人教版化学必修2 第2章 第3节 化学反应的速率和限度.docx

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人教版化学必修2第2章第3节化学反应的速率和限度

第1课时　化学反应的速率

1．了解化学反应速率的含义及其表示方法。

2．了解影响化学反应速率的因素，初步了解控制化学反应速率的方法。

1．化学反应速率

（1）概念：

化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量。

（2）表示方法：

通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。

（3）计算：

表达式为v＝

或v＝

。

式中：

Δc为浓度的变化量，一般以mol/L为单位；Δt为时间，单位常用s或min表示。

（4）常用单位mol/（L·s）或mol/（L·min）。

2．决定一个化学反应速率快慢的主要因素是反应物本身的性质。

影响化学反应速率的外界条件是温度、催化剂、浓度、固体表面积、压强等。

[新知探究]

1．观察下列图片，说说哪些图片表示的过程中化学反应较快？

哪些表示的化学反应较慢？

提示：

火箭发射、汽油的燃烧过程中化学反应较快；溶洞形成、铁制品生锈过程中化学反应较慢。

2．不同化学反应进行的快慢差别很大，在科学研究中，如何描述一个反应进行的快慢？

提示：

通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。

3．在一个体积为2L的密闭容器中充入2molSO2和1molO2，发生反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）。

5s后，测得SO3的物质的量为0.8mol。

填写下列空白：

　　　　　　　　　　　2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）

起始浓度（mol/L）10.50

5s内浓度的变化量（mol/L）0.40.20.4

5s后浓度（mol/L）0.60.30.4

（1）分别用SO2、O2和SO3的浓度变化量表示该反应在5s内的反应速率。

提示：

v（SO2）＝0.08mol/（L·s）　v（SO3）＝0.08mol/（L·s）　v（O2）＝0.04mol/（L·s）

（2）以上三者的数值是否相等？

数值大小有何规律？

提示：

不相等，化学反应速率之比等于化学计量数之比。

（3）能否用固体或纯液体的变化来表示化学反应速率？

提示：

不能；原因是纯液体或固体的浓度一般视为常数，单纯改变它们的用量，浓度视为不变。

（4）化学反应速率是指瞬时速率还是平均速率？

提示：

化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率而不是指某一时刻的反应速率。

（5）用反应物和生成物表示的反应速率有无正负？

提示：

没有，化学反应速率都取正值。

[名师点拨]

　对化学反应速率的理解

1．一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反应速率时，必须指明是用哪一种反应物或哪一种生成物来表示。

2．由于一个化学反应里各物质的化学计量数不一定相同，所以用不同的物质表示的化学反应速率不一定相同。

3．同一化学反应，用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。

4．无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，其化学反应速率都取正值，而且是某一段时间内的平均速率。

5．在一定温度下，对于固体和纯液体物质来说，其单位体积里的物质的量不会改变，即它们的物质的量浓度为常数。

6．计算速率时要把物质的量转化为浓度，同时注意时间。

7．在比较速率大小时要转化成同一种物质的速率，同时要注意时间的单位。

[对点演练]

1．反应4NH3（g）＋5O2（g）

4NO（g）＋6H2O（g），在5L密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率为（　　）

A．v（O2）＝0.01mol/（L·s）

B．v（NO）＝0.008mol/（L·s）

C．v（H2O）＝0.003mol/（L·s）

D．v（NH3）＝0.004mol/（L·s）

解析：

选C　先根据化学反应速率的定义可得：

v（NO）＝

＝

＝0.002mol/（L·s）。

再运用“化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比”求出其他物质的反应速率：

v（O2）＝

v（NO）＝

×0.002mol/（L·s）＝0.0025mol/（L·s）；

v（H2O）＝

v（NO）＝

×0.002mol/（L·s）＝0.003mol/（L·s）；v（NH3）＝v（NO）＝0.002mol/（L·s）。

2．反应：

3M（g）＋N（g）===2P（g）＋2Q（g），用不同物质表示其反应速率，此反应在不同条件下进行最快的是（　　）

A．v（M）＝0.6mol/（L·min）

B．v（N）＝0.45mol/（L·min）

C．v（P）＝0.015mol/（L·min）

D．v（Q）＝0.45mol/（L·min）

解析：

选B　化学反应速率之比等于化学反应方程式中的化学计量数之比，即v（M）∶v（N）∶v（P）∶v（Q）＝3∶1∶2∶2，则用A表示的化学反应速率分别为：

A项中v（M）＝0.6mol/（L·min）。

B项中v（M）＝3v（N）＝0.45mol/（L·min）×3＝1.35mol/（L·min）。

C项中v（M）＝

v（P）＝

×0.015mol/（L·min）＝0.0225mol/（L·min）。

D项中v（M）＝

v（Q）＝

×0.45mol/（L·min）＝0.675mol/（L·min），所以在不同条件下，进行最快的是B项。

[新知探究]

1．探究温度对化学反应速率的影响

实验操作

实验现象

溶液中产生气泡速率的相对大小为③>②>①

实验结论

其他条件不变时，温度越高，化学反应速率越快

2.探究催化剂对化学反应速率的影响

实验操作

实验现象

产生气泡速率的相对大小为：

②、③>①

实验结论

FeCl3、MnO2能加快H2O2分解的反应速率

3.其他因素

影响化学反应速率的因素除温度、催化剂外，还有溶液或气体的浓度、反应物的状态、固体的表面积、压强、溶剂、光照等许多因素。

[问题讨论]

（1）同样的食物，为什么冬天保存的时间长而夏天保存的时间短？

提示：

冬天气温低，夏天气温高，温度越高，食物腐败的速率越快，贮存的时间越短。

（2）块状大理石与粉末状大理石分别与同浓度的盐酸反应，哪个产生气泡的速率快？

为什么？

提示：

粉末状大理石与盐酸的反应速率快，因为增大了反应物的接触面积。

（3）同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条，为什么产生气体有快有慢？

提示：

反应物本身的性质不同。

（4）同样大小的石灰石分别与0.1mol/L盐酸和1mol/L盐酸反应，反应速率为什么不同？

提示：

反应物的浓度不同。

[名师点拨]

1．影响化学反应速率的因素

内因

反应物

的性质

其他条件相同时，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

外因

催化剂

在其他条件相同时，使用催化剂，化学反应速率加快

温度

在其他条件相同时，升高温度，化学反应速率加快，降低温度，化学反应速率减慢

反应物

的浓度

在其他条件相同时，增大反应物的浓度，化学反应速率加快，减小反应物的浓度，化学反应速率减慢

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

光波、电磁波、超声波、溶剂等，也能影响化学反应的速率

[对点演练]

3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是（　　）

解析：

选D　影响化学反应速率的因素众多，本题从浓度和温度两个因素考查，只要抓住浓度越大，温度越高，反应速率越大，便可以选出正确答案D。

4．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。

下列因素中，影响该反应速率的是（　　）

①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl－的浓度

A．①④　　B．③④　　C．①③　　D．②③

解析：

选C　镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，与H＋有关，与Cl－无关。

在镁与盐酸的反应中，刚开始时H＋的浓度最大，反应速率应最大，但由于此反应为放热反应，温度升高，化学反应速率还会增大，随着化学反应的进行，H＋浓度逐渐减小，化学反应速率又逐渐减慢。

1．下列关于化学反应速率说法正确的是（　　）

A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加

B．化学反应速率0.8mol/（L·s）是指1s时某物质的浓度为0.8mol/L

C．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢

D．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显

解析：

选C　化学反应速率是指单位时间内反应物或生成物浓度的变化量，故A、B错误；反应速率的意义在于衡量化学反应进行的快慢，故C正确；反应速率大，现象不一定明显，如盐酸和NaOH溶液的反应，故D错误。

2．盐酸倒在碳酸钙粉末上，能使反应的最初速率加快的是（　　）

A．增加碳酸钙的用量

B．盐酸浓度不变，使用量增加一倍

C．盐酸浓度增加一倍，使用量减半

D．盐酸浓度不变，使用量减半

解析：

选C　对于CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O来说，可以加快反应速率的方法是增加盐酸的浓度或升高反应温度。

3．（2016·北京西城高一检测）对于反应4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，下列为4种不同情况下测得的反应速率，其中能表明该反应进行最快的是（　　）

A．v（NH3）＝0.2mol/（L·s）

B．v（O2）＝14mol/（L·min）

C．v（H2O）＝0.25mol/（L·s）

D．v（NO）＝9mol/（L·min）

解析：

选A　首先，统一单位，A项v（NH3）＝0.2mol/（L·s）＝12mol/（L·min），C项v（H2O）＝0.25mol/（L·s）＝15mol/（L·min）；其次，物质的化学反应速率与其化学计量数之比越大，则该物质表示的化学反应速率就越大，A、B、C、D四个选项中该比值分别是12÷4＝3,14÷5＝2.8，15÷6＝2.5,9÷4＝2.25。

4．（2016·海口高一检测）反应SO2＋O22SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4mol/L，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol/（L·s），则这段时间为（　　）

A．0.1s　　　B．2.5s　　　C．5s　　　D．10s

解析：

选C　v（O2）＝0.04mol/（L·s），则v（SO3）＝0.08mol/（L·s），由t＝Δc（SO3）/v（SO3）代入数据计算得t＝5s。

5．（2016·广州高一检测）某温度时，在2L容器中X、Y、Z三种物质随时间的变化曲线如图所示，由图中的数据分析。

（1）该反应的化学方程式为_________________。

（2）反应开始至2min时Z的平均反应速率为________。

解析：

（1）由题图可知2min内X、Y分别减少了0.3mol和0.1mol，Z增加了0.2mol，故X、Y为反应物，Z为生成物，X、Y、Z的化学计量数之比为3∶1∶2，该反应的化学方程式为3X＋Y

2Z。

（2）v（Z）＝

＝0.05mol/（L·min）。

答案：

（1）3X＋Y

2Z　

（2）0.05mol/（L·min）

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，则

（1）用物质A表示的反应速率为________。

（2）用物质B表示的反应速率为________。

（3）2s时物质B的转化率为________。

（4）2s时物质A的浓度为________。

解析：

据题意可知，初始时c（A）＝2mol/L，c（B）＝1mol/L，经2s后测得C的浓度为0.6mol/L，则：

　　　　　　　　2A（g）＋B（g）

2C（g）

c（初）（mol/L）　　210

Δc（mol/L）0.60.30.6

c（末）（mol/L）1.40.70.6

故v（A）＝v（C）＝0.6mol/L÷2s＝0.3mol/（L·s），v（B）＝0.15mol/（L·s），2s时物质B的转化率为0.3mol/L÷1mol/L×100%＝30%,2s时物质A的浓度为2mol/L－0.6mol/L＝1.4mol/L。

答案：

（1）0.3mol/（L·s）　

（2）0.15mol/（L·s）　

（3）30%　（4）1.4mol/L

第2课时　化学反应的限度和反应条件的控制

1．认识可逆反应，了解化学平衡的含义。

2．会判断化学平衡状态。

3．了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。

1．可逆反应：

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．可逆反应的特点：

3．化学平衡状态：

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，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变的状态。

4．化学反应的限度：

在给定条件下，化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度，化学反应限度的意义在于决定了反应物的最大转化率。

5．控制化学反应条件的意义：

通过对化学反应条件的控制。

改变化学反应的速率和化学反应的限度，促进对人类有利的化学反应，抑制有害的化学反应。

[新知探究]

1．为什么高炉中的化学反应不能按照化学方程式的计量数关系完全反应？

提示：

高炉中发生的化学反应是可逆反应，反应物不能完全转化为产物。

2．什么是可逆反应？

可逆反应有哪些特点？

提示：

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是可逆反应；可逆反应的特点：

（1）正反应和逆反应发生的条件相同，

（2）正反应和逆反应同时发生，（3）不管反应时间长短，反应物总有剩余，最终反应物与生成物共存。

3．2H2＋O2

2H2O和2H2O

2H2↑＋O2↑是互为可逆反应吗？

提示：

不是；因为可逆反应必须是在同一条件下同时进行。

[名师点拨]

（1）可逆反应的特点有“四同”：

同一反应；（反应处于）同一条件；（正、逆反应）同时进行；（反应物和生成物）同时存在。

（2）可逆反应用化学方程式表示时，不用“===”，而用“

”。

[对点演练]

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）通过改变反应条件，可逆反应中反应物的转化率可达到100%。

（　　）

（2）SO2和O2的反应可写为2SO2＋O2

2SO3。

（　　）

（3）CaO＋CO2===CaCO3和CaCO3

CaO＋CO2↑属于可逆反应。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×

[新知探究]

对于可逆反应2SO2＋O2

2SO3，在一定温度下，将2molSO2（g）和1molO2（g）通入一定体积的密闭容器中。

其化学反应速率与时间关系如图所示。

分析回答下列问题：

（1）反应开始时，正反应速率最大，原因是反应物浓度最大；逆反应速率为0，原因是生成物浓度为0。

（2）反应进行中，正反应速率的变化是逐渐减小，原因是反应物浓度逐渐减小；逆反应速率的变化是逐渐增大，原因是生成物浓度逐渐增大。

（3）反应一段时间（t1）后，正反应速率和逆反应速率的关系是大小相等，反应物的浓度不再改变，生成物的浓度不再改变。

[问题讨论]

1．什么是化学平衡状态？

化学平衡研究的对象是什么？

提示：

如果外界条件（温度、浓度、压强等）不发生改变，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。

化学平衡研究的对象是可逆反应。

2．化学平衡状态有哪些特征？

提示：

（1）等：

v正＝v逆≠0。

（2）动：

化学平衡状态是一种动态平衡。

达到平衡状态时，反应并没有停止，这时正反应和逆反应都依然在进行。

（3）定：

反应物的浓度和生成物的浓度不再改变。

（4）变：

外界条件（温度、浓度、压强等）一旦改变，化学平衡状态就会被破坏，并在新的条件下建立新的化学平衡。

[名师点拨]

化学平衡状态的判断

v（正）＝v（逆）是化学平衡的本质，反应混合物中各组分的浓度保持不变是现象。

因此，判断一个可逆反应是否达到平衡状态时可抓住“本质”，利用“现象”进行判断。

具体方法为：

1．直接标志

（1）v（正）＝v（逆）≠0。

①同一种物质的生成速率等于消耗速率；

②在化学方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比等于化学计量数之比；

③在化学方程式两边的不同物质生成（或消耗）速率之比等于化学计量数之比。

（2）各组分的浓度保持一定。

①各组分的浓度不随时间的改变而改变；

②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。

2．间接标志

（1）反应体系中总压强不随时间变化（适用于反应前后气体体积不等的反应）。

（2）混合气体的密度不随时间变化（适用于等压条件下反应前后气体体积不等的反应和等容条件下有固、液体参与或生成的反应）。

（3）对于反应混合物中存在有颜色的物质的可逆反应，若体系颜色不再变化，则反应达到平衡状态。

[对点演练]

2．对于化学反应的限度的叙述，错误的是（　　）

A．任何可逆反应都有一定的限度

B．化学反应达到限度时，正、逆反应速率相等

C．化学反应的限度与时间的长短无关

D．化学反应的限度是不可改变的

解析：

选D　任何可逆反应都有一定的限度，当反应达到限度时，即反应达到化学平衡，此时v正＝v逆，对同一可逆反应，达到化学平衡时，当外界条件不变时，反应的限度不变，与时间长短无关，但当外界条件发生改变，引起v正与v逆不相等时，化学平衡被破坏，化学反应的限度也会发生改变。

3．（海南高考）密闭容器中进行反应A（g）＋B（g）

C（g）＋D（g），判断反应是否达到平衡的依据为（　　）

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c（A）不随时间改变

D．单位时间里生成C（g）和D（g）的物质的量相等

解析：

选C　由于反应物和生成物均为气体，且反应前后气体的物质的量不变，故气体的压强和密度在反应过程中始终保持不变，A、B不能作为反应达到平衡的标志。

C（g）、D（g）均为生成物，反应的任何时刻，C（g）、D（g）的物质的量总是相等，D项错误。

当c（A）不变时，反应处于平衡状态。

[新知探究]

[问题讨论]

1．化学反应条件的控制的目的是什么？

提示：

促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。

2．要使反应（包括有利和有害的）符合或接近人们的期望，你认为可采取哪些措施？

提示：

（1）改变化学反应速率：

改变反应物的温度、溶液中溶质的浓度、气体压强（或浓度）、固体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、溶液中溶质的浓度、气体压强（或浓度）等。

3．提高煤的燃烧效率问题探究

（1）煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的目的是什么？

提示：

与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率快。

（2）通入过量空气的目的是什么？

提示：

空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多，若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。

（3）选择保温隔热且耐热的炉（灶）膛材料的主要目的是什么？

提示：

防止热量散失。

（4）充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取哪些措施？

提示：

将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用。

[名师点拨]

1．提高燃料的燃烧效率的措施

（1）尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。

关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。

（2）尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。

2．提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节约资源、减少污染。

[对点演练]

4．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是（　　）

①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气

A．①③④⑤　　　　　　　B．②③⑤⑥

C．③④⑤⑥D．①②③④

解析：

选C　理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。

对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。

③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。

1．下列不属于可逆反应的是（　　）

A．N2＋3H2

2NH3

B．CO2＋H2O

H2CO3

C．2NO2

N2O4

D．Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

解析：

选D　可逆反应必须在同一条件下同时进行，D中两个方向反应条件不同且不是同时进行，故不属于可逆反应。

2．反应2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素

O的氧气，经过一段时间后，

O原子存在于（　　）

A．O2　　　　　　　　B．SO2

C．O2和SO2D．O2、SO2和SO3

解析：

选D　可逆反应在相同条件下，可以向两个反应方向进行，反应体系中各物质同时存在，由于三种物质均含有氧元素，故

O原子可能存在于三种物质中。

3．对化学反应速率与化学反应限度的叙述，不正确的是（　　）

A．当化学反应达到最大限度时反应速率为0

B．同一化学反应，若反应条件不同，限度可能不同

C．化学反应的限度影响了反应物在该条件下的最大转化率

D．反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素

解析：

选A　化学反应达到最大限度时，即达到了化学平衡状态；该状态是动态平衡，化学反应速率不为0。

4．下列各关系式中能说明反应N2＋3H2

2NH3已达平衡状态的是（　　）

A．3v正（N2）＝v正（H2）

B．v正（N2）＝v逆（NH3）

C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）

D．v正（N2）＝3v逆（H2）

解析：

选C　A项中都是正反应速率，不能确定是否达到平衡；B项说明v正（N2）≠v逆（N2），不是平衡状态；C项中v正（H2）＝v逆（H2），处于平衡状态；D项v正（N2）≠v逆（N2），不是平衡状态。

5．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是（　　）

①使煤充分燃烧，提高煤的利用率　②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生，避免污染空气　④减少CO2的产生，避免“温室效应”

A．①②③　　　　　　　　B．②③④

C．①③④D．①②③④

解析：

选A　煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。

6．在某一容积为5L的密闭容器内，加入0.2mol的CO和0.2mol的H2O，在催化剂条件下高温加热，发生反应：

CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g），反应中CO2的浓度随时间变化情况如图所示：

（1）根据图中数据，反应开始至达到平衡状态时，CO2的平均反应速率为________，反应达到平衡状态时，c（H2）＝________。

（2）判断该反应达到平衡状态的依据是________（填序号）