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第二节　化学反应的速率与限度
第1课时　化学反应的速率
第六章　化学反应与能量
课程标准 核心素养目标
1.知道化学反应平均速率的表示方法。
2．通过实验探究影响化学反应速率的因素。
3．认识化学变化是有条件的，学习运用变量控制的方法研究化学反应。 1.证据推理与模型认知：通过对化学反应速率的概念及其影响因素的学习，学会“变量控制”的科学方法，增强证据推理的意识。
2．宏观辨识与微观探析：能从微观角度理解浓度和压强对化学反应速率的影响，发展“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。
一、化学反应速率
1．含义
与物理学中物体的运动快慢用速率表示类似，化学反应过程进行的
用反应速率来表示。
2．表示方法
化学反应速率通常用 内反应物浓度的 或生成物浓度的
来表示(取正值)。
快慢
单位时间
减小
增大
3．计算公式及单位
二、影响化学反应速率的因素
1．内因(主要因素)
影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的结构和性质。例如，Mg、Al分别与1.0 mol/L稀硫酸反应时， 产生气体的速率更大，其原因是金属 更活泼。
2.0 mol/(L·min)
Mg
Mg
2．影响化学反应速率的因素(外因)(教材·探究)
(1)反应温度的影响
(2)反应物浓度的影响
(3)催化剂的影响
(4)固体表面积的影响
(5)压强的影响
对于有气体参加的化学反应，在其他条件不变时，压强对化学反应速率的影响可简化理解为
◆名师点拨
对化学反应速率的理解
(1)同一反应用不同物质表示化学反应速率时，数值可能不相同，但均代表该反应的快慢，因此，表示化学反应速率时，必须指明具体物质，通常速率符合在v后用括号标注该物质的化学式。
(2)在反应过程中，各物质的物质的量变化是遵循化学方程式的计量关系。因此，化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
(3)化学反应速率均取正值。无论是用反应物的减少还是生成物的增加来表示，其计算基础均为物质的量浓度的变化，而非物质的量或质量分数。
(4)对于固体和纯液体物质，其密度恒定可视为浓度不变。因此，通常不用固体或纯液体来表示化学反应速率。
(5)化学反应速率分为瞬时速率和平均速率。在中学阶段我们主要研究一段时间内的平均化学反应速率。
◆名师点拨
影响化学反应速率的因素
(1)升高温度，所有化学反应(包括放热反应和吸热反应)的速率均增大。
(2)对于可逆反应，升高温度时增大正、逆反应速率。
(3)压强影响的实质是改变气态反应物的浓度。压强增大，气体浓度增大，反应速率增大。
(4)对于固体参与的反应，只能通过改变其颗粒大小以增大接触面积来提高反应速率。增加固体质量不会改变其浓度，因此不会影响反应速率。
◆拓展延伸
催化剂的特点及使用
(1)催化剂参与反应，能够改变化学反应速率，但无法改变反应的本质。也就是说，它无法让原本不发生反应的物质之间发生反应。
(2)催化剂在反应前后的质量、组成和化学性质保持不变(但物理性质可能发生改变)。
(3)正催化剂能增大化学反应速率，负催化剂则减小化学反应速率。在高中阶段，通常所说的“催化剂”指的是正催化剂。
(4)催化剂具有专一性，对某一个反应有催化作用，不一定对另一个反应也有催化作用。
(5)催化剂在适宜的温度条件下才能最大限度地发挥其催化作用，且不同催化剂对温度的要求不同。
(6)催化剂的活性容易因接触少量杂质而显著降低或丧失，这种现象称为催化剂中毒。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)增加某种反应物的量，其化学反应速率必定增大(　　)
(2)在恒容条件下，向合成氨反应体系中充入少量He，化学反应速率不变(　　)
(3)在锌与稀盐酸的反应中，加入一定量的KCl溶液，化学反应速率不变(　　)
(4)对于可逆反应，升高温度，若正反应速率增大，则逆反应速率必定减小(　　)
×
√
×
×
探究一 化学反应速率的计算与比较
在甲、乙两支试管中分别加入相同体积的3 mol/L稀硫酸。向甲试管中加入一定量的NaOH，反应进行8 s后停止，测得H2SO4的浓度变为1 mol/L；向乙试管中加入等量的NaOH，反应进行5 s后停止，测得H2SO4的浓度变为1.5 mol/L。
[问题设计]
(1)假设反应前后溶液体积不变，根据实验数据分析，甲、乙两试管中哪个反应更快？
提示：甲试管中，稀硫酸的浓度平均每秒减少0.25 mol/L；乙试管中，稀硫酸的浓度平均每秒减少0.3 mol/L。因此，乙试管中的反应更快。
(2)在甲试管中，当H2SO4的浓度由3 mol/L变为1 mol/L时，NaOH的浓度减少了多少？若用NaOH的浓度变化表示该反应速率，其数值与用H2SO4表示的数值之间存在什么关系？
提示：根据H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O，可知NaOH的浓度减少量是H2SO4浓度减少量的2倍，即4 mol/L。因此，用NaOH表示的化学反应速率数值是用H2SO4表示的速率数值的2倍。
(3)在同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率之间存在怎样的关系？
提示：同一反应中，用不同物质表示的化学反应速率之比，等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
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
对于反应aA＋bB===cC＋dD(其中A、B、C、D均不为固体或纯液体)，存在如下关系：
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝a∶b∶c∶d
[模型认知]利用“三段式”计算化学反应速率和转化率
(2)比较化学反应速率大小的两种方法
同一化学反应速率用不同物质表示时，其数值可能不同。因此，比较化学反应速率大小时不能仅看数值大小，还要进行一定的换算。
①先看单位是否统一。若不统一，则换算成相同的单位。
②方法一：将不同物质表示的化学反应速率，换算成用同一物质表示的速率，再比较数值大小。
B
[例1] 在25 ℃时的恒容密闭容器中，发生如下反应：N2O4(g) 2NO2(g)。反应过程中各组分气体的浓度随时间的变化如下图所示。下列说法正确的是 (　　)
A．曲线甲表示NO2(g)浓度随时间的变化
B．a、b两点的正反应速率：v(a)＞v(b)
C．c点反应速率满足v(NO2)＝v(N2O4)
D．0～60 s，v(NO2)＝0.001 mol/(L·s)
解答本题的思路如下：
(1)计算前60 s内，甲、乙两条曲线所代表物质的浓度变化量之比，结合化学方程式中各物质的化学计量数关系，从而判断曲线甲和乙分别对应的物质。
(2)结合图中a、b、c三点的瞬时浓度，比较这些点的瞬时反应速率，并根据图中数据计算前60 s内v(NO2)的值。
C
1．已知a(s)＋3b(g)===2c(g)＋d(g)，一定条件下，将1 mol a和3 mol b置于2 L恒容密闭容器中，反应5 min后，测得b的物质的量为1.8 mol。下列说法正确的是 (　　)
A．增加a的物质的量，该反应的速率增大
B．第5 min时，v(c)＝0.08 mol/(L·min)
C．第5 min时，c(d)＝0.2 mol/L
D．在这5 min内，用b表示的化学反应速率逐渐减小，用c表示的化学反应速率逐渐增大
探究二 影响化学反应速率的因素
有的化学反应进行得很快，几乎在瞬间就可完成，如焰火绽放的反应；有的化学反应进行得比较缓慢，如金属铜的锈蚀；还有一些化学反应则进行得极其缓慢，如塑料的降解反应。
[问题设计]
影响化学反应速率的外界因素有很多。请分析下列实验或事实，分别指出影响化学反应速率的主要因素并说明该因素如何影响化学反应速率。
(1)夏天的食品易霉变，冬天就不易发生该现象：___________________
_________________。
(2)铁丝在空气中加热呈红热状态，在纯氧中加热能剧烈燃烧：___________________________________________________________。
(3)在常温下，过氧化氢缓慢分解，若滴入FeCl3溶液，则迅速产生大量气泡：_____________________________________________________。
(4)工业上常将固体燃料粉碎，以提高其燃烧效率：________________
___________________________________________________________。
提示：(1)温度。温度升高会增大化学反应速率；温度降低会减小化学反应速率
(2)反应物浓度。增大反应物浓度会增大化学反应速率
(3)催化剂。加入催化剂能显著增大化学反应速率
(4)固体表面积。增大固体反应物的表面积，可以增大化学反应速率
(1)外界条件对化学反应速率的影响及结果
[微点拨]　分析多因素影响下的化学反应速率变化时，要看主要因素：
以锌与稀硫酸反应生成氢气的速率变化为例(如下图所示)，氢气的生成速率随时间呈先增大后减小的趋势。这一现象是反应体系中多种因素共同作用的结果，不同阶段由不同的主导因素所控制。虽然反应物(硫酸)的浓度在整个过程中持续下降，但该反应为放热反应，会使体系温度升高。在反应初期，温度升高对反应速率的促进作用超过了浓度降低的抑制作用，因此总体表现为速率增大。随着反应的持续进行，硫酸浓度显著降低，氢离子供给不足成为限制反应的关键。此时，浓度
降低的抑制作用成为主导，超过了温度带来的促进效果，因此总体表现为速率减小。
(2)分析影响化学反应速率问题的三个“易错点”
[例2] 某课外兴趣小组的同学利用硫代硫酸钠与稀硫酸的反应探究影响化学反应速率的因素，设计了如表所示的一系列实验。有关说法错误的是 (　　)
D
实验
序号 反应
温度/℃ 硫代硫酸(Na2S2O3)溶液 稀硫酸 H2O
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL
1 20 10.0 0.10 10.0 0.50 0
2 40 V1 0.10 10.0 0.50 V2
3 20 V3 0.10 4.0 0.50 V4
A.设计该实验的基本方法为变量控制法
B.该实验涉及的反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===S↓＋SO2↑＋H2O＋Na2SO4
C.若用实验1和3探究稀硫酸浓度对该化学反应速率的影响，则V3＝10.0，V4＝6.0
D.可用热的NaOH浓溶液或CS2洗掉反应后仪器中的黄色固体，且原理相同
要探究影响化学反应速率的因素，每次实验仅有一个变量不同，因此该实验设计的基本方法为变量控制法。硫代硫酸钠与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===S↓＋SO2↑＋H2O＋Na2SO4。若用实验1和3探究稀硫酸浓度对该化学反应速率的影响，则除稀硫酸浓度外，其他条件应相同。因此，硫代硫酸钠溶液的浓度和体积相同，即V3＝10.0，同时为保持溶液总体积相同，应设V4＝10.0－4.0＝6.0。反应后仪器中的黄色固体为硫单质，若用热的NaOH浓溶液洗涤，则S会与NaOH反应生成可溶性钠盐而被除去。若用CS2洗涤，则是基于“相似相溶”原理。二者除硫的原理不同。
B
2．为了探究温度和浓度对化学反应速率的影响，某同学进行了如下实验，并用秒表记录溶液褪色时间(溶液混合引起的体积变化忽略不计)。下列说法错误的是 (　　)
实验
序号 反应
温度/℃ 酸性KMnO4溶液 H2C2O4溶液 H2O 褪色
时间/s
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL
Ⅰ 20 10 0.001 10 0.10 0 t1
Ⅱ 20 10 0.001 5 0.10 V1 t2
Ⅲ 40 10 0.001 10 0.10 V2 t3
A
1．为了更好地利用化学反应中的物质和能量变化，在化学研究和工业生产中还需要关注化学反应的快慢和程度。下列关于化学反应速率的说法正确的是 (　　)
A.根据化学反应速率的大小可以知道化学反应进行的快慢
B.对于任何化学反应来说，化学反应速率越快，其反应现象就越明显
C.化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol/L
D.化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加
化学反应速率是用来表示化学反应快慢的物理量，其大小可反映化学反应的快慢程度；有些化学反应(如中和反应)瞬间就能完成，但无明显现象；化学反应速率为0.8 mol/(L·s)是指1 s内某物质的浓度变化量为0.8 mol/L，而不是1 s时的瞬时浓度；化学反应速率一般以某物质单位时间内的浓度变化量来表示。
D
2．变量控制法是科学研究的重要方法之一。下列碳酸钙与酸反应制备CO2的组合中，在反应开始阶段化学反应速率最大的是 (　　)
碳酸钙的状态 酸 实验温度/℃
A 粉末 0.1 mol/L盐酸 20
B 粉末 0.05 mol/L硫酸 30
C 块状 0.1 mol/L盐酸 20
D 粉末 0.1 mol/L盐酸 30
反应物接触面积越大、浓度越大、温度越高，化学反应速率就越大。硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙是微溶物，会覆盖在碳酸钙表面，阻碍反应持续进行，因此应选用粉末状碳酸钙，酸应该用盐酸，浓度为0.1 mol/L，温度为30 ℃。
C
3．一定温度下，在2 L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图所示，下列描述正确的是 (　　)
A.反应开始到10 s时，用Z表示的化学反应速率为0.158 mol/(L·s)
B.反应开始到10 s时，X的物质的量浓度减少了0.79 mol/L
C.反应开始到10 s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
4．对于反应A(g)＋B(g)===3C(g)，下列表示的化学反应速率中，最大的是 (　　)
A.v(A)＝0.6 mol/(L·min)
B.v(B)＝0.3 mol/(L·min)
C.v(C)＝0.9 mol/(L·s)
D.v(C)＝1.2 mol/(L·min)
将A、B的化学反应速率按化学计量数换算为以C表示的化学反应速率，并统一单位。v(C)＝3v(A)＝1.8 mol/(L·min)，v(C)＝3v(B)＝0.9 mol/(L·min)，v(C)＝54 mol/(L·min)。
5．一定温度下，在2 L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示。请按要求回答下列问题。
(1)该反应的化学方程式为______________。
(2)0～10 s内用A表示的化学反应速率为____________________。
(3)下列条件改变时，能增大化学反应速率的是________(填序号)。
A.扩大容器的容积 B．增大C的用量
C.降低体系的温度 D．加入催化剂
答案：(1)B(g)＋C(g) 2A(g)
(2)0.079 mol/(L·s)
(3)B、D

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