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专题6　化学反应与能量变化
第一单元　化学反应速率与反应限度
第1课时　化学反应速率　影响化学反应速率的因素
　【课标定向】
　　1.能从化学反应快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。(宏观辨识与微观探析)
　　2.能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素,能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。(科学态度与社会责任)
【教学建议】
本课时的重点是化学反应速率的概念理解、表示方法、定量计算及影响因素。在教学中可运用比较、类比、归纳、实验等科学方法,引导学生进行“化学反应速率”概念的意义建构,并使学生在实验探究中实现对“影响化学反应速率的因素”的深层理解。
【情境导入】
汽车常装有安全气囊,当发生强烈碰撞时,瞬间引发以下反应:2NaN3===2Na+3N2↑,所产生的气体快速充满气囊,可以达到保护车内人员的目的。可见,气囊的打开与否与撞击速度有关。生活中还有很多现象与化学反应速率有关,如爆炸瞬间完成、冰箱可保存食物等等。
学习任务一:化学反应速率及表示　基础理解
【教材认知】
化学反应速率
[闪问]　甲、乙两容器都进行A→B的反应,甲每分钟减少4 mol,乙每分钟减少
2 mol,甲中的反应比乙中快吗
提示:不一定。因为容器的体积不确定。
【思考讨论】
1.辨析:
判断下列说法是否正确。(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任何一种生成物浓度的增加。(　×　)
提示:不能用固体或纯液体来表示化学反应速率。
(2)由v=计算平均速率,用反应物表示为正值,用生成物表示为负值。(　×　)
提示:化学反应速率用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示,其值均为正值。
(3)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。(　×　)
提示:化学反应速率是一段时间内的平均速率,不是某时刻的即时速率。
2.质疑:对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显吗
提示:不一定,如中和反应无明显现象,反应速率很快。
3.探索:同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的化学反应速率的数值可能不同,但表示的意义相同吗
提示:化学反应速率数值的大小和化学计量数有关,化学计量数越大,数值越大,速率之比等于化学计量数之比,但都表示该反应的反应速率,故意义相同。
【核心总结】
化学反应速率的正确理解
【针对训练】
下列说法不正确的是(　　)
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化(均取正值)来表示
B.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
C.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
D.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都为0.5 mol·L-1
【解析】选D。A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化(均取正值)来表示,A正确;B.化学反应有快有慢,化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的一个物理量,B正确;C.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比,C正确;D.若某化学反应的反应速率为0.5 mol·L-1·s-1,是指用某一物质表示的平均反应速率,与其他物质的速率不一定相等,D错误。
学习任务二:化学反应速率的计算及比较　重点探究
【思考讨论】
1.(速率计算)根据文字叙述及图片信息,思考下列问题:
为研究碳酸钙与稀盐酸反应的速率,某同学通过实验测定反应中生成CO2的体积(V)(已折算成标准状况)随反应时间(t)变化的情况,绘制曲线如图,稀盐酸的体积为100 mL,忽略反应过程中溶液体积的变化。
(1)写出碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式,并依据v=,分别计算OA段中v(HCl)、AB段中v(CaCl2)和BC段中v(HCl)。
提示:CaCO3+2HCl===CaCl2+CO2↑+H2O,OA段n(CO2)=0.112 L/(22.4 L·mol-1)
=0.005 mol,则反应消耗0.01 mol HCl,v(HCl)=0.01 mol/(0.1 L×1 min)
=0.1mol·L-1·min-1;AB段n(CO2)=0.224 L/(22.4 L·mol-1)=0.01 mol,则反应生成
0.01 mol CaCl2,v(CaCl2)=0.01 mol/(0.1 L×1 min)=0.1 mol·L-1·min-1;BC段n(CO2)=
0.112 L/(22.4 L·mol-1)=0.005 mol,则反应消耗0.01 mol HCl,v(HCl)=0.01 mol/
(0.1 L×1.5 min)≈0.067 mol·L-1·min-1。
(2)结合问题(1)的计算结果,比较OA、AB和BC段化学反应速率的大小。
提示:AB段v(CaCl2)=0.1 mol·L-1·min-1,结合不同物质的化学反应速率与化学计量数的关系可得:v(HCl)=2v(CaCl2)=0.2 mol·L-1·min-1;又知OA段v(HCl)=
0.1 mol·L-1·min-1,BC段v(HCl)≈0.067 mol·L-1·min-1。因此反应速率按由大到小的顺序排列为AB段>OA段>BC段。
2.(速率大小比较)CO和NO2均为有毒气体,已知反应4CO+2NO2N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下:①v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1;②v(NO2)=
0.7 mol·L-1·min-1;③v(N2)=0.4 mol·L-1·min-1;④v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1;⑤v(NO2)=0.01 mol·L-1·s-1;你能比较上述5种情况反应的快慢吗 试比较快慢。
提示:③>①>②>⑤>④。②经转化可表示为v(CO)=2v(NO2)=1.4 mol·L-1·min-1;③v(CO)=4v(N2)=1.6 mol·L-1·min-1;④v(CO)=v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1;⑤v(CO)=2v(NO2)=0.02 mol·L-1·s-1=1.2 mol·L-1·min-1,故③>①>②>⑤>④。
【归纳总结】
1.化学反应速率的计算方法
(1)定义式法:利用公式v==计算化学反应速率,也可以利用公式计算物质的量或物质的量浓度变化或时间等。
(2)关系式法:同一反应中,化学反应速率之比=物质的量浓度变化量之比=物质的量变化量之比=化学计量数之比。另外,也可以利用该等量关系书写未知的化学方程式或找各物质的速率关系。
2.化学反应速率大小比较的两种方法
(1)归一法: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+bB===cC,要比较v(A)与v(B)的相对大小,即比较与的相对大小,若>,则用v(A)表示的反应速率比用v(B)表示的反应速率大。
提醒:同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化,但若单位不统一,首先换算成相同的单位。
【典例引导】
【典例】(1)在一体积为10 L的容器中,通入一定量的CO和H2O,在850 ℃时发生如下反应:CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2 (g),CO和H2O浓度变化如图,则
0~4 min的平均反应速率v(CO)=0.03mol·L-1·min-1。
【解析】(1)由图像可知:0~4 min的v(CO)==0.03 mol·L-1·min-1。
(2)对于某反应X(g)+3Y(g)===2E(g)+2F(g),在甲、乙、丙、丁四种不同条件下,分别测得反应速率为甲:v(X)=0.3 mol·L-1·min-1;乙:v(Y)=1.2 mol·L-1·min-1;丙:v(E)=0.6 mol·L-1·min-1;丁:v(F)=0.9 mol·L-1·min-1。则反应由快到慢的顺序是丁>乙>丙=甲。
[解题思维]　解答本题的思维流程如下:
提取关键点 (1)体积为10 L;(2)CO和H2O浓度变化如图; (3)X(g)+3Y(g)===2E(g)+2F(g)
转化知识点 (1)利用公式v=计算时一定要注意容器体积; (2)注意图像的走向及纵坐标的含义; (3)根据化学计量数转变成同一物质比较化学反应速率
排除障碍点 (1)计算时忽视容器的体积是常见错误; (2)固态或液态物质不参与化学反应速率的比较
【解析】(2)归一法:若以物质X为标准,根据用不同物质表示同一反应的速率时,速率之比等于各物质的化学计量数之比,将乙、丙、丁条件下的反应速率换算为用物质X表示的反应速率,则乙:v(X)=v(Y)=×1.2 mol·L-1·min-1=0.4 mol·L-1·min-1;丙:v(X)=v(E)=×0.6 mol·L-1·min-1=0.3 mol·L-1·min-1;丁:v(X)=v(F)=×
0.9 mol·L-1·min-1=0.45 mol·L-1·min-1。比值法:甲:=0.3 mol·L-1·min-1;乙:=×1.2 mol·L-1·min-1=0.4 mol·L-1·min-1;丙:=×0.6 mol·L-1·min-1=
0.3 mol·L-1·min-1;丁:=×0.9 mol·L-1·min-1=0.45 mol·L-1·min-1,则反应速率快慢为丁>乙>丙=甲。
[借题发挥]
(1)改变物质状态:若第(2)问中F为固态,则E、F的化学反应速率相同吗
提示:不同。一般不用固态物质表示化学反应速率的大小。
(2)改变速率单位:若E的化学反应速率由0.6 mol·L-1·min-1改为0.6 mol·L-1·s-1,则化学反应速率最快的还是丁吗
提示:0.6 mol·L-1·s-1=0.6 mol·L-1·s-1×60 s·min-1=3.6 mol·L-1·min-1,此时丙表示的化学反应速率最快。
【针对训练】
1.(2024·宿迁高一检测)已知:A(g)+3B(g)===2C(g),向密闭容器中充入一定量的A和B,10 min时测得C的物质的量浓度为0.6 mol·L-1,反应开始的10 min内,v(A)为(　　)
A.0.06 mol·L-1·min-1　 B.0.03 mol·L-1·min-1
C.0.09 mol·L-1·min-1 D.0.3 mol·L-1·min-1
【解析】选B。10 min时测得C的物质的量浓度为0.6 mol·L-1,由方程式可知,反应开始的10 min内A的反应速率为=0.03 mol·L-1·min-1。
2.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-1·min-1
②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1
③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1
④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1
下列有关反应速率的比较正确的是(　　)
A.④<③=②<①　　　 B.④>③>②>①
C.④>③=②>① D.①>②>③>④
【解析】选C。不同物质表示的速率之比等于其化学计量数之比,故各物质表示的反应速率与其化学计量数之比越大,反应速率越快,
①=0.007 5 mol·L-1·s-1
②=0.20 mol·L-1·s-1
③=0.20 mol·L-1·s-1
④=0.225 mol·L-1·s-1,反应速率④>③=②>①,故C正确。
学习任务三:影响化学反应速率的因素　重点探究
【教材认知】
1.内因:反应物自身的性质(主要因素)。
2.影响化学反应速率的外界因素(其他条件相同)。
实验探究
(1)催化剂对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ①几乎无现象 ②产生气泡速率很快
实验结论 对于反应2H2O2===2H2O+O2↑来说,加入催化剂,H2O2的分解速率加快
(2)温度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ①产生气泡速率较慢 ②产生气泡速率较快
实验 结论 对于反应2H2O2===2H2O+O2↑来说,温度升高,H2O2的分解速率加快
(3)浓度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 装有12%H2O2溶液的试管中产生气泡速率较快
实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率加快
(4)反应物的接触面积对化学反应速率的影响
实验操作 取两支试管,向①加入约5 g块状大理石,②中加入约5 g粉末状大理石,再各加入约5 mL 4 mol·L-1盐酸
实验现象 ②中产生气泡的速率更快
实验结论 增大反应物的接触面积能增大化学反应速率
另外,光照、压强等条件对反应速率也有影响。
【思考讨论】
1.思考:下列影响化学反应速率因素的说法是否正确 不正确的写出原因。
(1)升温时吸热反应速率增大,放热反应速率减小(×)
原因是升温时,吸热反应、放热反应速率均增大。
(2)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气,滴入少量醋酸钠能提高反应速率(×)
原因是加入CH3COONa,会生成CH3COOH,c(H+)减小,反应速率减慢。
(3)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率(×)
原因是CaCO3的浓度为常数,化学反应速率保持不变。
(4)100 mL 2 mol·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变(×)
原因是加入氯化钠溶液,相当于对溶液稀释,c(H+)减小,反应速率应减小。
2.探索:A(g)+B(g)C(g),恒温恒容,充入氦气,对反应速率有何影响 恒温恒压,充入氦气,对反应速率又有何影响
提示:
【归纳总结】
1.外因对化学反应速率的影响(其他条件不变,只改变一个条件)
影响因素 影响结果
浓度 增大反应物的浓度,v加快;减小反应物的浓度,v减慢
温度 升高温度,v加快;降低温度,v减慢
压强 增大气态反应物的压强,v加快;减小气态反应物的压强,v减慢
催化剂 使用催化剂能极大地加快反应速率
固体反应物的表面积 增大固体反应物的表面积,化学反应速率加快;减小固体反应物的表面积,化学反应速率减慢
其他 使用合适的溶剂等也影响化学反应速率
2.注意事项
(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数(保持不变),故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时,其表面积增大将导致化学反应速率增大。
(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的,所以分析压强的改变对化学反应速率的影响时,要从反应物的浓度是否发生改变的角度来分析。例如:
①恒容情况下,充入“惰性气体”→总压增大→物质浓度不变→反应速率不变;
②恒压情况下,充入“惰性气体”→体积增大→物质浓度减小→反应速率减小。
方法导引“变量控制法”探究题解题策略
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清楚某个因素的影响需控制其他因素相同或不变,再进行实验。因此,常用控制变量思想解决该类问题。
1.常见考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题,清楚影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,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。
(3)数据有效
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
【典例引导】
【典例】在反应C(s)+CO2(g)2CO(g)中,可使化学反应速率明显增大的措施是(　　)
①增大压强　②升高温度　③增大CO2的浓度
④增加碳的量　⑤降低压强
A.①②③　　　　　B.②③④
C.①②③④ D.②③④⑤
[解题思维]　解答本题的思维流程如表:
提取关键点 (1)反应C(s)+CO2(g)2CO(g) (2)化学反应速率明显增大
排除障碍点 (1)固体和纯液体浓度为常数,改变量对化学反应速率无影响; (2)有气体参加或生成的反应改变压强才对反应速率有影响
转化知识点 可使化学反应速率明显增大的措施有增大浓度、增大压强、升高温度、使用催化剂、增大接触面积等
【解析】选A。①该反应是有气体参加和生成的反应,增大压强,化学反应速率明显增大,故符合题意;②升高温度,化学反应速率明显增大,故符合题意;③增大二氧化碳的浓度,反应物浓度增大,化学反应速率明显增大,故符合题意;④碳是浓度为定值的固体,增加碳的量,反应速率不变,故不符合题意;⑤该反应是有气体参加和生成的反应,降低压强,化学反应速率明显减小,故不符合题意,①②③符合题意,故选A。
[借题发挥]
(1)如果将容器的体积缩小一半,其反应速率可能如何变化
提示:化学反应速率增大。
(2)如果保持容器的体积不变,充入氩气,其反应速率可能如何变化
提示:化学反应速率不变。
【针对训练】
1.(2024·盐城高一检测)化学与生活息息相关,下列措施中与改变反应速率无关的是(　　)
A.铁制器皿涂油刷漆
B.食品包装袋内充入氮气
C.厨房中尽量使用铁锅而不使用铝锅
D.将酸奶存放在冰箱中
【解析】选C。铁制器皿涂油刷漆可减少铁与空气中的氧气以及水蒸气接触,有利于减缓铁制器皿的腐蚀速率,则铁制器皿涂油刷漆与改变反应速率有关,A不符合题意;食品包装袋内充入氮气可以减少氧气的浓度,有利于减缓食品的氧化速率,延长保质期,则食品包装袋内充入氮气与改变反应速率有关,B不符合题意;铝锅在炒制食物时,可能会因食物的酸碱性使得铝溶解造成微量的铝元素被人体吸收囤积,体内过多的铝元素会使人患上老年痴呆症,所以家用炒菜锅使用铁锅而不使用铝锅,则厨房中尽量使用铁锅而不使用铝锅与改变反应速率无关,C符合题意;酸奶存放在冰箱中,可降低温度,减缓酸奶的氧化速率,延长酸奶的保质期,则将酸奶存放在冰箱中与改变反应速率有关,D不符合题意。
2.(走进生活)在周朝的时候,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”保鲜,而冰可以产生寒气,所以就发明了用冰鉴进行保鲜。
(1)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
提示:通过降低温度,降低化学反应的速率,起到延长食品保存时间的作用。
(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
提示:增大煤与空气的接触面积,加快反应速率。
学情检测·素养达标
1.(2024·淮安高一检测)恒温、恒容的密闭容器中进行反应:A(g)+B(g)===C(g),若反应物的浓度从2 mol·L-1降到0.8 mol·L-1需20 s,那么反应物浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1所需的反应时间(　　)
A.10 s　　　　　　 B.大于10 s
C.小于10 s D.无法判断
【解析】选B。反应物A的浓度由2 mol·L-1降到0.8 mol·L-1时的平均反应速率===0.06 mol·L-1·s-1,假设以0.06 mol·L-1·s-1的反应速率计算反应物A的浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1所需反应时间==10 s,实际上A物质的化学反应速率随着物质浓度的减小而减小,所以反应物A的浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1时的平均反应速率小于0.06 mol·L-1·s-1,所以所用时间应大于10 s。
2.反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)在一个容积可变的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
①增加C(s)的量　②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变,充入N2使体系压强增大　
④保持压强不变,充入N2使容器体积变大
A.①③　　B.②③　　C.①④　　D.②④
【解析】选A。①反应物C为固体,增加固体的量,不能改变反应速率;②容器的体积缩小一半,H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度加倍,反应速率加快;③体积不变时充入N2,H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度不变,反应速率不变;④压强不变时充入N2,容器体积增大,H2O(g)、CO(g)、H2(g)的浓度减小,反应速率变小。
3.臭氧可用于净化空气,漂白饮用水、杀菌、处理工业废物和作为漂白剂。O3在水中易分解,在一定条件下,O3的浓度减少一半时所需的时间(t/min)如表所示。已知:O3的起始浓度为0.021 6 mol·L-1。
T/℃ pH
3.0 4.0 5.0 6.0
20 301 231 169 58
30 158 108 48 15
50 31 35 15 7
(1)在30 ℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为____________mol·L-1·min-1。
答案:(1)1.00×10-4　
【解析】(1)v===1.00×10-4 mol·L-1·min-1;
(2)pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是____________。
答案: (2)OH-　
【解析】(2)pH增大,则OH-浓度增大,pH增大能加速O3分解,表示对O3分解起催化作用的是OH-;
(3)根据表中数据,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________(填字母)。
a.40 ℃、pH=3.0
b.10 ℃、pH=4.0
c.30 ℃、pH=7.0
答案: (3)bac
【解析】(3)由表中数据可知,40 ℃、pH=3.0时,所需时间在31~158 min;10 ℃、pH=4.0时,所需时间>231 min;30 ℃、pH=7.0时,所需时间<15 min,则分解速率依次增大的顺序为b、a、c。专题6　化学反应与能量变化
第一单元　化学反应速率与反应限度
第1课时　化学反应速率　影响化学反应速率的因素
　【课标定向】
　　1.能从化学反应快慢的角度解释生产、生活中简单的化学现象。(宏观辨识与微观探析)
　　2.能运用变量控制的方法探究化学反应速率的影响因素,能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择问题。(科学态度与社会责任)
【教学建议】
本课时的重点是化学反应速率的概念理解、表示方法、定量计算及影响因素。在教学中可运用比较、类比、归纳、实验等科学方法,引导学生进行“化学反应速率”概念的意义建构,并使学生在实验探究中实现对“影响化学反应速率的因素”的深层理解。
【情境导入】
汽车常装有安全气囊,当发生强烈碰撞时,瞬间引发以下反应:2NaN3===2Na+3N2↑,所产生的气体快速充满气囊,可以达到保护车内人员的目的。可见,气囊的打开与否与撞击速度有关。生活中还有很多现象与化学反应速率有关,如爆炸瞬间完成、冰箱可保存食物等等。
学习任务一:化学反应速率及表示　基础理解
【教材认知】
化学反应速率
[闪问]　甲、乙两容器都进行A→B的反应,甲每分钟减少4 mol,乙每分钟减少
2 mol,甲中的反应比乙中快吗
【思考讨论】
1.辨析:
判断下列说法是否正确。(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任何一种生成物浓度的增加。(　 　)
(2)由v=计算平均速率,用反应物表示为正值,用生成物表示为负值。(　 )
(3)化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L-1。(　 　)
2.质疑:对于任何化学反应来说,反应速率越大,反应现象越明显吗
3.探索:同一化学反应,相同条件下用不同物质表示的化学反应速率的数值可能不同,但表示的意义相同吗
【核心总结】
化学反应速率的正确理解
【针对训练】
下列说法不正确的是(　　)
A.化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化(均取正值)来表示
B.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
C.用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时,其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比
D.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都为0.5 mol·L-1
学习任务二:化学反应速率的计算及比较　重点探究
【思考讨论】
1.(速率计算)根据文字叙述及图片信息,思考下列问题:
为研究碳酸钙与稀盐酸反应的速率,某同学通过实验测定反应中生成CO2的体积(V)(已折算成标准状况)随反应时间(t)变化的情况,绘制曲线如图,稀盐酸的体积为100 mL,忽略反应过程中溶液体积的变化。
(1)写出碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式,并依据v=,分别计算OA段中v(HCl)、AB段中v(CaCl2)和BC段中v(HCl)。
(2)结合问题(1)的计算结果,比较OA、AB和BC段化学反应速率的大小。
2.(速率大小比较)CO和NO2均为有毒气体,已知反应4CO+2NO2N2+4CO2在不同条件下的化学反应速率如下:①v(CO)=1.5 mol·L-1·min-1;②v(NO2)=
0.7 mol·L-1·min-1;③v(N2)=0.4 mol·L-1·min-1;④v(CO2)=1.1 mol·L-1·min-1;⑤v(NO2)=0.01 mol·L-1·s-1;你能比较上述5种情况反应的快慢吗 试比较快慢。
【归纳总结】
1.化学反应速率的计算方法
(1)定义式法:利用公式v==计算化学反应速率,也可以利用公式计算物质的量或物质的量浓度变化或时间等。
(2)关系式法:同一反应中,化学反应速率之比=物质的量浓度变化量之比=物质的量变化量之比=化学计量数之比。另外,也可以利用该等量关系书写未知的化学方程式或找各物质的速率关系。
2.化学反应速率大小比较的两种方法
(1)归一法: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+bB===cC,要比较v( )与v( )的相对大小,即比较与的相对大小,若>,则用v( )表示的反应速率比用v( )表示的反应速率大。
提醒:同一化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同,比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小,还要进行一定的转化,但若单位不统一,首先换算成相同的单位。
【典例引导】
【典例】(1)在一体积为10 L的容器中,通入一定量的CO和H2O,在850 ℃时发生如下反应:CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2 (g),CO和H2O浓度变化如图,则
0~4 min的平均反应速率v(CO)= mol·L-1·min-1。
(2)对于某反应X(g)+3Y(g)===2E(g)+2F(g),在甲、乙、丙、丁四种不同条件下,分别测得反应速率为甲:v(X)=0.3 mol·L-1·min-1;乙:v(Y)=1.2 mol·L-1·min-1;丙:v(E)=0.6 mol·L-1·min-1;丁:v( )=0.9 mol·L-1·min-1。则反应由快到慢的顺序是 。
[解题思维]　解答本题的思维流程如下:
提取关键点 (1)体积为10 L;(2)CO和H2O浓度变化如图; (3)X(g)+3Y(g)===2E(g)+2F(g)
转化知识点 (1)利用公式v=计算时一定要注意容器体积; (2)注意图像的走向及纵坐标的含义; (3)根据化学计量数转变成同一物质比较化学反应速率
排除障碍点 (1)计算时忽视容器的体积是常见错误; (2)固态或液态物质不参与化学反应速率的比较
[借题发挥]
(1)改变物质状态:若第(2)问中F为固态,则E、F的化学反应速率相同吗
(2)改变速率单位:若E的化学反应速率由0.6 mol·L-1·min-1改为0.6 mol·L-1·s-1,则化学反应速率最快的还是丁吗
【针对训练】
1.(2024·宿迁高一检测)已知:A(g)+3B(g)===2C(g),向密闭容器中充入一定量的A和B,10 min时测得C的物质的量浓度为0.6 mol·L-1,反应开始的10 min内,v( )为(　　)
A.0.06 mol·L-1·min-1　 B.0.03 mol·L-1·min-1
C.0.09 mol·L-1·min-1 D.0.3 mol·L-1·min-1
2.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( )=0.45 mol·L-1·min-1
②v( )=0.6 mol·L-1·s-1
③v( )=0.4 mol·L-1·s-1
④v( )=0.45 mol·L-1·s-1
下列有关反应速率的比较正确的是(　　)
A.④<③=②<①　　　 B.④>③>②>①
C.④>③=②>① D.①>②>③>④
学习任务三:影响化学反应速率的因素　重点探究
【教材认知】
1.内因: (主要因素)。
2.影响化学反应速率的外界因素(其他条件相同)。
实验探究
(1)催化剂对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ① ②
实验结论 对于反应2H2O2===2H2O+O2↑来说,加入催化剂,H2O2的分解速率
(2)温度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 ① ②
实验 结论 对于反应2H2O2===2H2O+O2↑来说,温度升高,H2O2的分解速率
(3)浓度对化学反应速率影响的探究
实验操作
实验现象 装有12%H2O2溶液的试管中产生气泡速率
实验结论 增大反应物浓度能使H2O2分解速率
(4)反应物的接触面积对化学反应速率的影响
实验操作 取两支试管,向①加入约5 g块状大理石,②中加入约5 g粉末状大理石,再各加入约5 mL 4 mol·L-1盐酸
实验现象 中产生气泡的速率更快
实验结论 增大反应物的接触面积能 化学反应速率
另外,光照、压强等条件对反应速率也有影响。
【思考讨论】
1.思考:下列影响化学反应速率因素的说法是否正确 不正确的写出原因。
(1)升温时吸热反应速率增大,放热反应速率减小( )
原因是 。
(2)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气,滴入少量醋酸钠能提高反应速率( )
原因是 。
(3)碳酸钙与盐酸反应的过程中,再增加CaCO3固体,可以加快反应速率( )
原因是 。
(4)100 mL 2 mol·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变( )
原因是 。
2.探索:A(g)+B(g)C(g),恒温恒容,充入氦气,对反应速率有何影响 恒温恒压,充入氦气,对反应速率又有何影响
【归纳总结】
1.外因对化学反应速率的影响(其他条件不变,只改变一个条件)
影响因素 影响结果
浓度 增大反应物的浓度,v加快;减小反应物的浓度,v减慢
温度 升高温度,v加快;降低温度,v减慢
压强 增大气态反应物的压强,v加快;减小气态反应物的压强,v减慢
催化剂 使用催化剂能极大地加快反应速率
固体反应物的表面积 增大固体反应物的表面积,化学反应速率加快;减小固体反应物的表面积,化学反应速率减慢
其他 使用合适的溶剂等也影响化学反应速率
2.注意事项
(1)由于固体和纯液体的浓度可视为常数(保持不变),故改变其用量反应速率不变。但当固体颗粒变小时,其表面积增大将导致化学反应速率增大。
(2)压强对化学反应速率的影响是通过改变反应物浓度实现的,所以分析压强的改变对化学反应速率的影响时,要从反应物的浓度是否发生改变的角度来分析。例如:
①恒容情况下,充入“惰性气体”→总压增大→物质浓度不变→反应速率不变;
②恒压情况下,充入“惰性气体”→体积增大→物质浓度减小→反应速率减小。
方法导引“变量控制法”探究题解题策略
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为搞清楚某个因素的影响需控制其他因素相同或不变,再进行实验。因此,常用控制变量思想解决该类问题。
1.常见考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据,让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素,让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2.解题策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题,清楚影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时,应该先确定其他的因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系;这样确定一种以后,再确定另一种,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。
(3)数据有效
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效,且变量统一,否则无法作出正确判断。
【典例引导】
【典例】在反应C(s)+CO2(g)2CO(g)中,可使化学反应速率明显增大的措施是(　　)
①增大压强　②升高温度　③增大CO2的浓度
④增加碳的量　⑤降低压强
A.①②③　　　　　B.②③④
C.①②③④ D.②③④⑤
[解题思维]　解答本题的思维流程如表:
提取关键点 (1)反应C(s)+CO2(g)2CO(g) (2)化学反应速率明显增大
排除障碍点 (1)固体和纯液体浓度为常数,改变量对化学反应速率无影响; (2)有气体参加或生成的反应改变压强才对反应速率有影响
转化知识点 可使化学反应速率明显增大的措施有增大浓度、增大压强、升高温度、使用催化剂、增大接触面积等
[借题发挥]
(1)如果将容器的体积缩小一半,其反应速率可能如何变化
(2)如果保持容器的体积不变,充入氩气,其反应速率可能如何变化
【针对训练】
1.(2024·盐城高一检测)化学与生活息息相关,下列措施中与改变反应速率无关的是(　　)
A.铁制器皿涂油刷漆
B.食品包装袋内充入氮气
C.厨房中尽量使用铁锅而不使用铝锅
D.将酸奶存放在冰箱中
2.(走进生活)在周朝的时候,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”保鲜,而冰可以产生寒气,所以就发明了用冰鉴进行保鲜。
(1)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
(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
学情检测·素养达标
1.(2024·淮安高一检测)恒温、恒容的密闭容器中进行反应:A(g)+B(g)===C(g),若反应物的浓度从2 mol·L-1降到0.8 mol·L-1需20 s,那么反应物浓度由0.8 mol·L-1降到0.2 mol·L-1所需的反应时间(　　)
A.10 s　　　　　　 B.大于10 s
C.小于10 s D.无法判断
2.反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)在一个容积可变的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
①增加C(s)的量　②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变,充入N2使体系压强增大　
④保持压强不变,充入N2使容器体积变大
A.①③　　B.②③　　C.①④　　D.②④
3.臭氧可用于净化空气,漂白饮用水、杀菌、处理工业废物和作为漂白剂。O3在水中易分解,在一定条件下,O3的浓度减少一半时所需的时间(t/min)如表所示。已知:O3的起始浓度为0.021 6 mol·L-1。
T/℃ pH
3.0 4.0 5.0 6.0
20 301 231 169 58
30 158 108 48 15
50 31 35 15 7
(1)在30 ℃、pH=4.0条件下,O3的分解速率为____________mol·L-1·min-1。
(2)pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是____________。
(3)根据表中数据,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________(填字母)。
a.40 ℃、pH=3.0
b.10 ℃、pH=4.0
c.30 ℃、pH=7.0

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