高中化学苏教版选修4 化学反应原理第一单元 化学反应速率第1课时教学设计

1．化学反应速率的意义？怎样表示化学反应速率？

提示：用化学反应速率衡量化学反应进行的快慢。化学反应速率可用单位时间内反应物的浓度减少或生成物浓度的增加表示。

2．为什么不能用固体或纯液体表示化学反应速率？

提示：化学反应速率通常用反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，而固体或纯液体的浓度为常数，其浓度不发生变化，所以不用固体或纯液体表示反应速率。

3．对于某一化学反应用不同物质表示反应速率，数值不同，意义如何？

提示：数值不同，但意义相同。

[新知探究]

探究1　化学反应速率的概念和表示方法

探究2　正确理解化学反应速率

据表达式v(A)＝中三个物理量：

(1)v(A)——A物质的反应速率：

使用v时必指明具体的物质。原因：对于同一化学反应，用不同的物质表示，其数值可能不同，但意义相同。

(2)Δc——反应物或生成物的浓度变化量：

Δc只取正值，因为固体或纯液体的浓度固定不变，视为常数，则Δc无意义，因此不能用固体或纯液体表示反应速率。

(3)Δt——一定的时间间隔：

化学反应速率为平均值而非瞬时值。

探究3　对于同一个化学反应，用不同物质表示的化学反应速率，其数值有何关系？

　　 　　　　　          　aA(g) ＋ bB(g) === cC(g) ＋ dD(g)

化学计量数比：              a   ∶  b   ∶   c   ∶   d

物质的量变化量比：       Δn(A)  ∶ Δn(B) ∶  Δn(C) ∶ Δn(D)

物质的量浓度变化量比：   Δc(A)  ∶ Δc(B) ∶  Δc(C) ∶ Δc(D)

化学反应速率之比：        v(A)  ∶ v(B)  ∶  v(C) ∶  v(D)

在同一时间段、同一容器中的同一个反应，上述四个比例关系式相等。

[成功体验]

1．判断正误(正确的打；错误的打)。

(1)化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示。(　　)

(2)化学反应速率可取正值，也可取负值。(　　)

(3)在1 L密闭容器中的反应A(s)＋B(g)2C(g)中，5 min内消耗5 mol A，

①则v(A)＝1 mol·L－1 ·min－1；(　　)

②v(B)＝2v(C)。(　　)

解析：化学反应速率通常以单位时间内反应物或生成物的浓度变化来表示；但是无论是反应物还是生成物其速率均为正值，故(1)、(2)错误。因A为固体，不能用A表示反应速率；关系式应为v(B)＝v(C)，(3)错误。

答案：(1)　(2)　(3)①　②

2．(好题共享·选自鲁科版教材P63·T1)在容积为3 L的密闭容器内进行如下反应：

4A(g)＋5B(g)===2C(g)

开始时A为8 mol，B为12 mol,2 s后A为2 mol，计算该反应的化学反应速率。

解析：v(A)＝＝1 mol·L－1·s－1

若用B、C表示，则

v(B)＝v(A)＝1.25 mol·L－1·s－1

v(C)＝v(A)＝0.5 mol·L－1·s－1。

答案：v(A)＝1 mol·L－1·s－1，

v(B)＝1.25 mol·L－1·s－1，

v(C)＝0.5 mol·L－1·s－1

[新知探究]

探究1　实验室中测定化学反应速率的原理和方法

　　探究2　利用盐酸与碳酸钙反应测定化学反应速率

(1)装置及离子反应：

离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2＋H2O。

(2)测定方法：

①用v(反应物)表示：测定单位时间内CaCO3质量或H＋浓度的变化；

②用v(生成物)表示：测定单位时间内收集到CO2气体的体积或收集一定体积的CO2所用的时间。

[成功体验]

3．比较稀H2SO4与锌粒反应的反应速率大小的方法有(至少填两条)：

(1)________________________________________________________________________；

(2)________________________________________________________________________；

(3)________________________________________________________________________；

(4)________________________________________________________________________。

答案：(1)测量单位时间内产生H2的体积大小

(2)生成相同体积的H2所需时间多少

(3)相同质量的锌粒完全溶解所需时间的多少

(4)与等质量(足量)锌反应时硫酸浓度的变化

4．用如图装置来测量锌与2 mol·L－1硫酸的反应速率，A中盛放________，B中盛放________，在做实验时还需要的测量仪器为________，需要读取的数据是________________________和______________________________。

答案：2 mol·L－1硫酸　Zn粒　秒表　时间

注射器活塞移动的距离

———————————————[关键语句小结]————————————————

1．化学反应的快慢可以用化学反应速率来衡量。通常用单位时间内反应物浓度的减少或者生成物浓度的增加来表示化学反应速率，v＝。

2．表示化学反应速率应注意以下三点：①指明具体物质；②不能用固体或纯液体表示；③化学反应速率为平均反应速率，不是瞬间速率。

3．对于同一化学反应用不同物质表示的化学反应速率之比＝浓度变化量之比＝物质的量的变化之比＝化学计量数之比。

[例1]　反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，经2 min，B的浓度减少0.6 mol·L－1，对此反应速率的表示正确的是(　　)

A．用A表示的反应速率是0.4 mol·(L·min)－1

B．分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3∶2∶1

C．在2 min时的反应速率，用B表示是：

0．3 mol·(L·min)－1

D．在这2 min内用B和C表示的反应速率数值不同，意义也不同

解析：选B　A为固体，其浓度为常数，不能用固体或纯液体表示化学反应速率，A项错误；用B、C、D表示的反应速率之比等于化学方程式中B、C、D的系数之比，B项正确；在2 min内用B表示的反应速率为：v(B)＝＝0.3 mol·L－1·min－1，但不是瞬时速率，C项错误；在这2 min内用B、C表示的反应速率数值不同，但意义相同，D错误。

解答该题时，不要急于算数，即计算v(B)＝＝0.3 mol·L－1·min－1，并利用化学反应速率之比等于化学计量数之比，匆忙对A、C下结论。实际上，该题不必计算，仔细审题：A项中A为固体，C项中“2 min时”，便知A、C错误。

1．下列关于化学反应速率的说法中，正确的是(　　)

A．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加

B．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指反应1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1

C．根据化学反应速率的大小可以推知化学反应进行得快慢

D．对于一个化学反应来说，其反应速率越大，反应现象就越明显

解析：选C　A中若有固体，不可用其表示反应速率；B中0.8 mol·L－1·s－1不是指反应1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1，而是指1 s内该物质的浓度变化量为0.8 mol·L－1；D中反应速率与反应现象无必然联系。

1．利用“三段式”解答化学反应速率计算的步骤

(1)写出有关反应的化学方程式(往往题目已给出)。

(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。

(3)根据已知条件列方程计算。

例如：反应　　　　　　mA　＋　nBpC

起始浓度(mol·L－1)　     a　　　　b　　　　 c

转化浓度(mol·L－1)　     x　　　　　　　

某时刻浓度(mol·L－1)   a－x　    b－　   c＋

(4)注意事项：①计算公式：v(A)＝＝

②反应物：c(初始)－Δc＝c(某时刻)；

③生成物：c(初始)＋Δc＝c(某时刻)。

2．反应速率快慢的比较方法

方法1：转化成同一物质表示的反应速率：

据化学反应速率之比＝化学计量数之比，换算成同一物质、同一单位表示的反应速率，再比较大小。

方法2：比较化学反应速率与化学计量数的比值：

如反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，比较、、与的相对大小，比值越大，则对应物质表示的反应速率就越大。

[例2]　对于反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)来说，以下化学反应速率的表示中，反应速率最快的是(　　)

A．v(A)＝0.015 mol·(L·s)－1

B．v(B)＝0.06 mol·(L·s)－1

C．v(C)＝0.04 mol·(L·s)－1

D．v(D)＝2.7 mol·(L·min)－1

解析：选D　在比较速率大小时，首先要注意单位是否一致，若不一致必须先换算成一致，

v(D)＝2.7 mol·(L·min)－1＝0.045 mol·(L·s)－1。

其次，根据所学知识，比较后作出判断：

解法一：不同条件下的同一反应，反应速率与对应物质的化学计量数之比的值越大，速率越快。

A.＝0.015 mol·(L·s)－1

B.＝0.02 mol·(L·s)－1

C.＝0.02 mol·(L·s)－1

D.＝0.022 5 mol·(L·s)－1

因此反应速率最快的是D。

解法二：将不同物质表示的速率换算成为用同一物质表示的速率，再比较速率值的大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的速率。则有：

A．v(A)＝0.015 mol·(L·s)－1

B.＝　v(A)＝0.02 mol·(L·s)－1

C.＝　v(A)＝0.02 mol·(L·s)－1

D.＝　v(A)＝0.022 5 mol·(L·s)－1

因此反应速率最快的是D。

2．将化合物A的蒸气1 mol充入0.5 L容器中加热分解：2A(g)B(g)＋nC(g)。反应到3 min时，容器内A的浓度为0.8 mol·L－1，测得这段时间内，平均速率v(C)＝0.6   mol·L－1·min－1。

(1)3 min时，c(C)＝________mol·L－1，n＝________。

(2)v(B)＝________。

(3)在不同条件下的化学反应速率如下，其中最快的是__________。

A．v(A)＝1 mol·L－1·min－1

B．v(B)＝0.8 mol·L－1·min－1

C．v(C)＝1.2 mol·L－1·min－1

解析：3 min时，c(C)＝v(C)·Δt

＝0.6 mol·L－1·min－1×3 min＝1.8 mol·L－1。

　　　　　　　　　2A(g)B(g)＋nC(g)

起始浓度(mol·L－1)　2 　　     　0　　　0

转化浓度(mol·L－1)　1.2　　　    0.6　　1.8

3 min时　　　 　 0.8　　     　0.6　　1.8

故2∶n＝1.2 mol·L－1∶1.8 mol·L－1，

解得：n＝3，

v(B)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。

因为，，中最大，即用v(B)表示的反应速率最大。

答案：(1)1.8　3　(2)0.2 mol·L－1·min－1　(3)B

[课堂双基落实]

1．已知反应：A＋3B===2C＋D，在某一段时间内以A的浓度变化表示的化学反应速率为1 mol·(L·min)－1，则此段时间内以C的浓度变化表示的化学反应速率为(　　)

A．0.5 mol·(L·min)－1　　 B．1 mol·(L·min)－1

C．2 mol·(L·min)－1       D．3 mol·(L·min)－1

解析：选C　根据速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得v(A)∶v(C)＝1∶2，而v(A)＝1 mol·(L·min)－1，则v(C)＝2 mol·(L·min)－1。

2．甲、乙两容器都在进行A→B的反应，甲容器内每分钟减少了4 mol A，乙容器内每分钟减少了2 mol A，则甲容器内的反应速率比乙容器内的反应速率要(　　)

A．快    B．慢

C．相等  D．无法判断

解析：选D　化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。本题中未明确指出容器的容积，故无法判断。

3．一定温度下，向一个容积为2 L的真空密闭容器中(事先装入催化剂)通入1 mol N2和3 mol H2，发生下列反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，3 min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.9倍，在此时间内v(H2)是(　　)

A．0.2 mol·(L·min)－1

B．0.6 mol·(L·min)－1

C．0.1 mol·(L·min)－1

D．0.3 mol·(L·min)－1

解析：选C　根据压强之比等于物质的量之比，反应3 min后压强是起始的0.9倍，则物质的量为原来的0.9倍，即3.6 mol，减少了0.4 mol，则生成NH3 0.4 mol，从而去计算出v(NH3)＝，v(H2)＝v(NH3)＝0.1 mol·(L·min)－1。

4．关于A(g)＋2B(g)3C(g)的化学反应，下列表示的反应速率最大的是(　　)

A．v(A)＝0.6 mol·(L·min)－1

B．v(B)＝0.3 mol·(L·s)－1

C．v(C)＝0.9 mol·(L·min)－1

D．v(C)＝1.2 mol·(L·min)－1

解析：选B　均换算成用A来表示化学反应速率，A项，v(A)＝0.6 mol·(L·min)－1，B项，v(A)＝0.15 mol·(L·s)－1＝9 mol·(L·min)－1，C项，v(A)＝0.3 mol·(L·min)－1，D项，v(A)＝0.4 mol·(L·min)－1。B项中化学反应速率最大。

5．根据反应4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2，试回答下列问题：

(1)常选用哪些物质来表示该反应的化学反应速率________；

(2)当生成SO2的速率为0.64 mol·L－1·s－1时，则氧气减少的速率为________；

(3)如测得4 s后O2的浓度为2.8 mol·L－1，此时间内SO2的速率为0.4 mol·L－1·s－1，则开始时氧气的浓度为________。

解析：(1)一般不用固体和纯液体来表示反应速率，所以用O2或SO2来表示该反应的反应速率。

(2)不同物质表示的反应速率和方程式中对应系数成正比，所以氧气减少的速率为0.64 mol·L－1·s－1×11/8＝0.88 mol·L－1·s－1。

(3)此时间内SO2的速率为0.4 mol·L－1·s－1，则氧气表示的速率为0.4 mol·L－1·s－1×11/8＝0.55 mol·L－1·s－1，所以氧气转化浓度为0.55 mol·L－1·s－1×4 s＝2.2 mol·L－1，则开始时氧气的浓度为2.8 mol·L－1＋2.2 mol·L－1＝5 mol·L－1。

答案：(1)SO2或O2　(2)0.88 mol·L－1·s－1

(3)5 mol·L－1