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第1课时　化学反应的速率
第六章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.了解化学反应速率的含义及其表示方法,提升科学探究、变化观念及宏观辨识等学科核心素养。
2.了解用不同物质表示的化学反应速率间的关系,以及速率大小的比较方法,提升证据推理与模型认知等学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
1.化学反应速率
意义—表示化学反应过程进行快慢的物理量
　↓
定义—单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量
　↓
表达式—
　↓
单位—mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1
【微点拨】v表示反应速率,Δc表示反应物(或生成物)浓度的变化,Δt表示反应时间的变化。
2.实例
某反应的反应物浓度在5 min内由6 mol·L-1变成了2 mol·L-1,则在这5 min内以该物质表示的平均反应速率为0.8 mol·L-1·min-1。
【微思考】(1)在反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)中,能否用C(s)来表示该反应的速率
(2)我们研究的化学反应速率是瞬时速率还是平均速率
提示 (1)不能。反应前后固体或纯液体的浓度几乎不发生变化,故不能用于表示化学反应速率。
(2)化学反应速率一般是指一段时间内的平均反应速率,非瞬时速率。
【自我检测】
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)化学反应速率是表示化学反应进行快慢程度的物理量。(　　)
(2)在同一个反应中,可以用反应物或生成物来表示反应速率。(　　)
(3)化学反应速率的常用单位有mol·L-1·s-1和mol·L-1·min-1等。(　　)
(4)对同一个化学反应,用不同物质表示的化学反应速率,其数值越大,则表示的化学反应速率越大。(　　)
√
√
√
×
解析 (1)化学反应速率表示化学反应进行的快慢。
(2)同一反应中,既可以用反应物也可以用生成物表示反应速率。
(3)化学反应速率的常用单位为mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1等。
(4)用不同物质表示的化学反应速率数值与其化学计量数有关,数值越大,表示的化学反应速率不一定越大。
2.在1 L密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2,一定条件下发生反应N2+3H2
2NH3,1 min后测得生成0.06 mol NH3,该时间段内的平均反应速率为(　　)
A.v(NH3)=0.06 mol·L-1·min-1
B.v(H2)=0.04 mol·L-1·min-1
C.v(NH3)=0.12 mol·L-1·min-1
D.v(N2)=0.24 mol·L-1·min-1
答案 A
3.(2021山东枣庄八中高一检测)已知反应:4HCl(g)+O2(g) === 2Cl2(g)+2H2O(g),一定条件下测得反应过程中n(Cl2)与时间的关系如下表所示:
则4~6 min内用O2的物质的量变化表示的反应速率是(　　)
A.7.2 mol·min-1 B.8.0 mol·min-1
C.0.9 mol·min-1 D.0.45 mol·min-1
t/min 0 2 4 6 8 10
n(Cl2)/mol 0 1.2 2.6 4.4 5.4 6.0
答案 D
解析 由表中数据可知,4~6 min内n(Cl2)由2.6 mol变为4.4 mol,根据化学反应速率的定义可得v(Cl2)= =0.9 mol·min-1,
则v(O2)= v(Cl2)=0.45 mol·min-1。
课堂篇 素养提升
任务一
化学反应速率的计算方法与规律
【问题探究】
1.某一化学反应在第5 s时的反应速率是0.2 mol·L-1·s-1的说法正确吗
提示 不正确。化学反应速率是平均速率,不是某时刻的瞬时速率。
2.已知反应4NH3(g)+5O2(g) === 4NO(g)+6H2O(g)在5 L的密闭容器中进行。20 s后,NO的物质的量增加了1.6 mol。
(1)此时用NO表示该反应的反应速率v(NO)是多少
(2)20 s后,NH3、O2、H2O的物质的量分别变化了多少 用NH3、O2、H2O表示的化学反应速率v(NH3)、v(O2)、v(H2O)分别是多少
(3)同一反应在相同时间内,用不同物质表示的反应速率,其数值是否相同 用不同物质表示同一反应的反应速率其数值有什么规律
提示 (1)v(NO)=0.016 mol·L-1·s-1。
(2)NH3的物质的量减少了1.6 mol,O2的物质的量减少了2 mol,H2O的物质的量增加了2.4 mol;
v(NH3)=0.016 mol·L-1·s-1,v(O2)=0.02 mol·L-1·s-1,v(H2O)=0.024 mol·L-1·s-1。
(3)同一反应在相同时间内,用不同物质表示的反应速率,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。
【深化拓展】
1.化学反应速率的正确理解
2.化学反应速率的计算
(1)定义式法
利用公式 计算化学反应速率,也可利用该公式计算浓度变化量或反应时间。
(2)关系式法
化学反应速率之比=物质的量浓度变化之比=物质的量变化之比=化学计量数之比。
3.利用“三段式”法计算化学反应速率(v)和转化率(α)
设a mol·L-1、b mol·L-1分别为A、B两物质的起始浓度,t s后,mx mol·L-1为反应物A的转化浓度,nx mol·L-1为反应物B的转化浓度,则:
【素能应用】
典例1将4 mol A和2 mol B在2 L的密闭容器中混合,并在一定条件下发生反应:2A(s)+B(g) 2C(g),反应2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1。下列说法正确的是(　　)
A.用物质A表示2 s内的平均反应速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.用物质B表示2 s内的平均反应速率为0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s时v(C)=0.3 mol·L-1·s-1
D.2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
答案 D
解析 不能用固体物质的浓度变化表示化学反应速率,A项错误;化学反应速率是平均速率不是瞬时速率,C项错误;据题目条件知v(C)=0.6 mol·L-1÷ 2 s=0.3 mol·L-1·s-1,则v(B)=0.3 mol·L-1·s-1÷2=0.15 mol·L-1·s-1,则2 s时物质B的浓度为 -0.15 mol·L-1·s-1×2 s=0.7 mol·L-1,B项错误,D项正确。
【变式设问】
反应开始至2 s时,反应物B的转化率是多少
提示 30%
解析 2 s时测得c(C)=0.6 mol·L-1,则生成n(C)=0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol,结合反应可知同时消耗0.6 mol B(g),故B(g)的转化率为 ×100%=30%。
变式训练1在一定条件下,将3 mol A和1 mol B两种气体在容积固定的2 L密闭容器中混合,发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g)。2 min末时生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.2 mol·L-1。下列判断不正确的是(　　)
A.x=1
B.2 min内A的反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
C.B的转化率为40%
D.x无法求解
答案 D
任务二
化学反应快慢的比较方法
【问题探究】
为研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率,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,绘制曲线如下,稀盐酸的体积为100 mL,忽略反应过程中溶液体积的变化。
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,结合化学方程式中各物质化学计量数的关系,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,故反应速率大小:AB段>OA段>BC段。
【深化拓展】
化学反应速率大小比较的两种方法
(1)归一法。
【素能应用】
典例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,分别为:
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.只有②
答案 D
【变式设问】
单位统一时,能否直接根据不同物质表示的反应速率的数值比较反应速率的快慢
提示 不能;同一化学反应的速率用不同物质表示时数值可能不同,比较速率不能只看数值大小,要转化为同一物质表示的反应速率后,再进行比较。
变式训练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。该反应进行快慢的顺序为(　　)
A.④>③=②>① B.④<③=②<①
C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
答案 A
解析 若将各反应速率均转化为以B表示的反应速率,且以mol·L-1·s-1为单位,①②③④中的速率分别是0.022 5 mol·L-1·s-1、0.6 mol·L-1·s-1、0.6 mol·L-1·s-1、0.675 mol·L-1·s-1,故A正确。
随堂检测
1.下列关于化学反应速率的说法中正确的是(　　)
A.化学反应速率可用某时刻生成物的物质的量来表示
B.在同一反应中,用反应物或生成物表示的化学反应速率的值是相等的
C.化学反应速率是指反应进行的时间内,反应物浓度的减少或生成物浓度的增加
D.可用单位时间内氢离子物质的量浓度的变化来表示氢氧化钠和硫酸的反应速率
答案 D
解析 化学反应速率是用单位时间内反应物或生成物浓度的变化值来表示的平均速率,故A、C两项错误;因化学反应速率与各反应物、生成物的化学计量数成正比,如果化学方程式中反应物与生成物的化学计量数不同,则反应速率的值不相同,B项错误。
2.(2021福建福州三中高一期中)在2 L的密闭容器中发生以下反应:2A(g)+B(g) 2C(g)+D(g),若最初加入的A和B都是4 mol,在前5 s内,A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则5 s时容器中B的物质的量为(　　)
A.3.4 mol B.2.4 mol C.2.8 mol D.1.2 mol
答案 A
解析 前5 s内,A的平均反应速率为0.12 mol·L-1·s-1,则B的反应速率为0.06 mol·L-1·s-1,故5 s时容器中B的物质的量为4 mol-0.06 mol·L-1·s-1×5 s×2 L =3.4 mol。
3.一定条件下发生反应N2+3H2 2NH3,在5 min内,N2的物质的量浓度由6 mol·L-1变为2 mol·L-1,则用NH3表示该反应在这段时间内的平均速率为(　　)
A.4 mol·L-1·min-1 B.1.6 mol·L-1·min-1
C.0.8 mol·L-1·min-1 D.0.6 mol·L-1·min-1
答案 B
解析 首先依据5 min内N2浓度的变化量,计算出用N2表示的化学反应速率:v(N2)= =0.8 mol·L-1·min-1。然后利用“反应速率之比等于化学计量数之比”确定v(NH3)=2v(N2)=1.6 mol·L-1·min-1。
4.反应4A(g)+3B(g) C(g)+2D(g),在不同情况下测得反应速率如下,其中反应速率最大的是(　　)
A.v(A)=0.15 mol·L-1·s-1
B.v(B)=0.50 mol·L-1·s-1
C.v(C)=0.32 mol·L-1·s-1
D.v(D)=5.40 mol·L-1·min-1
答案 C
5.将等物质的量的A、B混合于2 L的密闭容器中,发生反应3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g)。经5 min后,测得D的浓度为0.5 mol·L-1,c(A)∶c(B)=3∶5,C的平均反应速率为0.1 mol·L-1·min-1。求:
(1)5 min后A的浓度c(A)=　　　　mol·L-1,反应开始前容器中的A、B的物质的量:n(A)=n(B)=　　　mol。
(2)B的平均反应速率:v(B)=　　　　 mol·L-1·min-1。
(3)x的值为　　　　。
答案 (1)0.75　3　(2)0.05　(3)2
解析 (1)设原混合物中A、B的物质的量均为a mol,列出起始时和5 min时有关物质的物质的量。

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