第二章--化学反应速率和化学平衡.docx

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第二章 化学反应速率和化学平衡
第一节 化学反应
【学习目标】1.知道化学反应速率的定量表示方法
2.会设计实验测定某些化学反应的速率
【重、难点】实验测定某些化学反应速率。
【教材助读】
1.化学反应速率
（1）概念
化学反应速率是表示化学反应进行快慢的物理量。
（2）表示方法
在容积不变的反应器中，通常是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。
（3）表达式及其单位
①表达式：v＝。
②常用单位：“mol/(L·min)”或“mol/(L·s)”。
2. 化学反应速率的测量
（1）化学反应速率是通过实验进行测量、计算的，可以通过化学实验来定性或定量地描述化学反应速率。
（2）用于化学反应速率测量的基本性质
①直接观察某些性质，如释放出气体的体积和体系压强；
②科学仪器测定，如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力；
③溶液中，常利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程。
预习反馈：
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或生成物物质的量的变化量
B．化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1秒钟时某物质的浓度为0.8 mol/L
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．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显
2、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
【课堂探究】
学生活动1化学反应速率的计算及比较
典例1、在2 L的密闭容器中，加入1 mol N2和3 mol H2，发生反应N2＋3H22NH3，在2 s末时，测得容器中含有0.4 mol的NH3，求分别用N2、H2、NH3表示的反应的化学反应速率。

（归纳小结）（1）化学反应速率的计算的一般步骤：
①写出有关反应的化学方程式。
②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
③根据已知条件列方程计算。
例如：反应　　　　　mA　＋　nBpC
起始浓度(mol/L) a b c
转化浓度(mol/L) x
某时刻浓度(mol/L) a－x b－ c＋
（2）计算中注意以下量关系：
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%
（3）比较反应的快慢
同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同。比较同一化学反应在不同条件下进行的快慢，不能只看化学反应速率数值大小，还要进行一定的转化：
①换算法：换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
②比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值。如反应aA＋bBcC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，即比较与的相对大小，若>，则A的反应速率比B大。
（4）注意事项
①对于纯固体、纯液体或稀溶液中水参加的化学反应，因其密度不变，在反应中浓度也不改变（△c=0），故不用它们表示化学反应速率。
②在计算中用到的化学反应速率，都是指某段时间内的平均反应速率；只有在v~t图像中用到瞬时反应速率。
③同一化学反应用不同物质表示的化学反应速率，数值可能不同，但意义相同。
④无论是用反应物表示化学反应速率，还是用生成物表示，化学反应速率只取正值没有负值。
学生活动2化学反应速率的测量
（探究）有哪些方法可以测定锌与稀硫酸的化学反应速率？
甲
可以通过测量收集一 定体积H2所用时间的长短来测定化学反应的反应速率
乙
可以通过测量相同时间内收集H2的多少来测定化学反应的反应速率
丙
可以通过测量一段时间内溶液pH的变化[即c(H＋)的变化]来测定化学反应的反应速率
丁
可以通过测量一段时间内锌粒质量的变化来测定化学反应的反应速率
（分组实验）实例——比较不同浓度的稀硫酸与锌反应的快慢
①实验装置

②实验用品：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、1mol/L的硫酸、4mol/L的硫酸。
③实验步骤：
I取一套装置，加入40mL1mol/L的硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。
II取另一套装置，加入40mL4mol/L的硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。
④实验现象：锌跟硫酸反应产生气泡，收集10mL气体，(2)所用时间比(1)所用时间短。
⑤实验结果：
加入试剂
反应时间(min)
反应速率[mol/(L·min)]
1mol/LH2SO4
长
小
4mol/LH2SO4
短
大
⑥实验结论：4mol/L的硫酸与锌反应比1mol/L的硫酸与锌反应快。
学生活动3图像c-t、v-t中的特殊意义
典例2、下图表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间变化的情况，

t是到达平衡状态的时间。试回答：
(1)该反应的反应物是　　　　　。
(2)该反应的化学方程式为__________________________________________。
(3)若达到平衡状态的时间是2 min，A物质的平均反应速率为　　　　　　　　。

（归纳小结）一定条件下发生化学反应mA(g)＋nB(g)＝pC(g)＋qD(g)，可以作出c(C)-t图像、v(C)-t图像。
1、c(C)-t图像上点的切线斜率
在c(C)-t图像上，曲线表示c(C)随时间t的变化关系，过曲线上点M作割线l交曲线于另一点N，直线l的斜率k == v(C)。当点N沿曲线向点M无限接近时（△t→0），割线l变为曲线上点M的切线，其斜率k变成点M对应时刻的瞬时速率。
c(C)
t
l
M
N
△t
△c(C)

2、v(C)-t图像上“面积”的意义
在v(C)-t图像上，曲线表示v(C)随时间t的变化关系，过曲线上任两点M、N分别作横轴的垂线，则曲线、横轴与两垂线围成的曲边梯形的面积= v(C)×△t =△c(C)，即曲边梯形的面积表示反应中C物质浓度的变化量。
v(C)

t
M
N
△t

（3）由图像确定化学方程式需要解决的问题
①确定反应物和生成物(根据曲线的变化趋势)。
②确定反应物和生成物的化学计量数(根据同一时间内浓度的变化量)。
③反应是否为可逆反应(反应最后浓度是否不随时间的变化而变化)。
【当堂检测】
1、反应4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)在容积为2 L的密闭容器中进行，1 min后，NH3减少了0.12 mol，则平均每秒浓度的变化表示正确的是 （ ）
A．NO：0.0015 mol·L－1　 B．H2O：0.002 mol·L－1
C．NH3：0.002 mol·L－1 D．O2：0.00 125 mol·L－1
2、某温度下，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2在密闭容器中反应生成气体Z，经过t min后，测得物质的浓度分别为c(X2)＝0.4 mol·L－1，c(Y2)＝0.8 mol·L－1，c(Z2)＝0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为 （ ）
A．X2＋2Y2=2XY2 B．2X2＋Y2=2X2Y
C．3X2＋Y2=2X3Y D．X2＋3Y2=2XY3
3、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
4、用纯净的CaCO3与稀HCl反应制取CO2，实验过程记录如图所示。下列说法正确的是（ ）

A．OE段表示反应速率最快
B．EF段表示反应速率最快，单位时间内收集的CO2最多
C．FG段表示收集的CO2最多
D．OG段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增快
【归纳总结】
1. 化学反应速率

2.化学反应速率的测定
【拓展训练】
一、选择题
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)
2．对反应A＋3B2C来说，下列反应速率中最快的是 （ ）
A．v(A)＝0.3 mol/(L·min) B．v(B)＝0.6 mol/(L·min)
C．v(C)＝0.5 mol/(L·min) D．v(A)＝0.01 mol/(L·s)
3．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)－1，则n是 （ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
4、将气体A2、B2各1 mol充入1 L的密闭容器中反应，生成气体C，一段时间后，测得c(A2)为0.58 mol·L－1，c(B2)为0.16 mol·L－1，c(C)为0.84 mol·L－1，则C的化学式为 （ ）
A．AB B．A2B C．AB2 D．A2B2
5、反应N2＋3H22NH3刚开始时，N2的浓度为3 mol/L，H2的浓度为5 mol/L，3 min后测得NH3浓度为0.6 mol/L，则此时间内，下列反应速率表示正确的是 （ ）
A．v(H2)＝0.3 mol/(L·min) B．v(N2)＝1.0 mol/(L·min)
C．v(NH3)＝0.2 mol/(L·min) D．v(H2)＝1.67 mol/(L·min)
6、某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛6.5 g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40 mL 2.5 mol·L－1的硫酸，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10 s时恰好收集到气体的体积为50 mL(若折合成0℃、101 kPa条件下的H2体积为44.8 mL)，在该温度下，下列说法不正确的是 （ ）
A．用锌粒表示10 s内该反应的速率为0.013 g·s－1
B．忽略锥形瓶溶液体积的变化，用H＋来表示10 s该反应的速率0.01 mol·(L·s)－1
C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋来表示10 s内反应的速率0.01 mol·(L·s)－1
D．用H2表示10 s内该反应的速率为0.004 mol·(L·s)－1
7、化学反应速率v和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。反应H2+Cl2=2HCl的化学反应速率可表示为v=k·cm(H2)·cn(Cl2)，式中k为常数，m、n值可用下表中数据确定。
c(H2)/mol/L
c(Cl2)/mol/L
v /mol/(L·s)
1.0
1.0
1.0 k
2.0
1.0
2.0 k
2.0
4.0
4.0 k
由此可推得，m、n值正确的是 （ ）
A．m=1、n=1 B．m=、n=
C．m=、n=1 D．m=1、n=
二、非选择题
8、T ℃时，在2 L密闭容器中使X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图所示。

（1）该反应的化学方程式为：________________。
（2）反应进行的前3 min内，用X表示的反应速率为：__________________。
（3）反应进行到3min时，共放热Q kJ。写出反应的热化学方程式：________________。
（4）反应进行到3min时，Y的转化率为_________。
9、向2 L密闭容器中通入a mol气体A和b mol气体B，在一定条件下发生反应：
xA(g)＋yB(g) pC(g)＋qD(g)
已知：平均反应速率vC＝vA；反应2 min时，A的浓度减少了，B的物质的量减少了 mol，有a mol D生成。
回答下列问题：
（1）反应2 min内，vA＝________，vB＝________；
（2）化学方程式中，x＝________、y＝________、p＝________、q＝________；
（3）反应2 min时，D为2a mol，则B的转化率为________。
10、有人研究了340 K时N2O5的分解反应：2N2O5=4NO2＋O2，所得实验数据见下表。
各物质在不同时刻的浓度
t/min
0
1
2
3
4
c(N2O5)/mol·L－1
0.160
0.114
0.080
0.056
0.040
c(O2)/mol·L－1
0
0.023
0.040
0.052
0.060

（1）图像能够非常直观地描述物理量的变化趋势。请你作出c(N2O5)­t图及c(O2)­t图，描述反应物、生成物的浓度与反应时间的关系。
（2）数据处理是化学实验过程中非常重要的一个环节。请按下式计算化学反应速率，将计算结果填入表中。
v(B)＝
Δt
t1－t0
t2－t1
t3－t2
t4－t3
v(N2O5)/mol·(L·min)－1

v(O2)/mol·(L·min)－1

（3）根据计算结果寻找用各物质表示的化学反应速率之间的关系：____________________。