高中化學(xué)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率優(yōu)質(zhì)學(xué)案

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02
預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)
自主梳理
(1)概念及表達式
①概念
化學(xué)反應(yīng)速率可以用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的濃度變化來表示。通常用單位時間內(nèi) 的減小或 的增加來表示。
②表達式
v＝，其中v表示反應(yīng)速率，c表示各反應(yīng)物或生成物濃度，Δc表示其濃度變化(取其絕對值)，t表示時間，Δt表示時間變化。
(2)單位
濃度常以 ml·L－1(或ml/L)為單位，時間常以s、min為單位，故化學(xué)反應(yīng)速率的常用單位為
等。
(3)同一反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率
①表示方法
對于任意一個化學(xué)反應(yīng)：mA＋nB===pC＋qD，用不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率分別為：v(A)＝ 、v(B)＝ 、v(C)＝ 、v(D)＝ 。
②不同物質(zhì)反應(yīng)速率的關(guān)系
用不同物質(zhì)表示同一化學(xué)反應(yīng)在同一時間段內(nèi)的反應(yīng)速率時， 之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的 之比。
即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝ 。
【答案】(1)①反應(yīng)物濃度 生成物濃度。② eq \f(Δc,Δt)
(2) ml/(L·s)、ml/(L·min)(或ml·L－1·s－1、ml·L－1·min－1)等。
(3)① eq \f(Δc（A）,Δt) 、 eq \f(Δc（B）,Δt) 、 eq \f(Δc（C）,Δt) 、 eq \f(Δc（D）,Δt) 。
②化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)計量數(shù) m∶n∶p∶q。
預(yù)習(xí)檢測
1．下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率的說法，不正確的是
A．化學(xué)反應(yīng)速率是衡量化學(xué)反應(yīng)進行快慢程度的物理量
B．化學(xué)反應(yīng)速率的大小主要取決于反應(yīng)物的性質(zhì)
C．若一段時間內(nèi)某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率為0.5ml?L-1?s-1，就是指在該時間段內(nèi)反應(yīng)物和生成物的濃度變化都為0.5ml?L-1?s-1
D．化學(xué)反應(yīng)速率常用單位有ml?L-1?s-1和ml?L-1?min-1
【答案】C
【解析】A．化學(xué)反應(yīng)有的快，有的慢，則使用化學(xué)反應(yīng)速率來定量表示化學(xué)反應(yīng)進行的快慢，故A正確；
B．反應(yīng)物本身的性質(zhì)是決定反應(yīng)速率的主要因素，如火藥爆炸、食物腐敗，故B正確；
C．若某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率為0.5ml?(L?s)-1是指用某一物質(zhì)表示的平均速率，與用其它物質(zhì)表示的速率不一定相等，故C錯誤；
D．公式中，濃度的單位是ml/L，時間單位常用s、min，所以化學(xué)反應(yīng)速率常用單位有：ml?L-1?s-1和ml?L-1?min-1，故D正確；
故選：C。
2．下列說法正確的是
A．化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的質(zhì)量變化來表示
B．用不同物質(zhì)的濃度變化表示同一時間內(nèi)同一反應(yīng)的速率時，其數(shù)值之比等于反應(yīng)方程式中對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比
C．由v=計算所得化學(xué)反應(yīng)速率為某時刻的瞬時速率
D．在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物的濃度逐漸變小，所以用反應(yīng)物表示的化學(xué)反應(yīng)速率為負(fù)值
【答案】B
【解析】A．化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物或生成物的濃度變化來表示，A錯誤；
B．用不同物質(zhì)的濃度變化表示同一時間內(nèi)、同一反應(yīng)的速率時，其數(shù)值之比等于反應(yīng)方程式中對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，B正確；
C．化學(xué)反應(yīng)速率表示化學(xué)反應(yīng)在某一時間段內(nèi)的平均速率，而不是瞬時速率，C錯誤；
D．在計算化學(xué)反應(yīng)速率時，取濃度變化的絕對值，故化學(xué)反應(yīng)速率恒為正值，D錯誤；
故答案為：B。
3．已知反應(yīng)，經(jīng)2min，B的濃度減少，對該反應(yīng)速率的表示，下列說法正確的是
A．用A表示的反應(yīng)速率是
B．用B、C、D表示的反應(yīng)速率之比為3∶2∶1
C．在2min末，用B表示的反應(yīng)速率是
D．在2min內(nèi)用B表示的反應(yīng)速率逐漸減小，用C表示的反應(yīng)速率逐漸增大
【答案】B
【解析】A．經(jīng)2min，B的濃度減少0.6ml/L，用B表示的反應(yīng)速率v(B)==0.3ml·L-1·min-1，同一反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的系數(shù)之比，所以用A表示的反應(yīng)速率v(A)=×0.3ml·L-1·min-1=0.4 ml·L-1·min-1，故A錯誤；
B．同一反應(yīng)用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的系數(shù)之比，由可知，B、C、D的系數(shù)之比為3∶2∶1，用B、C 、D表示的反應(yīng)速率之比為3∶2∶1，故B正確；
C．內(nèi)用B表示的化學(xué)反應(yīng)速率為，此反應(yīng)速率為平均速率，不能計算2 min末的瞬時速率，故C錯誤；
D．隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)物的濃度逐漸降低，反應(yīng)速率逐漸減小，所以內(nèi)用B和C表示的化學(xué)反應(yīng)速率都逐漸減小，故D錯誤；
故選B。
4．反應(yīng)在四種不同情況下的反應(yīng)速率分別為①；②；③；④，該反應(yīng)進行的快慢順序為
A．④>③=②>①B．①>②=③>④C．①>②>③>④D．④>③>②>①
【答案】A
【解析】由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可知，四種條件下A物質(zhì)的反應(yīng)速率分別為①、②、③、④，則反應(yīng)進行的快慢順序為④>③=②>①，故選A。
5．某溫度下，密閉容器中A與B反應(yīng)生成C和D，其反應(yīng)速率分別用v(A)、v (B)、v (C)、v (D)表示，已知v (A)、v (B)、v(C)、v (D)之間有以下關(guān)系4v (A)=5v (B)， v (A)=v (C)，6v (B)=4v (D)， 則此反應(yīng)可表示為
A．4A+5B =4C+6DB．5A+4B=4C+6D
C．5A+4B=5C+6DD．4A+6B=4C+5D
【答案】C
【解析】化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，確定各物質(zhì)的系數(shù)，4v(A)=5v(B)，v(A)=v(C)，6v(B)=4v (D)，則v(A)：v(B)：v(C)：v(D) =5：4：5：6，A與B反應(yīng)生成C與D，該反應(yīng)為5A+4B=5C+6D，故選C。
6．小李同學(xué)采用如圖所示的實驗裝置測定鋅與稀硫酸反應(yīng)的速率，取1g鋅粒與20mL0.5ml·L-1的硫酸進行反應(yīng)，測得不同時刻反應(yīng)生成的H2的體積(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)如表。下列說法正確的是
A．反應(yīng)結(jié)束時鋅粒無剩余
B．鋅與稀硫酸反應(yīng)初期速率逐漸加快，后又變慢
C．應(yīng)用鋅粉代替鋅粒進行實驗，以節(jié)約實驗時間
D．假設(shè)溶液的體積不變，10~25s內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2SO4)=0.02ml·L-1·min-1
【答案】B
【解析】A．Zn與稀硫酸反應(yīng)：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，1gZn消耗稀硫酸的物質(zhì)的量為ml＞0.01ml，鋅過量，故A錯誤；
B．鋅與稀硫酸反應(yīng)放熱，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，反應(yīng)進行一定時間后，酸中氫離子濃度減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢，故B正確；
C．采用鋅粉反應(yīng)速率太快，收集一定體積的H2時所需時間間隔太短，不易計時，故C錯誤；
D．10~25s內(nèi)反應(yīng)生成n(H2)==0.001ml，參與反應(yīng)的硫酸是0.001ml，v(H2SO4)=0.2ml·L-1·min-1，故D錯誤；
答案為B。
探究提升
03
?環(huán)節(jié)一 化學(xué)反應(yīng)速率
【情境材料】
反應(yīng)4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)在2 L的密閉容器中進行，1 min后，NH3減少了0.12 ml。
【問題探究】
(1)1 min內(nèi)，以NH3表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。
(2)以O(shè)2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。
(3)以NO表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。
(4)以H2O表示的化學(xué)反應(yīng)速率為________。
(5)分別用NH3、O2、NO、H2O表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比為________。
【答案】(1)0.06 ml·L－1·min－1 (2)0.075 ml·L－1·min－1 (3)0.06 ml·L－1·min－1
(4)0.09 ml·L－1·min－1 (5)4∶5∶4∶6
要點歸納
化學(xué)反應(yīng)速率的測定
(1)測定原理：利用化學(xué)反應(yīng)中與某一種化學(xué)物質(zhì)的濃度(或質(zhì)量)相關(guān)的性質(zhì)進行測定。
(2)測定方法
①利用能夠直接觀察的某些性質(zhì)測定：如通過測量釋放出一定體積氣體的時間來測定反應(yīng)速率，或通過測定一定時間內(nèi)氣體壓強的變化來測定反應(yīng)速率。
如氣體體積、體系壓強、顏色深淺、光的吸收、光的發(fā)射、導(dǎo)電能力等。
在溶液中，當(dāng)反應(yīng)物或生成物本身有較明顯的顏色時，人們常利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來跟蹤反應(yīng)的過程和測量反應(yīng)速率。
②利用科學(xué)儀器測量：如在溶液中，當(dāng)反應(yīng)物或生成物本身有較明顯的顏色時，可利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來跟蹤反應(yīng)的過程和測量反應(yīng)速率。
如根據(jù)釋放出氣體的體積：安裝如圖所示的兩套裝置A、B(鋅粒大小相同)，通過分液漏斗分別加入40 mL 1 ml·L－1和40 mL 4 ml·L－1的硫酸后都立即產(chǎn)生氣泡，我們可以根據(jù)①產(chǎn)生10 mL的氫氣所需要的時間，②1分鐘收集H2的體積來判斷A、B兩套裝置的反應(yīng)速率大小。
(1)由公式v＝ eq \f(Δc,Δt) 計算得到的化學(xué)反應(yīng)速率，是某一時間段的平均速率而不是瞬時速率。
(2)不論是反應(yīng)物還是生成物，其化學(xué)反應(yīng)速率值都取正值。
(3)固體或純液體(不是溶液)的物質(zhì)的量濃度可視為不變的常數(shù)，因此，一般不用固體或純液體表示化學(xué)反應(yīng)速率。
(4)同一化學(xué)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)值可能不同，但它們表示的意義完全相同，因此，要在反應(yīng)速率v后標(biāo)明具體的物質(zhì)。
典例精講
【例1】（2022秋·四川攀枝花·高二攀枝花七中?？茧A段練習(xí)）反應(yīng)在容積為2L的密閉容器中進行，1mim后，減少了0.12ml，則平均每秒濃度的變化表示正確的是
A．：B．：
C．：D．：
【答案】D
【解析】氨氣1min內(nèi)平均每秒濃度的變化是=0.001ml/L，
A．NO的濃度變化等于氨氣的濃度的變化，即為0.001ml/L，選項A錯誤；
B．H2O的濃度變化等于ml/L=0.0015ml/L，選項B錯誤；
C．氨氣的濃度變化為0.001ml/L，選項C錯誤；
D．氧氣的濃度變化為ml/L=0.00125ml/L，選項D正確；
答案選D。
【例2】（2023春·四川綿陽·高二綿陽中學(xué)校考開學(xué)考試）在密閉容器中進行A與B反應(yīng)生成C的可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率v(A)、v(B)、v(C)之間存在以下關(guān)系：v(C)=2v(A)，3v(C)=2v(B)，則該反應(yīng)可以表示為
A．A(g)+B(g)?C(g)B．2A(g)+2B(g)?3C(g)
C．A(g)+3B(g)?2C(g)D．3A(g)+B(g)?2C(g)
【答案】C
【解析】在同一化學(xué)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率，速率比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)的比。密閉容器中A(g)與B(g)反應(yīng)生成C(g)，其反應(yīng)速率分別用v(A)、v(B)、v(C)表示，它們之間有以下關(guān)系：v(C)=2v(A)，3v(C)=2v(B)，則化學(xué)方程式為A(g)+3B(g)=2C(g)，故合理選項是C。
【例3】容積固定的2L密閉容器中進行的某一可逆反應(yīng)A（g）+2B（g） 2C（g），以B的物質(zhì)的量濃度表示的反應(yīng)速度υ正、υ逆與時間的關(guān)系如圖所示，則圖中陰影部分的面積可表示

A．A的物質(zhì)的量濃度的減少B．B的物質(zhì)的量濃度的減少
C．C的物質(zhì)的量的增加D．B的物質(zhì)的量減少
【答案】B
【解析】觀察圖像，縱坐標(biāo)為B的反應(yīng)速率，橫坐標(biāo)為時間，由微分法可知，二者之積為濃度，故V(正)×t(平衡)表示B向正反應(yīng)方向進行時減少的濃度，V(逆)×t(平衡)表示B向逆反應(yīng)方向進行時增大的濃度，故陰影部分的面積表示B向正反應(yīng)方向進行時“凈”減少的濃度，再利用濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比判斷A的濃度變化；
A．濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故△c(A)=0.5△c(B)，為陰影面積的一半，選項A錯誤；
B．由上述分析可知，陰影為平衡時B的濃度減少量△c(B)，選項B正確；
C．由上述分析可知，陰影為平衡時B的濃度減少量△c(B)，選項C錯誤；
D．陰影為平衡時B的濃度減少量△c(B)，容器的體積為2L，陰影部分的面積不能表示B的物質(zhì)的量的減少量，選項D錯誤；
答案選B。
?環(huán)節(jié)二 化學(xué)反應(yīng)的速率的計算與比較
【情境材料】
物理學(xué)科中可以利用速度來描述物質(zhì)運動的快慢，化學(xué)學(xué)科中我們利用化學(xué)反應(yīng)速率來定量測量化學(xué)反應(yīng)的快慢。
【問題探究】
1．計算化學(xué)反應(yīng)速率時，我們應(yīng)該知道哪些物理量？
2．對于比較復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)速率計算，常采用“三段式法”進行計算，如下例所示：
2A(g)＋B(g)2C(g)
起始濃度/(ml·L－1) 2 1 0
轉(zhuǎn)化濃度/(ml·L－1) 2x x 2x
ns后濃度/(ml·L－1) 2－2x 1－x 2x
有v(A)＝eq \f(2x,n) ml·L－1·s－1，v(B)＝eq \f(x,n) ml·L－1·s－1，v(C)＝eq \f(2x,n) ml·L－1·s－1，B的轉(zhuǎn)化率為eq \f(x,1)×100%。
根據(jù)上面具體實例，總結(jié)“三段式法”的操作步驟。
【答案】1．起始濃度、終態(tài)濃度、反應(yīng)時間。
2．(1)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式并配平。 (2)根據(jù)題意，依次列出各反應(yīng)物和生成物的起始濃度(或物質(zhì)的量)、濃度(或物質(zhì)的量)的變化量及一段時間后的濃度(或物質(zhì)的量)，未知量可以設(shè)未知數(shù)表示。(3)根據(jù)起始濃度(或物質(zhì)的量)與一段時間后的濃度(或物質(zhì)的量)的差等于濃度(或物質(zhì)的量)的變化量，變化量之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，列出關(guān)系式計算。
要點歸納
1．化學(xué)反應(yīng)速率的計算方法——“三段式”法
(1)求解化學(xué)反應(yīng)速率計算題的一般步驟：
①寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
②找出各物質(zhì)的起始量、轉(zhuǎn)化量、某時刻量。
③根據(jù)已知條件列方程計算。
v(B)＝ eq \f(轉(zhuǎn)化濃度,Δt) ＝ eq \f(nx,mΔt)
(2)計算中注意以下量的關(guān)系：
①對反應(yīng)物：c(起始)－c(轉(zhuǎn)化)＝c(某時刻)
②對生成物：c(起始)＋c(轉(zhuǎn)化)＝c(某時刻)
③轉(zhuǎn)化率＝ eq \f(c（轉(zhuǎn)化）,c（起始）) ×100%
2．化學(xué)反應(yīng)速率大小的比較方法
同一化學(xué)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)來表示化學(xué)反應(yīng)速率時，數(shù)值可能不同，需要進行轉(zhuǎn)化。常用以下兩種方法：
(1)歸一法
(2)比值法
通過化學(xué)反應(yīng)速率與其對應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)的比值進行比較，比值大的化學(xué)反應(yīng)速率大。
如對于反應(yīng)aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，若 eq \f(v（A）,a) > eq \f(v（B）,b) ，則用A表示的化學(xué)反應(yīng)速率較大。
比較反應(yīng)速率大小時，一定注意單位是否統(tǒng)一。
典例精講
【例4】（2022秋·河南·高二校聯(lián)考階段練習(xí)）下列測量化學(xué)反應(yīng)速率的依據(jù)不可行的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【解析】A．酸性KMnO4溶液和H2C2O4溶液反應(yīng)生成Mn2+和二氧化碳，隨著反應(yīng)進行高錳酸鉀溶液褪色，可以通過記錄溶液褪色時間來測定反應(yīng)速率，A不符合題意；
B．單位時間內(nèi)產(chǎn)生的沉淀的質(zhì)量越多，則反應(yīng)速率越快，反之反應(yīng)速率越慢，測量依據(jù)可行，B不符合題意；
C．該反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，故溫度、體積一定時，反應(yīng)前后氣體總壓不變，則測量依據(jù)不可行，C符合題意；
D．單位時間內(nèi)，I-濃度減小得越多，反應(yīng)速率越快，反之，反應(yīng)速率越慢，測量依據(jù)可行，D不符合題意；
故答案選C。
【例5】（2021秋·河南駐馬店·高二統(tǒng)考期末）已知反應(yīng)：2NO2(g)(紅棕色)N2O4(g)(無色)△H＜0。將一定量的NO2充入注射器中后封口，下圖是在拉伸和壓縮注射器的過程中氣體透光率隨時間的變化(氣體顏色越深，透光率越小)。下列說法不正確的是
A．b點的操作是壓縮注射器
B．d點：v(正)< v(逆)
C．c點與a點相比，c(NO2)增大，c(N2O4)減小
D．若不忽略體系溫度變化，且沒有能量損失，則T(b)