第九单元化学反应速率和化学平衡（1）

2015-11-19 09:40:50 来源：撰稿：董啸摄影摄像： ; 评论：0 点击：

第九单元化学反应速率和化学平衡（1）

		授课人：董啸
	① 了解化学反应速率的概念，化学反应速率的表示方法。
教学目标：	② 理解外界条件对化学反应速率的影响。
	③ 理解化学平衡的涵义及化学反应速率之间的内在联系。
教学重点：	浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响
教学难点：	平衡状态的比较(等效平衡的应用)；化学平衡的计算
教学方法：
教学过程：	第一课时

基础知识精析

一、化学反应速率

1．化学反应速率

①定义：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化学反应速率的快慢叫做化学反应速率。

②表达式：＝

单位：mol·L^-1·S^-1、mol·L^-1·min^-1或mol／(L·s)、mol／(L·min).

③关系：

对于同一化学反应在同一时间段内用不同物质的浓度变化表示的反应速率之比等于方程式中对应物质化学计量数之比。

例如，对于反应mA+nB=pD+qE来说有： m:n:p:q

【注意】

①同一个化学反应同一段时间内，用不同物质的浓度变化表示的反应速率，数值可能不同，但是意义相同。所以，比较化学反应速率快慢时最好用同一物质的速率表示。

②计算式所得化学反应速率是某段时间内的平均速率，不是瞬时速率。

③不能用固态和纯液态物质来表示反应速率。

深度思考

1．化学反应速率指瞬时速率还是平均速率？

答案　化学反应速率一般指平均速率。

2．能否用固体或纯液体表示化学反应速率？

答案　不能，因为固体或纯液体的浓度在化学反应中视为定值。

3．在恒温恒容的容器中进行反应N₂(g)＋3H₂(g)高温高压催化剂2NH₃(g)，若氮气浓度由0.1 mol·L^－¹降到0.06 mol·L^－¹需2 s，那么由0.06 mol·L^－¹降到0.024 mol·L^－¹需要的反应时间为 (　　)

A．等于1.8 s B．等于1.2 s C．大于1.8 s D．小于1.8 s

答案　C

解析　因为随着反应的进行，反应速率减慢，所以t>1.8 s。

4．某温度时，在2 L容器中X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。由此分析，该反应的化学方程式为______；从反应开始至2 min时，Z的反应速率为_________。

答案　3Y＋Z2X　0.025 mol·L^－¹·min^－¹

2．外界条件对化学反应速率的影响：

预备知识：

(1)影响化学反应速率的因素

内因：由参加反应物质的结构(化学性质、化学键强弱等)和反应历程决定。化学反应的快慢取决于旧键断裂的难易。如常温下：H₂和F₂反应很快，N₂和H₂反应很困难。

外因：主要指浓度、温度、压强和催化剂等。

（2）有效碰撞理论

①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。

②有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。

③活化能：

E₁为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E₃，反应热为E₁－E₂。

（1）浓度：

当其他条件不变时，增加反应物的浓度可以加快化学反应速率；降低反应物的浓度，可以减慢化学反应速率。

解释：增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率增大。值得注意的是，固体物质的浓度可视为常数，故其反应速率只与其表面积的大小和生成物扩散的速率有关，而与其用量多少无关。

（2）压强：

当其它条件不变时，在体积可变的容器中，对于有气体参加的反应，增大压强（减小气体体积，相当于增大反应物的浓度），可以加快化学反应速率；减小压强（增大气体体积，相当于减小反应物的浓度），可以减慢化学反应速率。

解释：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时,增加压强时，气体的体积减小，浓度增加，分子间的有效碰撞机会增多。故反应速率加快。

特别说明：压强对化学反应速率的影响是通过改变体积，而使浓度改变，从而使化学反应速率改变的。由于压强对固体、液体的体积几乎无影响，故对无气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可忽略不计。

①压强对化学反应速率的影响，准确的应为体积对化学反应速率的影响,因为不管压强是否改变，只要体积改变，导致浓度改变，反应速率就会改变。

②在进行分析外界条件对化学反应速率的影响时，应首先看容器的体积是否可变。对于体积不变的密闭容器，若只改变压强，化学反应速率并不发生变化；对于体积可变的密闭容器，若压强保持不变，化学反应速率也可能因为体积发生变化，而发生变化。

（3）温度：

当其它条件不变时，升高温度可以加快化学反应速率；降低温度，可以减慢化学反应速率。

解释：温度升高时，分子运动速率加快，有效碰撞机会增多，反应速率加快。

经验规律：一般来说温度每升高10℃,反应速率增大到原来的2～4倍。

（4）催化剂：

当其它条件不变时，加入催化剂可以大大加快化学反应的速率。

解释：催化剂能极大地降低反应的活化能，从而增大活化分子百分数，使反应速率加快。

说明：如果使用负催化剂，则可能减慢化学反应速率。

（5）稀有气体对反应速率的影响:

稀有气体或其它非反应气体统称为惰性气体，充入反应容器中，分以下两种情况讨论：

①若恒温、恒容容器中充入惰性气体，虽然改变了容器内气体压强，但却没有改变反应气体体积，即并没改变反应物的浓度，不影响化学反应速率。

②若恒温、恒压容器中充入惰性气体，就会使容器容积扩大，虽未减少容器内气体压强，但却减小了反应气体体积，即降低了反应物的浓度，故使反应速率降低。

（6）其他条件：

增大一定量固体的表面积(如粉碎)，可增大反应速率；光照一般也可增大某些反应的速率；此外，超声波、电磁波、溶剂等对反应速率也有影响。

3.外界条件对可逆反应的影响

预备知识：

在同一条件下正向反应和逆向反应同时进行的化学反应，叫做可逆反应。

正向反应：把从左到右进行的反应称为正向反应，简称正反应；

逆向反应：把从右到左进行的反应称为逆向反应，简称逆反应。

特点：正反应和逆反应同时进行。

(1)升温正逆反应速率一般均加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降温一般均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。

(2)加压对有气体参加的反应，正逆反应速率均增加，气体积之和大的一侧增加倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数；降压均减小，气体体积之和大的一侧减小的倍数大于气体体积之和小的一侧减小的倍数。

(3)增加反应物的浓度正反应速率瞬间增大，逆反应速率暂时不变，随后增大；增加生成物的浓度逆反应速率瞬间增大，正反应速率暂时不变，随后增大。反之亦然。

(4)使用催化剂可同倍地改变正逆反应速率。

4. 化学反应速率的测定方法

（1）测定原理：

利用实验测定反应过程中的某一个物质的某一物理量的变化及发生变化的时间，通过计算得出化学反应速率。

（2）测量对象的选择：

一般选择反应物或生成物中，有明显变化且容易测定的物理量进行测定。

例如：颜色变化、沉淀变化、气体体积、导电性等。

〖思考与交流〗哪些方式我们可以用来测量反应速率？

①对于有固体或液体质量变化的反应——质量变化；

②对于有气体产生或消耗的反应——气体变化量；

③对于有显色物质生产/消耗的反应——颜色变化；

④对于有导电物质产生/消耗的反应——导电性；

⑤对于有酸/碱生成或消耗的反应——pH变化。

〖实验探究〗如何设计实验测量硫酸和锌的反应速率？（测定产生氢气的体积和时间）

深度思考

1．(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁______铝；

(2)对于Fe＋2HCl===FeCl₂＋H₂↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？

①升高温度：________；②增大盐酸浓度：__________；

③增大铁的质量：__________；④增加盐酸体积：____________。

答案　(1)小于　(2)①反应速率增大　②反应速率增大　③无影响　④无影响

2．有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。这种说法是否正确，对此你如何理解？

答案　这句话是正确的。但压强仅对有气体参加的反应起作用。增大压强，所有参与反应的气体的浓度均增大，如2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)增大压强，SO₂、O₂、SO₃的浓度均增大，正、逆反应速率均增大。而增大浓度可只增大反应物或生成物的浓度，若只增大反应物的浓度，v_正瞬间增大，v_逆不变。压强对无气体参与的反应无影响，但浓度仍可改变无气体参与的反应的化学反应速率。

3．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)碳酸钙与盐酸反应过程中，再增加CaCO₃固体，反应速率不变，但把CaCO₃固体粉碎，可以加快反应速率 (　　)

(2)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大 (　　)

(3)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大 (　　)

答案　(1)√　(2)√　(3)×

【探究高考】

1．(2009·广东理基，29)已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)＋2CO(g) N₂(g)＋2CO₂(g)。下列说法不正确的是 (　　)

A．升高温度可使该反应的逆反应速率降低

B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率

C．反应达到平衡后，NO的反应速率保持恒定

D．单位时间内消耗CO和CO₂的物质的量相等时，反应达到平衡

答案　A

解析　升温，无论是正反应，还是逆反应，速率均加快，A项错；催化剂可以加快化学反应速率，B项正确；达平衡后，各组分的速率保持不变，C项正确；由于CO和CO₂的计量系数相等，故当两者同时消耗的量相等时，反应即达平衡，D项正确。

2．(2010·福建理综，12)化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如右图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是 (　　)

A．2.5 μmol·L^－¹·min^－¹和2.0 μmol·L^－¹

B．2.5 μmol·L^－¹·min^－¹和2.5 μmol·L^－¹

C．3.0 μmol·L^－¹·min^－¹和3.0 μmol·L^－¹

D．5.0 μmol·L^－¹·min^－¹和3.0 μmol·L^－¹

答案　B

3．(2009·山东理综，14)2SO₂(g)＋O₂(g)V2O5△2SO₃(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是 (　　)

A．催化剂V₂O₅不改变该反应的逆反应速率

B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大

C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间

D．在t₁、t₂时刻，SO₃(g)的浓度分别是c₁、c₂，则时间间隔t₁～t₂内，SO₃(g)生成的平均反应速率为v＝

答案　D

4．(2012·福建理综，12)一定条件下，溶液的酸碱性对TiO₂光催化染料R降解反应的影响如下图所示。下列判断正确的是 (　　)

A．在0～50 min之间，pH＝2和pH＝7时R的降解百分率相等

B．溶液酸性越强，R的降解速率越小

C．R的起始浓度越小，降解速率越大

D．在20～25 min之间， pH＝10时R的平均降解速率为0.04 mol·L^－¹·min^－¹

答案　A

解析：在0～50 min之间，pH＝2和pH＝7时反应物R都能完全反应，降解率都是100%，故A正确；pH为2、7、10时，通过曲线的倾斜程度可看出溶液的酸性越强，R的降解速率越大，故B错误；图中无法比较同一pH条件下，R的起始浓度与降解速率的关系，故C错误；20～25 min之间，pH＝10时R的平均降解速率为0.2×10^－⁴ mol·L^－¹/5 min＝4×10^－⁶ mol·L^－¹·min^－¹，故D错误。

5．[2011·福建理综，23(4)]在酸性溶液中，碘酸钾(KIO₃)和亚硫酸钠可发生如下反应：

2IO＋5SO＋2H^＋===I₂＋5SO＋H₂O 生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：

实验序号	0.01 mol·L^－¹ KIO₃酸性溶液(含淀粉)的体积/mL	0.01mol·L^－¹ Na₂SO₃溶液的体积/mL	H₂O的体积/mL	实验温度/℃	溶液出现蓝色时所需时间/s
实验1	5	V₁	35	25
实验2	5	5	40	25
实验3	5	5	V₂	0

该实验的目的是________；表中V₂＝________mL。

答案　探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠溶液浓度的关系(或其他合理答案)　40

解析　通过分析表中的数据可知，该实验研究的是温度、浓度对反应速率的影响；由于实验1和实验2的温度相同，故实验2与实验3的溶液的浓度一定相同，即水的体积一定相同，因此V₂＝40。

6．(1)[2012·山东理综，29(3)改编]一定温度下，将1 mol N₂O₄充入体积为1 L的密闭容器中，反应3 s后，NO₂的物质的量为0.6 mol，则0～3 s内的平均反应速率v(N₂O₄)＝________mol·L^－¹·s^－¹。

答案　0.1

解析　N₂O₄2NO₂

0.3 mol 0.6 mol

v(N₂O₄)＝＝0.1 mol·L^－¹·s^－¹。

(2)[2010·山东理综，28(2)改编]在一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应2HIH₂＋I₂，2 min时生成H₂ 0.1 mol，则0～2 min内的平均反应速率v(HI)＝__________。

答案　0.1 mol·L^－¹·min^－¹

解析　v(HI)＝＝0.1 mol·L^－¹·min^－¹。

7．[2012·新课标全国卷，27(4)]COCl₂的分解反应为COCl₂(g)===Cl₂(g)＋CO(g)　ΔH＝＋108 kJ·mol^－¹。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10 min到14 min 的COCl₂浓度变化曲线未示出)：

①计算反应在第8 min时的平衡常数K＝____________；

②比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“<”、“>”或“＝”)；

③若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl₂)＝________

mol·L^－¹；

④比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小____________________________；

⑤比较反应物COCl₂在5～6 min和15～16 min时平均反应速率的大小：v(5～6)________v(15～16)(填“<”、“>”或“＝”)，原因是______________________。

答案　①0.234 mol·L^－1　②<　③0.031 ④v(5～6)>v(2～3)＝v(12～13)　⑤>　在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大。

〖教后记〗

题组一　化学反应速率的大小比较

1．已知反应4CO＋2NO₂N₂＋4CO₂在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是 (　　)

A．v(CO)＝1.5 mol·L^－¹·min^－¹B．v(NO₂)＝0.7 mol·L^－¹·min^－¹

C．v(N₂)＝0.4 mol·L^－¹·min^－¹D．v(CO₂)＝1.1 mol·L^－¹·min^－¹

答案　C

解析　转化为相同的物质表示的反应速率进行比较，B项v(CO)＝1.4 mol·L^－¹·min^－¹，C项v(CO)＝1.6 mol·L^－¹·min^－¹，D项v(CO)＝1.1 mol·L^－¹·min^－¹，C项速率最快。

2．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是 (　　)

A．v(A)＝0.5 mol·L^－¹·min^－¹ B．v(B)＝1.2 mol·L^－¹·s^－¹

C．v(D)＝0.4 mol·L^－¹·min^－¹ D．v(C)＝0.1 mol·L^－¹·s^－¹

答案　D

解析　本题可以采用归一法进行求解，可以通过方程式的计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的反应速率进行比较，B项中的B物质是固体，不能表示反应速率；C项中对应的v(A)＝0.2 mol·L^－¹·min^－¹；D项中对应的v(A)＝3mol·L^－¹·min^－¹。

3．(1)将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L^－¹，现有下列几种说法：

①用物质A表示的反应速率为0.3 mol·L^－¹·s^－¹

②用物质B表示的反应速率为0.6 mol·L^－¹·s^－¹

③2 s时物质A的转化率为70%

④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L^－¹

其中正确的是 (　　)

A．①③ B．①④ C．②③ D．③④

(2)若①②中用A、B表示的反应速率分别为0.3 mol·L^－¹·s^－¹、0.6 mol·L^－¹·s^－¹，哪种物质表示的反应速率更快？

(3)若物质A的转化率经过计算为30%，那么，物质B的转化率为多少？你能迅速得出答案吗？

答案　(1)B　(2)B物质表示的反应速率更快

(3)30%，能迅速得出答案，因为通入和消耗的A、B的物质的量之比均为2∶1，则

A、B转化率相等。

4．NH₃和纯净的O₂在一定条件下发生反应：4NH₃(g)＋3O₂(g)=2N₂(g)＋6H₂O(g)

现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH₃和3 mol O_2,4 min后，测得生成的H₂O占混合气体体积的40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是 (　　)

A．v(N₂)＝0.125 mol·L^－¹·min^－¹ B．v(H₂O)＝0.375 mol·L^－¹·min^－¹

C．v(O₂)＝0.225 mol·L^－¹·min^－¹ D．v(NH₃)＝0.250 mol·L^－¹·min^－¹

答案　C

题组一　浓度与压强对化学反应速率的影响

1．对反应A＋BAB来说，常温下按以下情况进行反应：①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol　②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol　③0.1 mol·L^－¹的A、B溶液各10 mL　④0.5 mol·L^－¹的A、B溶液各50 mL四者反应速率的大小关系是 (　　)

A．②>①>④>③ B．④>③>②>①

C．①>②>④>③ D．①>②>③>④

答案　A

2．一定温度下，反应N₂(g)＋O₂(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不改变化学反应速率的是 (　　)

A．缩小体积使压强增大 B．恒容，充入N₂

C．恒容，充入He D．恒压，充入He

答案　C

题组二　外界条件对反应速率的综合影响

3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na₂S₂O₃＋H₂SO₄===Na₂SO₄＋SO₂↑＋S↓＋H₂O，下列各组实验中最先出现浑浊的是 (　　)

实验	反应温度/℃	Na₂S₂O₃溶液		稀H₂SO₄		H₂O
实验	反应温度/℃	V/mL	c/mol·L^－¹	V/mL	c/mol·L^－¹	V/mL
A	25	5	0.1	10	0.1	5
B	25	5	0.2	5	0.2	10
C	35	5	0.1	10	0.1	5
D	35	5	0.2	5	0.2	10

答案　D

解析　本题考查化学反应速率，意在考查学生分析外界条件对化学反应速率的影响。结合选项知混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度最高、反应物Na₂S₂O₃的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。

4．把镁条直接投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生H₂的速率如右图所

示，在下列因素中，影响反应速率的因素是 (　　)

①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl^－的浓度

A．①④ B．③④ C．①②③ D．②③

答案　C

5．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是(　　)

组别	对应曲线	c(HCl)/mol·L^－¹	反应温度/℃	铁的状态
1	a		30	粉末状
2	b		30	粉末状
3	c	2.5		块状
4	d	2.5	30	块状

A．第4组实验的反应速率最慢

B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L^－¹

C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L^－¹

D．第3组实验的反应温度低于30 ℃

答案　D

题组训练　外界条件对反应速率影响的图像分析

1．向某密闭容器中加入0.3 mol A、0.1 mol C和一定量的B三种气体。一定条件下发生反应，各物质浓度随时间变化如甲图所示[t₀～t₁阶段c(B)未画出]。图乙为t₂时刻后改变条件平衡体系中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的条件均不同。已知，t₃～t₄阶段为使用催化剂。下列说法正确的是(　　)