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第二章 化学反应速率与化学平衡
第一节 化学反应速率
第1课时 化学反应速率的计算与测定
【学习目标】
1.掌握化学反应速率的概念和表达式，能进行有关化学反应速率的计算。
2.了解化学速率的常见测定方法，能比较化学反应速率的快慢。
复习回顾：
1.什么是化学反应速率？写出表达式和常用单位。
2.同一个化学反应用不同的反应物或生成物表示的化学反应速率是否相同？
3.化学反应速率是某一时刻的瞬时速率还是一段时间内的平均反应速率？
一、化学反应速率
1.定义：
衡量化学反应进行快慢程度的物理量。
2.表示方法：
在容积不变的反应器中，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 。
3.公式：
Δc
Δt
υ ＝
Δn
VΔt
＝
4.常用单位：
mol·L－1·s－1 mol/(L·s)
或 mol·L－1·min－1 mol/(L·min)
5.化学反应速率表示时的注意点：
（1）利用基本公式：v＝ ＝ ，取正值
（2）利用速率之比＝化学计量数之比＝各物质浓度的变化量 (Δc)之 比＝各物质物质的量的变化量(Δn)之比。 （需注明具体物质）
（3）反应速率为平均速率，不是瞬时速率。
（4）固体或纯液体的浓度为常数，Δc =0，不能用固体或纯液体表示反应速率。
(1)公式法：
例1：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90 s后测得A的浓度为1 mol/L，物质A表示的反应速率正确的是（　　）
A．2 mol/（L·min） B．0.67 mol/（L·min）
C．1 mol/（L·min） D．0.5 mol/（L·min）
B
6.化学反应速率的计算
(2)三段式法：
例2：NH3和O2在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)，现向一容积不变的2 L密闭容器中充入4 mol NH3和3 mol O2， 4 min后反应达到平衡，测得生成的H2O(g)占混合气体总体积的40%，则下列表示的此段时间内该反应的平均速率不正确的是（ ）
A.v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1 B.v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1
C.v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1 D.v(NH3)＝0.25 mol·L－1·min－1
C
例3：将5 mol A和4 mol B充入0.4L密闭容器中发生 2A(g)+B(g) mD(g)+E(g)，经过5min后达到化学平衡，此时测得D为2 mol。5min内用E表示的平均反应速率为0.5 mol/（L·min），下列结论正确的是(　　)
A. m值为1
B. B的转化率为25%
C. 平衡时混合物总物质的量为8mol
D. 5min内用A表示的平均反应速率为0.4 mol·L－1·min－1
B
(3)反应速率大小比较：
例4：在一定条件下，对于A2(g)＋3B2(g) 2AB3(g)反应来说，以下化学反应速率的表示中，化学反应速率最快的是(　　)
A．v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1
B．v(A2)＝30 mol·L－1·min－1
C．v(AB3)＝1.0 mol·L－1·s－1
D．v(B2)＝1.2 mol·L－1·s－1
A
(4)图像题：
例5：一定温度下，在2L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下图所示：
下列描述正确的是（ ）
A. 反应开始到10s，用Z表示的反应速率
为0.158mol/(L·s)
B. 反应开始到10s，X的物质的量浓度减
少了0.79mol/L
C. 反应开始到10s时，Y的转化率为79.0%
D. 反应的化学方程式为： X（g）+Y（g） Z（g）
C
B
课堂练习1.下列关于化学反应速率的说法正确的是（ ）
A．因是同一反应，所以用不同物质表示化学反应速率时，所得数值是相同的
B．根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
C．化学反应速率为“1mol/(L min)”表示的意思是：时间为1min时，某物质的浓度为1mol/L
D．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者任何一种生成物浓度的增加
D
课堂练习2.已知：4NH3(g) + 5O2(g) === 4NO(g) + 6H2O(g)，若反应速率分别用v (NH3)、v (O2)、v (NO)、v (H2O)表示，则正确的关系是（　　）
A．4/5 v (NH3) = v (O2) B．5/6 v (O2) = v (H2O)
C．2/3 v (NH3) = v (H2O) D．4/5 v (O2) = v (NO)
A
课堂练习3.对于反应A(g)+2B(g)=3C(s)+2D(g)来说，下列反应速率最快的是（ ）
A．v(A)=0.32 mol·L-1·min-1 B．v(B)=0.55 mol·L-1·min-1
C．v(C)=0.02 mol·L-1·s-1 D．v(D)=0.01 mol·L-1·s-1
A
课堂练习4.一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.4molNH3和0.5molO2发生反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)。4min后，NO的浓度为0.06mol·L-1。下列有关说法错误的是（ ）
A．4min末，用NO表示的反应速率为0.03mol·L-1·min-1
B．4min末，NH3的浓度为0.14mol·L-1
C．0～4min内，生成的水的质量为3.24g
D．0～4min内，O2的物质的量减少了0.15mol
A
课堂练习5.在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图，则下列叙述正确的是（ ）
A．该反应的化学方程式为3A＋B 2C
B．在t1～(t1＋10)s时，v(A)=v(B)=0
C．t1 s时反应物A的转化率为60%
D．0～t1内A应的反应速率为v(A)=0.4mol/(L·s)
知识回顾
通过必修二的学习你知道影响化学反应速率的因素有哪些？
不同化学反应的速率
同一化学反应的速率
反应物本身性质（内因）
外界条件
（外因）
反应物组成、结构、性质
温度、浓度（压强）、催化剂、接触面积等
这些因素如何影响 ν ？
如何设计实验定性与定量研究这些因素是怎样影响化学反应速率的呢？
控制变量法
科学研究中，对于多因素（多变量）的问题，常常采用只改变其中的某一个因素，控制其他因素不变的研究方法，使多因素的问题变成几个单因素的问题分别加以研究，最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学探究中常用的方法。
定性研究：
定量研究：
选择实验现象明显的化学反应。通过观察冒气泡快慢；颜色变化；固体量减少；浑浊程度；温度变化等。
选择合适实验装置准确测量时间、气体体积、压强、pH等的变化。
二、影响化学反应速率的因素
探究： 定性与定量研究影响化学反应速率的因素
【提出问题】
浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率？如何测定化学反应速率？
【实验探究I】
选择实验用品，设计实验探究影响化学反应速率的因素。
实验用品：
烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、秒表。
0.1 mol/L Na2S2O3溶液、 0.1 mol/L H2SO4溶液、 0.5 mol/L H2SO4溶液、5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、热水。
实验探究的整体设计
实验原理
Na2S2O3＋H2SO4 Na2SO4＋SO2 ＋S ＋H2O
2H2O2 2H2O ＋ O2
设计思路
1. 选取同一个反应，探究不同因素产生的影响。
2. 选取不同的反应，探究同一因素产生的影响。
实验探究——定性研究影响化学反应速率的因素
【实验现象】两支试管中的溶液________，滴加___mol·L-1 H2SO4溶液的试管_________。
均变浑浊
0.5
先变浑浊
【实验结论】________________，增大反应物浓度，化学反应速率________。
其他条件相同时
增大
1.探究浓度对反应速率的影响
【实验步骤】
★注意事项：
（1）固体和纯液体的浓度可视为常数，改变其物质的量，对反应速率无影响。
（2）若某物质的浓度变化改变了其性质，反应实质可能发生改变，要具体分析反应速率的变化（如铁与稀硫酸反应，在一定浓度范围内反应速率与浓度有关，但常温下铁遇浓硫酸钝化）。
（3）固体物质的反应速率与其表面积有关，颗粒越小，表面积越大，反应速率就越快，故块状固体可通过研磨来增大表面积，从而加快反应速率。
（4）对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。
实验探究——定性研究影响化学反应速率的因素
烧杯中装热水 烧杯中装冷水
【实验现象】两支试管中的溶液__________，烧杯中装______的试管__________
均变浑浊
热水
先变浑浊
【实验结论】________________，升高温度，化学反应速率__________。
其他条件相同时
增大
2.探究温度对反应速率的影响
【实验步骤】
★注意事项：
（1）无论吸热反应、还是放热反应，升高温度，速率都加快，只是加快的程度不一样。
（2）反应若是可逆反应，升高温度，正、逆反应速率都加快，只是加快的程度不一样。
（3）实验测定，温度每升高10℃,化学反应速率通常增大到原来2~4倍。
3.探究催化剂对反应速率的影响
2H2O2 = 2H2O ＋ O2↑
【实验现象】相同：两支试管中的溶液____________；
区别：烧杯中滴加_______的试管_____________。
均有气泡产生
FeCl3
产生气泡速率更快
【实验结论】________________，催化剂可以_________化学反应速率
其他条件相同时
改变
【实验步骤】
★注意事项：
（1）没特别指明一般指正催化剂。
（2）催化剂只能催化可能发生的反应，对不发生的反应无作用。
（3）使用催化剂同等程度的增大正逆反应速率。
（4）催化剂具有一定的选择性。
（5）催化剂中毒：催化剂的活性因接触少量的杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫催化剂中毒。
4.拓展：压强对化学反应速率的影响
（1）压强对反应速率的影响，仅针对有气体参与的反应。
（2）压强对反应速率的影响，本质是引起浓度的变化：
①恒温时，压缩体积 → 压强增大 → 气体浓度增大 → 反应速率增大；
②恒温恒容时，充入气体反应物 → 压强增大 → 气体反应物浓度增大 → 反应速率增大；
充入惰性气体 → 总压强增大 → 气体浓度不变 → 反应速率不变。
③恒温恒压时，充入惰性气体 → 压强不变 → 体积增大 → 气体浓度减小 → 反应速率减小。
课堂练习6.在一密闭容器中充入1molH2 和1molI2，压强为p(Pa)，在一定温度下使其发生反应：H2(g)+ I2(g)= 2HI(g)。
①保持容器容积不变，加入1molH2，反应速率_______；
②保持容器容积不变，加入1molAr，反应速率_______；
③保持容器内气体压强不变，加入1molAr,反应速率______；
④保持容器内压强不变，向其中加入1molH2 和1molI2，反应速率______；
⑤提高起始的反应温度，反应速率_______。
增大
不变
减小
不变
增大
实验探究——定量研究影响化学反应速率的因素
【实验操作】
（1）按下图所示安装装置，在锥形瓶内放入2g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/L的稀硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间。
（2）用4 mol/L的稀硫酸代替1 mol/L的稀硫酸重复上述实验。
实验探究——定量研究影响化学反应速率的因素
【实验记录】
加入试剂 反应时间 反应速率
40 mL 1 mol·L－1硫酸 ________ ________
40 mL 4 mol·L－1硫酸 ________ ________
长
慢
短
快
【实验结论】4 mol·L-1硫酸与锌反应比1 mol·L-1硫酸与锌反应的速率_______。
快
【实验操作】
【问题与讨论】
1、有同学经认真分析发现本实验设计存在一处明显的不足之处，你能找到吗？
漏斗中稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成气体，也会将瓶中的空气排出，使所测气体的体积偏大。
2、如何改进问题1中的不足之处？
用导管将分液漏斗上部与锥形瓶连通
导管作用：①使分液漏斗内气体压强与锥形瓶内气体压强相等，打开分液漏斗活塞时液体能顺利滴下。
②滴入锥形瓶的液体体积等于进入分液漏斗的 气体体积，从而消除由于加入液体引起的氢气体积误差。
锌粒
硫酸
【注意事项】
（1）锌粒颗粒大小（表面积）基本相同（控制变量，避免表面积的干扰）。
（2）40 mL的稀硫酸溶液要迅速加入。
（3）装置气密性要好，且计时要迅速、准确。
实验通过测量收集10 mL H2所用的时间，来表征反应速率的快慢，除了这个方式，还可以测量哪些物理量来表征速率快慢？
①测量一定时间内H+的浓度变化；
②测量一定时间内产生的H2的体积；
③测量一定时间内锌粒的质量变化。
【答案】锥形瓶 塞紧胶塞后，将注射器活塞向外拉出一定距离，一段时间后松开活塞，若能回到原位，则气密性良好 不能 因为所用盐溶液的酸根离子不同，对实验可能产生干扰
课堂练习7.为探究催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响，某兴趣小组设计如图装置。实验时，通过胶头滴管向容器中各滴入5滴溶液后，每隔10 s观测注射器中气体体积并进行比较。
请回答：
(1)仪器A的名称是_______。
(2)实验前，检验该装置气密性的方法是_______。
(3)若甲装置在相同时间内收集到气体体积大于乙装置，能否推测Fe3+对H2O2分解的催化效果比Cu2+的好？_______(填“能”或“不能”)，请说明理由_______。
课堂练习8.反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行， 下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
A．增加C的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入H2O(g)使体系压强增大
D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大
C
D
课堂练习9.少量铁粉与100mL0.01mol·L-1的稀盐酸反应，反应速率太慢，为了加快此反应速率而不改变H2的量，可以使用如下方法中的( )
①由铁粉换铁块②加NaNO3固体③将0.01mol·L-1的稀盐酸换成98％的硫酸溶液④加CH3COONa固体⑤加NaCl溶液⑥滴入几滴硫酸铜溶液⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)⑧改用100mL0.1mol·L-1盐酸
A．③⑤ B．①③ C．⑥⑦ D．⑦⑧

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