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第二章 化學反應速率與化學平衡
第一節 化學反應速率
第1課時 化學反應速率及影響因素
學習目標
1.知道化學反應速率的表示方法，了解測定化學反應速率的方法，能進行化學反應速率的簡單計算。
2.通過實驗探究，學習運用變量控制的方法研究化學反應速率；了解反應條件對化學反應速率影響的一般規律，能運用規律解釋生產、生活和科學實驗中的實際問題。
有些化學反應人們希望能快一些
合成氨
工業煉鐵
新課導入
調控化學反應速率具有重要的意義
有些化學反應人們希望其越慢越好
塑料老化
鋼鐵生銹
新課導入
如何衡量化學反應的快慢呢？
問題思考
如何衡量化學反應的快慢呢？
冒氣泡快慢
顏色變化快慢
固體減少的快慢
出現渾濁的快慢
溫度變化
定性角度（只能粗略地估計化學反應進行的快慢）
問題思考
單位時間冒氣泡的個數
顏色變化到某一色度所需時間
固體物質徹底消失的時間
不再生成沉淀所需時間
變化相同溫度所需時間
如何衡量化學反應的快慢呢？
問題思考
1、概念：通常用化學反應速率來衡量化學反應進行的快慢，化學反應速率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來表示。
2、表達式：
Δc：表示反應物濃度或生成物濃度的變化，單位：mol·L-1或mol/L
Δt：表示反應時間的變化，單位：s、min、h
ν：表示反應速率（取正值），單位：mol·L-1·s-1或mol/(L·s)，mol·L-1·min-1或mol/(L·min)等
v =
Δc
Δt
任務一 化學反應速率
【課堂練習1】
在某一化學反應中，已知反應物A的濃度在10 s內從4 mol/L變成1 mol/L。則在這10 s內用A表示的化學反應速率為多少？
問1：第10s的反應速率為多少？
無法確定
反應速率指一段時間內的平均速率。
=
4 mol·L-1–1 mol·L-1
10 s
v(A)
c(A)
t
=
3 mol·L-1
10 s
0.3 mol·L-1·s-1
=
=
【課堂練習2】
2 mol
4 mol
0.5 mol/(L·s)
1.5 mol/(L·s)
1 mol/(L·s)
問2：哪個速率最快？
一樣快
　　用不同物質表示的同一反應速率，其數值可能不同，但所表示的意義是相同的。在表示反應速率時，應注明是由哪種物質表示的。
A B C
開始 3 mol 7 mol 0 mol
2s末 2 mol
v
反應：A(g) + 3B(g) 2C(g)在1L密閉容器中進行，不同時間各物質的物質的量如下，完成表格并求出各物質在2 s內的速率。


同一反應中，各物質的化學反應速率之比等于化學計量數之比。
v (A) : v (B) : v (C) =
1 ：3 ：2
①無論反應物還是生成物，其反應速率永遠取正值。
②一段時間內的平均速率，而非瞬時速率。
③用濃度變化表示化學反應速率適用于氣體和溶液中的溶質，不適用于固體和純液體。
④對于同一個反應來說，用不同的物質來表示該反應的速率時，其數值可能不同，但表達的意義相同。因此需要指明具體物質，如v(A)。
v(B) =
⑤同一反應中，各物質的化學反應速率之比等于其化學計量數之比。
任務一 化學反應速率
第一步：寫出有關反應的化學方程式；
第二步：列出各物質的起始量、轉化量、某時刻量；
第三步：根據已知條件列方程式計算。
起始濃度（mol/L） a b 0 0
濃度變化（mol/L） mx nx px qx
t時刻濃度（mol/L） a-mx b-nx px qx
mA(g)＋nB(g) = pC(g) ＋ qD(g)
任意反應
（1）“三段式”法
注意：變化量之比等于化學計量數之比
3、化學反應速率的計算和比較
任務一 化學反應速率
在2L密閉容器中加入1molN2 和3molH2發生反應 N2 + 3H2 2NH3 ，2s末時測得容器中含有0.4 mol NH3， 求①H2 的轉化率；②反應后N2的濃度。
催化劑
高溫、高壓
【典例分析1】
解：
三
段
式
變化量（mol）： 0.2 0.6 0.4
2s末量（mol）： 0.8 2.4 0.4
起始量（mol）： 1 3 0
N2 + 3H2 2NH3
高溫高壓
催化劑
則① H2的轉化率：α（ H2 ）=
② 反應后c(N2)===0.4mol/L
①定性比較
【歸一法】：先統一單位，換算成同一物質表示的反應速率，再比較數值的大小。
【比值法】：比較化學反應速率與化學計量數的比值，比值越大化學反應速率越大。
（2）化學反應速率的比較方法
②定量比較
通過觀察實驗現象，如反應的劇烈程度、產生氣泡或沉淀的快慢、固體消失或氣體充滿所需時間的長短等來定性判斷化學反應的快慢。
同一化學反應速率用不同物質表示時數值可能不同，比較化學反應速率的快慢不能只看數值大小，還要進行一定的轉化。
任務一 化學反應速率
反應 A(g) + 3B(g) = 2C(g) + 2D (g) 在四種不同情況下的反應速率為：①v(A)=0.15mol·L-1·min-1 ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1則該反應在不同條件下速率的快慢順序為:
④>③=②>①
②v(B)=0.6mol·L-1·s-1
③v(C)=0.4mol·L-1·s-1
④v(D)=0.45mol·L-1·s-1
v(A)=0.2mol·L-1·s-1
v(A)=0.2mol·L-1·s-1
v(A)=0.225mol·L-1·s-1
①v(A)=0.15mol·L-1·min-1
方法一：歸一法
【歸一法】：先統一單位，換算成同一物質表示的反應速率，再比較數值的大小。
v(A)=0.0025mol·L-1·s-1
【課堂練習3】
v(A)
1
①
=0.0025mol·L-1·s-1
v(B)
3
②
=0.2mol·L-1·s-1
v(C)
2
③
=0.2mol·L-1·s-1
v(D)
2
④
=0.225mol·L-1·s-1
方法二：比值法
【比值法】：比較化學反應速率與化學計量數的比值，比值越大化學反應速率越大。
mA+nB=pC+qD
、
（3）由n(或c)～t圖像確定化學方程式的方法
①看趨勢，定位置
觀察圖像，n(或c)隨時間逐漸減小的物質為 ，反之為 。
②看變化量，定系數
由圖像計算各物質在相同時間內的濃度(或物質的量)的變化量，從而確定 。
③看是否共存，定符號
根據圖像觀察各物質是否最終共存(即是否有物質反應完)，從而 ，確定在方程式中用“=”還是“ ”。
反應物
生成物
各物質的化學計量數
判斷該反應是否為可逆反應
一定溫度下，在2 L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示。下列描述正確的是(　 　)
A．反應開始到10 s時，用Z表示的反應速率為0.158 mol·L-1·s-1
B．反應開始到10 s時，X的物質的量濃度減少了0.79 mol·L－1
C．反應開始到10 s時，Y的轉化率為79.0%
D．反應的化學方程式為：X(g)＋Y(g) Z(g)
C
【課堂練習4】
濃度可以表示化學反應速率，除此以外，還可以測定哪些物理量來
表示化學反應速率？
氣體的體積
體系的壓強
顏色的深淺
導電能力
光的吸收
思考交流
υ＝
Δc
Δt
（1）測定原理：測定反應中不同時刻任何與物質的 有關的可觀測量。
濃度
（2）測定方法：通過測量一定時間內_______________ 或 ____________ 或 ___________、__________、___________等。
釋放出氣體的體積
氣體的壓強變化
顏色的深淺
光的吸收
導電能力
4、化學反應速率的定量測定
任務一 化學反應速率
反應原理Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
有多少種方法測這個反應的速率？儀器和試劑、裝置任選。發揮你的想象。
1.單位時間內收集氫氣的體積；
2.收集相同體積氫氣所需要的時間
3.有pH傳感器測相同時間內溶液中pH變化，即△c(H＋)。
4.用傳感器測△c(Zn2＋)變化。
5.測相同時間內△m(Zn)。
6.相同時間內恒容壓強變化；
7.相同時間內絕熱容器中溫度變化。
任務一 化學反應速率
判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。對于反應CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O，用下列方法來測定反應速率是否正確
(1)測定收集一定體積的CO2時所用的時間 ； (　　)
(2)測定一段時間內溶液中c(H＋)的變化； (　　)
(3)測定一定質量的CaCO3完全溶解所需時間； (　　)
(4)測定一定時間內產生CO2氣體的體積； (　　)
√
√
√
√
【課堂練習5】
用大理石(雜質不與稀鹽酸反應)與稀鹽酸反應制CO2，實驗過程記錄如右圖所示，下列有關說法正確的是 (　　)
A．OE段表示的反應速率最快
B．EF段表示的反應速率最快，收集的CO2最多
C．FG段表示的收集的CO2最多
D．OG段表示隨著時間的推移，反應速率逐漸增大
B
【課堂練習6】
實驗室測定化學反應速率常用的方法
01
02
03
04
有氣體生成
可測定相同時間內收集氣體的體積或收集等量氣體所用的時間。
有固體參加
有酸堿參與
有顏色變化
可測定一段時間內消耗固體質量的多少
可測定一段時間內溶液中氫離子或氫氧根離子濃度的變化。
可測定溶液變色所需時間。
05
有沉淀生成
可測定溶液變渾濁所需的時間。
工業生產合成氨
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)
高溫高壓
催化劑
為什么在高溫、高壓、催化劑的條件下進行該反應？
科學史話
科學探究的基本步驟
提出問題
收集化學
事實和信息
實驗探究
得出結論
設計
實驗方案
提出假設
哪些因素會影響化學反應速率？
任務二 影響化學反應速率的因素
Na與水的反應比Mg與水的反應劇烈
夏天食物變質快
食物真空保存變質慢
向H2O2中加入MnO2后會迅速分解產生氣泡
將等質量的鐵片與鐵粉放入稀硫酸中,鐵粉產生氣泡較快
反應物本身的性質
溫度
反應物的濃度
催化劑
接觸面積
內因
外因
收集化學
事實和信息
提出假設
任務二 影響化學反應速率的因素
1、定性研究影響化學反應速率的因素
設計
實驗方案
任務1 任務2 任務3
待研究的變量
需控制不變的量
溫度
催化劑
濃度
溫度、濃度等
溫度、催化劑等
催化劑、濃度等
在探究某一條件對化學反應速率的影響時，要保證其他條件完全相同，即采用“變量控制法”。
思考：如何借助反應現象來定性描述化學反應速率？
顏色變化快慢，產生氣泡快慢，產生渾濁快慢，固體減少快慢等
任務二 影響化學反應速率的因素
設計
實驗方案
選擇實驗用品，設計實驗探究影響化學反應速率的因素
任務1 任務2 任務3
待研究的變量
需控制不變的量
探究的反應
觀察的現象
實驗用品：燒杯、試管、量筒、試管架、膠頭滴管、溫度計、秒表。
0.1 mol/L Na2S2O3溶液、 0.1 mol/L H2SO4溶液、 0.5 mol/L H2SO4溶液、5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸餾水、熱水。
溫度
催化劑
濃度
溫度、濃度等
溫度、催化劑等
催化劑、濃度等
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O
2H2O2 = O2↑ + 2H2O
產生渾濁快慢
產生氣泡快慢
實驗探究
濃度對化學反應速率的影響
影響因素 實驗步驟 實驗現象 實驗結論
濃度
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O
均出現渾濁，但后者出現渾濁更快
增大反應物濃度，化學反應速率增大
任務二 影響化學反應速率的因素
實驗探究
濃度對化學反應速率的影響
（1）固體和純液體的濃度可視為常數，改變其物質的量，對反應速率無影響。
（2）若某物質的濃度變化改變了其性質，反應實質可能發生改變，要具體分析反應速率的變化（如鐵與稀硫酸反應，在一定濃度范圍內反應速率與濃度有關，但常溫下鐵遇濃硫酸鈍化）。
（3）對于離子反應，只有實際參加反應的各離子濃度發生變化，才會引起化學反應速率的改變。
任務二 影響化學反應速率的因素
實驗探究
溫度對化學反應速率的影響
溫度
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O
70 ℃熱水一組先出現渾濁
升高溫度，化學反應速率增大
實驗探究
溫度對化學反應速率的影響
（1）溫度對反應速率的影響適用于任何反應，無論是放熱反應還是吸熱反應，升高溫度，反應速率都增大，降低溫度，反應速率都減小。對于可逆反應，升高溫度，v正和v逆都增大，降低溫度，v正和v逆都減小。
（2）溫度對反應速率的影響，無論固體、液體、氣體都適用。
（3）大量實驗證明，溫度每升高10℃，化學反應速率通常增大為原來的2~4倍，利用這一規律可以對一些化學反應速率進行粗略估算。
任務二 影響化學反應速率的因素
實驗探究
催化劑對化學反應速率的影響
2H2O2 = O2↑ + 2H2O
催化劑
前者無明顯現象，后者出現大量氣泡
催化劑能加快化學反應速率
任務二 影響化學反應速率的因素
實驗探究
催化劑對化學反應速率的影響
（1）催化劑只能改變化學反應速率，不能改變反應方向，也不能改變反應熱的大小。
（2）同一催化劑能同等程度地改變化學反應的正、逆反應速率。
任務二 影響化學反應速率的因素
壓強對化學反應速率的影響
2. 對于有氣體參加的反應來說，
壓強對化學反應速率的影響實質上是通過改變氣體反應物的濃度來實現的。
對于氣體有下列幾種情況：
⑴恒溫時：體積減小→
⑵恒溫恒容：
⑶恒壓時：充入“無關氣體”（如He）→
①充入氣體反應物→
②充入“無關氣體”（如He）→引起總壓增大，各物質的濃度不變→反應速率不變
N2 + 3H2 2NH3
1. 其他條件相同時，增大反應物濃度反應速率增大；減小反應物濃度反應速率減小。
增大壓強→c增大→反應速率增大
→各反應物濃度減小→反應速率減慢。
反應物濃度增大
→總壓增大
→反應速率增大；
引起體積增大
任務二 影響化學反應速率的因素
工業生產合成氨
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)
高溫高壓
催化劑
條件分析：
高溫、高壓、催化劑是為了增大工業合成氨的反應速率
為什么高壓可以加快工業合成氨的化學反應速率？
回歸生產
接觸面積、溶劑的性質、光、超聲波、磁場、形成原電池等都可以對化學反應的速率產生影響。
其他因素對反應速率的影響
任務二 影響化學反應速率的因素
定性研究
定量研究
有沒有比觀察沉淀和氣泡生成快慢更準確的方法來分析實驗結果呢？
任務二 影響化學反應速率的因素
2、定量研究影響化學反應速率的因素
實驗步驟　①取一套裝置(如圖所示)，加入40 mL 1 mol·L－1的硫酸和鋅粒，測量收集10 mL H2所需的時間。
②取另一套裝置，加入40 mL 4 mol·L－1的硫酸和鋅粒，測量收集10 mL H2所需的時間。
實驗現象　鋅與稀硫酸反應 (寫現象)，收集10 mL氣體，②所用時間比①所用時間 。
產生氣泡
短
實驗結果
加入試劑 反應時間 反應速率
(填“快”或“慢”)
40 mL 1 mol·L－1硫酸 ____ ___
40 mL 4 mol·L－1硫酸 ___ ____
38秒
慢
快
4 mol·L－1硫酸與鋅反應比1 mol·L－1硫酸與鋅反應的速率____。
快
深度思考
在用上述實驗測定鋅與硫酸反應的速率時，(1)為確保測定的準確性，應注意哪些事項？
①鋅的顆粒(即表面積)大小基本相同；
②40 mL的稀硫酸要迅速加入；
③裝置氣密性良好，且計時要迅速準確。
1分12秒
實驗結論
(2)用右述裝置測定化學反應速率時，操作、藥品無誤，結果測定速率偏大，請從裝置的缺陷的角度分析可能的原因，并幫助設計改進措施。
　原因：忽視加入硫酸排出氣體的體積。
任務二 影響化學反應速率的因素
(3)除用注射器收集氣體，你還可用哪些定量儀器測量收集氫氣的體積？
氣體收集可以用排水量氣裝置
(4)除了測定氫氣的體積外，你還能設計哪些方案測定鋅與稀硫酸反應的速率？
①在恒容反應裝置中，測定一段時間內壓強的變化；
②測定一段時間內H＋的濃度變化；
③測定一段時間內鋅粒的質量變化。
任務二 影響化學反應速率的因素
措施 生成H2的體積 反應速率
加入少量水
加入少量NaOH固體
加入少量NaCl溶液
將鐵粉換成等質量的鐵片
加入石墨顆粒
加入少量CuSO4溶液
加入幾滴濃H2SO4
加入幾滴NaNO3溶液
一定量的鐵粉與過量的鹽酸反應，下列措施對生成H2的量及速率有何影響？
思考交流
不變
變慢
不變
變慢
不變
變慢
不變
變慢
不變
變快
減少
變快
不變
變快
減少
變慢
為分別驗證溫度、濃度、催化劑顆粒大小對化學反應速率的影響規律，某同學設計了如下4組實驗。
實驗序號 溫度 H2O2溶液初始濃度 MnO2顆粒大小
1 25 ℃ 4% 無MnO2
2 25 ℃ 12% 1 g細顆粒MnO2
3 25 ℃ 4% 1 g細顆粒MnO2
4 25 ℃ 4% 1 g粗顆粒MnO2
(1)上表中，反應速率最快的是_______；
(2)實驗3、4預期可得出的結論是_______；
(3)設計實驗2、3的目的是_______；
(4)設計一個實驗證明在其他條件相同時，改變溫度對過氧化氫分解速率的影響(寫出操作步驟)__________________ ___________________________________________。
【典例分析2】
2
催化劑顆粒越小，化學反應速率越快
探究濃度對化學反應速率的影響
取相同濃度的過氧化氫溶液，控制催化劑相同，分別在不同溫度下加熱率的影響觀察產生氣體的快慢
D
任務二 影響化學反應速率的因素
【變式訓練1】硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸反應的化學方程式為Na2S2O3 + H2SO4 == Na2SO4 + SO2 + 5S↓ + H2O ，下列各組實驗中最先出現渾濁的是
實驗 反應溫度/℃ Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 H2O
V/mL c/mol·L-1 V/mL c/mol·L-1 V/mL
A 25 0.1 0.1 10 0.1 5
B 35 0.2 0.2 10 0.2 5
C 35 0.1 0.1 10 0.2 0
D 35 0.2 0.2 10 0.2 0
D
【典例分析3】
反應 C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在密閉容器中進行，下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是（ ）
①升溫 ②增加C的量 ③將容器的體積縮小一半 ④保持體積不變，充入He使體系壓強增大 ⑤保持壓強不變，充入He ⑥保持體積不變，充入水蒸氣使體系壓強增大
A.①④ B.②③ C.③④ D.②④
C
[變式訓練2]一定溫度下，反應N2(g)+O2(g)2NO(g)在密閉容器中進行，下列措施不改變化學反應速率的是
A.縮小容器容積使壓強增大
B.恒容，充入N2
C.恒容，充入He
D.恒壓，充入He
化學反應速率
定量計算
定量實驗測定
影響因素
內因：反應物自身的性質
外因：
思維構建
v(B) ==
===
表達式
同一化學反應不同物質表示的關系
三段式及大小比較的解題方法
找與濃度相關可測量、易操作變量
濃度
溫度、
催化劑
壓強
反應物接觸面積等

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