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第二章化学反应速率和化学平衡第一节化学反应速率[学习目标]1.了解化学反应速率的概念及其定量表示方法。2.掌握化学反应速率的简单计算。3.了解化学反应速率的测量方法。知识衔接1．反应物的浓度：指溶液中溶质的物质的量浓度或气体的浓度。气体的浓度是指在气相反应中，单位体积内所含某气体的物质的量。固体和纯液体的浓度可看作是一个常数。2．纯液体：纯液体是指液态的纯净物，主要是为了和溶液区分。如食盐水就不是(填“是”或“不是”，下同)纯液体，属于溶液，而水、冰醋酸是纯液体。自主学习一、化学反应速率2．实例。在密闭容器中，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Δc(N2)＝2mol·L－1。v(N2)＝ΔcΔt＝0.4mol·L－1·min－1。v(H2)＝1.2mol·L－1·min－1。v(NH3)＝0.8mol·L－1·min－1。其速率之比v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2。3．表示化学反应速率时的注意事项。(1)某一段时间内的反应速率，是一段时间内的平均速率，而不是指瞬时速率。(2)无论是反应物还是生成物，其化学反应速率值都取正值。(3)固体或纯液体(注意：不是溶液)的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，一般不用固体或纯液体表示化学反应速率。(4)同一化学反应，用不同物质表示的反应速率可能不同，但意义相同，故描述反应速率时必须指明具体的化学物质。二、化学反应速率的测定1．测定原理。利用化学反应中与其中任何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。如释放出气体的体积和体系的压强。(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)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。3．实例(锌与稀硫酸的反应)。(1)实验。加入试剂反应时间反应速率40mL1mol·L－1硫酸长小40mL4mol·L－1硫酸短大(2)结论。可以根据产生相同体积的氢气所需要的时间长短来计算化学反应速率。(3)测定该实验反应速率的方法。①测定单位时间内收集到气体的体积；②测定收集单位体积的气体所用时间的长短；③测定单位时间内溶液中氢离子浓度的变化；④测定单位时间内锌粒质量的变化。易错提醒1．对化学反应速率表达式的理解。2．不论反应物还是生成物，其化学反应速率均取正值。3．在描述或计算某物质表示的化学反应速率大小时，必须注明其单位，否则无意义。自我检测1．在比较化学反应速率时，不可以利用的相关性质为()A．气体的体积和体系压强B．颜色的深浅C．固体物质的量的多少D．反应的剧烈程度答案：C2．下列关于化学反应速率的说法，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物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加B．化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1秒钟时某物质的浓度为0.8mol·L－1C．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，反应现象就越明显答案：C3．在密闭容器中，A与B反应生成C(A、B、C均为气体)，其反应速率分别用v(A)、v(B)、v(C)表示，已知v(B)＝2v(A)，2v(C)＝3v(B)，则此反应可表示为()A．2A＋B2CB．A＋3B2CC．A＋2B3CD．A＋BC答案：C4．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下用不同物质表示的化学反应速率如下，其中反应速率最大的是()A．v(CO)＝1.5mol·L－1·min－1B．v(NO2)＝0.7mol·L－1·min－1C．v(N2)＝0.4mol·L－1·min－1D．v(CO2)＝1.1mol·L－1·min－1解析：将选项中的反应速率均转化为用相同物质表示的反应速率进行比较。A项，v(N2)＝v（CO）4＝0.375mol·L－1·min－1，B项，v(N2)＝v（NO2）2＝0.35mol·L－1·min－1，D项，v(N2)＝v（CO2）4＝0.275mol·L－1·min－1，所以C项中的反应速率最大。答案：C要点一化学反应速率的计算方法问题：请你说出计算化学反应速率的常用方法。答案：(1)定义式法。利用公式v(A)＝Δc（A）Δt计算化学反应速率。其中Δc(A)——某物质A浓度的变化，常用单位：mol·L－1；Δt——时间变化，常用单位：s、min等；v(A)——物质A的化学反应速率，单位：mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。(2)关系式法。利用化学反应速率之比＝物质的量浓度变化量之比＝化学计量数之比。(3)“三段式”法。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：反应：mA＋nBpC起始浓度/(mol·L－1)abc转化浓度/(mol·L－1)xnxmpxm某时刻浓度/(mol·L－1)a－xb－nxmc＋pxmv(B)＝转化浓度Δt＝nxmΔt②计算中注意以下量的关系。对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)转化率＝c（转化）c（起始）×100%[例1]已知反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，某段时间内以A的物质的量浓度的变化表示的化学反应速率为1mol·L－1·min－1，则此段时间内以C的物质的量浓度变化表示的反应速率为()A．0.5mol·L－1·min－1B．1mol·L－1·min－1C．2mol·L－1·min－1D．3mol·L－1·min－1解析：在一个固定的化学反应中，反应方程式各物质的化学计量数之比等于用各物质表示的化学反应速率之比，由反应式A(g)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)知A、C的化学计量数之比为1∶2，所以v(C)＝2v(A)＝2×1mol·L－1·min－1＝2mol·L－1·min－1。答案：C解题归纳1．根据公式v＝ΔcΔt及Δc＝ΔnV可推出公式v＝ΔnV·Δt，该式应用更广泛。2．利用“三段式”计算时，转化物质的物质的量浓度或物质的量与化学方程式中的化学计量数成正比。1．反应4NH3＋5O2高温4NO＋6H2O在一定体积的密闭容器中进行，30s后NO的物质的量浓度增加了3mol·L－1，则下列反应速率正确的是()A．v(NO)＝0.1mol·L－1·s－1B．v(NO)＝0.02mol·L－1·s－1C．v(NH3)＝0.01mol·L－1·s－1D．v(NH3)＝0.2mol·L－1·s－1解析：根据化学反应速率的数学表达式，即v(NO)＝3mol·L－130s＝0.1mol·L－1·s－1，故A正确；根据选项A的分析，故B错误；依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(NH3)＝v(NO)＝0.1mol·L－1·s－1，故C错误；根据选项C的分析，故D错误。答案：A要点二化学反应速率大小的比较方法问题：怎样比较化学反应速率的大小？你知道哪些方法？请举例说明。答案：(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。例如：对于反应2SO2＋O22SO3，如果：a．v(SO2)＝2mol·L－1·min－1，b．v(O2)＝3mol·L－1·min－1，c．v(SO3)＝4mol·L－1·min－1，比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。换算得出：a.v(O2)＝1mol·L－1·min－1，c.v(O2)＝2mol·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为b＞c＞a。(2)比值法。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大小排序，数值大的反应速率大。例如：对于反应mA＋nBpC＋qD，若v（A）m＞v（B）n，则反应速率A＞B。[例2]反应A(g)＋2B(g)===2C(g)＋D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为：①v(A)＝0.15mol·L－1·s－1②v(B)＝0.4mol·L－1·s－l③v(C)＝0.3mol·L－l·s－1④v(D)＝0.5mol·L－l·s－1则该反应进行的快慢顺序为()A．②④③①B．④③＝②①C．④②③＝①D．④③①②解析：将不同物质的化学反应速率转化为同一种物质的化学反应速率，在单位相同的条件下其数值越大化学反应速率越大，将这几种物质的化学反应速率都转化为A的化学反应速率，①v(A)＝0.15mol·L－1·s－1；②v(A)＝v（B）2＝0.2mol·L－1·s－l；③v(A)＝v（C）2＝0.15mol·L－l·s－1；④v(A)＝v(D)＝0.5mol·L－l·s－1；所以化学反应速率大小顺序是④②③＝①，故选C。答案：C解题归纳比较化学反应速率的三个步骤“一看”：看化学反应速率的单位是否一致，若不一致，需转化为同一单位。“二化”：将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，或分别除以相应物质的化学计量数。“三比较”：标准统一后比较数值大小，数值越大，反应速率越大。2．在2A(g)＋B(g)3C(g)＋5D(g)反应中，表示该反应速率最大的是()A．v(A)＝2mol·L－1·min－1B．v(B)＝0.3mol·L－1·s－1C．v(C)＝0.8mol·L－1·s－1D．v(D)＝1mol·L－1·s－1解析：12v(A)＝160mol·L－1·s－1，v(B)＝0.3mol·L－1·s－1，13v(C)＝0.83mol·L－1·s－1，15v(D)＝0.2mol·L－1·s－1，数值大者反应速率大。答案：B