浓度关系不大。
而逆反应的速率只取决于C、D两种物质的浓度，与A、B两种物质的浓度关系不大。
增加A或B的浓度只可以使正反应的速率增大，不会影响逆反应的速率。
3.固体和纯液体的浓度是一个常数，所以增加这些物质的量，不会影响反应的速率。
原因总结：
反应物浓度增大：
即单位体积内反应物分子总数数增大→单位体积内活化分子数增加→有效碰撞次数增多→反应速率加快
点睛：
浓度改变引起了活化分子总数改变，而活化分子百分数不变。
【应用】1.用饱和食盐水代替水制乙炔，以减缓太快的反应速率。
2.制Fe（OH）2时，通过降低NaOH溶液的含氧量（给溶液加热）来降低Fe（OH）2被氧化的速率。
【练习巩固1】
比较下列情况混合时，开始时反应速率的大小。
A．10mL2mol/LNa2S2O3和10mL1mol/LHCl
B．10mL4mol/LNa2S2O3和30mL2mol/LHCl
C．10mL1mol/LNa2S2O3和30mL0.5mol/LHCl
【解析】浓度是指反应时（混合物中）的浓度，而不是所取试剂的浓度。
故A=B>C。
（二）压强对化学反应速率的影响
压强是怎样对化学反应速率进行影响的？
【影响规律】对于有气体参加的反应来说，若其他条件不变，当温度一定时，增大体系的压力，体积减小，反应速率会加大，减小压强，反应速率减慢。
【微观解释】为什么增大压强会影响有气体参加的化学反应的速率？
（明确）1.一定量气体的体积与其所受的压强成正比。
这就是说，如果气体的压强增大到原来的2倍，气体的体积就缩小到原来的一半，单位体积内的分子数就增多到原来的2倍，即体系中各个物质的浓度都增加，所以化学反应速率增大。
相反，减小压强，气体的体积就扩大，浓度减小，因而反应速率减小。
2.如果参加反应的物质是固体、液体或溶液时，由于改变压强对它们的体积改变很小，因而它们的浓度改变也很小，可以认为压强与它们的反应速率无关。
注意：
1、对于那些反应物和生成物都有气体参加的可逆反应来说，增大体系的压强，反应物和生成物的浓度都增加，所以，正反应的速率和逆反应的速率都增大。
2、压强对化学反应速率的影响，应最终落实到浓度上，将压强问题转化为浓度问题。
故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。
对于气体反应体系要主要以下几个问题。
（1）一般情况下的改变压强
在其他条件不变时，只要有气体参加的反应（无论是体积增大、体积不变、体积减小），无论平衡怎样移动，当增大压强时，减小体积，即增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，速率增大，当降低压强时，速率都减小。
（2）充入惰性（不参加反应）气体
①恒容时，充入惰性气体→容器内气体总压增大，但反应物浓度不变，单位体积内活化分子数不变，反应速率不变。
②恒压时，充入惰性气体→容器容积增大→气体反应物浓度减小→反应速率减小。
【练习巩固2】
1、对于反应
，采取下列措施时，反应速率如何变化？
压强如何变化？
（1）缩小体积；
（2）保持体积不变，通入惰性气体He；（3）保持压强不变，通入惰性气体He。
【答案】
（1）加快
（2）不变（3）减小
2．煅烧硫铁矿产生二氧化硫，为了提高生成二氧化硫的速率，下列措施可行的是（AB）。
（A）把块状矿石碾成粉末（B）向炉内喷吹氧气
（C）使用Fe2O3作催化剂（D）降低体系的温度
（三）温度对化学反应速率的影响
温度是怎样对化学反应速率进行影响的？
【表征性抽象】在其它条件不变的情况下，升高温度，化学反应要加快。
经过实验测定，温度每升高10℃，反应速率通常要增大到原来的2~4倍。
注意：
在分析温度对化学反应速率的影响时不要把此知识点与化学平衡的移动相混淆；不论平衡向哪移动，只要温度升高，正、逆反应速率均增大，降低温度，正、逆反应速率均减小。
①当反应物浓度一定时，分子总数一定，升高温度，反应物分子的能量增高，使活化分子的百分比增大，因而单位体积内活化分子数量增多，有效碰撞频率增大，所以，反应速率加大。
例如：
Mg条分别与冷水和沸水的反应情况对比表
编号
Mg条与冷水反应
Mg条与热水反应
1
2
★②对于可逆反应来说，升高体系的温度，反应物和生成物中的活化分子数都增加，所以，正反应的速率和逆反应的速率都增大。
【应用】1.在实验室进行化学反应时，常常通过给反应物加热来增大反应的速率。
2.合成氨工业中，是在500℃的条件下进行反应，以加快反应进行的速度。
3.为防止食品变质，我们将食品放入冰箱中保存，以降低食品变质的速率。
点睛：
（1）温度对反应速率的影响规律，对吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。
（2）一般来说，温度对反应速率的影响比浓度、压强的显著，也易于控制，是常用的改变反应速率的方法。
【练习巩固】
1．设C+CO2
2CO-Q1，反应速率为υ1；N2+3H2
2NH3+Q2，反应速率为υ2。
对于上述反应，当温度升高时，υ1和υ2的变化情况为（A）。
（A）同时增大（B）同时减小
（C）υ1增大，υ2减小（D）υ1减小，υ2增大
（四）催化剂对化学反应速率的影响
催化剂是怎样影响化学反应速率的？
（演示实验）过氧化氢分解的对比实验
（1）2H2O2==2H2O+O2↑
（复习回顾）用KClO3制氧气的实验
（2）2KClO3==2KCl+3O2↑
催化剂能加快化学反应速率。
为什么催化剂能加快化学反应速率？
（影响规律）当温度和反应物浓度一定时，使用催化剂可使反应途径发生改变，从而降低了反应的活化能，使得活化分子的百分比增大，因此活化分子的数目增多，有效碰撞频率增大，故化学反应速率加大。
【对结论的再认识】1.催化剂改变化学反应速率的原因仅仅是改变始态到终态的途径，不改变反应的结果。
例：
（1）在加热条件下：
2Cu+O2==2CuO
2CuO+2CH3CH2OH==2Cu+2CH3CHO+2H2O
（2）氮的氧化物破坏臭氧：
NO+O3==NO2+O2
NO2+O==NO+O2
2.能加快反应速率的催化剂叫正催化剂；能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。
★3.对可逆反应而言，正催化剂使正、逆反应速率都加快，且加快的程度相同。
相反，负催化剂使正、逆反应速率都减小，且减小的程度相同。
【应用】催化剂在现代化学和化工生产中占有极为重要的地位。
大约85%的反应需要催化剂。
尤其是现代大型化工业、石油工业中，很多反应还必须使用性能良好的催化剂。
小结：
影响化学反应速率的因素
1、内因
反应物的性质（物质本身的性质）是影响化学反应速率的决定因素。
2、外界因素（浓度、压强、温度、催化剂等）对化学反应速率的影响
●其它因素对化学反应速率的影响
光、磁场、超声波、颗粒大小、溶剂性质…等
★★重点总结
外因
具体影响
浓度
反应物浓度增大，化学反应的速率增大；反应物浓度减小，化学反应的速率减小；
压强
对于有气体参加的反应，增大体系压强（相当于减小容器容积）相当于增大反应物的浓度，化学反应的速率增大；减小体系压强（相当于减小容器容积）相当于减小反应物的浓度，化学反应的速率减小。
温度
升高体系温度，化学反应速率增大；降低体系温度，化学反应速率减小
催化剂
正催化剂降低了反应的活化能，使反应速率增大；负催化剂使反应速率减小
其他
光、磁场、超声波、颗粒大小、溶剂性质…等
[随堂练习]
1．一般都能使反应速率加快的方法是（B）。
1升温；②改变生成物浓度；③增加反应物浓度；④加压
（A）①②③（B）①③（C）②③（D）①②③④
2．NO和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气体：
2NO+2CO=N2+2CO2
对此反应，下列叙述正确的是（AC）
（A）使用催化剂能加快反应速率
（B）改变压强对反应速率没有影响
（C）冬天气温低，反应速率降低，对人体危害更大
（D）无论外界条件怎样改变，均对此化学反应的速率无影响
3．把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生H2的速率可由如图2-1-1表示，在下列因素中，①盐酸的浓度，②镁条的表面积，③溶液的温度，④氯离子的浓度，影响反应速率的因素是（C）。
（A）①④（B）③④
（C）①②③（D）②③
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