1、专题二化学反应速率与化学平衡第一单元化学反应速率在北京故宫的保和殿后，有一块巨大的“云龙陛石”，上面雕有精美的蟠龙图案，是珍贵的文化遗产。但近些年，浮雕已经受损，一些细小的花纹已经模糊不清。大理石雕刻制品从安放的时候起，由于风吹、日晒、雨淋等自然因素的影响，就开始受到腐蚀。可是为什么前几百年腐蚀很慢，而近几十年腐蚀却变快了呢？这涉及化学反应速率的问题。那么，什么是化学反应速率呢？第1课时化学反应速率的表示方法一、化学反应速率1定义：定量描述化学反应进行快慢程度的物理量。2表示方法：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。表达式：v。3单位：常用molL1s1或molL1min1等
2、。4同一反应中不同物质的化学反应速率的表示对任意一个化学反应mAnB=pYqZ，反应体系中各物质的浓度分别表示为c(A)、c(B)、c(Y)和c(Z)，则反应速率分别表示为：v(A)，v(B)，v(Y)，v(Z)。二、化学反应速率的测定1化学反应速率测定的基本思路化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质(包括反应物和生成物)，所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用。2用于化学反应速率测定的物质的性质(1)直接可观察的性质，如释放出气体的体积和体系的压强。(2)依靠科学仪器才能测量的性质，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射
3、、导电能力等。(3)在溶液中，当反应物或产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。探究点一正确理解化学反应速率1化学反应速率化学反应速率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。(1)符号：v。(2)数学表达式：v(X)。例如，对于反应mAnB=pYqZ，用不同物质表示的化学反应速率分别为：vA，vB，vY，vZ(3)单位：v(X)物质X表示的化学反应速率，单位：mol/(Ls)或molL1s1等；c(X)物质X的物质的量浓度的变化量(取正值)，单位：mol/L；n(X)物质X的物质的量的变化量(取正值)，单位：mol；
4、V反应体系的总体积，单位：L；t变化的时间，单位：s、min、h等。2理解化学反应速率要注意的几个问题(1)化学反应速率的计算公式：v。单位是mol(Ls)1或mol(Lmin)1或mol(Lh)1。(2)无论是反应物还是生成物，其化学反应速率的值都取正值。(3)对于给定的一个化学反应，有关的物质的量是不断变化的，因此化学反应速率有平均速率和即时(瞬时)速率之分。在中学化学里，我们能够计算的是单位时间内的反应速率即平均速率，而在速率图像上的每一点则表示的是即时速率。右图是某一反应过程的实际反应速率图像。(4)由于一个化学反应里各物质之间的化学计量数不一定相同，所以在同一个化学反应里，不同物质所
5、表示的化学反应速率数值不一定相同。虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但是它们的实际意义却完全相同，即一种物质的化学反应速率也就代表了整个化学反应的反应速率。表示化学反应速率时，应注明是用哪种物质表示的化学反应速率。(5)对于给定的化学反应，aAbB=cCdD，各物质的化学计量数之比发生变化的物质的量之比化学反应速率之比，即abcdn(A)n(B)n(C)n(D)vAvBvCvD。(6)在一定温度下，纯固态和纯液态物质，单位体积里的物质的量保持不变，因此液态或固态纯物质物质的量浓度可以看成常数，所以不能用纯固态和纯液态的物质来表示化学反应的反应速率。1为什么用不同物质表示的反应速率之比
6、等于化学方程式中各物质的化学计量数之比？提示：根据化学方程式，各物质变化的浓度(即各物质的浓度变化量)之比等于化学方程式中的化学计量数之比，各物质的浓度变化量再除以相同的时间即得到用各物质表示的反应速率，则用不同物质表示的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。2在合成氨反应中，若已知N2的化学反应速率，能否确定相同条件下H2和NH3的化学反应速率？提示：能够确定，它们之间的关系为v(NH3)2v(N2)，v(H2)3v(N2)。【例1】已知一定条件下，合成氨反应的一些数据如下：N2(g)3H2(g)2NH3(g)起始浓度/(molL1) 1.0 3.0 0.22 s末浓度/(mo
7、lL1) 0.6 1.8 1.04 s末浓度/(molL1) 0.4 1.2 1.4当用氨的浓度增加量来表示该反应的速率时，下列说法中错误的是()A2 s末氨的反应速率为0.4 molL1s1B前2 s内氨的平均反应速率为0.4 molL1s1C前4 s内氨的平均反应速率为0.3 molL1s1D24 s内氨的平均反应速率为0.2 molL1s1【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
8、氨的平均反应速率为0.4 molL1s1，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下列关于化学反应速率的说法正确的是(C)A化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物物质的量浓度的减少或任何一种生成物物质的量浓度的增加B化学反应速率为0.1 molL1s1是指1秒钟时某物质的浓度为0.1 molL1C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，反应速率越快，反应现象就越明显解析：A项，反应速率不能用纯液体或纯固体来表示，故A项不正确；B项，反应速率是平均反应速率而不是瞬
9、时速率，故B项不正确；C项，化学反应速率是用来表示化学反应进行快慢的物理量，故C项正确；有些反应，反应速率很快，反应现象却不明显，如酸碱的中和反应，故D项不正确。探究点二化学反应速率的计算和大小比较1化学反应速率的计算(1)利用反应速率的定义式v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：mAnB=pCqD。A的浓度为a molL1，B的浓度为b molL1，反应进行至t1 s时，A消耗了x molL
10、1，则反应速率可计算如下：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：100%2化学反应速率的大小比较(1)归一法：先统一单位，再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2SO2O22SO3，如果av(SO2)2 molL1min1，bv(O2)3 molL1min1，cv(SO3)4 molL1min1，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)1 molL1min1
11、，c.v(O2)2 molL1min1，则反应速率的大小关系为bca。(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，数值大的反应速率快。例如：对于反应mAnBpCqD，若v(A)/mv(B)/n，则反应速率AB。1对于反应3A(g)B(g)=2C(g)2D(g)，在不同条件下，用A、B表示的反应速率分别为条件：v(A)0.6 molL1min1；条件：v(B)0.45 molL1min1；则该反应在哪个条件下的反应速率快？提示：同一个化学反应，用不同物质表示其反应速率时，数值可能不同，所以比较同一个化学反应的反应速率的相对大小时，不能直接比
12、较数值大小，应先转化为同一物质、同一单位，然后再比较其数值大小，数值越大表明反应越快。将条件的反应速率换算成用B表示的反应速率为v(B)0.2 molL1min1，即条件的反应速率比条件的反应速率快。2在反应mAnB=pCqD中，若v(A)4 molL1min1，而v(B)1 molL1min1，A表示的反应速率比B表示的反应速率快，则m、n符合什么关系？提示：不同物质表示的化学反应速率之比化学计量数之比，即mnv(A)v(B)，已知v(A)v(B)41，由于A表示的反应速率比B表示的反应速率快，则mnv乙v丙Bv乙v甲v丙Cv甲v丙v乙 Dv甲v乙v丙解析：把用三种不同物质表示的反应速率换算
13、成用同一种物质来表示，根据反应N23H22NH3可知，v甲(N2)v甲(H2)1 molL1min1、v乙(N2)2 molL1min1、v丙(N2)v丙(NH3)0.5 molL1min1，可比较得出v乙v甲v丙。探究点三化学反应速率的图像的分析化学反应速率图像是化学反应速率变化状况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图像时，要立足于化学反应方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析直角坐标系及其图像的含义。1化学反应速率图像一般有两种：(1)速率时间图像：此类图像定性地揭示了各物质的速率随时间而变化的规律。(2)浓度(或物质的量)时间图像：
14、此类图像能说明各反应体系组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况。2解答此类题目时，应注意的问题：(1)要看清楚“横轴和纵轴”的意义。横轴一般表示时间，要看清纵轴表示的物理量，是速率还是浓度(或者物质的量)。(2)弄清图像上“点”的意义，特别是一些特殊点(如与坐标轴的交点、转折点、几条曲线的交叉点)的意义，找出曲线上的特殊点，并理解其含义。(3)弄清图像“线”所示的增减性，弄清图像斜率的大小及意义。根据纵轴随横轴的变化情况，正确判定曲线走势，理解曲线斜率出现变化的原因。3由图像推导化学方程式的方法(1)反应物及生成物的确定。反应开始时，反应物的物质的量、质量或浓度随反应的进行减小；生成物的物质
15、的量、质量或浓度随反应的进行增加。(2)化学方程式中各物质化学计量数的确定。化学计量数之比物质的量变化量之比浓度的变化量之比化学反应速率之比。(3)反应是否可逆的确定。观察最终浓度或物质的量随时间的变化，即是否具有与横轴平行的直线存在，若存在，则反应为可逆反应。例如：某温度时，在定容(V L)容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图像可进行如下计算：(1)某物质的平均速率、转化率，如v(X) mol/(Ls)，Y的转化率100%(2)确定化学方程式的系数之比如X、Y、Z三种物质的系数比为(n1n3)(n2n3)n2。【例3】一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、
16、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10 s，用Z表示的反应速率为0.158 molL1s1B反应开始到10 s，X的物质的量浓度减少了0.79 molL1C反应开始到10 s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)【思路分析】分析化学反应速率的图像，应注意以下几个方面：(1)看起点，分清反应物和生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，生成物多数以原点为起点。(2)灵活应用“反应速率之比化学计量数之比浓度变化量之比物质的量变化量之比”这一公式求算化学反应速率、确定物质的化学计量数、书写化学方程式。【解析】由图像数据
17、计算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：(1.200.41) mol0.79 mol；Y：(1.000.21) mol0.79 mol；Z：(1.580) mol1.58 mol。A项：v(Z)0.079 molL1s1；B项：c(X)0.395 molL1；C项：Y的转化率为79.0%；D项：化学方程式各物质的系数之比等于转化的各物质的物质的量之比，也等于各物质的反应速率之比，所以化学方程式为X(g)Y(g)2Z(g)。由于10 s后
18、X、Y、Z的物质的量均保持不变，故为可逆反应。【答案】C用大理石(杂质不与稀盐酸反应)与稀盐酸反应制CO2，实验过程记录如图所示，下列有关说法正确的是(B)AOE段表示的反应速率最快BEF段表示的反应速率最快，收集的CO2最多CFG段表示的收集CO2最多DOG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大解析：CaCO3与稀盐酸反应的化学方程式：CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O，图像的横坐标是时间，纵坐标是生成二氧化碳的体积，很明显是用单位时间内放出CO2的体积来表示其反应速率的，表现在图像上就是曲线的斜率，斜率越大，反应速率越大，放出的CO2越多。由图可以看出，EF段反应速率最快，收集的C
19、O2最多；整个反应过程中，反应速率加快的幅度先小(OE段)后大(EF段)再小(FG段)，而不是逐渐增大，所以只有B项正确。探究点四化学反应速率的测定1测定思路基本思路化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质，所以与其中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量化学反应速率时都可以利用用于化学反应速率测量的基本性质可直接观察的性质：如释放气体的体积和体系的压强；依靠科学仪器才能测量的性质：如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等；在溶液中，当反应物或产物本身有比较明显的颜色时，常利用颜色的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2.测
20、量化学反应速率时，常采用的物理方法(1)量气法：对于反应2H2O22H2OO2，可测量反应中唯一的气体产物氧气在温度、压强一定时的体积变化；(2)比色法：由于物质对特定波长的光的吸收性能不同，因此可以通过吸光度来测定反应物浓度。例如，在丙酮的溴化反应过程中：CH3COCH3Br2CH3COCH2BrHBr，有色反应物Br2吸收波长为450 nm的光波，因此可用分光光度计测量溶液对该波长的吸光度，据此计算化学反应速率；(3)电导法：根据离子导电能力的差异，通过电导率的变化测定反应物中离子浓度的变化，从而计算化学反应速率。例如，在乙酸乙酯皂化反应中：CH3COOC2H5OHCH3COOC2H5OH
21、，由于OH的电导率远大于CH3COO的电导率，可以利用电导仪测量出溶液电导率的变化，据此求得OH浓度的变化，从而求得化学反应速率；(4)此外，激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定。3实验探究实验目的测量锌与硫酸的反应速率实验用品锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导管、50 mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、1 mol/L硫酸、4 mol/L硫酸实验步骤按如图所示连接装置，加入40 mL 1 mol/L硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间；按如图所示连接另一套装置，加入40 mL 4mol/L硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间实验现象锌与硫酸反应产生气泡；收集10 mL气体，所用时间比所
22、用时间短实验结论4 mol/L硫酸与锌反应比1 mol/L硫酸与锌反应的反应速率大注意事项：上述实验是一个对比实验，除浓度外，需要控制其他条件都相同，这样才能得出不同浓度时反应速率的数据。需要控制的条件：控制的条件锌粒锌粒的形状、大小、质量等必须相同硫酸两种不同浓度的硫酸的温度、加入的快慢等必须相同装置装置采用的分液漏斗、锥形瓶规格必须相同；两套装置的气密性均必须良好环境两套装置所处环境温度必须相同【例4】某化学兴趣小组设计实验探究反应速率的测定和比较。实验步骤1取一套装置(装置如图所示)，加入40 mL 1 molL1的稀硫酸，测量收集10 mL H2所需的时间。2取另一套装置，加入40 m
23、L 4 molL1的硫酸，测量收集10 mL H2所需的时间。实验现象锌跟硫酸反应_，收集10 mL气体，2所用时间比1所用时间_。实验结论4 molL1硫酸与锌反应比1 molL1硫酸与锌反应速率_。注意事项(1)锌粒的颗粒(即表面积)大小_；(2)40 mL的硫酸要迅速加入；(3)装置_，且计时要迅速准确；(4)气体收集可以用排水量气装置代替。实验讨论除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有：(1)_；(2)_；(3)_。【解析】Zn与H2SO4发生反应生成H2，故看到有气泡产生，因反应物浓度越大，反应越快，故实验2比1所用时间短，此时要保证锌粒的表面积相同，同时该实验装置气密性要良好
24、。测定该实验的反应速率还有如下方法：测定单位时间内产生H2的体积；测定一段时间内H的浓度变化；测定一段时间内锌粒质量的变化等。【答案】实验现象产生气泡短实验结论大注意事项(1)基本相同(3)气密性良好实验讨论(1)测定单位时间内产生H2的体积(2)测定一段时间内H的浓度变化(3)测定一定时间内锌粒质量变化某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol/L的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10 s时恰好收集到气体的体积为50 mL(若折合成0 、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL)，在该温度下，下
25、列说法不正确的是(C)A用锌粒来表示10 s内该反应的速率为0.013 g/sB忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H来表示10 s内该反应的速率为0.01 mol/(Ls)C忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2来表示10 s内该反应的速率为0.01 mol/(Ls)D用H2来表示10 s内该反应的速率为0.000 2 mol/s解析：10 s时产生的H2为0.002 mol。反应掉的m(Zn)0.002 mol65 g/mol0.130 gv(Zn)0.013 g/s，v(H)0.01 mol/(Ls)，v(Zn2)0.005 mol/(Ls)，v(H2)0.000 2 mol/s。1下列说法正确
26、的是(C)A化学反应速率是对可逆反应而言的，非可逆反应不谈化学反应速率B在可逆反应里，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值C在同一化学反应里，其化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同D化学反应速率的单位可以是gL1s1，也可以是kgL1s1，甚至可以用tL1s1等来表示解析：本题考查对化学反应速率概念的认识。由其概念：“单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加”可以看出：它适合所有的反应，并非专指可逆反应，所以A不正确；单位时间是正值，反应物浓度的减小或生成物浓度的增大也是正值，那么其比也必为正值，所以B不正
27、确。由化学反应速率的概念公式可以看出D不正确。2某温度下，浓度都是1 molL1的两种气体X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，经过t min后达到平衡，测得各物质的浓度分别为c(X2)0.4 molL1，c(Y2)0.6 molL1，c(Z)0.4 molL1，则该反应的化学方程式可表示为(B)A2X23Y22X2Y3 B3X22Y22X3Y2CX22Y22XY2 D2X2Y22X2Y解析：t min内，反应消耗0.6 molL1的X2和0.4 molL1的Y2，生成0.4 molL1的Z，三者浓度的变化量之比为322，即化学方程式为3X22Y22Z，则Z的化学式为X3Y2。3反应4A(g
28、)3B(g)=2C(g)D(g)，经2 min，B的浓度减少了0.6 mol/L。下列反应速率的表示正确的是(A)A用A表示的反应速率是0.4 mol/(Lmin)B用C表示的反应速率是0.2 mol/(Ls)C2 min末的反应速率，用B表示是0.3 mol/(Lmin)D2 min内，用B和C表示的反应速率之比为23解析：由反应速率的数学表达式可求出B的反应速率是0.3 mol/(Lmin)。根据化学反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，可求出A、C的反应速率分别是0.4 mol/(Lmin)和0.2 mol/(Lmin)，A项正确，B项错误；反应速率表示的是平均反应速率而不是瞬时
29、反应速率，C项错误；用B和C表示的反应速率之比为32，D项错误。4下列四个数据都表示反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)的正反应速率，其中反应速率相同的是(B)v(SO2)0.3 molL1min1v(SO3)0.9 molL1min1v(O2)0.15 molL1min1v(O2)2.25 molL1min1ABCD解析：同一反应中，不同物质表示的反应速率数值之比等于化学方程式中化学计量数之比。用SO2表示的反应速率是0.3 molL1min1时，则同一反应中用O2表示的反应速率是0.15 molL1min1，与代表相同反应速率，所以选B。5某温度时，在容积为2 L的密闭容器中，A、B、C三种气态物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。分析图中数据，回答下列问题：(1)该反应的化学方程式为2A(g)B(g)C(g)。(2)反应开始至4 min时，物质A的平均反应速率为0.05 molL1min1。(3)4 min时，正反应速率(填“”“v逆，8 min时，A、B、C的物质的量均不变，因此v正v逆。