学年高二化学苏教版选修4学案专题2 第一单元 第1课时 化学反应速率的表示方法.docx

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学年高二化学苏教版选修4学案专题2第一单元第1课时化学反应速率的表示方法

第一单元　化学反应速率

第1课时　化学反应速率的表示方法

[学习目标定位]　1.了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。

2.掌握化学反应速率的简单计算，学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。

1．化学反应快慢可以用化学反应速率来衡量。

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化学反应速率。

其数学表达式为v＝

。

Δc表示反应物或生成物物质的量浓度的变化（取绝对值），常用单位mol·L－1。

Δt表示一定的时间间隔，常用单位s、min或h。

2．在密闭容器中，发生合成氨的反应：

N2＋3H22NH3，开始时N2的浓度为8mol·L－1，H2的浓度为20mol·L－1，

5min后N2的浓度为6mol·L－1，在这个反应中N2浓度的变化值为Δc（N2）＝2mol·L－1，时间变化为Δt＝5min，那么用N2的浓度变化表示的反应速率为v（N2）＝

＝

＝0.4mol·L－1·min－1（写出计算过程），而用NH3的浓度变化表示的反应速率为v（NH3）＝0.8_mol·L－1·min－1。

探究点一　化学反应速率的应用

1．在一个体积为2L的密闭容器中发生反应：

2SO2＋O22SO3，经5s后，测得SO3的物质的量为0.8mol，填写下表：

有关反应物质

SO2

O2

SO3

物质的量变化（mol）

0.8

0.4

0.8

物质的量浓度变化（mol·L－1）

0.4

0.2

0.4

化学反应速率（mol·L－1·s－1）

0.08

0.04

0.08

速率之比

v（SO2）∶v（O2）∶v（SO3）＝2∶1∶2

2.分析上表可知：

（1）一般来说，随着反应的进行，反应物浓度会逐渐减小，化学反应速率也会逐渐减慢。

因此，化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。

（2）在同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其数值可能相同也可能不相同，但表示的意义相同。

因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，在v的后面将该物质的化学式用括号括起来。

（3）用不同反应物表示化学反应速率时，化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

[归纳总结]

（1）用浓度变化表示化学反应速率只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。

（2）化学反应速率计算的重要依据：

反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。

（3）在比较化学反应速率大小时，要注意换算成同一种物质来表示，同时注意单位的统一。

[活学活用]

1．已知4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，若反应速率分别用v（NH3）、v（O2）、v（NO）、v（H2O）（mol·L－1·min－1）来表示，则正确的关系是（　　）

A.

v（NH3）＝v（O2）B.

v（O2）＝v（H2O）

C.

v（NH3）＝v（H2O）D.

v（O2）＝v（NO）

答案　D

解析　同一反应用不同物质来表示反应速率时，反应速率之比等于化学方程式的化学计量数之比。

A中

v（NH3）＝v（O2），系数关系不对，因此不正确；同理B、C均不正确。

2．在四个不同的容器中进行合成氨的反应。

根据下列在相同时间内测定的结果，判断生成氨的速率最快的是（　　）

A.v（H2）＝0.3mol·L－1·min－1

B.v（N2）＝0.05mol·L－1·s－1

C.v（N2）＝0.2mol·L－1·min－1

D.v（NH3）＝0.3mol·L－1·min－1

答案　B

解析　由题意知N2＋3H22NH3

将各选项中反应速率转化为N2的反应速率得

A中v（N2）＝

v（H2）＝0.1mol·L－1·min－1

B中v（N2）＝

mol·L－1·min－1

＝3.0mol·L－1·min－1

C中v（N2）＝0.2mol·L－1·min－1

D中v（N2）＝

v（NH3）＝0.15mol·L－1·min－1。

探究点二　化学反应速率的测定

1．已知CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，你有几种方法测得该反应的反应速率？

试判断实验的可行性设计。

答案　

（1）测量收集一定体积的CO2所用的时间或测量一段时间内收集到CO2的体积。

（2）测量一段时间内溶液中H＋浓度的变化。

（3）测量一段时间内碳酸钙质量的变化。

2．设计实验盐酸与碳酸钙的反应速率，按下列实验步骤完成实验：

①按下图装置安装仪器，并检查气密性，加入5g碳酸钙然后快速加入20mL1mol·L－1的盐酸，测量收集10mLCO2所用的时间。

②用相同的装置换用20mL4mol·L－1的盐酸，测量收集10mLCO2所用的时间。

回答下列问题：

（1）实验中所用仪器有哪些？

答案　锥形瓶、单孔塞、直角导气管、50mL注射器、铁架台、秒表。

（2）观察到的现象是什么？

答案　碳酸钙与盐酸反应产生气泡；收集10mLCO2实验②所用时间比实验①所用时间短。

（3）某学生的实验记录如下，计算填写下表：

反应时间（s）

反应速率（mL·s－1）

1mol·L－1盐酸

20

0.5

4mol·L－1盐酸

8

1.25

（4）你能得出的实验结论如何？

答案　4mol·L－1的盐酸与碳酸钙反应比1mol·L－1的盐酸与碳酸钙反应速率快。

（5）该实验中的注意事项有哪些？

答案　①碳酸钙颗粒（即表面积）大小基本相同。

②20mL的盐酸溶液要迅速加入。

③装置气密性要好，且计时要迅速、准确。

[归纳总结]

化学反应速率是通过实验测定的。

因为化学反应中发生变化的是体系内的化学物质（包括反应物和生成物），所以与其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。

如：

（1）利用能够直接观察的某些性质测定

如通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率，或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。

（2）利用依靠科学仪器才能测量的性质进行测定，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。

（3）在溶液中，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，常常利用比色的方法测定溶液颜色深浅和溶液颜色与反应物浓度（或生成物浓度）的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。

[活学活用]

3．“碘钟”实验中，3I－＋S2O

===I

＋2SO

的反应速率可以用I

遇加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。

某探究性学习小组在20℃进行实验，得到的数据如下表：

实验编号

①

②

③

④

⑤

c（I－）/mol·L－1

0.040

0.080

0.080

0.160

0.120

c（S2O

）/mol·L－1

0.040

0.040

0.080

0.020

0.040

t/s

88.0

44.0

22.0

44.0

t1

回答下列问题：

（1）该实验的目的是_____________________________________________________。

（2）显色时间t1为________。

（3）通过分析比较上述数据，得到的结论是____________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）研究反应物I－与S2O

的浓度对反应速率的影响　

（2）

（或29.3）　（3）化学反应速率与反应物起始浓度乘积成正比（或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比）

解析　由数据表容易发现：

②④组所用时间相同，③组所用时间为它们的一半，①组所用时间为它们的2倍。

进一步分析：

②④两组中c（I－）与c（S2O

）的乘积相等，③组中此乘积为②④组的2倍，①组乘积为其一半。

因此可得结论：

当c（I－）·c（S2O

）相等时，显色时间相等，反应速率相等，显色时间与反应速率成反比，即t与

c（I－）·c（S2O

）成反比。

＝

，得t1＝

≈29.3。

理解感悟　本题难度较大，在审题时要抓住数据的特点：

①时间相同，浓度之间的关系；②时间成倍数增加或缩短，浓度之间的关系。

化学反应速率—

1．下列有关化学反应速率的说法中正确的是（　　）

A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显

B．化学反应速率通常用单位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来表示

C．若某化学反应的反应速率为0.5mol·L－1·s－1，就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为0.5mol·L－1

D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度

答案　D

解析　A项，中和反应速率很快，但有的没有明显现象，A错；B项，在化学反应中，由于固体和纯液体的浓度视为常数，其浓度变化值为零，故不能用它们表示反应速率，B错；C项，单位错，浓度变化单位应为mol·L－1，且由于化学计量数不一定相同，在该时间内反应物和生成物的浓度变化不一定都为0.5mol·L－1。

2．在2L密闭容器内，某气体反应物在2s内由8mol变为7.2mol，则用该气体表示该反应的平均反应速率为（　　）

A．0.4mol·L－1·s－1B．0.3mol·L－1·s－1

C．0.2mol·L－1·s－1D．0.1mol·L－1·s－1

答案　C

解析　用该气体表示反应的平均反应速率为v＝

＝

＝0.2mol·L－1·s－1，C正确。

3．在N2＋3H22NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6mol·L－1，在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45mol·L－1·s－1，则此段时间是（　　）

A．1sB．2sC．44sD．1.33s

答案　B

解析　本题考查化学反应速率的有关计算。

已知用H2表示的平均反应速率为0.45mol·L－1·s－1，则用NH3表示的平均反应速率为v（NH3）＝

v（H2）＝

×0.45mol·L－1·s－1＝0.3mol·L－1·s－1，Δt＝

＝2s，故正确答案为B。

4．在不同条件下，分别测得反应2SO2＋O22SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是（　　）

A．v（SO2）＝4mol·L－1·min－1

B．v（O2）＝3mol·L－1·min－1

C．v（SO2）＝0.1mol·L－1·s－1

D．v（O2）＝0.1mol·L－1·s－1

答案　D

解析　本题考查的是化学反应速率的比较。

以SO2为标准，并将单位统一，A、B、C、D选项换算成以SO2为标准的反应速率后分别为A.v（SO2）＝4mol·L－1·min－1；B.v（SO2）＝2v（O2）＝6mol·L－1·min－1；C.v（SO2）＝0.1×60mol·L－1·min－1＝6mol·L－1·min－1；D.v（SO2）＝2v（O2）＝2×0.1×60mol·L－1·min－1＝12mol·L－1·min－1。

5．某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如下图所示。

根据图中数据，试回答：

（1）反应在2min内的v（X）＝__________________，v（Y）＝______________，v（Z）＝____________。

（2）容器内的反应物是____________。

（3）写出该反应的化学方程式：

___________________________________________。

答案　

（1）0.025mol·L－1·min－1　0.075mol·L－1·min－1　0.05mol·L－1·min－1

（2）X、Y　（3）X＋3Y2Z

解析　本题考查的是利用图像法解决化学反应速率问题。

在相同体积、相同时间内，反应速率之比等于物质的量的变化量之比，即v（X）∶v（Y）∶v（Z）＝Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（Z）＝（1.0－0.9）∶（1.0－0.7）∶（0.2－0）＝1∶3∶2，故该反应的化学计量数之比为1∶3∶2，且该反应为可逆反应。

[基础过关]

一、化学反应速率的概念及其大小比较

1．用纯净的CaCO3与1mol·L－1100mL稀盐酸反应制取CO2。

关于此反应，下列说法不正确的是（　　）

A．可以用单位时间内CaCO3质量的减少表示该反应的反应速率

B．可以用单位时间内生成CO2的量表示该反应的反应速率

C．可以用单位时间内溶液中Ca2＋浓度的增加表示该反应的反应速率

D．可以用单位时间内CaCO3浓度的变化表示该反应的反应速率

答案　D

解析　CaCO3为固体，浓度不变化。

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（　　）

A．v（W）＝3v（Z）B．2v（X）＝3v（Z）

C．2v（X）＝v（Y）D．3v（W）＝2v（X）

答案　C

解析　对于任一化学反应，用不同的物质表示该反应的速率，其数值之比等于其化学计量数之比，v（W）∶v（X）∶v（Y）∶v（Z）＝3∶2∶4∶3。

v（W）＝v（Z），A错误；3v（X）＝2v（Z），B错误；2v（X）＝v（Y），C正确；2v（W）＝3v（X），D错误。

3．在2A＋B===3C＋4D反应中，表示该反应速率最快的数据是（　　）

A．v（A）＝0.5mol·L－1·s－1

B．v（B）＝0.3mol·L－1·s－1

C．v（C）＝0.8mol·L－1·s－1

D．v（D）＝1.0mol·L－1·s－1

答案　B

解析　都换算成用B表示的反应速率：

A．0.25mol·L－1·s－1

B．0.3mol·L－1·s－1

C.

mol·L－1·s－1

D．0.25mol·L－1·s－1

B项值最大，反应最快。

二、化学反应速率的计算

4．某一反应物的浓度是1.0mol·L－1，经过20s后，它的浓度变成了0.2mol·L－1，在这20s内用该物质浓度变化表示的化学反应速率为（　　）

A．0.04

B．0.04mol·L－1·s－1

C．0.08mol·L－1·s－1

D．0.04mol·L－1

答案　B

解析　v＝

＝

＝0.04mol·L－1·s－1。

A项无单位，D项单位不正确。

5．在密闭容器里，A与B反应生成C，其反应速率分别用v（A）、v（B）、v（C）表示，已知3v（B）＝2v（A）、2v（C）＝3v（B），则此反应可表示为（　　）

A．2A＋3B===2CB．A＋3B===2C

C．3A＋2B===3CD．A＋B===C

答案　C

解析　由3v（B）＝2v（A）、2v（C）＝3v（B）可推出：

＝

，

＝

，即v（A）∶v（B）∶v（C）＝3∶2∶3，速率之比等于化学计量数之比。

6．将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：

2A（g）＋B（g）2C（g）。

若经2s后测得C的浓度为0.6mol·L－1，现有下列几种说法：

①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·L－1·s－1

②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L－1·s－1

③2s时物质B的浓度为0.7mol·L－1

④2s末，物质A的转化率为70%

其中正确的是（　　）

A．①④B．①③

C．②④D．③④

答案　B

解析　2s末C的浓度为0.6mol·L－1，则2s末n（C）＝0.6mol·L－1×2L＝1.2mol，由三段式表示

2A（g）　＋　B（g）　　2C（g）

开始的物质的量/mol420

转化的物质的量/mol1.20.61.2

2s末的物质的量/mol2.81.41.2

v（A）＝

＝0.3mol·L－1·s－1

v（B）＝

＝0.15mol·L－1·s－1

A的转化率为

×100%＝30%

2s末时B的浓度c（B）＝

＝0.7mol·L－1。

7．将固体NH4Br置于密闭容器中，在某温度下，发生反应：

NH4Br（s）NH3（g）＋HBr（g），2HBr（g）Br2（g）＋H2（g），2min后，测知H2的浓度为0.5mol·L－1，HBr的浓度为4mol·L－1，若上述反应速率用v（NH3）表示，则下列速率正确的是（　　）

A．0.5mol·L－1·min－1

B．2.5mol·L－1·min－1

C．2mol·L－1·min－1

D．1.25mol·L－1·min－1

答案　B

解析　此题为连锁反应，即NH4Br（s）分解生成的HBr又有一部分分解，故剩余的HBr的量为NH4Br分解生成的HBr的量减去又分解的HBr量，即c（HBr）＝c（HBr）（生成）－c（HBr）（分解），又知c（H2）＝0.5mol·L－1，则c（HBr）（分解）＝1mol·L－1，所以c（HBr）（生成）＝c（HBr）＋c（HBr）（分解）＝5mol·L－1，c（NH3）＝c（HBr）（生成）＝5mol·L－1，v（NH3）＝

＝2.5mol·L－1·min－1。

三、化学反应速率图像

8．一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

下列描述正确的是（　　）

A．反应在0～10s内，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1

B．反应在0～10s内，X的物质的量浓度减少了0.79mol·L－1

C．反应进行到10s时，Y的转化率为79.0%

D．反应的化学方程式为X（g）＋Y（g）Z（g）

答案　C

解析　本题主要考查化学反应速率的计算及含义。

从图像上看，反应在0～10s内，Z的反应速率为v（Z）＝

＝0.079mol·L－1·s－1；X的物质的量浓度的减少为

＝0.395mol·L－1；反应进行到10s时，Y的转化率为

×100%＝79.0%；反应的化学方程式为X（g）＋Y（g）2Z（g）。

9．某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛6.5g锌粒（颗粒大小基本相同），通过分液漏斗加入40mL2.5mol·L－1的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10s时恰好收集到气

体的体积为50mL（若折合成0℃、101kPa条件下的H2体积为44.8mL），在该温度下，下列说法不正确的是（　　）

A．用锌粒来表示10s内该反应的速率为0.013g·s－1

B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋来表示10s内该反应的速率为0.01mol·L－1·s－1

C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋来表示10s内该反应的速率为0.01mol·L－1·s－1

D．用H2来表示10s内该反应的速率为0.0002mol·s－1

答案　C

解析　10s时产生的H2为0.002mol。

Zn　　＋　　H2SO4　===　ZnSO4　＋　H2↑

1111

0．002mol0.002mol0.002mol0.002mol

反应掉的m（Zn）＝0.002mol×65g·mol－1＝0.13g

v（Zn）＝

＝0.013g·s－1

v（H＋）＝

＝0.01mol·L－1·s－1

v（Zn2＋）＝

＝0.005mol·L－1·s－1

v（H2）＝

＝0.0002mol·s－1。

[能力提升]

10．某温度时，在VL密闭容器中，A、B、C三种物质的物质的量

随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：

（1）反应的化学方程式为_________________________________。

（2）从开始到t1min末，用物质C表示的反应速率为______________。

答案　

（1）4A＋2B3C　

（2）

mol·L－1·min－1

解析　Δn（A）∶Δn（B）∶Δn（C）＝（12－4）mol∶（8－4）mol∶（6－0）mol＝4∶2∶3，所以该反应的化学方程式为4A＋2B3C，v（C）＝

＝

mol·L－1·min－1。

11．在25℃时，向100mL含14.6g氯化氢的盐酸溶液里放入5.60g纯铁粉（不考虑反应前后溶液体积的变化），反应开始至2min末，收集到1.12L（标准状况）氢气。

在此之后，又经过4min，铁粉完全溶解。

则：

（1）在前2min内用FeCl2表示的平均反应速率是_______________________________。

（2）在后4min内用HCl表示的平均反应速率是_________________________________。

（3）前2min与后4min相比，反应速率较快的是__________________________________，

其原因是_______________________________________________________________。

答案　

（1）0.250mol·L－1·min－1　

（2）0.250mol·L－1·min－1　（3）前2min　随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率减慢

解析　n（HCl）＝

＝0.400mol，n（Fe）＝

＝0.100mol，n（H2）＝

＝0.050mol。

　　　　　　Fe　＋　2HCl===FeCl2＋H2↑

起始（mol）0.1000.40000

前2min末（mol）0.0500.3000.0500.050

后4min末（mol）00.2000.1000.100

（1）v（FeCl2）＝

＝0.250mol·L－1·min－1

（2）v（HCl）＝

＝0.250mol·L－1·min－1

（3）后4min内，v（FeCl2）＝

v（HCl）＝0.125mol·L－1·min－1<0.250mol·L－1·min－1，所以前2min反应速率较快。

12．在一密闭容器中（容积为5L），充入氨气和氧气，使其物质的量之比为1∶2，并发生如下反应：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O（g），此反应在一定条件下进行2min后，测得NH3的物质的量为2mol，NH3的转化率为20%。

（1）以NO的浓度变化表示该反应的平均反应速率是

________________________________________________________________________。

（2）O2在2min时的浓度0____________。

答案　

（1）0.05mol·L－1·min－1

（2）0.875mol·L－1

解析　设充入NH3的物质的量为a，则a（1－20%）＝2mol，得a＝2.5mol，

　　　　　4NH3＋5O2===4NO＋6H2O（g）

n（初）/mol2.5500

Δn/mol0.