学年高一化学必修2讲义第2章 化学键 化学反应与能量 第2节 第1课时.docx

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学年高一化学必修2讲义第2章化学键化学反应与能量第2节第1课时

第2节　化学反应的快慢和限度

第1课时　化学反应的快慢

[目标导航]　1.了解化学反应速率的概念和常用表示方法。

2.知道浓度、温度和催化剂等外界条件对化学反应速率的影响，了解调控化学反应速率的方法。

3.掌握化学反应速率的简单计算。

一、化学反应速率

1．含义

化学反应速率是用来描述化学反应快慢的物理量。

2．表示方法

通常用单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量来表示。

3．表达式

v（A）＝

，Δc（A）表示反应物（或生成物）A浓度的变化量，Δt表示浓度变化的时间。

4．单位

化学反应速率的常用单位为mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1。

5．实例

在一个体积为2L的密闭容器中发生反应2SO2＋O22SO3，经过5s后，测得SO3的物质的量为0.8mol。

填写下表：

反应物或生成物

SO2

O2

SO3

物质的量浓度变化/mol·L－1

0.4

0.2

0.4

化学反应速率/mol·L－1·s－1

0.08

0.04

0.08

化学反应速率之比

2∶1∶2

【议一议】

1．对于反应C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g），能否用C和H2O来表示该反应的化学反应速率？

答案　该反应的化学反应速率不能用C表示，可以用H2O表示，固体或纯液体的浓度可视为常数，因此不能用固体或纯液体表示化学反应速率。

若反应中水为气体，可以用来表示反应速率；若水为溶剂，则不能用水表示反应速率。

2．对同一化学反应，在相同的时间内，用不同的物质来表示其化学反应速率时，它们之间有什么关系？

答案　对同一化学反应，在相同的时间内，用不同的物质来表示的化学反应速率，化学反应速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。

二、影响化学反应速率的因素

1．探究影响化学反应速率的因素

实验方案

实验现象

结论

镁片、铁片与盐酸反应，镁片产生气泡的速率快

决定化学反应速率大小的内因是反应物本身的性质

粉状碳酸钙比块状碳酸钙产生气泡的速率快

增大反应物的接触面积，可以加快化学反应速率

3mol·L－1HCl（aq）与Mg反应产生气泡的速率快

反应物浓度越大，化学反应速率越快

用酒精灯加热的试管中产生气泡的速率快

温度越高，化学反应速率越快

加入MnO2粉末的试管中产生气泡的速率较快

催化剂可以加快化学反应速率

2.影响化学反应速率的因素

（1）内因

不同的化学反应，具有不同的反应速率，这说明化学反应速率的大小主要取决于反应物本身的性质。

（2）外因

条件改变

反应速率变化

浓度

增加反应物浓度

加快

减少反应物浓度

减慢

温度

升高温度

加快

降低温度

减慢

压强

对气体物质参加的反应

增大压强

加快

减小压强

减慢

催化剂

加入合适的催化剂

加快

接触面积

增大反应物间的接触面积

加快

【议一议】

1．增加反应物的用量，一定能增大化学反应速率吗？

为什么？

答案　不一定，固态和纯液态反应物的浓度是一个常数，增加固态和纯液态物质的用量，化学反应速率不变。

2．升高温度，吸热反应和放热反应的速率都加快吗？

答案　都加快。

升高温度，分子运动加快，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率必然加快。

3．改变压强后，化学反应速率一定变化吗？

答案　不一定，改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。

当压强改变，但对物质的浓度无影响时，化学反应速率不变。

如恒容密闭容器中通入“惰性气体”时，化学反应速率不变。

一、化学反应速率的表示方法及简单计算

1．化学反应速率的表示方法

（1）表示一个化学反应的反应速率时，须指明用哪一种物质来表示。

（2）一定温度下，固态物质和纯液态物质的浓度是一个常数，所以不能用固态物质或纯液态物质表示反应速率。

（3）无论是用反应物还是用生成物表示化学反应速率，化学反应速率都取正值。

（4）化学反应速率是某一段时间内的平均反应速率，而不是某一时刻时的瞬时反应速率。

（5）由于一个化学反应中各物质的化学计量数不一定相同，所以同一化学反应用不同的物质表示的化学反应速率数值可能不同，但所表示的意义相同。

（6）同一化学反应，用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于化学反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。

如对于反应：

aA（g）＋bB（g）===cC（g）＋dD（g），其反应速率v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝a∶b∶c∶d。

2．化学反应速率的简单计算方法

（1）定义式法：

利用定义式v（A）＝

＝

计算[Δc（A）表示反应物（或生成物）A的浓度的变化量，Δn（A）表示A的物质的量的变化，V表示反应容器的体积，Δt表示浓度变化的时间]。

已知任意两个量，可求第三个量。

（2）关系式法：

利用“化学反应速率之比＝化学方程式中的化学计量数之比”求算。

（3）始转平法：

对于较为复杂的题目，采用以下模式计算：

例如：

反应　　　　　　　mA　＋　nB　===　pC

起始浓度（mol·L－1）abc

转化浓度（mol·L－1）x

某时刻浓度（mol·L－1）a－xb－

c＋

【例1】　在一体积固定的密闭容器中加入反应物A、B，发生如下反应：

A＋2B===3C。

反应经2min后，A的浓度从开始时的1.0mol·L－1降到0.8mol·L－1。

已知反应开始时B的浓度是1.2mol·L－1，求：

（1）2min末B、C的浓度。

（2）以单位时间内A的浓度的减小来表示2min内该反应的平均速率。

（3）不同条件下，测得v（A）＝0.2mol·L－1·min－1，v（B）＝0.5mol·L－1·min－1，v（C）＝1.2mol·L－1·min－1，则哪种情况下反应速率最快？

解析　

（1）2min内A的浓度减小0.2mol·L－1，则由A＋2B===3C知B消耗0.2×2mol·L－1，C增加0.2mol·L－1×3＝0.6mol·L－1，则2min末B的浓度为

1．2mol·L－1－0.4mol·L－1＝0.8mol·L－1

C的变化浓度即为2min末C的浓度。

（2）v（A）＝

＝

＝0.1mol·L－1·min－1。

（3）由规律可知：

v（A）∶v（B）∶v（C）＝1∶2∶3，

当用v（A）表示v（C）、v（B）时，

v（A）＝

v（B）＝

×0.5mol·L－1·min－1

＝0.25mol·L－1·min－1

v（A）＝

v（C）＝

×1.2mol·L－1·min－1

＝0.4mol·L－1·min－1

所以v（C）＝1.2mol·L－1·min－1时最快。

答案　

（1）c（B）＝0.8mol·L－1　c（C）＝0.6mol·L－1

（2）0.1mol·L－1·min－1

（3）v（C）＝1.2mol·L－1·min－1最快

【方法点拨】　化学反应快慢的比较

（1）同一反应不同条件或者不同时段内的反应速率比较时，先换算成同一物质、相同单位的反应速率，数值大的速率反应速率快。

（2）对于反应aA＋bB===cC，将v（A）∶v（B）的值与a∶b的值进行比较，若v（A）∶v（B）＝a∶b，二者速率相等；若v（A）∶v（B）＞a∶b，v（A）＞v（B）；v（A）∶v（B）＜a∶b，v（A）＜v（B）。

（3）不同反应之间的速率大小没有可比性。

变式训练1　在容积为2L的密闭容器中充入2molSO2和一定量O2，发生反应2SO2＋O2

2SO3，当反应进行到4min时，测得n（SO2）＝0.4mol。

若反应进行到2min末时，容器中SO2的物质的量是（　　）

A．等于1.6molB．等于1.2mol

C．大于1.6molD．小于1.2mol

答案　D

解析　前4min用SO2表示的反应速率为v（SO2）＝

＝0.2mol·L－1·min－1，所以前2minSO2的减少量大于0.2mol·L－1·min－1×2min×2L＝0.8mol。

所以容器中SO2的物质的量应小于1.2mol。

二、影响化学反应速率的外界因素

1．浓度

（1）只适用于气体参加或在溶液中进行的化学反应。

（2）在一定温度下，固体或纯液态物质的浓度是一个常数，改变其用量，对化学反应速率无影响。

（3）化学反应速率与固体颗粒的大小有关，颗粒越小，表面积越大，化学反应速率越快。

2．温度

（1）对任何化学反应都适用，且不受反应物状态的影响。

（2）不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，降低温度都能减小化学反应速率。

3．压强

（1）压强对化学反应速率的影响实质是通过改变浓度对化学反应速率的影响实现的。

（2）由于固体或液体的体积受压强的影响很小，所以压强只影响有气体参加的化学反应的反应速率。

（3）改变压强必须引起反应物或生成物的浓度改变才能改变化学反应速率，否则，化学反应速率不变。

（4）压强改变的常见方式

①恒温恒容：

充入稀有气体→容器压强增大，各反应物的浓度不变→化学反应速率不变。

②恒温恒压：

充入稀有气体→容器体积增大→各反应物的浓度减小→化学反应速率减小。

③恒温：

缩小容器体积→容器压强增大→反应物浓度增大→化学反应速率增大。

④恒温恒容：

充入一种反应物→增大反应物浓度→化学反应速率增大。

4．催化剂

（1）催化剂参与化学反应，但其质量和化学性质在反应前后保持不变。

（2）催化剂只有在适宜的温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同。

（3）使用催化剂，可逆反应的正、逆反应速率增大的倍数相同。

【例2】　反应C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）在一体积可变的密闭容器中进行。

下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是（　　）

①增大C的用量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使容器内压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积增大　⑤保持体积不变，充入水蒸气　⑥温度升高

A．②④B．①③

C．③④⑤D．①④⑥

解析　C为固体，增大C的用量，化学反应速率不变；将容器体积缩小，增大反应物浓度，反应速率加快；体积不变，充入N2，反应物浓度不变，化学反应速率不变；充入N2，体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减慢；体积不变，充入水蒸气，增大反应物浓度，反应速率加快；升高温度，反应速率加快。

答案　B

【易错警示】　只改变反应物的固体用量，化学反应速率不变；改变压强而反应物浓度不变，则化学反应速率不变。

变式训练2　100mL0.6mol·L－1H2SO4溶液与过量锌粉反应，在一定温度下，为了减缓反应进行的速率，但不影响生成H2的总量，可向反应物中加入适量的（　　）

A．Na2CO3固体B．NaNO3溶液

C．K2SO4固体D．K2SO4溶液

答案　D

解析　Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，加入Na2CO3固体，锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量都减小；加入NaNO3，NO

在酸性条件下具有强氧化性，与锌反应不能放出H2，所以锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量都减小；加K2SO4固体，增大了SO

的浓度，锌与H2SO4溶液反应的速率和生成H2的总量与SO

的浓度无关，反应速率和生成H2的总量都不变；加K2SO4溶液，降低溶液中H＋的物质的量浓度，但H＋的物质的量不变，化学反应速率减小但生成H2的总量不变。

【易错警示】　对于溶液中进行的离子反应：

（1）化学反应速率与压强无关。

（2）根据离子反应方程式分析所加物质对化学反应速率是否有影响。

如锌与稀硫酸反应，SO

没有参与离子反应，增大c（SO

）对反应速率没有影响。

1．下列关于X（g）＋Y（s）===2Z（g）的化学反应速率的叙述正确的是（　　）

A．该反应的化学反应速率可用单位时间内X或Y浓度的减少来表示

B．该反应的化学反应速率是指反应进行一段时间内，X浓度的减少或Z浓度的增加

C．相同条件下，若v（X）＝0.1mol·L－1·s－1，v（Z）＝0.2mol·L－1·s－1，则v（X）表示的反应速率比v（Z）表示的反应速率小

D．该反应的化学反应速率是指单位时间内X或Z浓度的变化

答案　D

解析　化学反应速率用单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量来表示，D正确；一段时间和单位时间含义不同，B不正确；Y在该反应中为固态，其在反应过程中的浓度变化是一常数，A不正确；X与Z化学计量数之比为1∶2，v（X）∶v（Z）＝1∶2，v（X）与v（Z）表示的化学反应速率相等，C不正确。

2．下列说法错误的是（　　）

A．决定化学反应速率的主要因素是参加反应的物质的性质

B．升高温度可使吸热反应的反应速率增大，使放热反应的反应速率减小

C．等量的甲烷在纯氧气中燃烧的火焰的温度比在空气中燃烧时高

D．用物质的量浓度相同的盐酸分别与相同质量的石灰石块和石灰石粉末反应，石灰石块的反应速率慢

答案　B

解析　决定化学反应速率的主要因素是参加反应物质的性质，A正确；无论反应的热效应如何，升高温度，放热反应和吸热反应的反应速率均增大，B不正确；甲烷在纯氧中燃烧迅速且充分，在较短的时间内放出全部的热量，C正确；石灰石块的表面积小，与盐酸反应速率慢，D正确。

3．把下列四种X溶液分别倒入四个盛有10mL2mol·L－1盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应。

其中化学反应速率最大的是（　　）

选项

温度

体积

浓度

A

10℃

20mL

3mol·L－1

B

20℃

30mL

2mol·L－1

C

20℃

10mL

4mol·L－1

D

10℃

20mL

2mol·L－1

答案　B

解析　先比较混合后浓度的大小，因为反应后溶液的体积均为50mL，所以X的物质的量越大，浓度就越大。

混合后A、B选项中X的物质的量相等，且比C、D的大，而B中温度更高，因此B的反应速率最大。

4．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生H2的速率变化曲线如图所示。

下列因素中，影响该反应速率的是（　　）

①H＋的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl－的浓度

A．①④B．③④

C．①③D．②③

答案　C

解析　镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，化学反应速率与c（Cl－）无关。

镁与盐酸的反应为放热反应，反应过程中溶液的温度升高，c（H＋）浓度逐渐减小。

开始阶段温度升高（加快反应速率）为主要影响因素，c（H＋）的减小（使反应速率减小）为次要影响因素，所以反应速率增大。

随后反应速率减小是因为c（H＋）减小。

5．进行如下实验，在A锥形瓶中放入10g绿豆大小的碳酸钙，在B锥形瓶中放入5g粉末状的碳酸钙，分别加入50mL1mol/L盐酸，如图中能正确表示实验结果的是（注：

x—时间、y—锥形瓶中碳酸钙减少的质量）（　　）

答案　C

解析　碳酸钙粉末与盐酸的反应速率比碳酸钙固体的反应速率要大，在盐酸的物质的量为少量的情况下，消耗的碳酸钙的质量最终是相等的。

6．现欲用纯净的碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳气体，请回答：

（1）对于化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，在其他条件一定时，下列措施不能增大初始反应速率的是________（填字母，下同）。

a．将盐酸的用量增加一倍

b．盐酸的浓度增加一倍，用量减半

c．适当加热

d．将块状碳酸钙换成粉末状固体

e．增大CaCl2的浓度

f．把2mol·L－1盐酸换成2mol·L－1H2SO4

（2）为了降低上述化学反应的反应速率，欲向溶液中加入下列物质，你认为可行的是________。

a．蒸馏水b．NaCl固体

c．NaCl溶液d．浓盐酸

除了上述方法外，你认为还可以采取哪些措施来降低化学反应速率________________________________________________________________________。

（3）实验过程如上图所示，分析判断：

________段化学反应速率最快，________段单位时间内收集的CO2最多。

答案　

（1）ae　

（2）ac　用块状大理石或降低温度等

（3）EF　EF

解析　

（1）a：

对于一定浓度的盐酸，增加盐酸的用量并不能增加其浓度，反应速率不变；b：

虽然盐酸用量减半，但因浓度加倍，反应速率加快；c：

温度升高，反应速率加快；d：

CaCO3为固态物质，粉末状碳酸钙比块状碳酸钙表面积大，反应速率快；e：

CaCl2是生成物，增大CaCl2的浓度不能增大化学反应速率；f：

将2mol·L－1HCl换为2mol·L－1H2SO4，c（H＋）浓度增大，初始的反应速率增大。

（2）减缓反应速率可采用降低反应物浓度、降低反应温度、减小固体表面积等措施。

加蒸馏水或加NaCl溶液，降低了反应物浓度；加浓盐酸，加快反应速率；加固体NaCl，对反应速率没有影响。

（3）化学反应速率是用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示，改变量越多，反应速率越快。

由图像可知EF段单位时间内CO2的生成量最多，反应速率最快。

分层训练

[基础过关]

题组1　化学反应速率的概念及其简单计算

1．下列关于化学反应速率的说法中，正确的是（　　）

A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减小或任何一种生成物浓度的增加

B．化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1所表示的意义是时间为1s时，某物质的浓度为0.8mol·L－1

C．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．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显

答案　C

解析　固体或纯液体的浓度视为常数，A不正确；化学反应速率是单位时间内物质的量浓度的变化量，B不正确；对于无明显现象的化学反应来说，无法通过现象判断反应速率的大小，D不正确。

2．在2L的密闭容器中，发生以下反应：

2A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）。

v（A）＝0.12mol·L－1·s－1若最初加入的A和B都是4mol，在第10sC的物质的量是（　　）

A．1.6molB．2.8mol

C．2.4molD．1.2mol

答案　C

解析　同一个反应中，化学反应速率之比等于化学方程式中系数之比，即v（C）＝v（A），10s时，C的物质的量n（C）＝Δn（C）＝Δc（C）×V＝v（C）×t×V＝0.12mol·L－1·s－1×10s×2L＝2.4mol。

3．反应A（g）＋3B（g）===2C（g）＋2D（g）。

在不同的情况下测得反应速率如下，其中反应速率最快的是（　　）

A．v（D）＝0.4mol·L－1·s－1B．v（C）＝0.5mol·L－1·s－1

C．v（B）＝0.6mol·L－1·s－1D．v（A）＝0.15mol·L－1·s－1

答案　B

解析　方法一：

化为用同一物质表示的反应速率再比较，如化为用A表示的反应速率，A项v（A）＝

v（D）＝0.2mol·L－1·s－1，B项v（A）＝

v（C）＝0.25mol·L－1·s－1，C项v（A）＝

v（B）＝0.2mol·L－1·s－1，B项表示的反应速率最快。

方法二：

将用不同物质表示的反应速率分别除以对应系数再比较：

A项

mol·L－1·s－1，B项

mol·L－1·s－1，C项

mol·L－1s－1，D项

mol·L－1·s－1，B项反应速率最快。

4．在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中加入2molN2和10molH2，发生反应：

N2＋3H22NH3,2min时，测得剩余的N2为1mol，则下列化学反应速率的表达式中正确的是（　　）

A．v（N2）＝1mol·L－1·min－1B．v（H2）＝0.75mol·L－1·min－1

C．v（NH3）＝0.25mol·L－1·min－1D．v（N2）＝0.5mol·L－1·min－1

答案　B

解析　根据化学反应速率的表示方法可知，v（N2）＝

＝0.25mol·L－1·min－1，根据v（N2）∶v（H2）∶v（NH3）＝1∶3∶2可知，v（H2）＝3v（N2）＝0.75mol·L－1·min－1，v（NH3）＝2v（N2）＝0.5mol·L－1·min－1。

5．对于化学反应3W（g）＋2X（g）===4Y（g）＋3Z（g），下列反应速率关系中，正确的是（　　）

A．v（W）＝3v（Z）B．2v（X）＝3v（Z）

C．2v（X）＝v（Y）D．3v（W）＝2v（X）

答案　C

解析　对于任一化学反应，用不同的物质表示该反应的速率，其数值之比等于其化学计量数之比。

在题给的化学反应中，v（W）∶v（X）∶v（Y）∶v（Z）＝3∶2∶4∶3，v（W）＝v（Z），A项错误；3v（X）＝2v（Z），B项错误；2v（X）＝v（Y），C项正确；2v（W）＝3v（X），D项错误。

题组2　外界条件对化学反应速率的影响

6．NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢起反应生成N2和CO2。

对此反应的下列叙述中正确的是（　　）

A．浓度、温度、催化剂等都是决定化学反应速率大小的因素

B．使用适当的催化剂，能改变化学反应速率

C．升高温度，降低化学反应速率

D．改变压强对反应速率没有影响

答案　B

解析　浓度、温度、压强、催化剂等外界条件都能影响反应速率，但它们都不是化学反应速率的决定因素，决定化学反应速率的因素是反应物本身的性质，A不正确；加入适当的催化剂，化学反应速率加快，B正确；不论反应是放热的还是吸热的，升高温度都能加快反应速率，降低温度都能减慢反应速率，C不正确；本反应的化学方程式为2CO（g）＋2NO（g）===N2（g）＋2CO2（g），因有气体参加反应，故压强的改变对反应速率有影响，且增大压强会加快反应速率，减小压强会减慢反应速率，D不正确。

7．反应C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）在一可变体积的容器中进行，则下列条件的改变使其反应速率增大的是（　　）

A．增加C的量

B．将容器的体积缩小一半

C．保持温度和容器体积不变，充入氦气

D．保持温度和压强不变，充入氦气

答案　B

解析　因C为固体，当增加C的量时，其浓度不会改变，则不会对速率产生影响；将容器的体积缩小一半，气态物质的浓度均增大一倍，一定会加快反应的进行，B正确；当保持温度和容器体积不变，充入氦气时，原来各种物质的浓度没有发生变化，速率不变，C错误；当保持温度和压强不变，充入氦气时，容器的体积必然扩大，原来体系中的各物质的浓度减小，反应速率变小，D错误。

8．把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，在下列因素中对产生H2速率没有影响的是（　　）

A．Cl－的浓度B．镁条的表面积

C．溶液的温度D．H＋的浓度

答案　A

解析　镁和盐酸反应的实质为：

Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，Cl－没有参加反应，不影响化学反应速率，故A选；镁条的表面积越大，反应速率越大，故B不选；温度越高，反应速率越大，故C不选；H＋的浓度越大，反应速率越大，故D不选。

9．CaCO3与稀盐酸反应（放热反应）生成CO2的量与反应时间的关系如图所