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第七讲化学反应的速率
第七讲化学反应的速率
知识与技能:
使学生知道化学反应速率的定量表示方法,并初步了解测定某些化学反应的速率的实验方法;使学生进一步了解浓度、温度、压强、催化剂对化学反应速率的影响,认识其一般规律;使学生知道活化能的概念及其对化学反应速率的影响。
过程与方法:
通过对“化学反应速率的表示方法”的探究,让学生体验如何进行定量实验的设计、如何完成实验数据的记录及处理等,提高他们利用定量实验研究问题的能力;通过对浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响等问题的研讨,培养学生分析、处理数据并从中获取信息的能力。
情感态度与价值观:
通过催化剂实际应用的事例,使学生认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
教学重点:
化学反应速率的表示方法和浓度、温度、催化剂等外界条件对化学反应速率的影响。
教学难点:
化学反应速率的表示方法和浓度、温度、催化剂等外界条件对化学反应速率的影响。
教学内容:
第一课时
一、化学反应速率
1、概念:
对于反应体系体积不变的化学反应,通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增大来表示化学反应速率。
2、意义:
描述化学反应快慢的物理量。
3、计算公式:
v(A)=
单位:
mol·L-1·min-1mol·L-1·s-1
4、应用中应注意的问题:
①它是平均速率
②不能用固体或纯液体表示反应速率(因为它们的浓度是一个常数)
③对于aA+bB=dD+eE有:
v(A):
v(B):
v(D):
v(E)=a:
b:
d:
e
④用化学反应速率来比较不同反应进行得快慢或同一反应在不同条件下反应的
快慢时,应选择同一物质来比较
5、对于反应aA+bB=dD+eE,其化学反应速率为:
υ=
•
=
•
=
•
=
•
二、浓度对化学反应速率的影响
反应速率常数k
1、表示单位浓度下的化学反应速率
2、通常反应速率常数越大,反应进行得越快
3、与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响
4、反应速率常数有单位。
在不同的速率表达式中,反应速率常数的单位可能不同,单位不同的速率常数没有可比性
三、温度对化学反应速率的影响
1、经验规律(范托夫经验规则)
通常情况下,温度每升高10℃,化学反应速率将增大到原来的2~4倍
2、活化能(Ea)
阿仑尼乌斯公式
四、催化剂对化学反应速率的影响
概念:
能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量
和化学性质不变的物质。
1、催化剂不能改变化学反应的平衡常数,不能改变平
衡转化率
2、催化剂具有选择性,催化活性受温度影响较大
理解如下两点:
1、反应物浓度对化学反应速率的影响程度与其在化学方程式中的系数并无确定的关系,不能根据化学方程式写出速率方程;
2、压强对化学反应速率的影响实质是通过改变反应物质浓度实现的,因此压强的改变会对气体参与的化学反应速率产生影响,而对于只涉及液体和固体的反应几乎没有影响。
【例题】在2L的密闭容器中,加入1mol和3mol的H2和N2,发生N2+3H2
2NH3,在2s末时,测得容器中含有0.4mol的NH3,求该反应的化学反应速率。
解:
N2+3H2
2NH3
起始量(mol):
130
2s末量(mol):
1-0.23-0.60.4
变化量(mol):
0.20.60.4
则:
V(N2)===
===0.05mol/(L·s)
V(H2)===
===0.15mol/(L·s)
V(NH3)===
===0.1mol/(L·s)
有:
V(N2):
V(H2):
V(NH3)=1:
3:
2
【练习】1、在2A+B==3C+4D反应中,下面表示的反应速率最快的是()A.V(A)=3.0mol·L-1·min-1B.V(B)=0.28mol·L-1·S-1
C.V(C)=4.8mol·L-1·min-1D.V(D)=1.0mol·L-1·S-1
【练习】2、可逆反应mA(g)+nB(g)
xC(g),已知V(A)=amol/L.min,V(B)=bmol/L.min,V(C)=cmol/L.min,则x的值为
A.
B.
C.
D.
3、已知4NH3+5O2
4NO+6H2O,若反应速率分别用υ(NH3)、υ(O2)、υ(NO)、υ(H2O)[mol/(L·s)]表示,下列关系式正确的是
A.4υ(NH3)=5υ(O2)B.5υ(O2)=6υ(H2O)
C.2υ(NH3)=3υ(H2O)D.4υ(O2)=5υ(NO)
【例题】对于反应M+N→P,如果温度每升高10℃,速率增加为原来的3倍。
在10℃时完成反应的10%需要54min,将温度提高到40℃完成反应的10%需要的时间为(A)
A.2minB.3minC.6minD.9min
【练习】1、某同学经过一系列测定,绘制出的溶液的PH随反应时间的变化曲线如下,试分析整个反应过程中溶液PH的变化先快后慢的原因。
【答案】镁与盐酸反应放热,随着溶液温度升高,反应速率加快;经过一段时间后,溶液温度不再有明显变化,溶液浓度降低,反应速率减慢
【练习】2、二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。
该反应进行到45秒时,达到平衡(NO2浓度约为0.0125mol/L)。
右图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25秒内的反应进程。
(1)请计算前20秒内氧气的平均生成速度:
;
(2)若反应延续至70秒,请在图中用实线画出25秒至70秒的反应进程曲线。
(3)若在反应开始时加入催化剂(其他条件都不变),请在图上用虚线画出加催
化剂后的反应进程曲线。
3、一氧化氮与一氧化碳都是汽车尾气里的有害物质,它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳。
对此反应,下列叙述中正确的是()
A.使用催化剂不能改变反应速率
B.使用催化剂能增大反应速率或减小反应速率
C.降低压强能增大反应速率D.升高温度能增大反应速率
【题1】1830年,法国化学品制造商库尔曼就提出,氨能跟氧气在铂催化下反应生成硝酸和水,其中第一步反应为:
4NH3+5O2=4NO+6H2O,若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(H2O)[mol•L-1•min-1]表示,则正确的关系是(D)
A.4v(NH3)/5=v(O2)B.5v(O2)/6=v(H2O)
C.2v(NH3)/3=v(H2O)D.4v(O2)/5=v(NO)
【解析】本题根据各物质的反应速率之比等于它们的系数比,所以简单的判断就是该物质的系数与本身的系数成反比的,而不是相乘。
故只有D正确。
【题2】N2O5是硝酸的酸酐,某温度下可发生如下反应:
2N2O5=4NO2+O2 开始进行时,c(N2O5)=0.0408mol•L-1。
经1分钟后,c(N2O5)=0.030mol•L-1。
则该反应的速率为(A)
A.v(N2O5)=1.8
10-4mol•L-1•s-1
B.v(N2O5)=1.08
10-2mol•L-1•s-1
C.v(NO2)=1.8
10-4mol•L-1•s-1
D.v(O2)=1.8
10-4mol•L-1•s-1
【解析】本题的关键点就是单位的转化以及抓住各物质的反应速率之比等于它们的系数比,首先v(N2O5)=0.0408mol•L-1/60s=1.8
10-4mol•L-1•s-1,故A正确,如果用NO2和O2来表达的话应该为v(NO2)=2v(N2O5),v(O2)=
v(N2O5)。
【题3】对于反应A2+3B2
2AB3以下表示的反应速率中,速率最大的是(D)
A.v(A2)=0.4mol•L-1•min-1
B.v(B2)=0.8mol•L-1•min-1
C.v(AB3)=0.6mol•L-1•min-1
D.v(A2)=0.01mol•L-1•s-1
【解析】处理的时候,应该将四个选项转化成同一种物质,而且单位也要化成一样,所以B选项可以化为v(A2)=
,C选项可以化为v(A2)=
,D选项可以化为v(A2)=
【题4】在下列过程中,需要加快化学反应速率的是(C)
A.钢的腐蚀 B.食物腐烂 C.工业炼钢 D.塑料老化
【解析】本题很简单,主要通过生活常识判断哪些对我们更有利。
【题5】把下列四种X溶液分别加入四个盛有10mL2mol/L盐酸的烧杯中,均加水稀释到50mL,此时X与盐酸缓和地进行反应。
其中反应速率最大的是(A)
A.20mL3mol/L的X溶液 B.20mL2mol/L的X溶液
C.10mL4mol/L的X溶液D..10mL2mol/L的X溶液
【解析】本题就是求出稀释后的浓度,然后依据浓度越大反应越快,一些学生可能直接比较每个选项中X溶液浓度的大小,从而导致错误。
而应该先求出物质的量然后再除以体积50mL即可得到各自稀释后的浓度。
【题6】反应2SO2+O2
2SO3经一段时间后,SO3的浓度增加了0.4mol/L,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol/(L•s),则这段时间为(C)
A.0.1sB.2.5sC.5sD.10s
【解析】由O2表示的反应速率为0.04mol/(L•s),可求出v(SO3)=2v(O2)=0.08mol/(L•s),所以t=
=5s。
【题7】将ag块状碳酸钙跟足量盐酸反应,反应物损失的质量随时间的变化曲线如图的实线所示,在相同的条件下,将bg(a>b)粉末碳酸钙与同浓度盐酸反应,则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(C)
【解析】盐酸为足量,所以碳酸钙越多,损失的质量必然也越大,a>b,故实线应该比虚线高,但对于粉末状和块状来说的话,粉末状具有更大的表面积,接触更充分,反应应该快,所以,虚线达到平衡所需要的时间比实线短。
【题8】硫代硫酸钠(Na2S2O3)俗称大苏打或海波,是无色或淡黄色晶体,能风化和潮解,纯品可做照相定影剂、去氯剂和分析试剂,还用于皮革、纺织等工业。
(1)工业上制取硫代硫酸钠(Na2S2O3),用Na2SO3和硫粉在水中加热反应而得到。
但在混合前,一般先用少许乙醇浸润,其原因是什么?
(2)又知:
Na2S2O3+H2SO4=S↓+SO2↑+H2O+Na2SO4,通过析出硫的速率可说明反应速率的快慢,请判断下列几种情况下,最先看到硫析出的是()
温度
Na2S2O3溶液的体积和物质的量浓度
硫酸的体积和物质的量浓度
A
20℃
10mL、0.2mol•L-1
10mL、0.2mol•L-1
B
20℃
15mL、0.1mol•L-1
15mL、0.1mol•L-1
C
50℃
5mL、0.5mol•L-1
5mL、0.5mol•L-1
D
50℃
50mL、0.1mol•L-1
50mL、0.1mol•L-1
(3)对于上述反应,如果温度每升高10℃,反应速率增加为原来的3倍。
那么,20℃时看到沉淀开始析出的时间需要54s,若将温度提高到50℃,看到沉淀析出的时间需几秒?
【解析】(1)对于硫,它不溶于水,很难与Na2S2O3溶液接触而反应,却能溶于乙醇,而乙醇却能与水任意比例互溶,所以用乙醇浸润后,增加了硫粉与水的接触面积,从而提高了反应速率,增加Na2S2O3的产量。
(2)要找反应速率最快的,也就是说温度要最高,浓度要最大。
(3)
【题9】影响化学反应速率的因素有反应物的浓度、温度等,在下列事实中,什么因素影响了化学反应速率?
(1)夏天的食品易霉变,冬天就不易发生该现象。
(2)工业上常常将固体燃料粉碎,以提高燃烧效率。
(3)同浓度、同体积的硫酸和盐酸与同样大小且质量相等的锌粒反应,产生气体有快有慢。
【解析】(1)主要比较冬天和夏天的区别,夏天热,冬天冷,所以与温度有关。
(2)将固体燃料粉碎,块状的表面积比粉末的表面积来得小。
(3)同浓度、同体积的硫酸和盐酸,虽然看起来相同,其实溶液中的H+的浓度却完全不同,硫酸中H+的浓度却是盐酸中的2倍。
【题10】在日常生活中,人们有意无意地控制着某些化学反应的速率,请从加快和减慢反应速率两个方向各举两例(侧重从影响化学反应速率的条件分析)。
【解析】加快反应速率的;高压锅蒸煮食物、燃烧煤时将煤块粉碎为煤粉。
减慢反应速率的:
食物放入冰箱中减缓食物变质、钢铁表面涂上油防止生锈。
【题1】100mL6mol•L-1H2SO4与过量锌反应,在一定温度下,为了减缓反应进行的速率,但又不影响生成氢气的总质量,可向反应物中加入适量的(BC)
A.碳酸钠(固体) B.水 C.K2SO4溶液 D.硫酸
【解析】减缓反应速率又不影响生成氢气的总质量,也就是说溶液中H+的物质的量不能被改变,只能通过浓度等进行变化,要使反应减慢,只要使浓度减小即可,故可以直接加水,或者加一些无关的溶液(其实也是起者稀释的作用,或使强酸变弱酸)。
【题2】在一定条件下,NO能跟H2发生如下反应:
2NO+2H2=N2+2H2O。
经研究,上述反应是按以下三步反应依次进行的总反应(括号中是该条件下反应的相对速率):
(Ⅰ)2NO+H2=N2O+H2O(慢) (Ⅱ)2N2O=2N2+O2(快)
(Ⅲ)2H2+O2=2H2O(更快)以上总反应的速率主要取决于三步反应中的(A)
A.ⅠB.Ⅱ C.ⅢD.Ⅱ和Ⅲ
【解析】对于进行多步的反应,要看总反应的速率,应该看最慢的那个反应速率有多慢,这个速率主要是它决定的。
【题3】现有反应A(g)+B(g)
C(g)。
从正反应开始,在其他条件不变时,某一反应物的浓度、反应持续时间、反应温度跟反应速率之间的关系曲线如图所示,其中有明显错误的是(B)
【解析】本题一定要观察好坐标表示的意义,B选项我们发现当B没有放入时仍有反应速率存在,而题目说从正反应开始,明显相互矛盾。
【题4】已知CO2+C=2CO是吸热反应,反应速率为v1;N2+3H2=2NH3是放热反应,反应速率为v2。
对于上述反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为(A)
A.同时增大 B.同时减少 C.v1增大,v2减少 D.v1减少,v2增大
【解析】改变温度,反应速率均发生改变,不论是正反应速率还是逆反应速率。
温度升高正反应速率和逆反应速率均增大,如果是放热反应,则正反应速率增大的幅度小于逆反应速率增大的幅度,反之相反。
【题5】高温下,某反应达平衡,平衡常数K=
。
恒容时,温度升高,H2浓度减小。
下列说法正确的是(A)
A.该反应的焓变为正值
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小
D.该反应化学方程式为CO+H2O
CO2+H2
【解析】从平衡常数的表达式可以看出,CO和H2O是反应产物,CO2和H2是反应物,温度升高,H2浓度减小,说明升高温度有利于H2的转化,故正反应为吸热反应即焓变为正值。
该反应为等体积反应压强不会改变平衡。
升高温度,正逆反应速率均增大。
【题6】在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度进行如下反应,H2(g)+Br2(g)
2HBr(g),已知加入1molH2和2molBr2,达到平衡后,生成XmolHBr,在相同条件下,若起始时加入的H2、Br2、HBr分别为a、b、c(均不为0)且保持平衡时,各组分含量不变,以下推断正确的是(A)
①a、b、c应满足的关系是4a+c=2b②平衡时HBr为Xmol
③a、b、c应满足的关系是a+b=c④平衡时HBr为
A.①B.①②C.①④D.②③
【解析】将cmolHBr完全分解,则(a+c/2) :
(b+c/2)=1 :
2,可得4a+c=2b。
而该反应为等体积反应,只有当HBr为0时,H2、Br2物质的量之比符合初始比例,即1:
2即可建立该等效平衡,故平衡时HBr的量不能确定。
【题7】对于热化学方程式:
SO3(g)
SO2(g)+
O2(g)
ΔH=98.3kJ·mol-1的描述如图所示,y表示SO2的质量分数,其中正确的是(D)
【解析】升高温度,反应速率加快,缩短了到达平衡的时间,平衡向正反应方向移动,二氧化硫质量分数增加。
【题8】在容积固定的密闭容器中存在反应:
A(g)+3B(g)
2C(g)ΔH<0
某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,并根据实验数据作图:
下列判断一定错误的是()
A.图1研究的是不同催化剂对反应的影响,且乙使用的催化剂效率较高
B.图2研究的是压强对反应的影响,且甲的压强较高
C.图2研究的是温度对反应的影响,且甲的温度较高
D.图3研究的是不同催化剂对反应的影响,且甲使用的催化剂效率较高
【解析】催化剂的效率越高,化学反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,但催化剂不能使化学平衡发生移动,故A不正确,D正确。
温度越高、压强越大,化学反应速率越快,达到平衡所需的时间越短,由于所给反应为气态物质系数减小的反应,压强增大,平衡右移,使α甲>α乙,又知反应为放热反应,温度升高时平衡向左移动,α甲<α乙,C正确,B错误。
【题9】为验证浓度对化学反应速率的影响(反应原理:
Na2S2O3+2HCl=2NaCl+S↓+H2O),一同学在下午活动课中,配置了0.2mol•L-1的盐酸置于大烧杯中,并取了3mL 0.1mol•L-1的Na2S2O3溶液与3mL该盐酸反应,产生明显浑浊约需时间ts。
由于时间另有安排,停止了实验。
第二天又用了3mL 0.2mol•L-1的Na2S2O3溶液与原盐酸3mL反应,产生明显浑浊也需时间ts左右。
于是他得出结论:
浓度对化学反应速率的影响不大。
请你评价该同学的这次实验。
(1)结论是 ()
A.可靠的 B.不可靠的 C.基本正确,但有疑点 D.可能正确,也可能不正确
(2)一般对比实验都要控制条件,且再现性好。
①请评价他实验控制的条件:
。
②请评价他实验现象的对比方法:
;若他的对比方法不好,请你给出合理的对比方法(若他的对比方法可行,此问可不答) 。
【解析】结论是不可靠的。
两次实验的温度可能有差异;在敞口烧杯中,盐酸的浓度也有可能改变,故没有控制好条件。
另外“明显浑浊”的标准可能不一致,故不能进行严密的对比,合理的比较就是做个相同的标记来记录时间。
【题10】丙酮和垫在酸性溶液中发生反应:
CH3COCH3+I2
CH3COCH2I+H++I-
25℃时,该反应速率由经验式v=k[CH3COCH3][H+]决定,式中k=2.73
10-5L••(mol•s)-1。
25℃时,已知反应开始时,c(I2)=0.01mol•L-1,c(CH3COCH3)=0.1mol•L—1,c(H+)=0.02mol•L-1。
求:
(1)反应开始时的速率为 。
(2)当溶液中的I2反应掉一半时,反应速率比开始时 (填“快”或“慢”),原因是 。
【解析】本题属信息迁移题,意在考查学生接受新信息并处理数据的能力。
由经验式v=k[CH3COCH3][H+]代入开始时的数据就可计算出答案。
当I2反应掉一半时,[CH3COCH3]变为0.05mol•L—1,而[H+]却为0.025mol•L—1,由经验式v=k[CH3COCH3][H+]计算得。
【题11】Fe3+和I-在水溶液中的反应如下:
2I-+2Fe3+
2Fe2++I2
(1)该反应的平衡常数K的表达式为:
K= ,当上述反应达到平衡后,加入CCl4萃取I2,且温度不变,上述平衡 (填“向右”、“向左”或“不”)移动。
(2)上述反应的正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为v=k[I-]m[Fe3+]n,通过所给的数据如下表计算;在v=k[I-]m[Fe3+]n中,m、n的值为 。
A.m=1,n=1 B.m=1,n=2 C.m=2,n=1 D.m=2,n=2
[I-]/mol•L-1
[Fe3+]/mol•L-1
v/mol•L-1•s-1
1
0.20
0.80
0.032k
2
0.60
0.40
0.144k
3
0.80
0.20
0.128k
I-浓度对反应速度的影响 Fe3+浓度对反应速率的影响。
(填“小于”、“大于”或“等于”)
【解析】平衡常数就是各生成物浓度的系数次方乘积与各反应物浓度的系数次方乘积的比值,当生成物浓度减小其他条件不变,肯定使平衡向正反应方向移动。
将各组数据代入v=k[I-]m[Fe3+]n中,联立方程组即可解得m=2,n=1。
从而可知I-浓度对反应速度的影响会比Fe3+浓度对反应速率的影响大。
【题12】在一定条件下,二氧化硫和氧气发生反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)ΔH<0
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式K= 。
(2)降低温度,该反应K值 ,二氧化硫转化率 ,化学反应速率 。
(填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)600℃时,在一密闭容器中,将二氧化硫和氧气混合,反应过程中SO2、SO3、O2物质的量变化如图所示,反应处于平衡状态的时间是 。
(4)根据上图判断,反应进行至20min时,曲线发生变化的原因是 (用文字表达),10~15min的曲线变化的原因可能是 (填写编号)。
A.加了催化剂 B.缩小容器体积 C.降低温度 D.增加SO3的物质的量
【解析】题给反应的化学方程式告诉我们,这是一个体积缩小的放热反应,其系数构成了平衡常数表达式中反应物和产物平衡浓度的幂次方.因为反应放热,故温度升高对提高产物SO2的平衡浓度是不利的,但对提高反应速率是有利的.运用表格数据、图形曲线来讨论反应的平衡和速率问题近几年出现较多,所以学会看图、用图并分析数据得出结论至关重要。
图中出现水平线段,表示平衡已达到;若曲线变化比较陡峭,就该考虑有催化剂加入的可能性或突然增加了原料的量。
【题13】亚硫酸钠和碘酸钾在酸性溶液里反应的化学方程式是:
5Na2SO3+2KIO3+H2SO4=5Na2SO4+K2SO4+I2+H2O
(1)其中氧化剂是 ,若反应中有5mol电子转移,则生成的碘是 。
该反应过程和机理较复杂,一般认为分以下几步:
①IO3—+SO42—=IO2-+SO42-(慢)
②IO2-+2SO42—=I-+2SO42-(快)
③5I-+6H+=3I2+3H2O(快)
④I2+SO42—+H2O=2I-+SO42-+2H+(快)
(2)根据上述条件推测,此反应总的反应速率由 步反应决定。
(3)若预先加入淀粉溶液,由题述看出必在离子 消耗完时,才会有使淀粉变蓝的现象产生。
【解析】分析化合价升降可得KIO3为氧化剂,2KIO3~I2~10e-
110
(0.5mol)5mol
反应的总速率总是决定于总反应中最慢的一步。
要使淀粉变蓝的现象产生,必然要求能够消耗I2的离子要完全被消耗。
【题14】
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- 第七讲 化学反应的速率 第七 化学反应 速率