資源簡介

2.1 第1課時　化學反應速率的表示方法
【學習目標】
1.了解化學反應速率的概念及其表示方法,掌握化學反應速率的簡單計算,學會比較化學反應速率快慢的方法。
2.了解測定化學反應速率的簡單方法,能設計簡單實驗測定化學反應速率,提升實驗探究水平。
【合作探究】
任務1　化學反應速率的計算及比較
【學習情境】
化學反應的速率千差萬別,有的進行的極其緩慢,如溶洞的形成,需要上百年才能完成;有的一觸即發(fā),瞬間完成,如物質的爆炸,更多的則介于兩者之間。那么化學上又是如何定量地判斷一個化學反應的快慢呢 怎樣比較一個化學反應反應速率的快慢呢
【新知生成】
1.意義:表示化學反應進行　　　　的物理量。
2.表示:用單位時間內反應物　　　　　的減少或者生成物　　　　　的增加來表示。
3.表達式及其單位
(1)表達式:　　　　　　。
(2)單位:　　　　　　　　　　。
4.與化學計量數(shù)的關系
對任意一個反應mA+nBpC+qD,各物質的化學反應速率之比　　　　化學計量數(shù)之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=　　　　　　　　。
【答案】1.快慢　2.濃度　濃度　3.(1)v=
(2)mol·L-1·min-1、mol·L-1·s-1　4.等于　m∶n∶p∶q
【核心突破】
典例1　一定溫度下,N2O5在四氯化碳中的分解反應為2N2O54NO2+O2,1.00 mol·N2O5分解過程中不同時刻N2O5的濃度如下表:
t/min 0 1 2 3 4
c(N2O5)/(mol·L-1) 1.00 0.71 0.50 0.35 0.25
c(NO2)/(mol·L-1) 0
c(O2)/(mol·L-1) 0
(1)完成表格。
(2)按要求回答下列問題:
①計算0~2 min、2~3 min內分別用N2O5、NO2、O2表示的化學反應速率(單位:mol·L-1·min-1)填入下表。
　　　　　速率 時間(Δt)/min　　 　 v(N2O5) v(NO2) v(O2) v(N2O5)∶v(NO2)∶v(O2)
0~2
2~3
②通過計算、討論,你能得出什么結論
【答案】(1)0.58　1.00　1.30　1.50　0.145　0.25　0.325　0.375
(2)①0.25　0.5　0.125　2∶4∶1　0.15　0.3　0.075 2∶4∶1
②在同一個化學反應中,用不同物質表示的化學反應速率,其數(shù)值不一定相同,但表示的意義相同,即一種物質的速率就代表了整個化學反應的速率。
用不同反應物表示化學反應速率時,化學反應速率之比=物質的量濃度變化量之比=物質的量變化量之比=化學計量數(shù)之比。
歸納總結：化學反應速率的特點
(1)化學反應速率是一段時間(Δt)內的平均反應速率,而不是瞬時反應速率。
(2)固體或純液體的濃度記為常數(shù),Δc=0,因此不用固體或純液體的濃度變化表示化學反應速率。
(3)無論是反應物還是生成物,其化學反應速率均取正值。
(4)同一反應,可以采用不同物質的濃度變化量表示速率,表示的意義相同,但數(shù)值可能不同。一種物質的速率代表了整個化學反應的速率。因此在表示某反應的化學反應速率時要指明具體哪種物質。
(5)各物質表示的速率之比等于該反應方程式中的化學計量數(shù)之比。
訓練1　某溫度下,濃度都是1 mol·L-1的兩種氣體X2和Y2,在密閉容器中反應生成氣體Z,經(jīng)t min后,測得各物質的濃度分別為c(X2)=0.4 mol·L-1,c(Y2)=0.6 mol·L-1,c(Z)=0.4 mol·L-1,則該反應的化學方程式可表示為(　　)
A.2X2+3Y22X2Y3
B.3X2+2Y22X3Y2
C.X2+2Y22XY2
D.2X2+Y22X2Y
【解析】t min內,反應消耗X2 0.6 mol·L-1,Y2 0.4 mol·L-1,生成Z 0.4 mol·L-1,三者濃度的變化量之比為3∶2∶2,即化學方程式為3X2+2Y22Z,由質量守恒可知Z的化學式為X3Y2。
【答案】B
典例2　化學反應速率是描述化學反應快慢的物理量。回答下列問題:
(1)在300℃時,將0.60 mol CO、1.40 mol H2充入4L密閉容器中,在恒溫恒容下發(fā)生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0,甲醇的物質的量濃度隨時間的變化如圖所示:
5 min內H2的平均反應速率v(H2)=　。
(2)硝基苯甲酸乙酯在OH-存在下發(fā)生水解反應:
O2NC6H4COOC2H5+OH-O2NC6H4COO-+C2H5OH,兩種反應物的初始濃度均為0.050 mol·L-1,15 ℃時測得O2NC6H4COOC2H5的轉化率α(某時刻的α=×100%)隨時間變化的數(shù)據(jù)如下表所示:
t/s 0 120 180 240 330 530 600 700 800
α/% 0 33.0 41.8 48.8 58.0 69.0 70.4 71.0 71.0
列式計算該反應在120~180s內O2NC6H4COOC2H5的平均反應速率:　　　　　(保留兩位有效數(shù)字)。
(3)合金貯氫材料具有優(yōu)異的吸氫性能,在配合氫能的開發(fā)中起到重要作用。溫度為T1時,2g某合金4 min內吸收氫氣240mL,吸氫速率v=　　　　mL·g-1·min-1。
【解析】(1)5 min內甲醇的平均反應速率v(CH3OH)==0.01 mol·L-1·min-1,則v(H2)=2v(CH3OH)=0.02 mol·L-1·min-1。
(2)v=≈7.3×10-5 mol·L-1·s-1。
(3)吸氫速率v==30mL·g-1·min-1。
【答案】(1)0.02 mol·L-1·min-1
(2)7.3×10-5 mol·L-1·s-1　(3)30
歸納總結：(1)化學反應速率計算的一般方法
①定義式法:找出各物質的起始量、某時刻量,求出轉化量,利用定義式v==來計算。也可以利用該公式計算濃度變化量或反應時間。
②關系式法:用已知物質的化學反應速率,計算其他物質表示的化學反應速率,化學反應速率之比=物質的量濃度的變化量之比=物質的量的變化量之比=化學計量數(shù)之比。
③“三段式”法
a.寫出有關反應的化學方程式。
b.找出各物質的起始量、轉化量、某時刻量;轉化量之比等于化學計量數(shù)之比。
c.根據(jù)已知條件列三段式。
再利用化學反應速率的定義式求算
v(A)=mol·L-1·s-1;v(B)=mol·L-1·s-1;v(C)=mol·L-1·s-1。
(2)化學反應速率大小比較方法
①歸一法:若單位不統(tǒng)一,則要換算成相同的單位;若為不同物質表示的化學反應速率,則要換算成同一物質來表示化學反應速率,再比較數(shù)值的大小。
　　②比值法:比較化學反應速率與化學計量數(shù)的比值,如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),比較與,若>,則說明用A表示的化學反應速率大于用B表示的化學反應速率。
訓練2　已知反應4CO+2NO2N2+4CO2在不同條件下的化學反應速率如下,其中表示反應速率最快的是(　　)
A.v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1
B.v(NO2)=0.7 mol·L-1·min-1
C.v(N2)=0.4 mol·L-1·min-1
D.v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1
【解析】A項,v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1;B項,v(CO)=2v(NO2)=1.4 mol·L-1·min-1;C項,v(CO)=4v(N2)=1.6 mol·L-1·min-1;D項,v(CO)=v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1。所以反應速率最快的是C項。
【答案】C
任務2　化學反應速率的測定
【新知生成】
化學反應速率可通過實驗測定。要測定不同時刻反應物或生成物的濃度,可觀察、測量體系中某一物質的相關性質,再進行適當?shù)摹　　　『汀　　　＠?過氧化氫的分解反應中有氣體生成,可以測量在一定溫度和壓強下釋放出來的氣體的體積;當溶液中存在有色物質時,隨著反應的進行,溶液的顏色不斷變化,可以用　　　　的方法測定溶液顏色的深淺,再根據(jù)溶液顏色的深淺與有色物質濃度的正比關系,確定反應物或生成物在不同時刻的濃度。
【答案】轉換　計算　比色
【活動探究】
實驗探究:反應速率的定量測定和比較,完成下列填空:
【實驗步驟】　①取一套裝置(如圖所示),加入40mL 1 mol·L-1硫酸溶液和鋅粒,測定收集10mL H2所需的時間。
②取另一套裝置,加入40mL 4 mol·L-1硫酸溶液和鋅粒,測定收集10mL H2所需的時間。
【實驗現(xiàn)象】　鋅粒與稀硫酸反應　　　　(寫現(xiàn)象),收集10mL氣體,②所用時間比①所用時間　　　　。
【實驗結果】
加入試劑 反應時間 (填“長”或“短”) 反應速率 (填“快”或“慢”)
40mL 1 mol·L-1硫酸溶液
40mL 4 mol·L-1硫酸溶液
　　【實驗結論】　4 mol·L-1的硫酸溶液與鋅粒反應比1 mol·L-1的硫酸溶液與鋅粒反應的速率　。
　　【實驗討論】　除本實驗測定反應速率的方法外,可行的方案還有(至少填兩種):
①　 ;
②　 ;
③　 。
【答案】【實驗現(xiàn)象】產(chǎn)生氣泡,鋅粒逐漸溶解　短
【實驗結果】長　慢　短　快
【實驗結論】快
【實驗討論】①測定一定時間內產(chǎn)生的H2的體積　②測定一段時間內H+的濃度變化　③測定一段時間內鋅粒的質量變化
【核心突破】
典例3　在mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)反應中,經(jīng)10 min達到平衡,此時各物質的濃度變化為A減少1 mol·L-1,B減少 mol·L-1,C增加 mol·L-1,D增加mol·L-1。則m∶n∶p∶q為(　　)
A.1∶1∶1∶1 B.1∶3∶2∶1 C.1∶3∶2∶2 D.3∶1∶2∶2
【解析】對于一個化學反應來說,各物質的濃度變化量之比等于其對應的化學計量數(shù)之比。因此,m∶n∶p∶q=1 mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1∶ mol·L-1=3∶1∶2∶2。
【答案】D
典例4　為測定一定時間內鋅和稀硫酸反應的速率,下列測量依據(jù)不可行的是(　　)
A.m(Zn)的變化 B.c(H+)的變化 C.c(S)的變化 D.V(H2)的變化
【解析】化學反應速率用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來表示,鋅和稀硫酸反應的離子方程式能表示反應實質:Zn+2H+Zn2++H2↑。反應前后硫酸根離子濃度基本不變,不能表示化學反應速率。
【答案】C
訓練3　下列裝置或操作能達到實驗目的的是(　　)
① ②
③ ④
A.裝置①用于測定生成氫氣的速率
B.裝置②依據(jù)單位時間內顏色變化來比較濃度對反應速率的影響
C.裝置③進行中和反應反應熱的測定實驗
D.裝置④依據(jù)出現(xiàn)渾濁的快慢比較溫度對反應速率的影響
【解析】裝置①中長頸漏斗漏氣,不能準確測定氫氣的生成速率,A項錯誤;裝置②中應使高錳酸鉀溶液體積及濃度相等,用不同濃度的H2C2O4溶液滴入高錳酸鉀溶液中,B項錯誤;裝置③進行中和反應反應熱的測定,可以達到實驗目的,C項正確;裝置④中Na2S2O3溶液濃度不一致,探究溫度的影響,則變量為溫度,其他條件應一致,D項錯誤。
【答案】C
課堂小結
【隨堂檢測】
1.下列說法正確的是(　　)
A.化學反應速率是對可逆反應而言的,不可逆反應不談化學反應速率
B.在可逆反應里,正反應的化學反應速率是正值,逆反應的化學反應速率是負值
C.在同一化學反應里,其化學反應速率可以用單位時間內反應物濃度的減少來表示,也可以用生成物濃度的增加來表示,其數(shù)值可能相同,也可能不相同
D.化學反應速率的常用單位是g·L-1·s-1
【解析】由化學反應速率概念:“單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加”可以看出:它適合所有的反應,并非專指可逆反應,A項不正確;單位時間(Δt)是正值,反應物濃度的減少或生成物濃度的增加(Δc)也是正值,那么其比即vB也必為正值,B項不正確;由化學反應速率的概念及反應速率與化學計量數(shù)的關系可知C項正確;由化學反應速率的概念公式v=可以看出,v的常用單位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1,D項不正確。
【答案】C
2.反應:2SO2+O22SO3經(jīng)一段時間后,SO3的濃度增加了0.4 mol·L-1,在這段時間內用O2表示的反應速率為0.04 mol·L-1·s-1,則這段時間為(　　)
A.0.1 s B.2.5 s C.5 s D.10 s
【解析】該段時間內SO3的濃度增加了0.4 mol·L-1,根據(jù)化學方程式,相同時間內O2的濃度減少了0.2 mol·L-1,所以Δt===5 s。
【答案】C
3.在鋁與稀硫酸的反應中,已知10 s末,硫酸的濃度減少了0.6 mol·L-1,若不考慮反應過程中溶液體積的變化,則10 s內生成硫酸鋁的平均反應速率是(　　)
A.0.02 mol·L-1·s-1
B.1.8 mol·L-1·s-1
C.1.2 mol·L-1·s-1
D.0.18 mol·L-1·s-1
【解析】10 s末,H2SO4的濃度減少了0.6 mol·L-1,反應速率為0.06 mol·L-1·s-1,根據(jù)化學方程式:2Al+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2↑ 可知,v[Al2(SO4)3]=v(H2SO4)=0.02 mol·L-1·s-1。
【答案】A
4.已知4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g),若反應速率分別用v(NH3)、v(O2)、v(H2O)、v(NO)(單位:mol·L-1·min-1)來表示,則正確的關系是(　　)
A.v(NH3)=v(O2)
B.v(O2)=v(H2O)
C.v(NH3)=v(H2O)
D.v(O2)=v(NO)
【解析】同一反應用不同的物質來表示反應速率時,速率之比等于方程式中化學計量數(shù)之比,則v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6。
【答案】D
5.如圖所示,某溫度下,向錐形瓶內裝入6.5g鋅粒(顆粒大小基本相同),通過分液漏斗向錐形瓶內加入40mL 2.5 mol·L-1硫酸溶液,將產(chǎn)生的H2收集在一個注射器中,用時10s收集到氣體的體積為50mL(若折合成0℃、101kPa條件下體積為44.8mL),在該溫度下,下列說法不正確的是(　　)
A.0~10s內反應消耗Zn的質量為0.13g
B.忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用H+表示0~10 s內該反應的速率為0.01 mol·L-1·s-1
C.忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用Zn2+表示10s內該反應的速率為0.01 mol·L-1·s-1
D.用H2表示10 s內該反應的速率為0.0002 mol·s-1
【解析】n(H2)==0.002 mol,0~10 s 內反應消耗的m(Zn)=n(Zn)×65 g·mol-1=0.002 mol×65 g·mol-1=0.13g,A項正確;忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用H+表示0~10s內該反應的速率為=0.01 mol·L-1·s-1,B項正確;忽略錐形瓶內溶液體積的變化,用Zn2+表示0~10s內該反應的速率為=0.005 mol·L-1·s-1,C項錯誤;用H2表示 10s 內該反應的速率為=0.0002 mol·s-1,D項正確。
【答案】C
6.根據(jù)反應4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,試回答下列問題:
(1)常選用哪些物質的濃度變化來表示該反應的化學反應速率 　　　　　　　　　。
(2)當生成SO2的速率為0.64 mol·L-1·s-1時,則氧氣減少的速率為　　　　　　　　　。
(3)如測得4 s后O2的濃度為2.8 mol·L-1,0~4 s內SO2的速率為0.4 mol·L-1·s-1,則開始時氧氣的濃度為　　　　　　　　　。
【解析】(1)一般不用固體和純液體的濃度變化來表示反應速率,所以可用O2和SO2的濃度變化來表示該反應的反應速率。
(2)不同物質表示的反應速率和方程式中對應化學計量數(shù)成正比,所以氧氣減少的速率為0.64 mol·L-1·s-1×=0.88 mol·L-1·s-1。
(3)0~4 s內SO2的速率為0.4 mol·L-1·s-1,則用氧氣表示的速率為0.4 mol·L-1·s-1×=0.55 mol·L-1·s-1,所以氧氣變化濃度為0.55 mol·L-1·s-1×4 s=2.2 mol·L-1,則開始時氧氣的濃度為2.8 mol·L-1+2.2 mol·L-1=5 mol·L-1。
【答案】(1)SO2或O2　(2)0.88 mol·L-1·s-1
(3)5 mol·L-1
2

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