化学反应原理专题2第一单元第1课时

第1课时化学反应速率的表示方法[目标导航]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，提高速率概念的理解能力。3.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。一、化学反应速率1．定义用来衡量化学反应过程进行的快慢程度的物理量。2．表示方法(1)可用单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示。(2)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。3．表达式及其单位(1)表达式：v＝ΔcΔt。(2)单位：mol·L－1·min－1[或mol/(L·min)]、mol·L－1·s－1[或mol/(L·s)]。议一议1．此处所学的化学反应速率是平均速率还是瞬时速率？是正值还是负值？答案根据化学反应速率的概念，该速率应是平均速率，均取正值。2．在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的反应中，可用哪些物质表示反应速率？在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中呢？答案在C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应中，可以用H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度变化来表示反应速率，而在2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑的反应中只能用NaOH、H2的浓度变化来表示，即不能用固体或纯液体来表示反应速率，因为固体或纯液体的浓度为常数。3．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SO2O2SO3物质的量变化(mol)0.80.40.8物质的量浓度变化(mol·L－1)0.40.20.4化学反应速率(mol·L－1·s－1)0.080.040.08速率之比v(SO2)∶v(O2)∶v(SO3)＝2∶1∶2结论：(1)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。(2)同一化学反应的反应速率，用不同物质表示时数值可能不同，但意义相同。二、化学反应速率的测定1．测定原理利用化学反应中与某一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质进行测定。2．测定方法(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)利用科学仪器测量出的性质进行测定，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，常常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。议一议1．已知反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，你有几种方法测定该反应的反应速率？试判断实验的可行性。答案(1)测量收集一定体积的H2所用的时间或测量一段时间内收集到H2的体积。(2)测量一段时间内溶液中H＋浓度的变化。(3)测量一段时间内锌粒质量的变化。以上三种方法中第(1)种方法容易操作。2．设计实验测定锌与硫酸反应的速率，按下列实验步骤完成实验：①按下图所示安装装置，加入锌粒，然后快速加入40mL1mol·L－1的稀硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。②按图示再安装一套装置，加入与前一套装置相同的锌粒，然后再快速加入40mL4mol·L－1的硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。回答下列问题：(1)实验所用的仪器有哪些？(2)观察到的现象是什么？(3)你能得出什么实验结论？(4)该实验中的注意事项有哪些？答案(1)锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50mL注射器、铁架台、秒表。(2)锌跟稀硫酸反应产生气泡，收集10mL气体②所用时间比①所用时间短。(3)4mol·L－1的硫酸与锌反应比1mol·L－1的硫酸与锌反应快。加入试剂反应时间反应速率1mol·L－1硫酸长小4mol·L－1硫酸短大(4)①锌粒的(即表面积)大小基本相同。②40mL的硫酸溶液要迅速加入。③装置气密性要好，且计时要迅速、准确。一、化学反应速率的计算方法例1一定条件下，向2L密闭容器中加入2molN2和10molH2，发生反应N2＋3H22NH3,2min时测得剩余N21mol，下列化学反应速率不正确的是()A．v(N2)＝0.25mol·L－1·min－1B．v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1C．v(NH3)＝1mol·L－1·min－1D．v(NH3)＝0.5mol·L－1·min－1解析解法一：求化学反应速率，需先求参加反应的物质的物质的量浓度的变化量和反应所耗时间，据物质的量的变化量与体积的比可得出浓度的变化量：N2＋3H22NH3起始量/mol2100变化量/mol2－1322min末量/mol110－32则v(N2)＝(2－1)mol/(2L×2min)＝0.25mol·L－1·min－1，v(H2)＝3mol/(2L×2min)＝0.75mol·L－1·min－1，v(NH3)＝2mol/(2L×2min)＝0.5mol·L－1·min－1。解法二：v(N2)＝2－1mol2L×2min＝0.25mol·L－1·min－1。用N2来表示反应速率时，因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5mol·L－1·min－1。答案C规律总结化学反应速率的计算方法(1)利用反应速率的定义式v＝ΔcΔt求算。(2)利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。(3)利用三段式进行计算①求解化学反应速率计算题的一般步骤：a．写出有关反应的化学方程式；b．找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；c．根据已知条件列方程计算。例如，对于反应：mA＋nB===pC＋qD。A的浓度为amol·L－1，B的浓度为bmol·L－1。反应进行至t1s时，A消耗了xmol·L－1，则反应速率可计算如下：mA＋nB===pC＋qD起始浓度/mol·L－1ab00转化浓度/mol·L－1xnxmpxmqxm最终浓度/mol·L－1a－xb－nxmpxmqxm则v(A)＝xt1－t0mol·L－1·s－1，v(B)＝nxmt1－t0mol·L－1·s－1。v(C)＝pxmt1－t0mol·L－1·s－1，v(D)＝qxmt1－t0mol·L－1·s－1。②计算时注意以下量的关系a．对反应物：c起始－c转化＝c某时刻；b．对生成物：c起始＋c转化＝c某时刻；c．转化率：c转化c起始×100%。变式训练1一定温度下，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．反应开始到10s，用Z表示的反应速率为0.158mol·L－1·s－1B．反应开始到10s，X的物质的量浓度减少了0.79mol·L－1C．反应开始到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解析由图像中数据计算用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比，也就是化学计量数之比，然后即可推出化学方程式。由图像可知：X、Y的物质的量逐渐减少，为反应物，Z的物质的量逐渐增多，为生成物。它们的物质的量变化分别为X：(1.20－0.41)mol＝0.79mol；Y：(1.00－0.21)mol＝0.79mol；Z：(1.58－0)mol＝1.58mol。故反应化学方程式为X＋Y2Z，D项错；A项：v(Z)＝ΔcZΔt＝1.58mol2L×10s＝0.079mol·L－1·s－1；B项：Δc(X)＝ΔnXV＝0.79mol2L＝0.395mol·L－1；C项，Y的转化率＝0.79mol1.00mol×100%＝79.0%。二、化学反应速率的比较例2对于反应A(g)＋3B(g)===2C(g)，下列各数据表示不同条件下的反应速率，其中反应进行得最快的是()A．v(A)＝0.01mol·L－1·s－1B．v(B)＝0.02mol·L－1·s－1C．v(B)＝0.60mol·L－1·min－1D．v(C)＝1.0mol·L－1·min－1解析对于同一反应在不同条件下的反应速率进行比较时，必须选定同一种速率单位和同一种物质，这样比较才有意义。如选择B物质和单位mol·L－1·min－1，并依据“各物质的速率之比等于化学方程式中计量数之比”进行相应的换算，然后进行对比。A项，v(B)＝3v(A)＝3×60s·min－1×0.01mol·L－1·s－1＝1.8mol·L－1·min－1；B项，v(B)＝60s·min－1×0.02mol·L－1·s－1＝1.2mol·L－1·min－1；D项，v(B)＝32v(C)＝1.5mol·L－1·min－1，经过比较可知A项反应进行的最快。答案A方法总结比较化学反应速率的方法(1)归一法：依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。(2)比值法：用各物质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大小排序，数值大的反应速率快。变式训练2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)＝0.15mol·L－1·s－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。答案④＞③＝②＞①解析解法一：由反应速率之比与物质的化学计量数之比，比较后作出判断。由化学方程式A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)得出：a.A与B的化学计量数之比为1∶3，而v(A)∶v(B)＝0.15∶0.6＝1∶4，故v(B)＞v(A)，从而得反应速率②＞①。b．B与C的化学计量数之比为3∶2，而v(B)∶v(C)＝0.6∶0.4＝3∶2，故v(B)＝v(C)，从而得③＝②。c．C与D的化学计量数之比为2∶2＝1∶1，而v(C)∶v(D)＝0.4∶0.45，故v(D)＞v(C)，从而得④＞③。故该反应进行的快慢顺序为④＞③＝②＞①。解法二：将不同物质表示的速率换算为同一物质表示的速率，再比较速率数值的大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用物质A表示的速率，则由方程式中的化学计量数知：v(A)∶v(B)＝1∶3，则②表示的v(A)＝0.2mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝1∶2，则③表示的v(A)＝0.2mol·L－1·s－1；v(A)∶v(D)＝1∶2，则④表示的v(A)＝0.225mol·L－1·s－1。故反应进行的快慢顺序为④＞③＝②＞①。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·s－1D．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－1C．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＝ΔcΔt＝8mol－7.2mol2L×2s＝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