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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 化學反應速率的計算與測定
【學習目標】
1.掌握化學反應速率的概念和表達式，能進行有關化學反應速率的計算。
2.了解化學速率的常見測定方法，能比較化學反應速率的快慢。
復習回顧：
1.什么是化學反應速率？寫出表達式和常用單位。
2.同一個化學反應用不同的反應物或生成物表示的化學反應速率是否相同？
3.化學反應速率是某一時刻的瞬時速率還是一段時間內的平均反應速率？
一、化學反應速率
1.定義：
衡量化學反應進行快慢程度的物理量。
2.表示方法：
在容積不變的反應器中，通常用單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示 。
3.公式：
Δc
Δt
υ ＝
Δn
VΔt
＝
4.常用單位：
mol·L－1·s－1 mol/(L·s)
或 mol·L－1·min－1 mol/(L·min)
5.化學反應速率表示時的注意點：
（1）利用基本公式：v＝ ＝ ，取正值
（2）利用速率之比＝化學計量數之比＝各物質濃度的變化量 (Δc)之 比＝各物質物質的量的變化量(Δn)之比。 （需注明具體物質）
（3）反應速率為平均速率，不是瞬時速率。
（4）固體或純液體的濃度為常數，Δc =0，不能用固體或純液體表示反應速率。
(1)公式法：
例1：將4 mol A氣體和2 mol B氣體在2 L的容器中混合，并在一定條件下發生如下反應：2A(g) + B(g) === 2C(g)，若90 s后測得A的濃度為1 mol/L，物質A表示的反應速率正確的是（　?。?br/>A．2 mol/（L·min） B．0.67 mol/（L·min）
C．1 mol/（L·min） D．0.5 mol/（L·min）
B
6.化學反應速率的計算
(2)三段式法：
例2：NH3和O2在一定條件下發生反應：4NH3(g)＋3O2(g) 2N2(g)＋6H2O(g)，現向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2， 4 min后反應達到平衡，測得生成的H2O(g)占混合氣體總體積的40%，則下列表示的此段時間內該反應的平均速率不正確的是（ ）
A.v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1 B.v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1
C.v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1 D.v(NH3)＝0.25 mol·L－1·min－1
C
例3：將5 mol A和4 mol B充入0.4L密閉容器中發生 2A(g)+B(g) mD(g)+E(g)，經過5min后達到化學平衡，此時測得D為2 mol。5min內用E表示的平均反應速率為0.5 mol/（L·min），下列結論正確的是(　　)
A. m值為1
B. B的轉化率為25%
C. 平衡時混合物總物質的量為8mol
D. 5min內用A表示的平均反應速率為0.4 mol·L－1·min－1
B
(3)反應速率大小比較：
例4：在一定條件下，對于A2(g)＋3B2(g) 2AB3(g)反應來說，以下化學反應速率的表示中，化學反應速率最快的是(　　)
A．v(A2)＝0.8 mol·L－1·s－1
B．v(A2)＝30 mol·L－1·min－1
C．v(AB3)＝1.0 mol·L－1·s－1
D．v(B2)＝1.2 mol·L－1·s－1
A
(4)圖像題：
例5：一定溫度下，在2L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下圖所示：
下列描述正確的是（ ）
A. 反應開始到10s，用Z表示的反應速率
為0.158mol/(L·s)
B. 反應開始到10s，X的物質的量濃度減
少了0.79mol/L
C. 反應開始到10s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
B
課堂練習1.下列關于化學反應速率的說法正確的是（ ）
A．因是同一反應，所以用不同物質表示化學反應速率時，所得數值是相同的
B．根據化學反應速率的大小可以知道化學反應進行的快慢
C．化學反應速率為“1mol/(L min)”表示的意思是：時間為1min時，某物質的濃度為1mol/L
D．化學反應速率是指一定時間內任何一種反應物濃度的減少或者任何一種生成物濃度的增加
D
課堂練習2.已知：4NH3(g) + 5O2(g) === 4NO(g) + 6H2O(g)，若反應速率分別用v (NH3)、v (O2)、v (NO)、v (H2O)表示，則正確的關系是（　　）
A．4/5 v (NH3) = v (O2) B．5/6 v (O2) = v (H2O)
C．2/3 v (NH3) = v (H2O) D．4/5 v (O2) = v (NO)
A
課堂練習3.對于反應A(g)+2B(g)=3C(s)+2D(g)來說，下列反應速率最快的是（ ）
A．v(A)=0.32 mol·L-1·min-1 B．v(B)=0.55 mol·L-1·min-1
C．v(C)=0.02 mol·L-1·s-1 D．v(D)=0.01 mol·L-1·s-1
A
課堂練習4.一定溫度下，向2L恒容密閉容器中充入0.4molNH3和0.5molO2發生反應4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)。4min后，NO的濃度為0.06mol·L-1。下列有關說法錯誤的是（ ）
A．4min末，用NO表示的反應速率為0.03mol·L-1·min-1
B．4min末，NH3的濃度為0.14mol·L-1
C．0～4min內，生成的水的質量為3.24g
D．0～4min內，O2的物質的量減少了0.15mol
A
課堂練習5.在一定條件下，A氣體與B氣體反應生成C氣體。反應過程中，反應物與生成物的濃度隨時間變化的曲線如圖，則下列敘述正確的是（ ）
A．該反應的化學方程式為3A＋B 2C
B．在t1～(t1＋10)s時，v(A)=v(B)=0
C．t1 s時反應物A的轉化率為60%
D．0～t1內A應的反應速率為v(A)=0.4mol/(L·s)
知識回顧
通過必修二的學習你知道影響化學反應速率的因素有哪些？
不同化學反應的速率
同一化學反應的速率
反應物本身性質（內因）
外界條件
（外因）
反應物組成、結構、性質
溫度、濃度（壓強）、催化劑、接觸面積等
這些因素如何影響 ν ？
如何設計實驗定性與定量研究這些因素是怎樣影響化學反應速率的呢？
控制變量法
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。
定性研究：
定量研究：
選擇實驗現象明顯的化學反應。通過觀察冒氣泡快慢；顏色變化；固體量減少；渾濁程度；溫度變化等。
選擇合適實驗裝置準確測量時間、氣體體積、壓強、pH等的變化。
二、影響化學反應速率的因素
探究： 定性與定量研究影響化學反應速率的因素
【提出問題】
濃度、溫度、催化劑等因素如何影響化學反應速率？如何測定化學反應速率？
【實驗探究I】
選擇實驗用品，設計實驗探究影響化學反應速率的因素。
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。
實驗探究的整體設計
實驗原理
Na2S2O3＋H2SO4 Na2SO4＋SO2 ＋S ＋H2O
2H2O2 2H2O ＋ O2
設計思路
1. 選取同一個反應，探究不同因素產生的影響。
2. 選取不同的反應，探究同一因素產生的影響。
實驗探究——定性研究影響化學反應速率的因素
【實驗現象】兩支試管中的溶液________，滴加___mol·L-1 H2SO4溶液的試管_________。
均變渾濁
0.5
先變渾濁
【實驗結論】________________，增大反應物濃度，化學反應速率________。
其他條件相同時
增大
1.探究濃度對反應速率的影響
【實驗步驟】
★注意事項：
（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）固體物質的反應速率與其表面積有關，顆粒越小，表面積越大，反應速率就越快，故塊狀固體可通過研磨來增大表面積，從而加快反應速率。
（4）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。
實驗探究——定性研究影響化學反應速率的因素
燒杯中裝熱水 燒杯中裝冷水
【實驗現象】兩支試管中的溶液__________，燒杯中裝______的試管__________
均變渾濁
熱水
先變渾濁
【實驗結論】________________，升高溫度，化學反應速率__________。
其他條件相同時
增大
2.探究溫度對反應速率的影響
【實驗步驟】
★注意事項：
（1）無論吸熱反應、還是放熱反應，升高溫度，速率都加快，只是加快的程度不一樣。
（2）反應若是可逆反應，升高溫度，正、逆反應速率都加快，只是加快的程度不一樣。
（3）實驗測定，溫度每升高10℃,化學反應速率通常增大到原來2~4倍。
3.探究催化劑對反應速率的影響
2H2O2 = 2H2O ＋ O2↑
【實驗現象】相同：兩支試管中的溶液____________；
區別：燒杯中滴加_______的試管_____________。
均有氣泡產生
FeCl3
產生氣泡速率更快
【實驗結論】________________，催化劑可以_________化學反應速率
其他條件相同時
改變
【實驗步驟】
★注意事項：
（1）沒特別指明一般指正催化劑。
（2）催化劑只能催化可能發生的反應，對不發生的反應無作用。
（3）使用催化劑同等程度的增大正逆反應速率。
（4）催化劑具有一定的選擇性。
（5）催化劑中毒：催化劑的活性因接觸少量的雜質而明顯下降甚至遭到破壞，這種現象叫催化劑中毒。
4.拓展：壓強對化學反應速率的影響
（1）壓強對反應速率的影響，僅針對有氣體參與的反應。
（2）壓強對反應速率的影響，本質是引起濃度的變化：
①恒溫時，壓縮體積 → 壓強增大 → 氣體濃度增大 → 反應速率增大；
②恒溫恒容時，充入氣體反應物 → 壓強增大 → 氣體反應物濃度增大 → 反應速率增大；
充入惰性氣體 → 總壓強增大 → 氣體濃度不變 → 反應速率不變。
③恒溫恒壓時，充入惰性氣體 → 壓強不變 → 體積增大 → 氣體濃度減小 → 反應速率減小。
課堂練習6.在一密閉容器中充入1molH2 和1molI2，壓強為p(Pa)，在一定溫度下使其發生反應：H2(g)+ I2(g)= 2HI(g)。
①保持容器容積不變，加入1molH2，反應速率_______；
②保持容器容積不變，加入1molAr，反應速率_______；
③保持容器內氣體壓強不變，加入1molAr,反應速率______；
④保持容器內壓強不變，向其中加入1molH2 和1molI2，反應速率______；
⑤提高起始的反應溫度，反應速率_______。
增大
不變
減小
不變
增大
實驗探究——定量研究影響化學反應速率的因素
【實驗操作】
（1）按下圖所示安裝裝置，在錐形瓶內放入2g鋅粒，通過分液漏斗加入40 mL 1 mol/L的稀硫酸，測量收集10 mL H2所用的時間。
（2）用4 mol/L的稀硫酸代替1 mol/L的稀硫酸重復上述實驗。
實驗探究——定量研究影響化學反應速率的因素
【實驗記錄】
加入試劑 反應時間 反應速率
40 mL 1 mol·L－1硫酸 ________ ________
40 mL 4 mol·L－1硫酸 ________ ________
長
慢
短
快
【實驗結論】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
【實驗操作】
【問題與討論】
1、有同學經認真分析發現本實驗設計存在一處明顯的不足之處，你能找到嗎？
漏斗中稀硫酸滴入錐形瓶中，即使不生成氣體，也會將瓶中的空氣排出，使所測氣體的體積偏大。
2、如何改進問題1中的不足之處？
用導管將分液漏斗上部與錐形瓶連通
導管作用：①使分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等，打開分液漏斗活塞時液體能順利滴下。
②滴入錐形瓶的液體體積等于進入分液漏斗的 氣體體積，從而消除由于加入液體引起的氫氣體積誤差。
鋅粒
硫酸
【注意事項】
（1）鋅粒顆粒大小（表面積）基本相同（控制變量，避免表面積的干擾）。
（2）40 mL的稀硫酸溶液要迅速加入。
（3）裝置氣密性要好，且計時要迅速、準確。
實驗通過測量收集10 mL H2所用的時間，來表征反應速率的快慢，除了這個方式，還可以測量哪些物理量來表征速率快慢？
①測量一定時間內H+的濃度變化；
②測量一定時間內產生的H2的體積；
③測量一定時間內鋅粒的質量變化。
【答案】錐形瓶 塞緊膠塞后，將注射器活塞向外拉出一定距離，一段時間后松開活塞，若能回到原位，則氣密性良好 不能 因為所用鹽溶液的酸根離子不同，對實驗可能產生干擾
課堂練習7.為探究催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響，某興趣小組設計如圖裝置。實驗時，通過膠頭滴管向容器中各滴入5滴溶液后，每隔10 s觀測注射器中氣體體積并進行比較。
請回答：
(1)儀器A的名稱是_______。
(2)實驗前，檢驗該裝置氣密性的方法是_______。
(3)若甲裝置在相同時間內收集到氣體體積大于乙裝置，能否推測Fe3+對H2O2分解的催化效果比Cu2+的好？_______(填“能”或“不能”)，請說明理由_______。
課堂練習8.反應C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可變容積的密閉容器中進行， 下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是(　　)
A．增加C的量
B．將容器的體積縮小一半
C．保持體積不變，充入H2O(g)使體系壓強增大
D．保持壓強不變，充入N2使容器體積變大
C
D
課堂練習9.少量鐵粉與100mL0.01mol·L-1的稀鹽酸反應，反應速率太慢，為了加快此反應速率而不改變H2的量，可以使用如下方法中的( )
①由鐵粉換鐵塊②加NaNO3固體③將0.01mol·L-1的稀鹽酸換成98％的硫酸溶液④加CH3COONa固體⑤加NaCl溶液⑥滴入幾滴硫酸銅溶液⑦升高溫度(不考慮鹽酸揮發)⑧改用100mL0.1mol·L-1鹽酸
A．③⑤ B．①③ C．⑥⑦ D．⑦⑧

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