資源簡介

第六章　化學(xué)反應(yīng)與能量
第二節(jié)　化學(xué)反應(yīng)速率與限度
第1課時　化學(xué)反應(yīng)速率
本節(jié)是必修二第六章第二節(jié)第一課時化學(xué)反應(yīng)的速率。《普通化學(xué)課程標準（2017版）》對這一節(jié)的內(nèi)容要求如下：體會從限度和快慢兩個方面去認識和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性。了解可逆反應(yīng)的含義，知道可逆反應(yīng)在一定條件下能達到化學(xué)平衡狀態(tài)。知道化學(xué)反應(yīng)平均速率的表示方法，通過實驗探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。認識化學(xué)變化是有條件的，學(xué)習(xí)運用變量控制方法研究化學(xué)反應(yīng)，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。
考慮到通過初中和高中的化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件相關(guān)，改變反應(yīng)條件（如使用催化劑）可調(diào)控反應(yīng)速率等知識已有所了解。教材中化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的內(nèi)容，以新舊兼容、詳略有別的方式編排。教材結(jié)合學(xué)生學(xué)過的相關(guān)知識，補充一些生活、生產(chǎn)中需要通過反應(yīng)條件調(diào)控反應(yīng)速率的實例，說明認識化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的重要性，并借此體現(xiàn)調(diào)控反應(yīng)速率的意義和價值。在已知催化劑這一反應(yīng)速率影響因素的基礎(chǔ)上，通過“探究”，重點引導(dǎo)學(xué)生探討反應(yīng)溫度和反應(yīng)物濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，并結(jié)合濃度影響因素，針對氣體反應(yīng)說明壓強的影響。
“探究”中安排的兩個實驗和一個討論，教材采取了學(xué)生自主參與度不同的設(shè)計。對反應(yīng)溫度的影響的探究給出了具體步驟，學(xué)生只需自主操作并觀察、比較；對反應(yīng)物濃度的影響的探究只給出探究設(shè)計提示，學(xué)生需要根據(jù)要求選擇實驗用品，設(shè)計并實施實驗。“問題與討論”則需要學(xué)生自主提出問題、進行假設(shè)、設(shè)計實驗方案。這種探究水平的進階式設(shè)計，意在體現(xiàn)一定探究性的前提下保證可操作性，同時也照顧到全國范圍內(nèi)化學(xué)教學(xué)的實際可行性。
除“探究”之外，教材還利用“思考與討論”引導(dǎo)學(xué)生探討得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的其他一些因素，如反應(yīng)物顆粒大小、反應(yīng)物接觸面積等。這樣將教材中提及的各種不同影響因素分層次處理，既突出濃度（壓強）、溫度、催化劑的影響因素等重點內(nèi)容，又不局限于這幾個因素，表明影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素還有很多。
【學(xué)習(xí)目標】
1、了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念和表示方法。
2、能夠進行化學(xué)反應(yīng)速率的簡單計算。
3、理解影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素及規(guī)律。
【核心素養(yǎng)】
1、變化觀念：認識反應(yīng)條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響（控制變量）。
2、模型認知：能用一定的理論模型說明外界條件改變對反應(yīng)速率的影響。
重點：化學(xué)反應(yīng)速率的概念及其影響因素；
難點：化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素。
多媒體、5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、大理石碎塊、冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯。
【引入】
在化學(xué)反應(yīng)的研究和實際應(yīng)用中，人們除了選擇合適的化學(xué)反應(yīng)以實現(xiàn)所期待的物質(zhì)轉(zhuǎn)化或能量轉(zhuǎn)化，還要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)進行的快慢和程度，以提高生產(chǎn)效率。
【思考與討論】
在化學(xué)實驗和日常生活中，我們經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象：有的反應(yīng)進行的快，有的進行的慢。你了解下圖涉及的化學(xué)反應(yīng)進行的快慢嗎？反應(yīng)的快慢程度與我們有什么關(guān)系？
不同的化學(xué)反應(yīng)進行的快慢千差萬別，快和慢是相對而言的，我們以上的判斷方法都是定性地描述反應(yīng)的快慢。而在科學(xué)研究和實際應(yīng)用中，往往需要定量地描述一個反應(yīng)的快慢。
什么是定性？什么是定量？
例如：我們學(xué)過物理都知道：
(1) 光的傳播速度是很快的；
(2) 光在空氣中的傳播速度3×108 m/s。
【過渡】在物理中我們是如何定量地判斷一個物體移動速度快慢的？用速度來描述：單位時間內(nèi)物體移動的距離的大小。
那么化學(xué)上又是如何定量地判斷一個化學(xué)反應(yīng)的快慢的呢？
【講解】
一、化學(xué)反應(yīng)速率
1．定義
化學(xué)反應(yīng)速率是用來衡量化學(xué)反應(yīng)過程進行的快慢的物理量。通常用單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或生成物濃度的增加量(均取正值)表示。
2．計算公式
3．單位 mol·L－1·min－1或mol·L－1·s－1
4．實例
某反應(yīng)的反應(yīng)物A濃度在5 min內(nèi)由6 mol·L－1變成了2mol·L－1，則v(A)＝ 。
【課堂練習(xí)】
1、在某一化學(xué)反應(yīng)中，生成物B的濃度在5s內(nèi)從0.5 mol/L變成2.0 mol/L，在這5s內(nèi)B的化學(xué)反應(yīng)速率為_______。
2、一個5L的容器中，盛入8.0 moL某氣體反應(yīng)物，5 min后，測得這種氣體反應(yīng)物還剩余6.8moL，這種反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率為___________。
【思考與發(fā)現(xiàn)】
反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在密閉的容器中進行，各物質(zhì)濃度隨時間變化如下：完成表格并求在2 s內(nèi)的這個反應(yīng)的平均率。
時間 N2 H2 NH3
t=0 s 2 mol/L 6 mol/L 0 mol/L
t=2 s 2 mol/L
V（B）
思考1：化學(xué)反應(yīng)速率之比與方程式中它們的計量數(shù)之比有什么關(guān)系？
思考2 ：這個反應(yīng)用哪種物質(zhì)表示時其速率最快？
【課堂練習(xí)】
3、 已知 4NH3+5O2=4NO+6H2O,則下列關(guān)系式正確的是( )
A. 4/5v(NH3)=v(O2) B.4/5v(NH3)=v(H2O)
C. 5/6v(O2)=v(H2O) D. 4/5v(O2)=v(NO)
4、反應(yīng) A + 3B = 2C + 2D 在四種不同條件下的化學(xué)反應(yīng)速率為：
(1)v(A)=0.3mol/L·s (2)v(B)=0.6mol/L·s
(3)v(C)=0.4mol/L·s (4)v(D)=0.45mol/L·s
則該反應(yīng)速率的快慢順序為 。
【思考與討論】
對于下列反應(yīng)，你是希望其反應(yīng)速率越快越好還是越慢越好？
■鋼鐵腐蝕 ■ 食物腐壞 ■ 煉鋼 ■ 合成氨
調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率常常是決定化學(xué)實驗成敗或化工生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。有哪些因素能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？
【講解】
二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
【實驗探究】
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素
【問題】我們已經(jīng)知道催化劑可以影響化學(xué)反應(yīng)速率，此外，還有哪些反應(yīng)條件會影響化學(xué)反應(yīng)的速率？
【假設(shè)】影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可能有反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度等。
【用品】5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、大理石碎塊、冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯。
(1) 反應(yīng)溫度的影響
在兩支大小相同的試管中均加入2mL5%H2O2溶液，同時滴入2滴1mol/LFeCl3，溶液。待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時，將其中一支試管放入盛有冷水的燒杯中，另一支試管放入盛有熱水的燒杯中，觀察現(xiàn)象并進行對比。
不同溫度環(huán)境 實驗現(xiàn)象
冷水
熱水
結(jié)論1：當其它條件不變時，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減小
(2) 反應(yīng)物濃度的影響
利用實驗室提供的用品，設(shè)計實驗方案并提請教師審闊，待教師同意后進行實驗（提示：探究某影響因素時，需保持其他條件因素相同）。
步驟： 。
記錄： 。
變量控制
科學(xué)研究中，對于多因素（多變量）的問題，常常采用只改變其中的某一個因素，控制其他因素不變的研究方法，使多因素的問題變成幾個單因素的問題分別加以研究，最后再將幾個單因素問題的研究結(jié)果加以綜合。這種變量控制的方法是科學(xué)探究中常用的方法。例如，以上探究在比較不同溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時，控制濃度和其他影響因素相同；而比較不同濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響時，則控制溫度和其他影響因素相同；最后綜合得出影響化學(xué)反應(yīng)速率的多種因素。
【實驗探究】濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
1、請預(yù)計大理石( CaCO3 )分別與0.1mol/L和1mol/L的鹽酸反應(yīng)的快慢。你能得出什么結(jié)論嗎？
結(jié)論2：增大反應(yīng)物的濃度反應(yīng)速率加快，減小反應(yīng)物的濃度反應(yīng)速率減慢。
2、塊狀CaCO3、粉末狀CaCO3與0.1 mol/L的鹽酸反應(yīng)誰快誰慢？為什么？
結(jié)論3：增大固體表面積可以加快反應(yīng)速率（接觸充分）。
【實驗探究】催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響
現(xiàn)象 結(jié)論
加入MnO2
加入FeCl3
不加其他試劑
結(jié)論4：加入催化劑（正）能加快化學(xué)反應(yīng)的速率。
【實驗探究】壓強對反應(yīng)速率的影響
壓強對反應(yīng)速率的影響
有氣體參加的反應(yīng)，改變壓強對反應(yīng)速率的影響實質(zhì)是改變體積，使反應(yīng)物的濃度改變。
(1)壓縮體積或充入氣態(tài)反應(yīng)物，使壓強增大，都能加快化學(xué)反應(yīng)速率。
(2)體積不變，充入不參與反應(yīng)的氣體。雖然總的壓強增大，但反應(yīng)物濃度不發(fā)生變化，故化學(xué)反應(yīng)速率不變。
【總結(jié)】
影響因素 規(guī)律
內(nèi)因 反應(yīng)物本身的性質(zhì) 反應(yīng)物的化學(xué)性質(zhì)越活潑，化學(xué)反應(yīng)速率越快；反之化學(xué)反應(yīng)速率越慢
外因 濃度 增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大；減小反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減小
溫度 升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減小
催化劑 一般地，使用催化劑能極大地加快反應(yīng)速率
固體的表面積 增大固體反應(yīng)物的表面積，化學(xué)反應(yīng)速率加快
其他 光照、溶劑、形成原電池等，也能影響化學(xué)反應(yīng)速率
【思考與討論】
下列調(diào)控反應(yīng)速率的措施或?qū)嶒炛校謩e利用或體現(xiàn)了哪些影響反應(yīng)速率的因素？
（1）向爐膛內(nèi)鼓風(fēng)，用煤粉代替煤塊可以使爐火更旺。
（2）把食物存放在冰箱里，在糕點包裝內(nèi)放置除氧劑可以延長食品保質(zhì)期。
（3）做化學(xué)實驗時，為加速反應(yīng)的進行，通常將塊狀或顆粒狀的固體藥品研細并混勻，或者將固體試劑溶于水配成溶液后再進行實驗。
（4）鐵在空氣中和在純氧中反應(yīng)的劇烈程度明顯不同。
科學(xué)·技術(shù)·社會
神奇的催化劑
催化劑是現(xiàn)代化學(xué)中關(guān)鍵而神奇的物質(zhì)之一。據(jù)統(tǒng)計，有80%以上的化工生產(chǎn)過程（如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合，煤、石油、天然氣的綜合利用，等等）使用了催化劑，目的是增大反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。在資源利用、能源開發(fā)、醫(yī)藥制造、環(huán)境保護等領(lǐng)域，催化劑有著廣泛的應(yīng)用。催化劑十分神奇，它能極大地提高化學(xué)反應(yīng)速率（可使反應(yīng)速率增大幾個到十幾個數(shù)量級），而自身的組成、化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量在反應(yīng)前后不發(fā)生變化；它和一些反應(yīng)體系的關(guān)系就像鑰匙與鎖的關(guān)系，具有一定的選擇性。
生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)（如淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)的水解，DNA的復(fù)制等）都是由生物體內(nèi)存在的特殊催化劑——酶所催化的。酶比一般的催化劑具有更高的選擇性和催化效率，而且是在正常體溫的條件下發(fā)生作用，反應(yīng)條件溫和。受酶的啟示，科學(xué)家開牌了設(shè)計和合成催化劑的新途徑，正在研制具有生物酶某些特性的化學(xué)酶，以期實現(xiàn)“仿酶催化”。催化劑的神奇面紗至今尚未完全揭開，對催化劑的研究是當代化學(xué)一個極具魅力和應(yīng)用前景的重要課題。
【課堂練習(xí)】
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．化學(xué)反應(yīng)速率可以用單位時間內(nèi)生成某物質(zhì)的質(zhì)量的多少來表示
D．化學(xué)反應(yīng)速率常用單位有mol·L－1·s－1和mol·L－1·min－1
2．一定條件下，分別對反應(yīng)C(s)＋CO2(g)2CO(g)進行如下操作(只改變該條件)：①升高反應(yīng)體系的溫度；②增加反應(yīng)物C的用量；③縮小反應(yīng)體系的體積；④減少體系中CO的量。上述措施中一定能使反應(yīng)速率顯著變大的是(　　)
A．①②③④ B．①③④
C．①② D．①③
3．已知合成氨反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，其濃度數(shù)據(jù)如下：
N2 H2 NH3
起始濃度/mol·L－1 1.0 3.0 0
2 s末濃度/mol·L－1 0.6 1.8 0.8
當用氨氣濃度的增加來表示該化學(xué)反應(yīng)的速率時，其速率為(　　)
A．0.2 mol·L－1·s－1 B．0.4 mol·L－1·s－1
C．0.6 mol·L－1·s－1 D．0.8 mol·L－1·s－1
4．把下列四種X溶液分別加入四個盛有10 mL 2 mol·L－1鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50 mL，此時，X和鹽酸緩慢地進行反應(yīng)，其中反應(yīng)最快的是(　　)
A．10 ℃ 20 mL 3 mol·L－1的X溶液
B．20 ℃ 30 mL 2 mol·L－1的X溶液
C．20 ℃ 10 mL 4 mol·L－1的X溶液
D．10 ℃ 10 mL 2 mol·L－1的X溶液
5．實驗室用鋅粒與2 mol·L－1硫酸溶液制取氫氣，下列措施不能增大化學(xué)反應(yīng)速率的是(　　)
A．用鋅粉代替鋅粒
B．改用3 mol·L－1硫酸溶液
C．改用熱的2 mol·L－1硫酸溶液
D．向該硫酸溶液中加入等體積的水
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