1、第三节 化学反应的速率和限度激趣导读 自然界里的化学反应，速率相差很大，有些反应进行得很快，在极短的时间内就可以完成，例如爆炸；有些反应进行得很慢，要几十年，几百年，几千年，甚至几万年才能完成，例如地层里煤的形成、岩石的风化等。对化学反应速率的研究已经形成了一门化学的分支学科，叫做化学动力学。它已有一百多年的历史了，但直到现在，化学动力学的理论还是落后于技术，它还是处于发展的早期阶段，大部分化学动力学知识都来自经验，而不是从理论推导出来的。因此，化学动力学还有广阔的发展前途。正因为如此，化学动力学给那些对化学研究感兴趣的人们提供了无限的机会。目标 1.掌握化学反应速率的概念和表示方法。2掌握浓
2、度、温度、催化剂等外界条件对化学反应速率的影响。3知道可逆反应的特征；掌握化学平衡的特征。4了解化学反应速率和化学反应限度在生产实际中的应用。5初步掌握有关化学反应速率的计算；认识提高燃料燃烧效率的途径和重要性。第1课时化学反应的速率一、化学反应速率1化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的，表示符号：v。2化学反应速率的表示方法(1)化学反应速率可以用单位时间内化学反应物的现象(如生成沉淀、气体、溶液颜色变化等)出现的快慢定性表示。(2)化学反应速率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，指定物质的化学反应速率的计算方法为v。 c：某物质浓度的变化，若是反应物，表示其浓
3、度的减少，若是生成物，表示其浓度的增加，常用单位：mol/L。 t：时间，常用单位：s、min、h。因此，化学反应速率v的常用单位是：mol/(Ls)、mol/(Lmin)、mol/(Lh)。(3)对于同一个化学反应，用不同的物质来表示化学反应速率时，数值可能不相同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率，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小括号括起来。在化学反应中，各物质的物质的量之比等于化学计量数之比，因此，用不同物质表示的化学反应速率的比值等于化学方程式中相应的化学计量数之比，对于化学反应：aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，v(A
4、)v(B)v(C)v(D)a b cd。(4)化学反应速率指的是单位时间内的平均反应速率，不是瞬时反应速率。二、外界条件对化学反应速率的影响(1)有关规律浓度：对有气体参加的反应或在溶液中发生的反应产生影响，在其他条件不变时，增大反应物的浓度，化学反应速率增大，与反应物的总量无关。压强：对有气体参加的化学反应而言，在温度一定时，对一定量的气体，增大压强就会使气体体积缩小，使气体浓度增大，化学反应速率增大。若减小压强，气体体积增大，气体反应物浓度就减小，化学反应速率也减小。温度升高，化学反应速率增大，一般地说，温度每升高10 ，反应速率增大到原来的24倍。升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，速
5、率都增大。催化剂改变(增大或减弱)化学反应速率。但不能使本来不会发生的反应变为可能。催化剂参与反应过程，只是反应前后质量与组成不变。其他：光、超声波、激光、射线、电磁波、反应物颗粒大小、扩散速率、溶剂等因素也都能对某些化学反应的反应速率产生一定的影响，例如氯水经光照能加速次氯酸分解，加快Cl2与水的反应。形成原电池也是增大反应速率的一种途径。(2)对于反应3A(g)B(s)=C(g)(正反应放热)，在其他条件不变时，改变其中一个条件，则生成C的速率：升温增大；增大压强增大；增大容器容积减小；加入A增大；加入B不变；压缩体积增大。探究点一对化学反应速率的理解及计算 1对化学反应速率的理解(1)化
6、学反应速率实际上指的是某物质在某一时间段内化学反应的平均速率，而不是某一时刻的即时速率。(2)表示化学反应速率时，不论是用反应物浓度的减少，还是用生成物浓度的增加表示，化学反应速率均取正值。(3)由于固体或纯液体，在一定温度下，单位体积内的物质的量保持不变，即固体或纯液体的浓度是个常数，所以对于有纯液体或固体参与的化学反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。(4)由于压强的变化对固体和液体的体积影响很小，故改变压强对它们的浓度影响很小，所以改变压强对无气体参与的反应的化学反应速率无影响。(5)对于同一化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示其反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数
7、值表示的都是同一个反应的速率。因此，表示化学反应的速率时，必须指明是用反应体系中的哪种物质作依据。(6)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物质的化学计量数之比，这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。如：A2B=C3D中，v(A)v(B)v(C)v(D)1213。(7)在比较化学反应速率的大小时，如果是用同一个反应中不同的物质表示的反应速率，应按照化学计量数之比统一转化成用同一种物质表示的反应速率后再比较。2化学反应速率的计算(1)定义式法。利用公式v计算化学反应速率，亦可利用该公式计算浓度变化量或时间。(2)关系式法。化学反应速率之比物质的量浓度变化
8、之比物质的量变化之比化学计量数之比。1.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？提示：不一定。反应物物质的量消耗多，浓度变化不一定大。2某一化学反应在第5 s时的反应速率是0.2 molL1s1的说法正确吗？提示：不正确。通常所说的化学反应速率是指一定时间段内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。 思路分析依据定义计算化学反应速率，找出物质的量浓度改变量和时间。解析A项，不符合反应速率的定义，2 s末的速率是瞬时速率，在本题条件下是不能求解的，错误；氨在2 s末，浓度增加了1.0 molL10.2molL10.8 molL1，故前2 s内氨的平均反应速率为0.4 molL
9、1s1，B正确；前4 s内氨的平均反应速率为0.3 molL1s1，C正确；24 s内氨的平均反应速率为 0.2 molL1s1，D正确。答案A将10 mol A和5 mol B放入容积为10 L的密闭容器中，某温度下发生反应：3A(g)B(g)2C(g)，在最初2 s内，消耗A的平均速率为0.06 molL1s1，则在2 s时容器中有8.8 mol A，此时C的物质的量浓度为0.08_mol/L。解析： 3A(g) B(g) 2C(g) 1.0 0.5 0 0.0620.12 0.04 0.08 1.00.120.88 0.50.040.46 0.08则2 s时，n(A)0.88 mol/L
10、10 L8.8 mol，c(C)0.08 mol/L。探究点二影响化学反应速率的因素 1基本规律2.几点说明(1)除了上述影响化学反应速率的因素以外，光、电磁波、超声波、射线、溶剂等也能影响化学反应速率。 (2)催化剂是能够改变其他物质的化学反应速率而自身的组成、化学性质和质量在反应前后保持不变的物质。催化剂有正、负之分，正催化剂能加快化学反应的速率，负催化剂能降低化学反应的速率。我们通常所说的催化剂是正催化剂。在影响化学反应速率的各种外因中，催化剂的效果最好，它能使化学反应速率增大几个到十几个数量级。催化剂是现代化学中关键而又神奇的物质之一。据统计，约有80%85%的化工生产过程使用催化剂(
11、如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，石油、天然气、煤的综合利用等等)，目的是加快化学反应速率，提高生产效率。催化剂与化学反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性(专一性)。这就是说，并不是每一个化学反应都有适宜的催化剂，也并不是一种催化剂会万能地作用于所有的化学反应。催化剂最佳效能的发挥需要有一个适宜的温度，不同的催化剂所需要的适宜温度也不一定相同。混在反应物中的一些杂质往往会使催化剂效率降低甚至失去催化效能，即催化剂中毒。因此在使用催化剂时采取必要的措施来防止催化剂中毒。(3)在温度对化学反应速率的影响中，温度每升高10 ，化学反应速率就提高到原来的24倍。 (4
12、)对于氧化还原反应来说，构成原电池也是影响化学反应速率的主要因素之一。原电池反应比非原电池反应要快得多。3注意事项(1)在影响化学反应速率的因素中，内因是决定性的因素。一个本来就不可能发生的化学反应，任何外因都无济于事，而对于客观上能够发生的化学反应，外因能够改变其反应速率。 (2)在浓度对化学反应速率的影响中，“浓度”是指反应物的浓度，或生成物的浓度。“改变反应物的浓度”不包括改变固体和纯液体反应物的浓度。(3)在压强对化学反应速率的影响中，“压强”是指气体反应物的压强，因为在温度和物质的量一定的条件下，气体压强的变化实质上是气体浓度的变化，而固体和液体的体积受压强的影响甚小，通常忽略不计。
13、(4)温度对化学反应速率的影响是最广的。放热反应、吸热反应、正反应、逆反应等反应速率都受温度的影响。(5)当改变某一条件化学反应速率发生变化时，条件改变越大，化学反应速率变化越大。(6)影响化学反应速率的条件有很多，不同的条件对化学反应速率的影响“方向”可能不同。因此，当面对两种或多种影响因素而判断化学反应速率的变化时，要注意应用“令其他条件一定(或不变)，改变某一条件看化学反应速率怎么变化”的科学方法。(7)从数形关系规律的角度来看，可以用直角坐标系中的图象来表示化学反应速率与影响因素之间的关系。例如在锌跟盐酸的反应中，反应速率与盐酸浓度的关系、反应速率与反应物温度的关系，分别可用图中的和表
14、示出来。以锌与稀硫酸反应制取氢气为例，讨论固体的表面积、溶液的浓度对化学反应速率的影响。(1)在实验室中，为加快生成氢气的速率，通常用锌粉代替锌粒，其原理是什么？(2)实验室常用30%左右的硫酸(约3.7 molL1)与锌粒反应制取H2，当反应一段时间后，气泡变得稀少了(锌粒还有剩余)，如果添加一些适当浓度的硫酸溶液到反应容器中，气泡又会重新增多起来，原因是什么？提示：(1)反应物的接触面积越大，反应速率越快，锌粉的表面积远大于锌粒，用锌粉代替锌粒时，增大了锌与硫酸的接触面积，使生成氢气的速率加快。(2)ZnH2SO4=ZnSO4H2，离子方程式为Zn2H=Zn2H2。c(H)的大小影响着该反
15、应的反应速率。气泡变稀少了，是因为c(H)减小了，反应速率减慢。如果添加一些适当浓度的硫酸溶液，由于溶液中c(H)又迅速增大，使反应物之间的接触机会增大，因而反应速率加快，产生气泡的速率又加快了。例2下列各组反应中，反应刚开始时，放出H2的速率最大的是()思路分析解本题的关键是横向或纵向对比数据。分析判断影响化学反应速率大小的因素时应遵循以下思路：(1)先看内因，即不相同的化学反应，只能根据反应事实和现象定性分析反应的快慢；(2)内因相同时，再看外因，即反应相同时，可根据外界影响因素来定量判断反应速率的大小。解析决定化学反应速率的主要因素是物质的性质，即内因。首先根据金属活动性排除C项。镁与硝
16、酸反应不产生氢气，排除A项。镁与酸反应的实质为Mg2H=Mg2H2，因为镁是固体，所以镁的物质的量对化学反应速率无影响，温度相同时，只有H的浓度对化学反应速率有影响，因酸的体积相同，则只比较酸的浓度即可。B项中H的浓度为3 molL1，而D项中H的浓度为6 molL1，故D项放出H2的速率最大。答案DH2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(D)A图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快B图乙表明，其他条件相同时，NaOH的浓度越小，H2O2分解速率越快C图丙表明，少量Mn2存在时，溶液碱性越强，H2O2分解
17、速率越快D图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2对H2O2分解速率的影响大解析：由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；0.1 molL1 NaOH对应的曲线下降最快，即H2O2分解速率最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1 molL1 NaOH条件下H2O2分解速率最快，0 molL1 NaOH条件下H2O2分解速率最慢，而1.0 molL1 NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2对H2O2分解速率影响较大，D项正确。1下列关于化学反应速率的说法正确的是(C)A在反应过程中，
18、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B化学反应速率为“0.8 mol/(Ls)”所表示的意思是：时间为1 s时，某物质的浓度为0.8 mol/LC根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行得快慢D对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显2在一密闭容器中充入一定量的N2和O2，在电火花作用下发生反应N2O2=2NO，经测定前3 s用N2表示的反应速率为0.1 mol/(Ls)，则6 s末NO的浓度为(C)A1.2 mol/L B大于1.2 mol/LC小于1.2 mol/L D不能确定解析：随反应进行N2浓度降低，反应速率降低，故3 s6 s内N2的速率小于0.1
19、mol/(Ls)，即6 s内N2的速率小于0.1 mol/(Ls)，由反应速率之比等于化学计量数之比知，v(NO)小于20.1 mol/(Ls)0.2 mol/(Ls)，故6 s末NO的浓度小于6 s0.2 mol/(Ls)1.2 mol/L。3将N2、H2混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器中进行合成氨反应，经过一段时间后反应速率为：甲：v(H2)3 mol/(Lmin)；乙：v(N2)2 mol/(Lmin)；丙：v(NH3)1 mol/(Lmin)。在这段时间内三个容器中合成氨的反应速率(C)A甲乙丙 B甲乙丙C乙甲丙 D甲丙乙解析：比较反应速率的快慢，需转化成同种物质表示的反应速率，如都
20、用H2表示化学反应速率，根据反应N23H22NH3，甲中v(H2)3 mol/(Lmin)；乙中，v(H2)3v(N2)6 mol/(Lmin)；丙中v(H2)v(NH3) mol/(Lmin)，因此反应速率乙甲丙。4100 mL 6 mol/L硫酸溶液与过量锌粒反应，一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但又不影响生成氢气的总量，可采取的措施是(C)A加入少量碳酸钠粉末 B加入少量硫酸铜溶液C加入适量NaCl溶液 D加热解析：加入少量碳酸钠粉末，消耗硫酸，生成氢气的总量减少，A项错误；加入少量硫酸铜溶液，锌置换出铜，形成原电池反应，加快反应速率，B项错误；加入适量NaCl溶液，氢离子浓度减小，
21、反应速率减小，不影响生成氢气的总量，C项正确；温度升高，反应速率增大，D项错误。5在N23H22NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 molL1，在此时间内用NH3表示的反应速率为0.30 molL1s1。则此一段时间是(B)A1 s B2 sC0.44 s D1.33 s解析：根据公式v(NH3)，可得：t2 s。6在密闭系统中发生反应C(s)CO2(g)2CO(g)，下列措施能使化学反应速率增大的是(C)减小容器体积使压强增大升高温度将炭粉碎通入CO2增加炭的量恒容条件下通入N2A BC D解析：减小容器体积、增大压强和通入CO2都增大了反应物的浓度，、都能使化学反应速
22、率增大；升高温度，化学反应速率一定增大，正确；将炭粉碎，增大了炭与CO2的接触面积，化学反应速率增大，正确；由于炭是固体，增加炭的量，反应物的浓度不会改变，故不能使化学反应速率增大；恒容条件下通入不参与反应的N2，反应混合物的浓度不变，化学反应速率不变，错误。选C。7在密闭容器中发生下列反应：I2(g)H2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)。起始时，n(H2)a mol，n(I2)b mol。只改变表中列出的条件，其他条件不变，试将化学反应速率的改变填入相关的表格中(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)不论正反应是吸热还是放热，升高温度都会使化学反应速率增大。(2)若无特别说明，通
23、常所说的催化剂即为“正催化剂”，加入催化剂，可加快化学反应速率。(3)再充入a mol H2，c(H2)增大，化学反应速率增大。(4)扩大容器的容积，容器内各物质的浓度减小，化学反应速率减小。(5)在密闭容器中通入Ne(g)，保持容积不变，并未改变反应物浓度，化学反应速率不变。8如图所示，某温度下在容积为V L的密闭容器中，经t min后，物质X、Y、Z、W的物质的量变化情况，请回答：(1)反应物是X，Y，生成物是Z，W。(2)发生反应的化学方程式为：4X2YZW。(3)该反应t min内的平均反应速率用X表示为：v(X) mol/(Lmin)。解析：(1)由图中看出随着反应的进行，X，Y的物质的量不断减小，Z，W的物质的量不断增加，所以X，Y为反应物Z，W为生成物。(2)化学方程式系数之比等于各物质的反应速率之比c(X) molL1，则v(X) molL1min1，c(Y) molL1，则v(Y)molL1min1，c(Z) molL1，则v(Z) molL1min1，c(W) molL1，则v(W) molL1min1。X、Y、Z、W前的系数比为4211。方程式为4X2YZW。(3)v(X) mol/(Lmin)。
