化学反应速率及计算.doc

第一节 化学反应速率
一．化学反应速率
1. 概念：化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量，通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。
2. 表达式：v＝；v表示平均速率，常用的单位是mol/(L·min)或mol/(L·s)。
3. 表示化学反应速率的注意事项
(1)在同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其数值可能相同也可能不相同，但它们表示的意义却是完全相同的。因此，表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准。
(2)由于在反应中纯液体和固体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯液体或固体参加的反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。
(3)在同一个化学反应中，无论选用反应物还是生成物来表示化学反应速率，其值均为正值。
(4)化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。
例1: 判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。(　　)
(2)化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol/L。(　　)
(3)化学反应速率的数值越大，反应进行得越快。(　　)
(4)根据化学反应速率的大小可以推知化学反应进行的快慢。(　　)
(5)对于化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
即时练习：
1.下列关于化学反应速率的说法，不正确的是(　C　)
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．单位时间内某物质的浓度变化越大，则该物质反应就越快
C．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有“mol/(L·s)”和“mol/(L·min)”
2. 用纯净的CaCO3与1 mol·L－1 100 mL稀盐酸反应制取CO2。关于此反应，下列说法不正确的是(　D　)
A．可以用单位时间内CaCO3质量的减少表示该反应的反应速率
B．可以用单位时间内生成H2的量表示该反应的反应速率
C．可以用单位时间内溶液中Ca2＋浓度的增加表示该反应的反应速率
D．可以用单位时间内CaCO3浓度的变化表示该反应的反应速率
3. 下列有关化学反应速率的说法中正确的是(　D　)
A.对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B.化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加来表示
C.若某化学反应的反应速率为 0.5 mol/(L·min)，就是指在该时间内反应物和生成物的浓度变化都为0.5 mol/(L·min)
D.化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度
二．化学反应速率的计算方法
(1)利用反应速率的定义式v＝。
例2: 在N2＋3H22NH3的反应中，在5 s内NH3的浓度由1 mol/L减至6 mol/L。则NH3的平均反应速率是(　B　)
A．2.4 mol/(L·s)　　　　　 B．1.0 mol/(L·s)
C．0.8 mol/(L·s) D．0.08 mol/(L·s)
即时练习：
1. 在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s末硫酸的浓度减少了0.6 mol·L－1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s内消耗硫酸的平均反应速率是(　A　)
A．0.06 mol·L－1·min－1
B．1.8 mol·L－1·min－1
C．1.2 mol·L－1·min－1
D．0.18 mol·L－1·min－1
2. A与B反应生成C，假定反应由A、B开始，它们的起始浓度均为1 mol/L。反应进行2 min后A的浓度为0.8 mol/L，B的浓度为0.6 mol/L，C的浓度为 0.6 mol/L。2 min内反应的平均速率为：v(A)＝________，v(B)＝________，v(C)＝________。
v(A)＝＝0.1 mol/(L·min)，v(B)＝＝0.2 mol/(L·min)，v(C)＝＝0.3 mol/(L·min)，
3. 反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经2 min后，B的浓度减少了0.6 mol/L。下列反应速率的表示正确的是(　B　)
A．用B表示的反应速率是0.3 mol/(L·s)
B．用B表示的反应速率是0.3 mol/(L·min)
C．2 min末时的反应速率，用B表示为0.3 mol/(L·min)
D．在这2 min内用B表示的反应速率的值是减小的
(2) 反应速率的定义式v＝，由于cB＝，有v＝＝
例3：氨分解反应在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 mol,5 s末为2.4 mol，则用氨气表示该反应的速率为(　A　)
A．0.32 mol·(L·s)－1 B．0.16 mol·(L·s)－1 C．1.6 mol·(L·s)－1 D．0.8 mol·(L·s)－1
即时练习：
1. 在2L密闭容器中加入4molA和6molB，发生以下反应：4A(g)+6B(g) 4C(g) +5D(g)。若经5s后，剩下的A是2.5mol，则A的反应速率是（ B ）
A．0.225 mol /(L·s) B．0.15 mol /(L·s)
C．0.45 mol /(L·s) D．0.9 mol /(L·s)
2. 在2 L密闭容器内，某气体反应物在2 s内由8 mol变为7.2 mol，则用该气体表示该反应的平均反应速率为 (　A)
A．0.4 mol·L－1·s－1 B．0.3 mol·L－1·s－1
C．0.2 mol·L－1·s－1 D．0.1 mol·L－1·s－1
3. 氨分解反应在容积为2 L的密闭容器内进行。已知起始时氨气的物质的量为4 mol,5 s末为2.4 mol，则用氨气表示该反应的速率为(　A　)
A.0.32 mol·L－1·s－1 B.0.16 mol·L－1·s－1
C.1.6 mol·L－1·s－1 D.0.8 mol·L－1·s－1
4. 在2L密闭容器中加入4molA和6molB，发生以下反应：4A(g)+6B(g) 4C(g) +5D(g)。若经5s后，剩下的A是2.5mol，则A的反应速率是（ B ）
A．0.225 mol /(L·s) B．0.15 mol /(L·s)
C．0.45 mol /(L·s) D．0.9 mol /(L·s)
5. 5.6 g铁粉投入到盛有100 mL 2 mol/L稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计)，下列表示这个反应的速率正确的是(　C　)
A．v(Fe)＝0.5 mol/(L·min)
B．v(H2SO4)＝1 mol/(L·min)
C．v(H2SO4)＝0.5 mol/(L·min)
D．v(Fe)＝1 mol/(L·min)
6. 对于反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O，在1 L密闭容器中进行，半分钟后水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则v(NH3)＝________，v(O2)＝________，v(H2O)＝________0.6 mol/(L·min)　0.75 mol/(L·min)0．9 mol/(L·min)
（3）用不同的物质表示同一时间的反应速率时，其数值可能不同，但表达的意义相同，各物质的反应速率之比等于化学计量数之比。对于反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，＝＝＝，即vA∶vB∶vC∶vD＝m∶n∶p∶q。
例4：已知反应：A＋3B===2C＋D，在某一段时间内以A的浓度变化表示的化学反应速率为1 mol/(L·min)，则此段时间内以C的浓度变化表示的化学反应速率为(　　)
A．0.5 mol/(L·min)　　　　B．1 mol/(L·min)
C．2 mol/(L·min) D．3 mol/(L·min)
解析：选C　根据反应速率之比等于各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(C)＝1∶2，而 v(A)＝1 mol/(L·min)，则v(C)＝2 mol/(L·min)。
即时练习：
1. 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)
解析：选C　速率之比等于方程式的计量系数之比。A项，v(W)＝v(Z)；B项，3v(X)＝2v(Z)；C项，2v(X)＝v(Y)；D项，2v(W)＝3v(X)。
2. 在N2＋3H2 2NH3的反应中，在5 s内N2的浓度由6 mol/L减至2 mol/L。则NH3的化学反应速率是(　　)
A．2.4 mol/(L·s) B．1.6 mol/(L·s)
C．0.8 mol/(L·s) D．0.08 mol/(L·s)
解析：选B　v(N2)＝＝0.8 mol/(L·s)，则 v(NH3)＝2v(N2)＝1.6 mol/(L·s)。
3. 在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s末硫酸的浓度减少了0.6 mol/L，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则 10 s 内生成硫酸铝的平均反应速率是(　　)
A．0.02 mol/(L·min)
B．1.8 mol/(L·min)
C．1.2 mol/(L·min)
D．0.18 mol/(L·min)
解析：选C　v(H2SO4)＝＝0.06 mol/(L·s)，v[Al2(SO4)3]＝×0.06 mol/(L·s)＝0.02 mol/(L·s)×60 s/min＝1.2 mol/(L·min)。
4. 5.6 g铁粉投入到盛有100 mL 2 mol/L稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计)，下列表示这个反应的速率正确的是(　　)
A．v(Fe)＝0.5 mol/(L·min)
B．v(H2SO4)＝1 mol/(L·min)
C．v(H2SO4)＝0.5 mol/(L·min)
D．v(FeSO4)＝1 mol/(L·min)
解析：选C　铁粉为固体，其物质的量浓度可视为常数，不能用来表示化学反应速率，A错；反应的铁粉是0.1 mol，参加反应的H2SO4为0.1 mol，所以v(H2SO4)＝0.5 mol/(L·min)，v(FeSO4)＝0.5 mol/(L·min)，B、D错。
5. A、B、C均是气态物质，在mA＋nBpC反应中，反应开始10s后，A减少1mol，B减少1.25mol，C增加0.5mol，则m∶n∶p为（ ）
A、1∶3∶2 B、3∶1∶2 C、4∶5∶2 D、无法确定
6. 反应4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)在10 L的密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的平均速率v(X)可表示为(　C　)
A．v(NH3)＝0.010 mol·L－1·s－1
B．v(O2)＝0.001 0 mol·L－1·s－1
C．v(NO)＝0.001 0 mol·L－1·s－1
D．v(H2O)＝0.045 mol·L－1·s－1
（4）利用反应速率的定义式v＝＝进行式子的变换，求n和t
例5：在N2＋3H22NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1，在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45 mol·L－1·s－1，则此段时间是(　B　)
A．1 s B．2 s C．44 s D．1.33 s
即时练习：
1．把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L的密闭容器中，使它们发生如下反应3X(g)＋Y(g) nZ(g)＋2W(g)，5 min末已生成0.2 mol W，若测知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol/(L·min)，则n是(　　)
A．1 B．2 C．3 D．4
解析：选A　v(W)＝＝＝0.02 mol/(L·min)，由 ＝，则n＝＝＝1。
2. 在N2＋3H22NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1，在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45 mol·L－1·s－1，则此段时间是(　　)
A.1 s B.2 s C.44 s D.1.33 s
3.在2 L的密闭容器中，发生反应3A(g)＋B(g)==2C(g)，若最初加入的A和B都是4 mol，测得10 s内A的平均速率v(A)＝0.12 mol·L－1·s－1，则反应进行到10 s时容器中B的物质的量是(　　)
A.1.6 mol B.2.8 mol C.3.2 mol D.3.6 mol
4．在2 L密闭容器中，发生3A（g）＋B（g）==2C（g）的反应，若最初加入A和B都是4 mol，A的平均反应速率为0.12 mol·Ｌ－1· s－1，则10 s后容器中B的物质的量是（ ）
A、1.6 mol B、2.8 mol C、3.2 mol D、3.6 mol
5. 将10 mol A和5 mol B放入10 L真空容器内，某温度下发生反应：3A(g)＋B(g)== 2C(g)，在最初的0.2 s内，消耗A的平均速率为0.06 mol/(L·s)，则在0.2 s 时，容器中C的物质的量是 (　　)
A．0.12 mol B．0.08 mol C．0.04 mol D．0.8 mol
解析：选B　v(A)∶v(C)＝3∶2，则v(C)＝0.04 mol/(L·s)，n(C)＝0.2 s×0.04 mol/(L·s)×10 L＝0.08 mol
(5)利用“三段式”计算格式进行计算：
①写出化学方程式。
②根据题意，依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量，下同)、浓度的变化量及一段时间后的浓度，未知量可设未知数表示，即“三段式”。
③根据起始浓度与一段时间后的浓度的差等于浓度的变化量及变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，列出关系式计算。

计算中注意以下量的关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)；
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)；
③转化率＝×100%。
④物质的百分含量=溶质的质量/溶液的质量*100%
例6：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2 s末测得C的浓度为 0.6 mol/L，现有下列几种说法：
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3 mol/(L·s)；
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6 mol/(L·s)；
③2 s末，物质A的转化率为70%；
④2 s末，物质B的浓度为0.7 mol/L。
其中正确的是(　　)
A．①③　　　　　　　　　B．①④
C．②③ D．③④
[解析]　由三段式表示：　　　2A(g)＋B(g) 2C(g)
开始物质的量浓度(mol/L) 2 1 0
转化物质的量浓度(mol/L) 0.6 0.3 0.6
2 s末物质的量浓度(mol/L) 1.4 0.7 0.6
所以v(A)＝＝0.3 mol/(L·s)，
v(B)＝＝0.15 mol/(L·s)，
A的转化率为 ×100%＝30%，
2 s末时c(B)＝0.7 mol/L。
[答案]　B
即时练习：
1. 向体积为2 L的密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，进行可逆反应：2SO2＋O22SO3，反应2 min后，测得O2的物质的量为0.8 mol。
(1)2 min内，SO2的物质的量减少了________，SO3的物质的量增加了________。
(2)若用O2的浓度变化来表示该反应的反应速率，则v(O2)＝________。
解析：2SO2＋O22SO3
n(初)/mol　　　　 2　　　1　　　 0
Δn/mol 0.4 0.2 0.4
m(2 min)/mol 1.6 0.8 0.4
(1)Δn(SO3)＝Δn(SO2)＝2Δn(O2)＝(1 mol－0.8 mol)×2＝0.4 mol。(2)v(O2)＝＝0.05 mol/(L·min)。
答案：(1)0.4 mol　0.4 mol　(2)0.05 mol/(L·min)
2. 在一定温度下，向一个2 L的真空密闭容器中(预先装入催化剂)通入1 mol N2和3 mol H2，经过一段时间后，测得容器内压强是起始时的0.9倍。在此时间段内H2的平均反应速率为0.1 mol·L－1·min－1，则经过时间为(　B　)
A.2 min B.3 min C.4 min D.5 min
3. 将等物质的量的A和B，混合于2 L的密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)===xC(g)＋2D(g)，经过5 min后测得D的浓度为0.5 mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，C的反应速率是0.1 mol·L－1·min－1，A在5 min末的浓度是________，B的平均反应速率是________，x的值是________。
答案：0.75 mol·L－1　0.05 mol·L－1·min－1　2
三. 化学反应速率的比较
对于同一化学反应速率用不同物质表示的数值可能不同，但比较反应速率的大小不能只看数值的大小，而要进行一定的转化，具体比较方法如下：
(1)归一法：将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率。
(2)比值法：比较同一物质化学反应速率或除以化学计量数之后的数值。数值越大，反应进行的越快。
如反应：aA＋bB===cC，比较 与 ，若 ＞，则A的反应速率比B
例3： 对于反应A2＋3B2===2C来说，以下化学反应速率的表示中，反应速率最快的是(　　)
A．v(B2)＝0.8 mol/(L·s)
B．v(A2)＝0.4 mol/(L·s)
C．v(C)＝0.6 mol/(L·s)
D．v(B2)＝0.42 mol/(L·s)
即时练习：
1. 在四个不同的容器中，在不同条件下进行反应：N2+3H22NH3 根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨气的速率最快的是（  B  ）
A. V（H2）=0.2mol•L﹣1•s﹣1       B. V（N2）=0.4mol•L﹣1•min﹣1
C. V（NH3）=0.3mol•L﹣1•s﹣1      D. ｖ（H2）=0.6mol•L﹣1•min﹣1
2．反应A＋3B==2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为
①v(A)＝0.15 mol·L－1·s－1 ②v(B)＝0.60 mol·L－1·s－1
③v(C)＝0.40 mol·L－1·s－1 ④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1
该反应进行得快慢顺序为____________。
④>③＝②>①
3. 在2A＋B3C＋4D反应中，表示该反应速率最快的是 （ B ）
A、v（A）＝0.5 mol·Ｌ－1·ｓ－1 B、v（B）＝0.3 mol·Ｌ－1·ｓ－1
C、v（C）＝0.8 mol·Ｌ－1·ｓ－1 D、v（D）＝1 mol·Ｌ－1·ｓ－1
4. 在不同条件下，分别测得反应2SO2＋O22SO3的化学反应速率，其中表示该反应进行得最快的是(　D　)
A．v(SO2)＝4 mol·L－1·min－1 B．v(O2)＝3 mol·L－1·min－1
C．v(SO2)＝0.1 mol·L－1·s－1 D．v(O2)＝0.1 mol·L－1·s－1
5. 反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为(　　)
①v(A)＝0.45 mol/(L·min)
②v(B)＝0.6 mol/(L·s)
③v(C)＝0.4 mol/(L·s)
④v(D)＝0.45 mol/(L·s)
下列有关反应速率的比较中正确的是(　　)
A．④>③＝②>①　　　　　　B．④<③＝②<①
C．①>②>③>④ D．④>③>②>①
[解析]　若四种反应速率都用A表示[单位mol/(L·s)]，数值分别为：①v(A)＝0.007 5 mol/(L·s)；②v(A)＝0.2 mol/(L·s)；③v(A)＝0.2 mol/(L·s)；④v(D)＝0.225 mol/(L·s)，所以④>③＝②>①，故A正确。
例5：化学反应速率与化学方程式的关系
　根据右图填空：

(1)反应物是________；生成物是________。
(2)在2 min内用A、B、C表示的化学反应速率分别为________、________、________。
(3)该反应的化学方程式为____________________。
[答案]　(1)A、B　C(2)3 mol·L－1·min－1　2 mol·L－1·min－1 3 mol·L－1·min－1(3)3A＋2B3C
即时练习：
1. 某温度时，在2 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下图所示，由图中数据分析，可知：

(1)该可逆反应的化学方程式为________________。
(2)该反应开始至2 min，X的平均反应速率为________________。
解析：从图像可知，X、Y为反应物，Z是生成物，且：n(X)∶n(Y)∶n(Z)＝(1－0.7)∶(1－0.9)∶(0.2－0)＝3∶1∶2，
故反应的化学方程式为3X＋Y===2Z。
v(X)＝＝0.075 mol/(L·min)
答案：(1)3X＋Y2Z　(2)0.075 mol/(L·min)
2. 一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(　　)

A．反应从开始到10s时，用Z表示的反应速率为0.158 mol/(L·s)
B．反应从开始到10s时，X的物质的量浓度减少了0.79 mol/L
C．反应从开始到10 s时，Y的转化率为79%
D．反应的化学方程式为：X(g)＋Y(g)===Z(g)
解析：选C　反应从开始到10 s时，X减少1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，Y减少1.00 mol－0.21 mol＝0.79 mol，Z增加1.58 mol，所以X、Y、Z的反应方程式为：X(g)＋Y(g)2Z(g)，D错；用Z表示的反应速率应为＝0.079 mol/(L·s)，A错；X的物质的量浓度减少＝0.395 mol/L，B错。故选C。
3. 一定温度下，向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是(　　)

A．该反应的化学方程式为3B＋4D6A＋2C
B．反应进行到1 s时，v(A)＝v(D)
C．反应进行到6 s时，B的平均反应速率为0.05 mol/(L·s)
D．反应进行到6 s时，各物质的反应速率相等
解析：选C　A中各物质的物质的量变化之比等于化学方程式中化学计量数之比，Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝(1.2－0)mol∶(1.0－0.4)mol∶(1.0－0.2)mol∶(0.4－0)mol＝6∶3∶4∶2，所以化学方程式为3B＋4C6A＋2D，A错误；不论在什么时刻，用各物质表示的速率之比等于化学计量数之比，B、D错误。
4. 一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。则该反应的化学方程式为(　C　)

A．X(g)＋2Y(g) Z(g)
B．2X(g)＋Y(g) Z(g)
C．X(g)＋Y(g) 2Z(g)
D．X(g)＋3Y(g) 2Z(g)
5. 一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是(　　)

A．反应从开始到10s时，用Z表示的反应速率为0.158 mol/(L·s)
B．反应从开始到10s时，X的物质的量浓度减少了0.79 mol/L
C．反应从开始到10 s时，Y的转化率为79%
D．反应的化学方程式为：X(g)＋Y(g)===Z(g)
解析：选C　反应从开始到10 s时，X减少1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，Y减少1.00 mol－0.21 mol＝0.79 mol，Z增加1.58 mol，所以X、Y、Z的反应方程式为：X(g)＋Y(g)2Z(g)，D错；用Z表示的反应速率应为＝0.079 mol/(L·s)，A错；X的物质的量浓度减少＝0.395 mol/L，B错。故选C。