1、第3节化学反应速率与限度第1课时化学反应速率1.了解化学反应速率的概念,并能根据反应速率计算公式进行简单的定量计算。2.通过实验,认识浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。3.培养实验探究、实验设计、化学计算的能力。本课时宜从大量熟悉的化学现象和化学实验入手,引出反应速率的概念,在此基础上再通过实验探究,总结影响化学反应速率的因素。1.化学反应速率的含义及表示方法(1)化学反应速率是表示化学反应进行快慢的物理量,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。(2)反应速率的计算公式为v=,其单位是molL-1min-1或molL-1s-1。(3)某反应中H2在2 min内由2 m
2、olL-1变成1 molL-1,则v(H2)=0.5 molL-1min-1。2.影响化学反应速率的因素(1)温度将分别盛有3 mL 5% H2O2溶液(滴有两滴FeCl3溶液)的试管分别置于A.盛有冷水的烧杯中、B.盛有温水的烧杯中、C.盛有热水的烧杯中。实验现象:产生气泡由快到慢的顺序是CBA(用字母表示)。实验结论:升高温度,反应速率增大;降低温度,反应速率减小。(2)催化剂有a、b、c三支分别盛有3 mL 5% H2O2溶液的试管,a试管中不加任何试剂,b试管中加入少许FeCl3溶液,c试管中加入少许MnO2粉末。实验现象:产生气泡速率最慢的试管是a(填字母)试管。实验结论:催化剂能加
3、快反应速率。(3)其他影响因素除温度、催化剂外,固体的表面积、反应物的状态、溶液的浓度、气体的压强等都可以影响化学反应速率。1.决定化学反应速率的主要因素是什么?【答案】反应物自身的性质。2.有同学认为化学反应中:反应物的浓度是减少的,生成物的浓度是增加的,所以用反应物表示的反应速率为正值,则用生成物表示的反应速率为负值。你同意这个观点吗?【答案】不同意;化学反应速率无正负之分,无论是用反应物还是用生成物表示反应速率,其数值都是正值。3.化学反应速率是平均速率还是瞬时速率?【答案】化学反应速率表示的是一段时间内的平均反应速率。探究1:化学反应速率的计算已知反应:4NH3(g)+5O2(g)4N
4、O(g)+6H2O(g)在5 L的密闭容器中进行。(1)20 s后,NO的物质的量增加了1.6 mol,此时用NO表示该反应的反应速率v(NO)是多少?(2)20 s后,NH3、O2、H2O物质的量变化了多少?用NH3、O2、H2O表示的化学反应速率v(NH3)、v(O2)、v(H2O)分别是多少?(3)同一反应在相同时间内,用不同物质表示的反应速率,其数值是否相同?表示的反应快慢是否相同?用不同物质表示的反应速率其数值有什么规律?【答案】(1)v(NO)=0.016 molL-1s-1。(2)NH3的物质的量减少了1.6 mol,O2的物质的量减少了2 mol,H2O的物质的量增加了2.4
5、mol;v(NH3)=0.016 molL-1s-1,v(O2)=0.02 molL-1s-1,v(H2O)=0.024 molL-1s-1。(3)同一反应在相同时间内,用不同物质表示的反应速率,其数值可能不同,但表示的反应快慢相同;反应速率之比等于各物质化学计量数之比。化学反应:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)在不同时间内,用不同物质表示的反应速率大小如下:A.v(NH3)=3 molL-1s-1B.v(O2)=5 molL-1s-1C.v(NO)=5 molL-1s-1D.v(H2O)=6 molL-1s-1上述表示的反应速率由大到小排列的顺序如何?【答案】CB=D
6、A探究2:外界条件对化学反应速率的影响某学习小组研究影响锌与稀硫酸反应速率的外界条件,设计实验的数据如下:实验序号锌的质量/g锌的状态c(H2SO4)/molL-1V(H2SO4)/mL反应前溶液的温度/其他试剂10.65粒状0.55020无20.65粉末0.55020无(续表)实验序号锌的质量/g锌的状态c(H2SO4)/molL-1V(H2SO4)/mL反应前溶液的温度/其他试剂30.65粒状0.550202滴CuSO4溶液40.65粉末0.85020无50.65粉末0.850352滴CuSO4溶液(1)在此5组实验中,判断锌和稀硫酸反应速率大小,最简单的方法可通过测定进行判断,其速率最快
7、的是(填实验序号)。(2)实验1和2表明对反应速率有影响;实验1和3表明对反应速率有影响。(3)进行实验2时,小组同学根据实验过程绘制的氢气体积(标准状况下)与时间的关系如图所示。在OA、AB、BC三段中反应速率最快的是,其原因是。24 min内以硫酸的浓度变化表示的反应速率(假设溶液的体积不变)v(H2SO4)=molL-1min-1。【解析】(1)判断锌和稀硫酸反应速率大小可通过测定锌完全消失所需的时间进行判断;5组实验数据进行对比不难看出,实验5用粉末状锌、更浓的硫酸、反应温度最高且滴加2滴CuSO4溶液,其反应速率最快。(2)对比实验1和2的实验条件可知,固体反应物的表面积对反应速率有
8、影响;对比实验1和3的实验条件可知,原电池反应对反应速率有影响。(3)OA、AB、BC三段反应时间相同,产生H2最多的一段反应速率最快;24 min内产生H2的体积为179.2 mL-44.8 mL=134.4 mL,反应消耗的n(H2SO4)=n(H2)=0.006 mol,v(H2SO4)=0.06 molL-1min-1。【答案】(1)锌完全消失所需的时间;5(2)固体反应物的表面积;(是否形成)原电池(3)AB;反应放热,使温度升高,反应速率加快0.061.若是气体之间的反应,增大压强(如缩小容器的体积),化学反应速率会加快的原因是什么?结合浓度对反应速率的影响分析。【答案】增大气体的
9、压强,相当于增大气体反应物的浓度,故反应速率增大。2.锌片与稀硫酸反应时,将锌片换成锌粉,反应速率为什么会增大?【答案】锌片换成锌粉,增大了固体的表面积,故反应速率增大。3.锌与稀硫酸反应时,能否用锌的浓度变化来表示该反应的反应速率?根据反应速率的计算公式分析。【答案】不能;因为锌是固体,无物质的量浓度变化,故一般不用固体或纯液体来表示化学反应速率。1.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,也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=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。2.反应速率大小比较的两种方法同一化学反应速率用不同物质表
10、示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的换算。(1)方法一:换算成同一物质、同一单位表示,再比较数值大小。(2)方法二:比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA+bBcC,要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较与 的相对大小,若,则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。1.下列说法正确的是()。A.增加反应物物质的量,一定能加快反应速率B.升高温度反应速率一定增大C.增大反应体系的压强,反应速率一定增大D.向任何反应的反应物中加入MnO2,反应速率均会增大【答案】B2.控制变量法是科学研究中的一种常用方法,下表中产生H2速率最快的是()
11、。选项金属(粉末状)物质的量酸的浓度酸的体积反应温度AAl0.2 mol18.4 molL-1H2SO410 mL30 BMg0.2 mol6 molL-1H2SO420 mL30 CFe0.1 mol3 molL-1H2SO420 mL60 DMg0.1 mol3 molL-1H2SO410 mL60 【解析】A项冷的浓硫酸使铝钝化,B项与D项相比,反应温度低,反应速率慢,C项与D项相比,铁没有镁活泼,反应速率慢。【答案】D3.10 mL 1 molL-1盐酸与一小块大理石发生反应:CaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O,下列措施对该反应的反应速率无影响的是()。A.将盐酸的温度升高
12、10 B.加入一定量的CaCO3C.加入5 mL 5 molL-1硝酸D.加入5 mL H2O【解析】A项升高温度,反应速率加快;B项加入一定量的CaCO3是固体,对反应速率无影响;C项加入5 mL 5 molL-1硝酸,增大了H+浓度,反应速率加快;D项加入5 mL H2O,稀释了盐酸,H+浓度减小,反应速率减慢。【答案】B4.把0.4 mol X气体和0.6 mol Y气体混合于2 L密闭容器中,发生反应:4X(g)+5Y(g)nZ(g)+6W(g)。2 min末生成0.3 mol W,若测得以Z的浓度变化表示的反应速率v(Z)=0.05 molL-1min-1,计算:(1)前2 min内
13、用X的浓度变化表示的平均反应速率;(2)2 min末时Y的浓度;(3)化学反应方程式中n的值是多少?【解析】v(W)=0.075 molL-1min-1,根据反应速率之比等于化学计量数之比可得:v(Z)v(W)=n6=0.050.075=23,故n=4;v(X)v(Z )=44,故前2 min内v(X)=v(Z )=0.05 molL-1min-1;v(Y)=v(X)=0.0625 molL-1min-1,c(Y)=0.0625 molL-1min-12 min=0.125 molL-1,2 min末时c(Y)=-0.125 molL-1=0.175 molL-1。【答案】(1)0.05 molL-1min-1(2)0.175 molL-1(3)n=4。