鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第1课时导学案

第3节　化学反应的速率

第1课时　化学反应历程与化学反应速率

学习目标

1.通过化学反应速率的学习,知道化学反应速率的表示方法。

2.通过速率测定知识的学习,了解测定化学反应速率的简单方法。

3.通过反应历程的学习,知道化学反应是有历程的,认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。

学习任务1　化学反应历程

1.基元反应:大多数化学反应都是分几步完成的,其中的每一步反应称为基元反应。

2.反应历程

(1)含义:基元反应构成的反应序列。

(2)特点。

①反应不同,反应历程不同。

②同一反应,在不同条件下的反应历程也可能不同。

③决定因素:反应历程由反应物的结构和反应条件决定。

④作用:反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。

微点拨:一个反应序列中,最慢的基元反应决定了总反应的快慢,此基元反应称作决速步骤。

研究表明,氢气和氧气的混合气体在点燃或有催化剂存在的条件下,可以发生爆炸式反应生成液态水。这个看似简单的化学反应实际上是具有历程的,大约要经历12步反应才能完成。

探究　基元反应

问题1:平常所写的化学方程式2H2+O22H2O表示的是基元反应吗?

提示:不是。

问题2:“平常所写的总反应表示的一定不是基元反应”,这句话对吗?

提示:不对。有一些化学反应是反应物一步直接转化为产物的,如H++OH-H2O,其总反应就是基元反应,这类反应又称为简单反应。

总反应与基元反应

1.总反应是基元反应的总和。

2.由几个基元反应组成的总反应称为复杂反应。反应物一步直接转化为产物的反应称为简单反应,其总反应就是基元反应。平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式,只能表示出最初的反应物和最终的反应产物以及它们之间的化学计量关系。

3.反应不同,反应历程就不相同;同一反应,在不同条件下的反应历程也可能不同。

1.(2021·湖南嘉禾月考)已知:2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH=-98 kJ·mol-1。在含少量I-的溶液中,H2O2分解反应的过程为

ⅰ.H2O2(l)+I-(aq)H2O(l)+IO-(aq)　ΔH1(快)

ⅱ.H2O2(l)+IO-(aq)H2O(l)+O2(g)+I-(aq)　ΔH2(慢)

下列说法不正确的是(　C　)

A.ΔH1+ΔH2=ΔH

B.I-是H2O2分解反应的催化剂

C.反应ⅰ决定了放出氧气的快慢

D.若生成1 mol O2,则反应ⅱ转移电子的物质的量为2 mol

解析:根据盖斯定律,ⅰ+ⅱ得2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2,故A正确;ⅰ+ⅱ得2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g),则I-是H2O2分解反应的催化剂,故B正确;慢反应决定总反应速率,反应ⅱ决定放出氧气的快慢,故C错误;H2O2(l)+IO-(aq)H2O(l)+O2(g)+I-(aq)反应中,H2O2中氧元素化合价由-1升高为0,若生成1 mol O2,反应ⅱ转移电子的物质的量为2 mol,故D正确。

2.(2021·福建厦门期中)科研人员利用Cu/ ZnO作催化剂,在光照条件下实现了CO2和H2合成CH3OH,该反应历程示意图如图。

下列说法错误的是(　B　)

A.总反应的化学方程式是CO2+3H2CH3OH+H2O

B.过程Ⅳ中有C—H键形成,使体系能量升高

C.过程Ⅱ中存在极性键的断裂与形成,且有H2O生成

D.过程Ⅰ中H2在Cu表面断裂成H原子,CO2在ZnO表面上形成了HC

解析:该反应的总过程是CO2和H2在Cu/ZnO催化剂、光照作用下合成甲醇(CH3OH),总反应的化学方程式为CO2+3H2CH3OH+H2O,A正确;根据图示可知,在过程Ⅳ中有C—H键形成,形成化学键会释放能量,导致体系能量降低,B错误;过程Ⅱ中涉及C—O键的断裂与C—H键和H—O键的形成,且C—O键、C—H键、H—O键均为极性键,同时有H2O生成,C正确;由图可知过程Ⅰ中ZnO表面吸附了CO2,CO2和H2在光照条件下转化为新的物质HC,D正确。

学习任务2　化学反应速率

1.概念:表示化学反应进行快慢的物理量。

2.表示:用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量)的改变量(绝对值)来表示该物质的化学反应速率。

微点拨:如果是纯固体、纯液体,由于其浓度是常数,物质的量浓度变化为0。此时可以用单位时间内物质的量或质量变化来表示反应快慢。

3.表达式:v(A)=。

4.单位:常用单位mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。

5.测定方法:纯净的气体可以采用量气装置测定其体积后换算为浓度,混合气体或溶液中组分浓度可以用比色法、电导法测量其浓度。

硝酸是非常重要的一种酸,工业上用氨气催化氧化法制取硝酸。反应的化学方程式如下:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)。700 K下,在一固定容积为1 L的密闭容器中,投入1 mol NH3和2 mol O2,探究此反应的快慢。

探究　化学反应速率

问题1:经过5 min后测得氧气的浓度为1.5 mol·L-1,此时NH3的浓度为多少?NO的浓度为多少?H2O的浓度为多少?

提示:NH3的浓度为0.6 mol·L-1,NO的浓度为0.4 mol·L-1,H2O的浓度为0.6 mol·L-1。

用三段式表示如下,

　　　　　4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

 1 2 0 0

 0.4 0.5 0.4 0.6

 0.6 1.5 0.4 0.6

问题2:用各种不同物质浓度变化表示的反应速率各为多少?

提示:v(NH3)==0.08 mol·L-1·min-1;v(O2)==0.1 mol·L-1·min-1;v(NO)==0.08 mol·L-1·min-1;v(H2O)==0.12 mol·L-1·min-1。

问题3:各物质反应速率之比与化学方程式各物质系数有什么关系?

提示:各物质反应速率之比等于化学方程式各物质系数之比。

问题4:用不同物质表示的反应速率各自除以其化学方程式中对应系数后为多少?

提示:0.02 mol·L-1·min-1。

化学反应速率计算也可以用三段式法,第二行数据(用浓度表示)除以时间就是化学反应速率。速率之比等于系数之比,要比较反应快慢必须根据这一规律换算为相同物质表示的反应速率,然后作比较。

1.在某一化学反应中,反应物A的浓度在2 s内由1.0 mol·L-1变成0.2 mol·L-1,则在这2 s内它的平均反应速率为(　C　)

A.0.08 mol·L-1·s-1 B.0.8 mol·L-1·s-1

C.0.4 mol·L-1·s-1 D.0.04 mol·L-1·s-1

解析:根据v===0.4 mol·L-1·s-1,C正确。

2.(2021·浙江杭州期中)反应A(g)+3B(g)2C(g)+D(g)在四种不同情况下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是(　A　)

A.v(A)=0.15 mol·L-1·min-1

B.v(B)=0.01 mol·L-1·min-1

C.v(C)=0.25 mol·L-1·min-1

D.v(D)=0.05 mol·L-1·min-1

解析:根据反应可知,v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=1∶3∶2∶1,所以把B、C、D都转化成用A表示的速率,分别为A.v(A)=0.15 mol·L-1·min-1;B.因为v(B)=0.01 mol·L-1·min-1,所以v(A)≈0.003 mol·L-1·min-1;C.因为v(C)=0.25 mol·L-1·min-1,所以v(A)=0.125 mol·L-1·min-1;D.因为v(D)=0.05 mol·L-1·min-1,所以v(A)=0.05 mol·L-1·min-1。综合以上分析,其中表示反应速率最快的是A项。

比较化学反应速率的三个步骤

“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。

“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率,或分别除以相应物质的系数,所得数值大的速率快。

“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越快。

【知识整合】

【易错提醒】

1.误认为物质的量就是物质的量浓度,用物质的量的变化除以时间计算反应速率。其实不然,解题要注意题目中容器容积的信息。

2.误认为单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率,生成物浓度的变化量表示逆反应速率。其实不然,每种反应物或生成物均有正、逆反应速率,对反应物来讲,正反应速率就是该物质消耗速率,逆反应速率就是该物质生成速率;生成物正好相反。

3.误认为化学反应速率为0.8 mol·L-1·s-1是指1 s 时某物质表示的反应速率为0.8 mol·L-1·s-1,其实0.8 mol·L-1·s-1表示的是某段时间间隔内的平均反应速率。