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2.3 课时1　化学反应的快慢
【学习目标】
1.了解化学反应速率的概念和常用表示方法。
2.通过实验认识浓度、温度、催化剂等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.掌握有关化学反应速率的简单计算。
4.通过实验探究化学反应速率的影响因素,学习运用变量控制法研究化学反应,了解控制反应条件在生产和科学研究中的重要作用。
【自主预习】
一、化学反应速率
1.定义
描述化学反应　　　　的物理量。
2.表示方法
用单位时间　　　　　的减少量(绝对值)或　　　　　　　的增加量来表示。
3.表达式(A为反应物,D为生成物)
v(A)=　　　　或v(D)=　　　　。
4.单位
　　　　或 mol·L-1·min-1。
【微点拨】
(1)化学反应速率反映了化学反应进行的快慢。
(2)化学反应速率通常是指在某一段时间内的平均反应速率,而不是某一时刻的瞬时反应速率。
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　　 决定化学反应速率大小的内因是　　　　　　　　
粉状碳酸钙比块状碳酸钙产生气泡的速率　　 增大反应物的接触面积,可以　　　　化学反应速率
3 mol·L-1HCl(aq)与Mg反应产生气泡的速率　　 反应物的浓度越大,化学反应速率越　　　
用酒精灯加热的试管中产生气泡的速率　　 温度越高,化学反应速率越　　　
加入MnO2粉末的试管中产生气泡的速率较　　　 催化剂可以　　　　化学反应速率
2.影响化学反应速率的因素
(1)内因
化学反应速率的大小主要取决于　　　　　　　。
(2)外因
影响因素 变化规律
温度 升高温度,反应　
反应物浓度 增大浓度,反应　
催化剂 使用催化剂,改变反应速率
压强(气体反应物) 增大压强,反应　
固体接触面积 接触面积越大,反应　
溶剂、光波、电磁波、超声波 —
三、调控化学反应速率的意义
【答案】一、1.快慢　2.某反应物浓度　某生成物的浓度
3.　
4.mol·L-1·s-1
二、1.快　物质本身的内在性质　快　加快　快　快　快　快　快　加快
2.(1)物质本身的内在性质
(2)加快　加快　加快　越快　
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)化学反应越快现象越明显。 (　　)
(2)化学反应速率是衡量化学反应快慢的物理量。 (　　)
(3)根据化学反应速率的大小可以知道化学反应的快慢。 (　　)
(4)化学反应速率的单位由时间单位和浓度单位共同决定。 (　　)
(5)v(A)=0.1 mol·L-1·s-1指1 s时c(A)=0.1 mol·L-1。 (　　)
(6)A(s)+B(g)C(g)中,v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶1∶1。(　　)
(7)对于反应H2+Cl22HCl,化学反应速率可表示为v=a mol·L-1·s-1。 (　　)
(8)化学反应速率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。 (　　)
(9)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任何一种生成物浓度的增加。 (　　)
(10)反应过程中,反应物浓度逐渐变小,所以用反应物表示的化学反应速率为负值。 (　　)
(11)若某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1·s-1,就是指在1 s内反应物和生成物的浓度变化量都为0.5 mol·L-1。 (　　)
【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√　(9)×　(10)×　(11)×
2.(1)如何定性描述下列化学反应进行的快慢
①Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
②Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
③Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
【答案】通常可通过化学反应现象变化的快慢来定性判断化学反应进行的快慢:
①观察气泡逸出的快慢;
②观察沉淀生成的快慢;
③观察溶液颜色变化的快慢。
(2)日常生活和生产中我们会遇到很多化学反应,有的反应瞬间完成(如图1烟花的燃放),而有些反应却是缓慢完成的(如图2铁的生锈),还有的则需要上亿年的时间才能完成(如煤、石油的形成)。为什么有的化学反应进行得快,有的化学反应进行得慢呢
【答案】不同的化学反应的反应速率不同,说明化学反应速率的大小取决于反应物本身的结构和性质,反应物本身的性质是影响化学反应速率的内因。
【合作探究】
任务1　化学反应速率的概念和简单计算
情境导入　对于速度这个概念,相信大家都不陌生了。世界上最快的飞机,速度可达7274千米/小时;蜗牛即使全速爬行,速度也仅为8.5米/小时。对于化学反应而言,不同的反应,其速率也是不一样的。如火药的爆炸,可以在瞬间完成;而溶洞的形成,则需要百年甚至千年才能完成。所以有的化学反应进行得快,有的化学反应进行得慢,那么,怎样判断一个化学反应的快慢呢 如何表示化学反应速率呢
问题生成
1.观察上述图片,说说哪些图片所表示的化学反应速率较大 哪些表示的化学反应速率较小
【答案】爆炸、牛奶变质的过程中化学反应速率较大,铁桥生锈、溶洞的形成过程中化学反应速率较小。
2.我们研究的化学反应速率是瞬时速率还是平均速率
【答案】化学反应速率一般是指一段时间内的平均反应速率,而非瞬时速率。
3.对于反应A(g)+B(s)2C(g),能否用B物质表示该反应的反应速率 为什么
【答案】不能,因为B物质为固体,其浓度视为常数,不能表示反应速率。
4.同一反应在相同时间内,用不同物质表示的化学反应速率,其数值是否相同 用不同物质表示的同一反应的化学反应速率,其数值有什么规律
【答案】同一反应在相同时间内,用不同物质表示的化学反应速率,其数值可能不同;化学反应速率之比等于各物质化学计量数之比,即对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q。
【核心归纳】
1.正确理解化学反应速率
2.化学反应速率的计算方法
(1)公式法:v==
对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
===
(2)“三段式”法
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式计算。
合成NH3的反应为N2+3H22NH3。向某2 L的容器中充入2 mol 的N2和5 mol 的H2,反应5 min后,容器中的N2的物质的量减少1 mol。则求算5 min内三者的化学反应速率的过程如下:
　　　　　　N2　　+　　3H2　　　　2NH3
起始量/mol 2 5 0
转化量/mol 1 3 2
5 min后/mol 1 2 2
v(N2)=0.1 mol·L-1·min-1
v(H2)=0.3 mol·L-1·min-1
v(NH3)=0.2 mol·L-1·min-1
【典型例题】
【例1】　反应3X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(g)在2 L密闭容器中进行,5 min时Y减少了0.5 mol,则0~5 min内此反应的平均速率为(　　)。
A.v(X)=0.05 mol·L-1·min-1
B.v(Y)=0.10 mol·L-1·min-1
C.v(Z)=0.10 mol·L-1·min-1
D.v(W)=0.05 mol·L-1·s-1
【答案】C
【解析】0~5 min内,Y的平均反应速率v(Y)==0.05 mol·L-1·min-1,各物质的化学反应速率之比等于化学计量数之比,故v(X)=0.15 mol·L-1·min-1,v(Z)=0.10 mol·L-1·min-1,v(W)=0.10 mol·L-1·min-1。
【例2】　反应3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)在不同条件下,用不同物质表示其反应速率如下:
①v(A)=0.6 mol·L-1·min-1
②v(B)=0.45 mol·L-1·min-1
③v(C)=0.015 mol·L-1·min-1
④v(D)=0.45 mol·L-1·min-1
则此反应在不同条件下进行最快的是(　　)。
A.②③ B.①③ C.②④ D.②
【答案】D
【解析】化学反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比,即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=3∶1∶2∶2,则用A表示的化学反应速率分别为①中v(A)=0.6 mol·L-1·min-1;②中v(A)=3v(B)=0.45 mol·L-1·min-1×3=1.35 mol·L-1·min-1;③中v(A)=v(C)=×0.015 mol·L-1·min-1=0.0225 mol·L-1·min-1;④中v(A)=v(D)=×0.45 mol·L-1·min-1=0.675 mol·L-1·min-1,所以此反应在不同条件下,进行最快的是②。
【方法技巧】
　比较反应速率大小的方法
1.归一法:若单位不统一,则要换算成相同的单位;若为不同物质表示的化学反应速率,则要换算成同一物质来表示化学反应速率;再比较数值的大小。
2.比值法:比较化学反应速率与化学计量数的比值,如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),比较与,若>,则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率。
任务2　影响化学反应速率的因素
情境导入　在周朝时期,古人就发明了一种东西——冰鉴,专门用来保存冰。最开始的时候,冰鉴只是用来保存冰,让皇帝解暑用的,而到了后面,有个御膳房的厨师发现,在北方,冬天下雪的时候,寒气可以让食物“更长久”的保鲜,而冰也是一种寒气,所以就用冰鉴进行保鲜。古代的“冰鉴”和现代的冰箱能够较长时间保存食物的原理是什么
实验探究
一、实验探究温度对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象 产生气泡的速率:　　　
实验结论 对于反应2H2O22H2O+O2↑来说,温度升高,H2O2的分解速率　　　
【答案】③>②>①　增大
二、实验探究催化剂对化学反应速率的影响
实验操作
实验现象 产生气泡的速率:　　　　　
实验结论 MnO2、FeCl3可以使H2O2的分解速率　　　
　　【答案】③>①,②>①　增大
【微思考】催化剂能否减慢化学反应速率
【答案】催化剂可以改变化学反应速率。正催化剂可以增大化学反应速率,负催化剂可以减小化学反应速率。
三、实验探究浓度和固体表面积对化学反应速率的影响
实验 操作
实验现象 产生气泡的速率:　　　　　　　　　　
实验结论 其他条件相同时,浓度越大化学反应速率　　　　;固体反应物表面积越大,化学反应速率　　　　
　　【答案】①>②,③<④　越大　越大
【微思考】
1.为什么不用0.1 mol·L-1盐酸、1 mol·L-1盐酸、大理石碎块来探究浓度对化学反应速率的影响
【答案】因为反应物的接触面积也会影响化学反应速率,而大理石碎块很难保证表面积相等。
2.生活中用煤粉代替煤块并向炉膛鼓风,可以使炉火更旺,原理是什么
【答案】增大煤与空气的接触面积,可增大化学反应速率。
四、探究压强对化学反应速率的影响
在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2,压强为p(Pa),并在一定温度下使其发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图所示)。
【微思考】
1.向下压缩活塞,容器内气体压强如何变化 气体浓度如何变化 化学反应速率如何变化
【答案】向下压缩活塞,气体压强增大,浓度增大,化学反应速率增大。
2.保持容器的容积不变,向其中充入氦气(He),化学反应速率如何变化
【答案】充入氦气,尽管压强增大,但反应物浓度不变,化学反应速率不变。
3.保持容器内气体压强不变,向其中充入氦气(He),化学反应速率如何变化
【答案】充入氦气,尽管压强不变,但容器的体积增大,反应物浓度减小,化学反应速率减小。
【核心归纳】
影响化学反应速率的因素
影响因素 条件变化 速率变化 注意事项
浓度 增大反应物浓度 加快 固体或纯液体浓度视为常数,改变其用量,v不变
减小反应物浓度 减慢
温度
升高温度 加快 —
降低温度 减慢
催化剂
使用催化剂 通常加快 催化剂具有选择性和专一性
压强
增大压强 加快 通过改变容器容积来改变压强(有气体参加的反应)
减小压强 减慢
【典型例题】
【例3】　已知CaCO3和盐酸反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,下列措施中可使生成CO2的速率增大的是(不考虑CaCO3与盐酸接触面积改变的影响)(　　)。
A.增大CaCO3的量 B.增大盐酸的浓度
C.增大盐酸的量 D.减小CaCl2的浓度
【答案】B
【解析】增大反应物的量不影响化学反应速率,改变反应物的浓度才影响化学反应速率,由于给定的反应不是可逆反应,因此,此化学反应的速率与生成物浓度无关。
【例4】　在恒容密闭容器中发生反应:3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s)。下列说法正确的是(　　)。
A.增加Fe2O3的量反应速率增大
B.升高温度,反应速率不一定变化
C.充入CO,反应速率增大
D.充入N2使压强增大,反应速率增大
【答案】C
【解析】Fe2O3为固体,增加固体的量,浓度未发生改变,化学反应速率不变,A项错误;温度对任何反应都有影响,B项错误;充入CO后,c(CO)增大,反应速率增大,C项正确;充入N2虽然使压强增大,但并未引起反应物浓度的变化,因此化学反应速率不变,D项错误。
【方法技巧】
　理解压强对化学反应速率的影响
1.对无气体参加的化学反应,改变压强时,化学反应速率基本不变。如MgO+2HClMgCl2+H2O。
2.对有气体参加的反应,压强对化学反应速率的影响可简化理解为
压强改变→
(1)恒温时:增大压强使体积缩小,反应速率增大。
(2)气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响
恒容:充入“惰性气体”总压增大反应物浓度不变反应速率不变。
恒压:充入“惰性气体”体积增大反应物浓度减小反应速率减小。
任务3　变量控制法研究外界条件对化学反应速率的影响
【核心归纳】
化学探究实验中控制变量法的思路
在进行探究实验时,应该先确定其他的因素不变,只改变一种因素,看这种因素与所探究的问题之间存在怎样的关系。这样确定一种因素以后,再确定另一种因素,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
【典型例题】
【例5】　草酸与高锰酸钾在酸性条件下能够发生反应2Mn+5H2C2O4+6H+2M+10CO2↑+8H2O。用4 mL 0.001 mol· KMnO4溶液与2 mL 0.01 mol·L-1 H2C2O4溶液,研究反应的温度、反应物的浓度与催化剂等因素对化学反应速率的影响。改变的条件如表所示:
组别 10%硫酸 体积/mL 温度/℃ 其他物质
Ⅰ 2 20 —
Ⅱ 2 20 10滴饱和MnSO4溶液
Ⅲ 2 30 —
Ⅳ 1 20 1 mL蒸馏水
(1)实验Ⅰ和Ⅱ可得出的结论:影响化学反应速率的因素是　　　　;如果研究温度对化学反应速率的影响,使用实验Ⅰ和　　　　　。
(2)实验Ⅳ中加入1 mL蒸馏水的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)催化剂　Ⅲ
(2)确保所有实验中c(KMnO4)、c(H2C2O4)不变和总体积不变,实验Ⅳ中c(H+)与实验Ⅰ中c(H+)不同
【例6】　某探究性学习小组用相同质量的锌和相同浓度的足量的稀盐酸反应得到实验数据如表所示:
组别 锌的形态 反应温度/℃ 收集100 mL氢气所需时间/s
Ⅰ 薄片 15 200
Ⅱ 薄片 25 90
Ⅲ 粉末 25 10
(1)该实验的目的是探究　　　　、　　　　对锌和稀盐酸反应速率的影响。
(2)实验Ⅰ和Ⅱ表明,　　　　　,化学反应速率越大。
(3)能表明固体的表面积对化学反应速率有影响的实验组别是　　　　和　　　　。
(4)请设计一个实验方案证明盐酸的浓度对该反应的化学反应速率的影响:　　　　。
【答案】(1)固体表面积　温度
(2)温度越高　(3)Ⅱ　Ⅲ
(4)在相同的温度下,采用相同形态、质量的锌片分别与体积相同但浓度不同的盐酸反应
【随堂检测】
1.下列做法的目的与反应速率无关的是(　　)。
A.食品中加入抗氧化剂
B.炎热的夏天将食品放入冰箱储存
C.将煤块粉碎后燃烧
D.向食盐中添加碘酸钾
【答案】D
【解析】A项,食品中加入抗氧化剂,减缓了食物变质的速率;B项,炎热的夏天将食品放入冰箱储存,降低温度,减缓了食物变质的速率;C项,将煤块粉碎,增大接触面积,可增大燃烧速率;D项,向食盐中添加碘酸钾,是为了补充人体所需碘元素,与反应速率无关。
2.下列关于化学反应速率的说法,不正确的是(　　)。
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.可用单位时间内氢离子浓度的变化量表示氢氧化钠与硫酸发生中和反应的快慢
C.在同一化学反应中,用反应物或生成物表示的化学反应速率的数值相等
D.化学反应速率常用单位有mol·L-1·s-1和 mol·L-1·min-1
【答案】C
【解析】在同一化学反应中用不同物质表示的化学反应速率的数值与化学方程式中各物质的化学计量数有关。
3.在不同条件下进行过氧化氢分解实验,有关数据如表所示。四组实验中,收集相同体积(折算成标准状况)的氧气,所需时间最短的一组是(　　)。
　　　组别 实验条件　　　　　 A B C D
过氧化氢溶液体积/mL 10 10 10 10
过氧化氢溶液质量分数 6% 6% 3% 6%
温度/℃ 20 40 40 40
MnO2质量/g 0.05 0.05 0.05 0
　　【答案】B
【解析】根据影响化学反应速率的外界因素可知,表中B项的浓度较大、温度较高,且使用了催化剂,因此化学反应速率最大,所需的时间最短。
4.反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)经过一段时间后,SO3的浓度增大了0.4 mol·L-1,在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L-1·s-1,则这段时间为(　　)。
A.0.1 s B.2.5 s C.5 s D.10 s
【答案】C
【解析】SO3的浓度增大了0.4 mol·L-1,则O2的浓度减小了0.2 mol·L-1,v(O2)=,Δt===5 s。
5.在下列事实中,判断是什么因素影响了化学反应的速率。
(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体,在瓶外点燃镁条时发生爆炸:　　　　　　　　。
(2)黄铁矿煅烧时需粉碎成细小的矿粒:　　　　　　　　。
(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象,若将其一起投入水中,很快生成红色HgI2:　。
(4)熔化的KClO3放出气泡的速率很慢,但加入少量MnO2后很快产生气体:　　　　　　　　。
(5)在同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块,生成气体的速率有快有慢:　　　　　　　。
(6)同样大小的石灰石分别在0.1 mol·L-1的盐酸和1 mol·L-1的盐酸中反应速率不同:　　　　　　。
(7)食品在夏天易变质,而冬天就不易发生该现象:　　　　。
(8)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度,可是在人体内,在正常体温(37 ℃)时,就可以被氧化,这是因为　　　　　　。
【答案】(1)光　(2)反应物的表面积　(3)水作溶剂,增大了反应物的接触面积　(4)催化剂　(5)反应物本身的性质　(6)反应物的浓度　(7)反应温度　(8)人体内的生物酶起催化作用
【解析】影响化学反应速率的因素除了浓度、温度、压强、催化剂以外,光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂的性质等,也会对化学反应速率产生影响。
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