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(共39張PPT)
第二節化學反應的速率和限度
你了解下圖涉及的化學反應進行的快慢嗎 反應的快慢程度與我們有什么關系
牛奶變質
圖 6-15 快慢差別很大的化學變化
思考與討論
溶洞形成
鐵橋生鑄
爆炸
一、化學反應速率
(一)定義：
通常用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度 的增加量(均取正值)來表示
(二)表示方法：
△c:某一反應物濃度的減少或生成物濃度的增加，常用單位：mol/L △t:時間，常用單位：s 或min
v:化學反應速率，常用單位：mol/(Ls)或mol/(L ·min)
舉例：某反應的反應物濃度在5min 內由6mol/L變成了2mol/L,則 以該反應物濃度的變化表示的該反應在這段時間內的平均反應速 率為0.8mol/(L.min)
(三)意義：衡量化學反應進行快慢的物理量
(四)注意事項：
1、同一反應，用不同物質表示的反應速率其數值可 能不同，但表示的意義相同，即表示整個化學反應 的快慢，故表示一個化學反應的反應速率時，必須 指明是用哪種物質來表示
2、化學反應速率沒有負值，均取正值
3、化學反應速率是一段時間內的平均反應速率，而
不是某一時刻的瞬時反應速率
4、反應方程式中各物質的化學計量數之比等于各物質 的化學反應速率之比，等于變化的濃度之比，等于 變化的物質的量之比。例如：aA+bB— cC+ dD
a:b:c:d=vA:Vp:Vc:Vp=△cA:△cp:△cc: △cp=△nA:△np: △nc: △np
5、固體或純液體(不是溶液),其濃度可視為常數，
因此一般不用固體或純液體表示反應速率
(五)比較大小：
1、方法一：比較大小時，要先轉化為同一 物質的化學反應速率，再進行比較
例：反應：3A(g)+B(g)—2C(g)+2D(g), 在不同條件
下，用不同物質表示其反應速率，分別為①v(A)=0.6
mol·L-1·min-1 ②v(B)=0.45 molL-1·min-1 ③v(C)
此反應在不同條件下進行最快的是(C)
A.③B.①C.④D.②
=0.015 mol-L-1 min-1 ④v(D)=0.15 mol-L-1.s-1,則
2、方法二：比較大小時，可以比較速率與計量數 的比值。例如：比較aA+bB—cC+dD 中A 與B 的速率大小，可比較 的大小，若
則A的速率大于B的速率
例.對于反應2A(g)+B(g)— 3C(g)+4D(g),下列表示的反
) ( )-1.s-1 B.v(B)=0.3 mol·L-1.s-1
注：兩種方法都要注意時間單位的轉化
L
B
mol
的是
A
率
v(
速
A
應
C.v(C)=0.8 mol L-1.s-1 D.v(D)=1 mol L-1.s-1
(六)計算——“三段式”
1、寫出有關反應的化學方程式
2、設未知數，列出各物質的起始量、轉化量、 某時刻(或平衡)量
3、根據已知條件得出各物質的轉化濃度 (△c)
4、根據速率的計算公式計算反應速率
mA(g)+nB(g)—pC(g)
a b C
px
X
m
a 一 X C 十
例如：化學方程式
起始濃度(mol·L- )
轉化濃度(mol·L- )
t s時的濃度(mol·L- )
說明：其中的“量”:常用物質的量、物質的量濃度、體積
5、幾個常用量的計算公式：
(1)轉化率的計算：
(3)各組分的百分含量：
說明：其中的“量”:常用物質的量、物質的量濃度、體積
例題.在容積可變的密閉容器中，4 mol N 和 8 mol H 在一定條件下發生反應，達到平衡 時 ，H 的轉化率為75%,則平衡時氮氣的體 積分數接近于( D)
●A.5% B.10 %C.15%D.25%
(2)產率的計算：C 的
身
(印正侖道
催化劑
2
高溫高壓
起 始 2mol 8mol
反應2/3mol 8×25%=2mol 平 衡 4 / 3mol 6mol
例如：化學方程式 起始濃度(mol·L- ) 轉化濃度(mol·L- ) t s時的濃度(mol·L- ) mA(g)+nB(g)—pC(g) a x a 一 x
例題.在容積可變的密閉容器中，2 mol N 和 8 mol H 在一定條件下發生反應，達到平衡 時 ，H 的轉化率為25%,則平衡時氮氣的體 積分數接近于(C)
A.5%B.10%C.15%D.20%
2 TH
0mol
4/3mol
4/3mol
b
探究
影響化學反應速率的因素
【 問 題 】
我們已經知道催化劑可以影響化學反應速率，此外，還有哪些反應條件會影響 化學反應的速率
【 假 設 】
影響化學反應速率的因素可能有反應溫度、反應物濃度等。
【 用 品 】
5%H O 溶液、1 mol/L FeCl 溶液、0.1 mol/L 鹽酸、1 mol/L 鹽酸、大理石碎塊、 冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯。
【 實 驗 】
(1)反應溫度的影響
在兩支大小相同的試管中均加入2 mL 5%H O 溶液，同時滴入2滴1 mol/L FeCl 溶液。待試管中均有適量氣泡出現時，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，觀察現象并進行對比
不同溫度環境
實驗現象
冷水
產生氣泡的速率較慢
熱水
產生氣泡的速率較快
(2)反應物濃度的影響
利用實驗室提供的用品，設計實驗方案并提請教師審閱，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 ： 在兩支大小相同的試管中均加入質量相等、表面積相等的大理石碎塊，分別加 入5ml,0.1mol/L的鹽酸和5ml,1mol/L的鹽酸，觀察現象并進行對比。
記錄：
影響因素
如何影響
催化劑
催化劑可以改變化學反應速率
溫度
升高溫度，化學反應速率加快；降低溫度，化學反應速率減慢
反應物濃度
增大反應物濃度，化學反應速率加快；減小反應物濃度，化學反應速率減
不同濃度環境
實驗現象
0.1mol/L的鹽酸
產生氣泡的速率較慢
1mol/L的鹽酸
產生氣泡的速率較快
【結論】
慢
【問題和討論】
影響化學反應速率的因素還可能有哪些 請選擇其中一個因素，設計實驗驗證方 案，與同學交流。
實驗步驟：取兩支大小相同的試管，分別加入1g 塊狀碳酸鈣和 1g 粉末狀碳酸鈣，同時向兩支試管中滴加10ml,1mol/L 的鹽酸， 觀察現象并進行對比
實驗現象：加碳酸鈣粉末的試管內產生氣泡的速率較快，加塊 狀碳酸鈣的試管內產生氣泡的速率較慢。
實驗結論：其他條件相同時，固體反應物表面積越大，化學反應 速率越快
實驗活動7
化學反應速率的影響因素
【實驗目的】
1.體驗濃度、溫度和催化劑對化學反應速率的影響。
2.理解改變反應條件可以調控化學反應的速率。
【實驗原理】
1.硫代硫酸納與硫酸的反應
硫代硫酸鈉與硫酸反應會生成不溶于水的硫：
NaS0 +HS0,=Na50 +50 '+S,+HO
反應生成的硫使溶液出現乳白色渾濁，比較渾濁現象出現所需時間的長短，可以判斷 該反應進行的快慢。在不同濃度和溫度條件下分別進行上迷反應，并比較其反應快慢，可 以看出反應物濃度和溫度對該反應速率的影響。
2.過氧化氫分解會產生氧氣，在有或無催化劑存在下進行對比實驗，通過觀察氧氣
產生的快慢可以看出催化劑對該反應速率的影響
【實驗用品】
燒杯、試管、量簡、試管架、膠頭滴管、溫度計、藥匙、秒表
0.1 molL Na S.0,溶液、0.1 molL HS0,溶波、10%HO 溶液、1 molL FeCl,溶液、 MnO 粉末、蒸餾水。
3.催化劑對化學反應速率的影響 較慢
向三支大小相同的試管中各加入2mL 10%H O 溶液，再向其中的兩支試管中分別加 入少量MnO 粉末和2滴1 mol/L FeCl,溶液。觀察、比較三支試管中氣泡出現的快慢。
較快 較快
【問題和討論】
在通常情況下，鐵與冷水或熱水都不發生反應，但紅熱的鐵與水蒸氣則可發生反應， 生成Fe,O 和 H 。試從反應條件的角度思考并解釋這一事實。
這是因為反應溫度高，反應速率大，且反應物水為氣態，鐵與水蒸氣的 接觸面積大，反應速率大，說明反應條件及反應物的狀態對化學反應速 率有重要影響。
實驗 編號 加入0. 1 mol/L Na S O 溶液的體積 mL 加入0.1 mol/LH SO 溶液的體積 水浴溫度 ℃
出現渾濁的 快慢
mL
1 2 2 25
較慢
2 2 2 50
較快
實驗 編號 加入0. 1 mol/LNa,S O 溶液的體積 加入水 的體積 加入0. 1mol/LH SO 溶液的體積
出現洋油的快慢
mL
mL mL
1 2 0 2
較快
2 1 1 2
較慢
【實驗步驟】 △△
1.濃度對化學反應速率的影響
取兩支大小相同的試管，分別加入2mL 和1 mL0.1 mo/L NaS O 溶液，向盛有1 mL Na,S O,溶液的試管中加入I mL蒸館水，搖勻。再同時向上述兩支試管中加入2mL0.1 molL H SO 溶液，振蕩。觀察、比較兩支試管中溶液出現渾濁的快慢。
2.溫度對化學反應速率的影響
取兩支大小相同的試管，各加入2 mL 0.1 mol/LNa S O 溶液，分別放入盛有冷水和 熱水的兩個燒杯中。再同時向上迷兩支試管中加入2 mL 0.1 mo/L H SO 溶液，振蕩。觀 察、比較兩支試管中溶液出現渾濁的快慢。
方法導引
變量控制
科學研究中，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果 加以綜合。這種變量控制的方法是科學探究中常用的 方法。例如，以上探究在比較不同溫度對化學反應速 率的影響時，控制濃度和其他影響因素相同；而比較 不同濃度對化學反應速率的影響時，則控制溫度和其 他影響因素相同；最后綜合得出影響化學反應速率的 多種因素
(七)影響因素：
1、內因：反應物本身的性質：化學鍵的強弱 與化學性質
2、外因：
(1)濃度：增大濃度，化學反應速率增大
注：1、改變固體或純液體的量，對化學反應速率無影響
2、增加固體接觸面積(將固體研碎)或加快液體擴 散速率(對反應物進行攪拌),均可以提高化學 反應速率
(2)壓強：對于有氣體參加的反應，壓強越 大，化學反應速率越快
①恒溫恒容時：
I、充入反應物氣體→濃度增大→速率增大
IⅡ、充入“惰性氣體”→總的壓強增大，但各氣體分壓 不變，即濃度不變→速率不變
②恒溫恒壓時：
充入惰性氣體→體積增大→濃度減小→速率減慢
注：壓強的改變實際上是體積的改變引起濃度的改變， 從而對化學反應速率產生影響，如果壓強的改變不能 引起濃度變化，則不會對速率產生影響
圖6-16 壓強增大，氣體濃度增大
(3)溫度：升高溫度，化學反應速率加快
(4)催化劑： 一 般是加快反應速率。使用
時要注意溫度及防止催化劑中毒 特點：
1 、催化劑在化學變化中能改變化學反應速率，但 不能改變反應物的轉化率，也不能使本來不發
生的反應發生
2、催化劑本身在反應前后自身的組成、化學
性質和質量不變，但物理性質可以發生改變
3、催化劑對一個反應有催化作用，對另一個反 應不一定有催化作用，即催化劑具有專一
性，沒有萬能催化劑
4、催化劑分正催化劑和負催化劑。正催化劑能加 快化學反應速率，負催化劑能減慢化學反應速 率。若無特別說明，催化劑是指正催化劑
科 學·技術 · 社會
神奇的催化劑
催化劑是現代化學中關鍵而神奇的物質 之一。據統計，有80%以上的化工生產過程 (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 速率，提高生產效率。在資源利用、能源開 發、醫藥制造、環境保護等領域，催化劑有 著廣泛的應用。催化劑十分神奇，它能極大 地提高化學反應速率(可使反應速率增大兒 個到十幾個數量級),而自身的組成、化學 性質和質量在反應前后不發生變化；它和一 些反應體系的關系就像鑰匙與鎖的關系，具 有一定的選擇性。
生物體內幾乎所有的化學反應(如淀 粉、脂肪、蛋白質的水解，D NA的復制等) 都是由生物體內存在的特殊催化劑——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
下發生作用，反應條件溫和。受酶的啟示， 科學家開辟了設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酶，以 期實現“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 一個極具魅力和應用前景的重要課題。
圖6-17 氨氧化法制硝酸使用的網狀 鉑-鈀-銠合金催化劑
(5)其他因素：光輻射、放射線輻照、 超聲波、電弧、強磁場、高速研磨等 也能影響化學反應速率
下列調控反應速率的措施或實驗中，分別利用或體現了哪些影響反應速率的因素
(1)向爐膛內鼓風，用煤粉代替煤塊可以使爐火更旺。
(2)把食物存放在冰箱里，在糕點包裝內放置除氧劑可以延長食品保質期。
(3)做化學實驗時，為加速反應的進行，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的劇烈程度明顯不同
(1)反應物的濃度、反應物的接觸面積
(2)溫度、反應物的濃度
(3)反應物的接觸面積
(4)反應物的濃度
思考與討論
二、化學反應限度
(一)可逆反應：
1、定義：在同一條件下，正反應方向和逆反應方向均
能進行的化學反應稱為“可逆反應”
2、舉例：Cl +H O=HCl+HCIO
3、特點：
(1)反應物、生成物同時存在，正逆反應同時存在和進行
(2)正逆反應發生條件相同
(3)任一反應物的轉化率小于100%,反應難以進行到底， 存在平衡狀態
(4)能量轉化互逆，即若正反應為放熱反應，則逆反應就 是吸熱反應
(5)用“—”連接
(二)不可逆反應：
在一定條件下，幾乎只能向一定方向(向 生成物方向)進行的反應。
HCl+AgNO =AgClJ+HNO
3、定義：一定條件下的可逆反應，當反應進行
到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，
反應物的濃度和生成物的濃度不再改變，達到一 種表面靜止的狀態，我們稱為“化學平衡狀態”, 簡稱“化學平衡”
(三)化學平衡：
1、研究對象：可逆反應
2、建立：
4、特點——逆、等、動、定、變
(1)逆：研究對象是可逆反應
(2)等：平衡時，同一物質的正逆反應速率相等即v正=V逆
(3)動：化學平衡是動態平衡，即達平衡時正逆反應仍 在進行，只不過同一物質的v正=V逆
(4)定：在平衡體系的混合物中，各組分的含量 (物質 的量、質量、濃度、質量百分數、物質的量百 分數、體積百分數等)保持一定
( 5 ) 變：任何化學平衡狀態均是暫時的，相對的，有條 件的，與達平衡的過程無關(即化學平衡狀態 既可以從正反應方向開始達平衡，也可以從逆 反應方向開始達平衡，還可以從正逆兩個方向 開始達平衡)當外界條件變化時，原來的化學 平衡也會發生相應的改變，直至在新的條件下 建立新的平衡狀態
注：化學平衡狀態是在一定條件下可逆反應所能達到
的最大程度，即該反應進行的限度?；瘜W反應的 限度決定了反應物在該條件下的最大轉化率
5、判斷達化學平衡的標志
(1)用速率判斷：
方法：先找出正、逆反應速率，再看物質
若同一物質，則正逆速率相等
若不同物質，則速率之比=系數之比
例：一定溫度下，可逆反應A(g)+3B(g) = 2C(g)未達到平衡的是()
A.C 的生成速率與C 的分解速率相等
B. 單位時間內生成n mol A的同時消耗4n mol B
C.A 、B 、C的濃度不再變化
D.C 的百分含量達到最大值
答案 B
(2)用含量判斷：如果該物理量只有在平衡時保持不變，
就可以用該物理量判斷達平衡
①平衡時，各組分的物質的量、質量、濃度、體積、物質的 量分數、質量分數、體積分數、轉化率、產率都不變
②對于有固態、液態、氣態不同狀態物質參與的反應，混合氣 體的總質量不變，或混合氣體的密度不變，都可以判斷達平衡
③對于反應前后氣態物質前面的總系數發生改變的反應，混合 氣體的總物質的量不變，或混合氣體的摩爾質量不變，或混合 氣體的壓強不變都可以用來判斷達平衡
(3)若反應中有顏色變化，則顏色不變時，可認為已達平衡 (4 )絕熱的恒容反應體系中溫度保持不變，說明已達平衡
1.可逆反應2NO (g)—2NO(g)+O (g) 在體積固定 的密閉容器中進行，達到平衡狀態的標志是( )
①單位時間內生成n mol O 的同時生成2n mol NO
②單位時間內生成n mol O 的同時生成2n mol NO
③用NO 、NO 、O 表示的反應速率的比為2:2:1 的狀態
④混合氣體的顏色不再改變的狀態
⑤混合氣體的密度不再改變的狀態
⑥混合氣體的壓強不再改變的狀態
⑦混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態
B.②③⑤⑦
D. 全部
A.①④⑥⑦
C.①③④⑤
答案 A
2. 一 定 溫度下，在 一 容積不變的密閉容器中發生可 逆反應2X(g) 一 Y(g)+Z(s), 以下不能說明該反應
達到化學平衡狀態的是( c )
A. 混合氣體的密度不再變化
B. 反應容器中Y的質量分數不變
C.X 的分解速率與Y的消耗速率相等
D. 單位時間內生成1 mol Y的同時生成2 mol X
3.一定溫度下，在容積恒定的密閉容器中進行如下反應： A(s)+2B(g)—C(g)+D(g)。 當下列物理量不發生變化時， 能表明該反應已達到平衡狀態的是 (②④)
①混合氣體的總物質的量
②B的物質的量濃度
③容器內氣體的壓強
④混合氣體的密度
三、化學反應條件的控制
(一)控制反應條件的意義
1、促進有利的化學反應：
提高反應速率，提高反應物的轉化率即原料的利用率
2、抑制有害的化學反應：
降低反應速率，控制副反應的發生，減少甚至消除有 害物質的產生
(二)控制反應條件的基本措施
1、控制反應速率的措施：改變溫度、溶液的濃度、氣體 壓強(或濃度)、固體表面積 及使用催化劑
2、控制轉化率的措施：改變溫度、溶液濃度、
氣體壓強(或濃度)
(三)化工生產中控制反應條件的原則
1、原則：在化工生產中，為了提高反應進行的程度而調控反應條 件 時 ，需要考慮控制反應條件的成本和實際可能性
2、舉例：合成氨工業通常選擇在400-500℃,10-30MPa 下進行
思 考 與 討 論
為 提 高 燃 料 的 燃 燒 效 率 ， 應 如 何 調 控 燃 燒 反 應 的 條 件 ( 提 示 ： 可 以 從 以 下 幾 方 面 考 慮 ， 如 燃 料 的 狀 態 、 空 氣 用 量 、 爐 膛 材 料 、 煙 道 廢 氣 中 熱 能 勺 利 用 ， 等 等 。 )
影響燃料燃燒效率的條件 措施
作用
燃料的狀態 固體粉碎或制成漿狀或霧 化，以增大接觸面積
提高能量轉化率
空氣用量 適當過量
爐膛材料 經久耐用、耐高溫、隔熱 的材料
提高熱量利用率
煙道廢氣中熱能的利用 用余熱產生水蒸氣，可用 于水浴、發電、供暖等
生產中煉制生鐵所需焦炭的實際用量，
遠高于按照化學方程式計算所需的量，而且 從高爐爐頂出來的氣體中總是含有沒有利用 的CO 。 開始，煉鐵工程師們認為是CO 與 鐵礦石接觸不充分造成的，于是設法增加 高爐的高度。然而，令人吃驚的是，高爐 增高后，高爐尾氣中CO 的比例竟然沒有改 變。這成了煉鐵技術中的科學懸念，人們一 直在探究其中的原因。直到19世紀下半葉，
法國化學家勒夏特列( H.-L.Le Chatelier, 1850—1936)經過深入的研究，才將這 一 謎底揭開。原來，產生上述現象的原 因 是：C+CO ——2CO 是 一 個可逆反應， 并且自下而上發生在高爐中有焦炭的地方。 后來的研究證明，在高爐中Fe O 與CO 反 應 也不能全部轉化為Fe 和CO
科學史話
煉鐵高爐尾氣之謎
高爐煉鐵的主要反應是：
其中產生CO 的反應是：
圖6-19 首鋼煉鐵高爐
(三)有關化學反應速率和反應限度圖像的分析
一、步驟
一看——看圖像：
1看面：弄清楚橫縱坐標所表示的含義
2看線：弄清楚線的走向和變化趨勢
3看點：弄清楚曲線上點的含義，特別是曲線上的拐點、 交點、起點、終點
4看輔助線：作橫軸或縱軸的垂直線
(如等溫線、等壓線、平衡線等)
5看量的變化：弄清楚是物質的量的變化、濃度變化， 還是轉化率的變化
二想——想規律：聯想外界條件對化學反應
速率的影響規律
三判斷：利用有關規律，結合圖像，通過對比 分析，做出正確判斷
根據物質的量(或濃度)—時間圖像， 找出起始投料的各物質的物質的量，
如果其物質的物質的量從零開始增加， 說明反應起始未加該物質，該物質是 生成物；然后分析一段時間后某物質 的物質的量(或濃度)的變化，由此 能計算反應物的轉化率，這段時間內 各物質的反應速率，進一步依據各物 質的速率關系還能得出反應的方程式 等；曲線達到平臺，即某物質的物質 的量(或濃度)不再變化，故反應達 到平衡狀態
二、化學反應速率圖像題的一般類型
1、物質的量(或濃度)—時間 (n-t 或c-t) 圖像
分清反應物和生成物，濃度減小的是反應物，濃 度增大的是生成物，生成物多數是以原點為起點。
濃度(物質的量)變化量之比=計量系數之比
看右圖：
寫反應方程式
2A+ 1B= 3C
(6)在密閉容器里，通入a mol A(g) 、b mol B(g) 、c mol C(g),發 生上述反應，當改變下列條件時，反應速率會減小的是①③ (填序號)。
①降低溫度
②加入催化劑
③增大容器體積
(3)該反應的化學方程式為2A+B=2C 0
(4)反應開始至2 min 時，
B的平均反應速率為0.1 mol-L-1 ·min-1 0
(5)能說明該反應已達到平衡狀
態的是 b (填字母)。
a.v(A)=2v(B)
b.容器內壓強保持不變
c.2v逆(A)=v 正(B)
d.容器內混合氣體的密度保持不變
例題：某可逆反應在體積為5L 的密閉容器中進行，0～3 min 內 各物質的物質的量的變化情況如圖所示(A、B、C 均為氣體)。
物質的量/mol

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