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專題6　化學(xué)反應(yīng)與能量變化
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|第一單元　化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)限度 |
第1課時(shí)　化學(xué)反應(yīng)速率
1．通過(guò)探究雙氧水的分解，知道可以定量衡量化學(xué)反應(yīng)的快慢。
2．在問(wèn)題解決中，感受化學(xué)反應(yīng)速率的研究在生產(chǎn)、生活中的重要作用。
素材1　定性感知化學(xué)反應(yīng)的快慢。
【提問(wèn)】　請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)談?wù)剬?duì)不同化學(xué)反應(yīng)快慢的認(rèn)識(shí)。
【討論】　溶洞的形成很慢，炸藥的爆炸極快，鋼鐵的生銹比較慢，塑料的降解很慢。我們所用的快餐盒在自然界中多長(zhǎng)時(shí)間會(huì)分解完？如果是用不可降解的塑料做的快餐盒，恐怕在自然界中200～300年都不會(huì)分解；如果是用可降解塑料做的快餐盒，3個(gè)月以上就能被環(huán)境分解完。
素材2　定量衡量草酸溶液和酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)的快慢。
【實(shí)驗(yàn)1】　向0.01mol·L－1酸性高錳酸鉀溶液中滴加0.15mol·L－1草酸溶液。
已知：① 2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O；
② MnSO4溶液接近無(wú)色。
【問(wèn)題1】　實(shí)驗(yàn)中有哪些明顯的現(xiàn)象？若要定量衡量該反應(yīng)的快慢，需要哪些數(shù)據(jù)？
【實(shí)驗(yàn)2】　測(cè)量并記錄40mL 0.001mol·L－1酸性高錳酸鉀溶液與40mL 0.1mol·L－1草酸溶液的反應(yīng)過(guò)程中，KMnO4溶液濃度的數(shù)值。
時(shí)刻/min 0 12 20 24 27
c(KMnO4)/(10－4mol·L－1) 5.00 3.36 1.04 0.16 0.10
【問(wèn)題2】　如何利用上表所給數(shù)據(jù)算出不同時(shí)間間隔內(nèi)，KMnO4的平均反應(yīng)速率？
問(wèn)題一　如何正確理解化學(xué)反應(yīng)速率？
化學(xué)反應(yīng)速率可以用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或者生成物濃度的增加來(lái)表示。
(1) v＝表示的是用物質(zhì)的量濃度的變化值除以反應(yīng)經(jīng)歷的時(shí)間。
(2) 無(wú)論是用反應(yīng)物濃度的減少還是用生成物濃度的增加來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率，都取正值。
(3) 化學(xué)反應(yīng)速率指的是某一段時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率，不是指某一時(shí)刻的瞬時(shí)速率。
(4) 由于化學(xué)反應(yīng)涉及的反應(yīng)物、生成物有多種，所以表示一個(gè)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，必須指明具體的物質(zhì)。
(5) 一定溫度下，由于固體和純液體單位體積的物質(zhì)的量不會(huì)改變(可視為常數(shù))，即它們的物質(zhì)的量濃度為常數(shù)，因此一般不用固體和純液體來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率。
問(wèn)題二　化學(xué)反應(yīng)速率大小的比較。
(1) 定性比較
通過(guò)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(如反應(yīng)的劇烈程度、產(chǎn)生氣泡或沉淀的快慢等)來(lái)定性判斷化學(xué)反應(yīng)的快慢。
(2) 定量比較
對(duì)于反應(yīng)mA＋nB===pC＋qD(A、B、C、D都是氣體)，存在關(guān)系：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
歸一法：利用上述關(guān)系將不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率轉(zhuǎn)換成相同的物質(zhì)、相同的單位，再比較數(shù)值大小。如A＋3B===2C(A、B、C均為氣體)，在不同情況下，v(A)＝0.6mol·L－1·s－1, v(C)＝0.9mol·L－1·s－1，利用化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，將v(C)轉(zhuǎn)換成v(A)則為0.45mol·L－1·s－1，故用v(A)表示的反應(yīng)速率比用v(C)表示的反應(yīng)速率大。
比值法：比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)的比值。如反應(yīng)mA＋nB===pC＋qD(A、B、C、D都是氣體)，若要通過(guò)v(A)、v(B)比較該反應(yīng)的快慢，就需要比較與的相對(duì)大小，若＞，則用v(A)表示的反應(yīng)速率比用v(B)表示的反應(yīng)速率大。
　某化學(xué)反應(yīng)中，在10s內(nèi)反應(yīng)物A的濃度從0.8mol·L－1變?yōu)?.2mol·L－1。這10s內(nèi)A的平均化學(xué)反應(yīng)速率為(　C　)
A．0.02mol·L－1 B．0.02mol·L－1·s－1
C．0.06mol·L－1·s－1 D．0.06mol·L－1·min－1
【解析】　v(A)＝＝＝0.06mol·L－1·s－1。
【素養(yǎng)要求】　能理解化學(xué)反應(yīng)速率的定義。
　將一定量A、B置于容積為2L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)A＋4B===2C(A、B、C 均為氣體)，反應(yīng)進(jìn)行到4s末，測(cè)得A為0.5mol, B為0.8mol, C為0.2mol。則用反應(yīng)物B濃度的減少表示的反應(yīng)速率為(　D　)
A．0.025mol·L－1·s－1 B．0.0125mol·L－1·s－1
C．0.1mol·L－1·s－1 D．0.05mol·L－1·s－1
【解析】　由題可知，Δc(C)＝＝＝0.1mol·L－1, v(C)＝＝＝0.025mol·L－1·s－1。 同一反應(yīng)中，用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率，其比值等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。＝， v(B)＝2v(C)＝2×0.025mol·L－1·s－1＝0.05mol·L－1·s－1。
【素養(yǎng)要求】　能運(yùn)用定量手段說(shuō)明物質(zhì)的變化。
　在反應(yīng)A＋2B 3C＋D(A、B、C、D均為氣體)中，下列化學(xué)反應(yīng)速率表示的反應(yīng)最快的是(　D　)
A．v(A)＝0.5mol·L－1·s－1 B．v(B)＝0.5mol·L－1·s－1
C．v(C)＝0.6mol·L－1·s－1 D．v(D)＝0.6mol·L－1·s－1
【解析】　以物質(zhì)A為標(biāo)準(zhǔn)表示反應(yīng)速率，有＝， B項(xiàng)表示的反應(yīng)速率v(A)＝0.25mol·L－1·s－1; ＝， C項(xiàng)表示的反應(yīng)速率v(A)＝0.2mol·L－1·s－1; ＝， D項(xiàng)表示的反應(yīng)速率v(A)＝0.6mol·L－1·s－1。所以物質(zhì)D表示的化學(xué)反應(yīng)速率最大。
【素養(yǎng)要求】　能從反應(yīng)快慢角度解釋簡(jiǎn)單的化學(xué)現(xiàn)象，并能用定量手段說(shuō)明物質(zhì)的變化。
*選做強(qiáng)化題　化學(xué)反應(yīng)速率可以用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)的快慢。
(1) 在反應(yīng)A＋3B===2C(A、B、C均為氣體)中，以物質(zhì)A表示該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為0.2mol·L－1·min－1，則以物質(zhì)B表示此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率為__0.6__mol·L－1·min－1。
(2) 在2L密閉容器中，充入2mol N2和3mol H2，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)N2＋3H2 2NH3。 3s后測(cè)得N2為1.9mol，則以H2的濃度變化表示的反應(yīng)速率為__0.05__mol·L－1·s－1。
(3) 將10mol A和5mol B放入容積為10L的密閉容器中，某溫度下發(fā)生反應(yīng)：3A＋B===2C(A、B、C均為氣體)。在最初2s內(nèi)，A的平均反應(yīng)速率為0.06mol·L－1·s－1，則在2s末時(shí)，容器中有__8.8__mol A，此時(shí)C的物質(zhì)的量濃度為__0.08__mol·L－1。
【解析】　(1) 在同一個(gè)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，其比值等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。在反應(yīng)A＋3B===2C中，＝， v(B)＝3v(A)＝3×0.2mol·L－1·min－1＝0.6mol·L－1·min－1。
(2) 解法一：3s內(nèi)消耗N2的物質(zhì)的量為2mol－1.9mol＝0.1mol，根據(jù)化學(xué)方程式N2＋3H2 2NH3，可知3s內(nèi)消耗的H2的物質(zhì)的量為0.3mol。Δc(H2)＝＝＝0.15mol·L－1, v(H2)＝＝＝0.05mol·L－1·s－1。
解法二：先算出以N2表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(N2)＝＝mol·L－1·s－1，再根據(jù)在同一個(gè)反應(yīng)中，用不同物質(zhì)來(lái)表示反應(yīng)速率時(shí)，其比值等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，算出以H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(H2)＝3v(N2)＝mol·L－1·s－1×3＝0.05mol·L－1·s－1。
(3) 　　　　　　　　　　　3A　　?。　　　　　===　　2C
起始濃度/(mol·L－1) 　1.0 　0.5 　　　　　0
轉(zhuǎn)化濃度/(mol·L－1) 0.06×2＝0.12 　0.04 　　　　0.08
2s時(shí)濃度/(mol·L－1) 1.0－0.12＝0.88 0.5－0.04＝0.46 0.08
則2s時(shí)，n(A)＝0.88mol·L－1×10L＝8.8mol, c(C)＝0.08mol·L－1。
【素養(yǎng)要求】　能根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)概括化學(xué)變化發(fā)生的特征與規(guī)律。

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