第三节化学反应的速率和限度.docx
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第三节化学反应的速率和限度
第三节 化学反应的速率和限度
日常生活和生产中我们会遇到很多化学反应，有的反应进行地轰轰烈烈瞬间完成（如图1烟花的燃放），而有些反应却是在潜移默化中完成的（如图2铁的生锈），有的则需要上亿年的时间（如煤、石油的形成）。
所以有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢，那么我们在日常生活中怎样判断一个化学反应的快慢呢？
我们如何能改变化学反应的快慢呢？
一、化学反应的速率
1．化学反应速率的含义及表示方法
—表示化学反应进行__快慢__的物理量
—
—__v＝
__
—__mol·L－1·s－1__或__mol－1·L－1·min－1__
—
点拨：
在一定温度下，固体和纯液体的浓度是恒定常数，故不能用固体和纯液体物质表示化学反应速率。
2．外界因素对化学反应速率的影响
（1）温度。
实验操作
实验现象
产生气泡由快到慢的顺序：
__C＞B＞A__
实验结论
升高温度，反应速率__增大__；降低温度，反应速率__减小__
（2）催化剂。
实验操作
实验现象
产生气泡速率的相对大小：
__b＞a__，__c＞a__
实验结论
催化剂能__加快__H2O2分解的反应速率
（3）其他影响因素：
除温度、催化剂外，固体的__表面积__、反应物的状态、溶液的__浓度__、气体的__压强__、溶剂和光照等都可以影响化学反应速率。
点拨：
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。
二、化学反应的限度
1．可逆反应
（1）定义：
在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应。
（2）特点。
—反应物
生成物
—正、逆反应是在同一条件下同时进行的
—反应物和生成物同时存在
2．化学反应的限度：
（1）化学平衡状态的建立。
图示：
（2）化学平衡状态的概念：
在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度__不再改变__，达到一种表面静止的状态。
（3）化学反应的限度：
化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下所能达到的__最大程度__，任何可逆反应在给定条件下的进行程度都有一定的限度。
点拨：
可逆反应达到化学平衡状态时，反应并没有停止，化学反应速率不等于零。
三、化学反应条件的控制
1．目的
促进有利反应
控制有害反应
2．措施
（1）改变化学反应速率：
改变反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强、固体的表面积以及催化剂的合理使用等。
（2）改变可逆反应进行的限度：
改变可逆反应体系的温度、物质的浓度、气体的压强等。
3．实例——燃料的燃烧
（1）燃料燃烧的条件。
①燃料与__空气或氧气__接触，且空气要适当过量。
②温度达到燃料的__着火点__。
（2）提高燃烧效率的措施。
①尽可能使燃料__充分燃烧__，提高能量的转化率。
②尽可能地充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
1．对于反应：
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列判断正确的是（ A ）
A．用HCl和CaCl2表示的化学反应速率数值不同，但所表示的意义相同
B．不能用CaCO3的浓度的变化来表示化学反应速率，但可以用水来表示
C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同
D．用CaCl2浓度的减少来表示其化学反应速率
解析：
CaCO3是固体，H2O为液体，不能用它们表示化学反应速率；CaCl2是生成物，其浓度在反应过程中会增加。
在同一反应中，选用不同的物质表示化学反应速率数值可能不同，也可能相同，但意义相同，故正确答案为A项。
2．对于化学反应3W（g）＋2X（g）===4Y（g）＋3Z（g），下列反应速率关系中正确的是（ C ）
A．v（W）＝3v（Z）B．2v（X）＝3v（Z）
C．2v（X）＝v（Y）D．3v（W）＝2v（X）
解析：
速率之比等于化学方程式中化学计量数之比，A项，v（W）＝v（Z）；B项，3v（X）＝2v（Z）；D项，2v（W）＝3v（X）。
3．（2019·上海华东师大附中检测）下列说法正确的是（ B ）
A．化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示
B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于化学反应方程式中对应物质的化学计量数之比
C．化学反应速率的单位由时间单位和物质的量的单位决定
D．反应过程中，反应物浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
解析：
A项，化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化来表示，故错误；B项，用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于化学反应方程式中对应物质的化学计量数之比，故正确；C项，化学反应速率单位由时间单位和物质的量浓度的单位决定，故错误；D项，反应过程中，反应物浓度逐渐变小，用反应物或生成物浓度的变化量表示的化学反应速率均为正值，故错误。
4．（2019·山东潍坊高一期末）10mL1mol·L－1盐酸与一小块大理石发生反应：
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，下列措施对该反应的反应速率无影响的是（ B ）
A．将盐酸的温度升高10℃
B．加入一定量的CaCO3
C．加入5mL5mol·L－1硝酸
D．加入5mLH2O
解析：
A项升高温度，反应速率加快；B项加入一定量的CaCO3，CaCO3是固体，对反应速率无影响；C项加入硝酸，增大了H＋浓度，反应速率加快；D项加入H2O，稀释了盐酸，H＋浓度减小，反应速率减慢。
5．用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（ C ）
①加热 ②不用稀硫酸，改用98%的浓硫酸 ③增大稀硫酸的用量 ④不用铁片，改用铁粉
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：
用98%的浓硫酸代替稀硫酸，不能增大Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑的反应速率，其原因是Fe在浓硫酸中钝化，Fe与浓硫酸反应不生成H2等。
6．（2019·广东肇庆实验中学期中）下列四支试管中，在不同条件下反应：
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，判断产生H2的反应速率最快的是（ D ）
试管
盐酸浓度
温度
铁的状态
A
0.5mol/L
20℃
块状
B
0.5mol/L
20℃
粉末状
C
1mol/L
35℃
块状
D
2mol/L
35℃
粉末状
解析：
盐酸浓度越大、温度越高、反应物接触面积越大，反应速率越快，故D正确。
7．下列不属于可逆反应的是（ C ）
A．氯气与水反应生成盐酸与次氯酸
B．N2与H2在一定条件下可以生成NH3，同时NH3又可分解为N2和H2
C．电解水生成H2和O2，氢气和氧气转化为H2O
D．SO2溶于水和H2SO3分解
解析：
可逆反应指在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气点燃生成水，反应条件不同，不是可逆反应。
8．（2019·黑龙江伊春二中期中）在密闭容器中充入PCl5，发生化学反应：
PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g），反应一段时间后又向其中加入37Cl2，在重新达到化学平衡状态后，37Cl原子存在于（ D ）
A．PCl5B．PCl3
C．Cl2D．三种物质中都有
解析：
该反应是可逆反应，在生成产物的同时，生成物又反应产生反应物，因此反应一段时间后向其中加入37Cl2，在重新达到化学平衡状态后，37Cl原子存在于五氯化磷、三氯化磷以及氯气中，故D正确。
知识点一 化学反应速率的表示方法及注意事项
问题探究：
1.某一化学反应在第5s时的反应速率是0.2mol·L－1·s－1的说法正确吗？
2．单位时间内，反应物消耗的物质的量越多，是不是反应速率越大？
探究提示：
1.不正确。
化学反应速率是平均速率，不是某时刻的瞬时速率。
2．不一定。
反应物物质的量消耗得多，浓度变化不一定大。
知识归纳总结：
1．化学反应速率的表示方法
（1）计算公式：
v＝
。
v表示反应速率，Δc表示反应物（或生成物）浓度的变化，Δt表示反应时间的变化。
（2）单位：
mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
用不同的单位（mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1）表示，化学反应速率可能不同，但意义相同，故表示化学反应速率必须在数值后面指明单位。
换算关系：
1mol·L－1·s－1＝60mol·L－1·min－1
2．正确理解化学反应速率
（1）化学反应速率不论是用单位时间内反应物浓度的减小，还是用生成物浓度的增加来表示，化学反应速率均为正值。
（2）一个确定的化学反应涉及反应物、生成物等多种物质，因而定量表示一个化学反应的速率时，必须指明具体物质，如v（B）。
（3）固体或纯液体的浓度为常数，即反应过程中Δc＝0，所以不用固体或纯液体的浓度变化表示化学反应速率。
（4）由于一个化学反应里各物质的化学计量数不一定相同，物质的反应速率之比等于该反应方程式中各物质的化学计量数之比。
如反应：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），v（N2）v（H2）v（NH3）＝132。
（5）某段时间内的反应速率实际上是这段时间内的平均速率，而非瞬时速率。
点拨：
（1）各物质表示的化学反应速率之比等于该化学方程式中各物质的化学计量数之比，也等于各物质的浓度变化量之比，这是有关化学反应速率计算或换算的依据。
（2）比较同一个化学反应的反应速率的快慢时，应将反应速率转化为同一种物质，然后进行比较，且要注意单位统一。
典例1下列关于化学反应速率的说法中正确的是（ D ）
A．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常表示一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加
C．化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L－1
D．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
解析：
A项，化学反应速率越大，反应现象不一定越明显，如盐酸与氢氧化钠溶液的反应；B项，固体或纯液体的浓度可视为常数，不用来表示化学反应速率；C项，0.8mol·L－1·s－1；表示1s的时间内，某物质的浓度变化了0.8mol·L－1；D项，化学反应速率就是表示化学反应进行快慢的物理量。
〔变式训练1〕（2019·聊城高一检测）反应A（g）＋3B（g）2C（g）＋2D（g）在四种不同情况下的反应速率分别为①v（A）＝0.45mol·L－1·min－1；②v（B）＝0.6mol·L－1·s－1；③v（C）＝0.4mol·L－1·s－1；④v（D）＝0.45mol·L－1·s－1。
该反应进行的快慢顺序为（ A ）
A．④>③＝②>①B．④<③＝②<①
C．①>②>③>④D．④>③>②>①
解析：
若将各反应速率均转化为以B表示的反应速率，且以mol·L－1·s－1为单位，①、②、③、④表示的速率分别是0.0225mol·L－1·s－1、0.6mol·L－1·s－1、0.6mol·L－1·s－1、0.675mol·L－1·s－1，故A正确。
知识点二 化学反应速率的影响因素
问题探究：
1．请从化学反应快慢的角度解释人们为什么使用电冰箱保存食物。
2．铁粉与一定浓度的稀盐酸反应时，增加铁粉的用量能否加快化学反应速率？
探究提示：
1.食物腐败是因为发生了化学反应，在其他条件相同时，温度越低，化学反应越慢，人们用电冰箱把食物放置在低温下保存，以减缓食物的腐败。
2．不能。
对于固态或纯液态物质，浓度可视为常数，改变其用量，浓度不发生改变，不影响化学反应速率。
知识归纳总结：
化学反应速率的影响因素
1．内因
（1）内容：
反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定因素。
（2）规律：
反应物的化学性质越活泼，化学反应速率越快；反之，化学反应速率越慢。
（3）实例：
表面积相同的镁片和铁片分别与同浓度的盐酸反应时，前者反应速率更快。
2．外因
影响因素
影响结果
浓度
在其他条件相同时，增大反应物的浓度，v加快；减小反应物的浓度，v减慢
温度
在其他条件相同时，升高温度，v加快；降低温度，v减慢
压强
在其他条件相同时，增大气态反应物的压强，v加快；减小气态反应物的压强，v减慢
催化剂
在其他条件相同时，使用催化剂能极大地加快反应速率
固体反应物的表面积
在其他条件相同时，增大固体反应物的表面积，化学反应速率加快；减小固体反应物的表面积，化学反应速率减慢
其他
形成原电池、使用合适的溶剂等也影响化学反应速率
点拨：
（1）由于增大反应物浓度造成的反应速率减慢，此时要考虑常温下铁和铝在浓硫酸和浓硝酸中的钝化。
例如，铁和稀硫酸生成氢气的反应，若将稀硫酸换成浓硫酸，反应速率降低。
（2）中学阶段一般只讨论其他条件相同时，改变一个条件对化学反应速率的影响。
典例2把在空气中久置的铝片5.0g投入盛有500mL0.5mol·L－1硫酸的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的坐标曲线来表示，请回答下列问题：
（1）反应时间由O→a不产生氢气的原因是__硫酸首先与铝片表面的氧化铝反应，不产生氢气__，
有关反应的化学方程式为__Al2O3＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋3H2O__；
（2）反应时间由a→c产生氢气的速率逐渐增大的主要原因是__放热使溶液温度升高__；
（3）反应时间从c以后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是__硫酸的浓度减小__。
解析：
（1）在空气中久置的铝片表面有氧化铝薄膜，因此，硫酸首先和氧化铝反应，不产生氢气。
（2）a→c段，虽然硫酸的浓度逐渐减小，但是该反应是放出热量的反应，反应进行中溶液温度逐渐升高，温度升高，化学反应速率增大。
（3）反应时间从c以后，硫酸的浓度逐渐减小，成为影响化学反应速率的主要因素，因此化学反应速率逐渐减小。
〔变式训练2〕（2019·江西芦溪模拟）硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程为：
Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是（ D ）
实验反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/（mol·L－1）
V/mL
c/（mol·L－1）
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
解析：
对于该反应来说反应物浓度越大，温度越高，反应速率越大，表中C、D温度较高，则应大于A、B的反应速率，C、D相比较，D的反应物浓度较大，则反应速率较大。
知识点三 化学反应（限度）平衡状态的判断
问题探究：
1.把3molH2和1molN2充入密闭容器中反应，最终可以生成2molNH3吗？
2．“当可逆反应达到平衡状态时，化学反应就终止了”这种说法是否正确，为什么？
3．如何理解“正逆反应速率相等即达平衡状态”？
探究提示：
1.不可以。
该反应是可逆反应，当反应到一定限度后反应物就不再减少，生成物也不再增多。
2．不正确。
化学反应达到平衡状态时，反应的正、逆反应速率相等，但反应并没有终止，是一种动态平衡。
3．是指同一物质的生成速率和消耗速率相等。
知识归纳总结：
1．化学平衡状态的特征——“五字诀”
化学平衡状态的特征概括为逆、等、动、定、变，即：
—化学平衡研究的对象是可逆反应
—达到化学平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等
—化学平衡是一种表面静止状态，反应并未停止，是一种动态平衡
—达到化学平衡状态后，各组分浓度保持不变，不随时间变化而变化
—外界条件发生改变时，原平衡状态将被打破，再在新条件下建立新的平衡状态
2．化学平衡状态的判断依据
直接判定依据
v（正）＝v（逆）
同一物质
生成速率等于消耗速率
不同物质
化学反应速率之比等于化学计量数之比，且表示不同方向（即“一正一逆”）
间接判定依据
各物质的某些物理量
各组成成分的质量、物质的量、分子数、物质的量浓度保持不变
各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变
典例3（2019·山东聊城高一统考）下列关于化学反应限度的说法中正确的是（ A ）
A．一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B．当一个可逆反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且等于零
C．平衡状态时，各物质的浓度保持相等
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
解析：
平衡状态就是一个可逆反应在该条件下所能达到的最大限度，A正确；反应达到平衡时，v正＝v逆≠0，各物质的浓度保持不变但不一定相等，且当外界条件发生改变时，这种状态也会发生改变。
〔变式训练3〕在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），当m、n、p、q为任意整数时，达到平衡的标志是（ B ）
①体系的压强不再改变
②体系的温度不再改变
③各组分的浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q
⑥单位时间内mmolA发生断键反应，同时pmolC也发生断键反应
A．③④⑤⑥ B．②③④⑥
C．①③④⑤D．①③④⑥
解析：
判断化学平衡的根本标志是v正＝v逆，⑥中mmolA断键，则同时生成pmolC，而pmolC也发生断键反应，因此对C而言v正＝v逆，⑥正确；⑤中反应任一时刻反应速率之比都等于化学计量数之比，错误；平衡状态的直接标志是各组分的浓度不再改变，则各组分的质量分数也不再改变，③、④正确；间接标志是体系的温度不再改变，②正确；因m＋n与p＋q的相对大小不确定，故①无法确定，若m＋n＝p＋q，则压强始终不变化，则①错误。
因此选B。
怎样探究温度如何影响二氧化氮和四氧化二氮的化学平衡？
温馨提示：
本题实质上是考查温度对化学平衡的影响，请将反应的特点和平衡的移动联系起来。
因此在考虑问题时要找出它们的联系。
条件改变→平衡移动→移动结果→移动方向→条件与反应特点关系。
化学平衡状态是在一定条件下建立的，当条件改变时，化学平衡状态会改变。
答案：
该反应是可逆反应，且正反应是放热反应。
在实验过程中，观察到浸入冰水中的烧瓶里的气体的混合物颜色变浅，说明二氧化氮浓度减小，四氧化二氮浓度增加，原平衡状态被破坏，平衡向正反应方向移动，即向放热反应方向移动；而浸入热水中的烧瓶中气体混合物颜色变深，说明二氧化氮浓度增加，四氧化二氮浓度减小，同样破坏了原平衡状态，说明平衡向逆反应方向移动。
可见，当条件改变时，原来的化学平衡将被破坏，并在新的条件下建立新的平衡，即发生了化学平衡移动。
〔即时训练〕
用6gCaCO3与100mL稀盐酸反应制取少量的CO2，反应过程中生成的CO2的体积（已折算为标准状况）随反应时间变化的情况如图所示。
下列说法正确的是（ D ）
A．OE段表示的平均反应速率最快，可能的原因是该反应是放热反应
B．EF段用HCl浓度的减小表示的该反应的平均反应速率为0.2mol·L－1·min－1
C．在F点收集到的CO2的体积最大
D．在G点以后收集的CO2的量不再增多，原因是稀盐酸已反应完全
解析：
由图可知，1min时间内，EF段生成的二氧化碳的体积最多，故EF段反应速率最快，故A错误；由图可知EF段生成的二氧化碳体积为672mL－224mL＝448mL，二氧化碳的物质的量为
＝0.02mol，根据方程式CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O可知，Δn（HCl）＝2n（CO2）＝2×0.02mol＝0.04mol，故用盐酸表示该反应的平均反应速率为
＝0.4mol·L－1·min－1，故B错误；曲线上点的纵坐标的值即为该点收集的二氧化碳的体积，由图可知G点收集的二氧化碳最多，故C错误；根据反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O,6gCaCO3完全反应生成二氧化碳应该是1.344L，而G点是784mL，说明CaCO3未反应完，盐酸完全反应，故D正确。
1．（2019·江苏泰兴一中质检）一定温度下，向容积为2L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（ C ）
A．该反应的化学方程式为3B（g）＋4D（g）6A（g）＋2C（g）
B．反应进行到1s时，v（A）＝v（D）
C．反应进行到6s时，B的平均反应速率为0.05mol·L－1·s－1
D．反应进行到6s时，各物质的反应速率相等
解析：
A项，该反应中各物质的物质的量变化之比等于化学方程式中化学计量数之比，Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）∶Δn（D）＝（1.2－0）mol∶（1.0－0.4）mol∶（1.0－0.2）mol∶（0.4－0）mol＝6∶3∶4∶2，又因为各物质的浓度最终不变，应为可逆反应，因此化学方程式为3B（g）＋4C（g）6A（g）＋2D（g），故错误；B项，反应进行到1s时，v（A）∶v（D）＝3∶1，故错误；C项，反应进行到6s时，B物质的浓度改变0.3mol/L，因此B的平均反应速率为0.05mol/（L·s），故正确；D项，各物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比，故错误。
2．（2019·江苏苏州高一联考）下列各组反应中，不属于可逆反应的是（ C ）
A．N2＋3H2
2NH3和2NH3
N2＋3H2
B．H2＋I2
2HI和2HI
H2＋I2
C．2H2＋O2
2H2O和2H2O
2H2↑＋O2↑
D．2SO2＋O2
2SO3和2SO3
2SO2＋O2
解析：
根据可逆反应的定义，在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应。
所以C中的反应不是可逆反应。
3．（2019·广西桂林期末质检）在光照条件下，纳米TiO2能将甲醛催化氧化成二氧化碳和水。
经10小时（h）催化氧化后，某密闭空间内甲醛的浓度从2.0×10－7mol/L降到1.0×10－7mol/L，则甲醛在这段时间内的平均反应速率为（ D ）
A．4.0×10－8mol/（L·h）B．3.0×10－8mol/（L·h）
C．2.0×10－8mol/（L·h）D．1.0×10－8mol/（L·h）
解析：
甲醛的浓度为2.0×10－7mol/L－1.0×10－7mol/L＝1.0×10－7mol/L，反应时间为10h，因此甲醛的平均反应速率为1.0×10－8mol/（L·h），故D正确。
4．（2019·山东青岛二中高一检测）可逆反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），500℃时，将2molN2和2.25molH2充入容积为10L的密闭恒容容器中进行反应，则反应完成时，NH3的浓度不可能达到的值是（ D ）
A．0.1mol·L－1B．0.12mol·L－1
C．0.05mol·L－1D．0.15mol·L－1
解析：
若N2与H2反应完全，则生成1.5molNH3，其浓度为0.15mol·L－1，考虑可逆反应的特点，则有05．化学反
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