化学选修4 化学反应原理第一单元 化学反应速率第1课时精练

第一单元　化学反应速率

第1课时　化学反应速率的表示方法

目标与素养：1.了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。(宏观辨识与微观探析)2.掌握化学反应速率的简单计算，提高速率概念的理解能力。(宏观辨识与微观探析)3.学会化学反应速率的测定方法，会比较化学反应速率的快慢。(科学探究与创新意识)

1．化学反应速率的概念与表示方法

微点拨：(1)化学反应速率是通过物质的量浓度的变化来计算的，而不是通过物质的量的变化计算，应注意Δc＝。(2)因浓度的变化取其绝对值，故化学反应速率是正值。

2．化学反应速率的测定

(1)测定的原理

利用化学反应中与任何一种化学物质的浓度(或量)相关的性质进行测定。

(2)测定方法

①根据颜色变化

在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。

②根据释放出气体的体积

安装如图所示装置，在锥形瓶内放入5 g大理石，分液漏斗内加入20 mL 1 mol·L－1盐酸，每隔10 s观测注射器中气体体积，以mL·s－1为反应速率的单位，计算反应速率。

微点拨：检验上面装置气密性的方法为：关闭分液漏斗活塞，用手(或热毛巾)捂住锥形瓶，注射器活塞向外移动，松开手后，活塞回到原处则说明装置气密性良好。

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)对于化学反应，反应速率越大，反应现象越明显。 (　　)

(3)化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1是指1 s时某物质的浓度为0.8 mol·L－1。

  (　　)

(4)在化学反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值。               (　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．反应3X(g)＋Y(g)Z(g)＋2W(g)在2 L密闭容器中进行，5 min后Y减少了0.1 mol，则此反应的平均速率为    (　　)

A．v(X)＝0.03 mol·L－1·min－1

B．v(Y)＝0.02 mol·L－1·min－1

C．v(Z)＝0.10 mol·L－1·min－1

D．v(W)＝0.20 mol·L－1·min－1

A　[v(Y)＝＝0.01 mol·L－1·min－1，＝＝＝，v(X)＝0.03 mol·L－1·min－1，v(Z)＝0.01 mol·L－1·min－1，v(W)＝0.02 mol·L－1·min－1。]

3．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　锌粒　秒表　时间　注射器活塞移动的距离

1.无论是用某一反应物表示还是用某一生成物表示，由于Δc是取浓度变化的绝对值，因此，化学反应速率都取正值。

2．化学反应速率可用单位时间内反应体系中反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示，书写时应标明是什么物质的反应速率。

3．在一定温度下，固体和纯液体物质，其单位体积里的物质的量保持不变，即物质的量浓度为常数，因此它们的化学反应速率也被视为常数。由此可知，现在采用的表示化学反应速率的方法还有一定的局限性。

4．在同一反应中，用不同的物质表示同一时间内的反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表达的意义是相同的即都是表示同一反应的速率。各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算。

5．一般来说在反应过程中都不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。

【例1】　将4 mol A和2 mol B在2 L的密闭容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(s)＋B(g)2C(g)，反应2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1。下列说法正确的是(　　)

A．用物质A表示2 s内的平均反应速率为0.3 mol·L－1·s－1

B．用物质B表示2 s内的平均反应速率为0.6 mol·L－1·s－1

C．2 s时v(C)＝0.3  mol·L－1·s－1

D．2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1

D　[不能用固体物质表示化学反应速率，A错误；化学反应速率是平均值不是瞬时值，C错误；据题目条件知v(C)＝0.6  mol·L－1÷2 s＝0.3  mol·L－1·s－1，则v(B)＝0.3  mol·L－1·s－1÷2＝0.15  mol·L－1·s－1，则2 s时物质B的浓度为2 mol÷2 L－0.6 mol·L－1÷2＝0.7 mol·L－1，B错误，D正确。]

(1)若A是气体，则用A表示的化学反应速率是多少？

(2)若A是气体，2 s时物质A的浓度为多少？

提示：(1)v(A)＝v(C)＝0.6 mol·L－1÷2 s＝0.3 mol·L－1·s－1。

(2)2 s时物质A的浓度为4 mol÷2 L－0.6 mol·L－1＝1.4 mol·L－1。

1．对于反应：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，下列说法正确的是(　　)

A．用HCl和CaCl2表示的反应速率数值不同，但所表示的意义相同

B．不能用CaCO3的浓度变化来表示反应速率，但可用水来表示

C．用H2O和CO2表示的化学反应速率相同

D．用CaCl2浓度的减小表示其反应速率

A　[因为CaCO3是固体，H2O为纯液体，不能用其单位时间内浓度的变化来表示化学反应速率；D中CaCl2为生成物，故应用其浓度的增加表示反应速率；故B、C、D项错误。]

1.化学反应速率的计算

(1)进行化学反应速率计算的依据

①利用反应速率的定义式v＝求算。

②利用化学反应中各物质的速率之比等于化学计量数之比的规律求算。

(2)进行化学反应速率计算的常用方法——三段式

①写出有关反应的化学方程式；

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，对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)。起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1。反应进行至t1 s时，A消耗了x mol·L－1，则反应速率可计算如下：

mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)

  a  b   0   0

  x         

  a－x   b－     

则v(A)＝ mol·(L·s)－1，v(B)＝ mol·(L·s)－1，v(C)＝ mol·(L·s)－1，v(D)＝ mol·(L·s)－1。

(3)进行化学反应速率的计算时，需注意以下量的关系

①对反应物：c起始－c转化＝c某时刻。

②对生成物：c起始＋c转化＝c某时刻。

③转化率：α＝×100%。

2．化学反应速率的大小比较

(1)归一法

依据化学反应速率之比等于化学计量数之比，将同一反应中的用不同物质表示的反应速率，转化成用同一种物质表示的反应速率，然后直接依据数值进行比较。

例如：

对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，如果

a．v(SO2)＝2 mol·L－1·min－1，

b．v(O2)＝3 mol·L－1·min－1，

c．v(SO3)＝4 mol·L－1·min－1，

比较反应速率的大小，可以将三者表示的反应速率都转化为O2表示的反应速率再作比较。

换算得出：a.v(O2)＝1 mol·L－1·min－1，c.v(O2)＝2 mol·L－1·min－1，则反应速率的大小关系为：b>c>a。

(2)比值法

用各物质的量表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数，然后再对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。例如：

对于反应mA＋nBpC＋qD，若v(A)/m>v(B)/n，则反应速率A>B。

特别提醒：比较同一反应中不同物质的化学反应速率时，要注意单位是否相同。如果单位不同，要化成相同的单位再进行比较。

【例2】　已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2 L的密闭容器中投入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。

(1)从反应开始到12 s时，用A表示的反应速率为__________。

(2)经测定前4 s内v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为____________________________________________________。

(3)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。

(4)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为

甲：v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1；

乙：v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1；

丙：v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1；

则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为________________。

解析：(1)从0到12 s，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.2 mol·L－1＝0.6 mol·L－1，v(A)＝＝0.05 mol·L－1·s－1。

(2)前4 s内，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.5 mol·L－1＝0.3 mol·L－1，v(A)＝＝0.075 mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝0.075 mol·L－1·s－1∶0.05 mol·L－1·s－1＝3∶2，由图象知，在12 s时Δc(A)∶Δc(B)＝0.6 mol·L－1∶0.2 mol·L－1＝3∶1＝a∶b，则a、b、c三者的比例关系为3∶1∶2，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)。

(3)生成物C的浓度从0开始增加，到12 s时达到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝2×＝0.4 mol·L－1。

(4)丙容器中v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1＝0.16 mol·L－1·s－1，则甲容器中＝＝0.1 mol·L－1·s－1，乙容器中＝＝0.12 mol·L－1·s－1，丙容器中＝＝0.08 mol·L－1·s－1，故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙>甲>丙。

答案：(1)0.05 mol·L－1·s－1　(2)3A(g)＋B(g)2C(g)　(3)

(4)乙>甲>丙

由图象推导化学方程式的易误点

(1)由物质的量(或浓度)的变化趋势推导反应物、生成物。一般认为物质的量(或浓度)减少的为反应物，增加的为生成物。

(2)由物质的量(或浓度)的变化量之比等于化学计量数之比确定化学计量数。

(3)由反应是否进行到底确定连接符号为“===”或“”。

2．在25 ℃ 时，2 L的密闭容器中A、B、C三种气体的初始浓度和2 min末的浓度如下表(该反应为可逆反应)：

请填写下列空白：

(1)该反应方程式可表示为_____________________________；

反应2 min时，A的转化率为________。

(2)从反应开始到2 min末，A的平均反应速率为________。

解析：(1)由表中数据可知，A、B为反应物，C为生成物。同一反应中，物质的量浓度变化量之比等于化学计量数之比，则反应方程式为A＋3B2C。反应2 min时，A的转化率为

×100%＝60%。

(2)v(A)＝＝0.3 mol·(L·min)－1。

答案：(1)A＋3B2C　60%

(2)0.3 mol·(L·min)－1

1．反应P(g)＋3Q(g)2R(g)＋2S(g)，在不同情况下测得反应速率如下，其中反应速率最快的是(　　)

A．v(P)＝0.15 mol·(L·min)－1

B．v(Q)＝0.6 mol·(L·min)－1

C．v(R)＝0.1 mol·(L·s)－1

D．v(S)＝0.4 mol·(L·min)－1

C　[化学反应速率与化学计量数之比越大，反应速率越快。A.＝0.15，B.＝0.2，C.＝3，D.＝0.2，C中比值最大，反应速率最快，故选C。]

2．在一密闭容器中充入一定量的N2和H2，经测定反应开始后的2 s内氢气的平均反应速率：v(H2)＝0.45 mol·(L·s)－1，则2 s末NH3的浓度为 (　　)

A．0.50 mol·L－1　 B．0.60 mol·L－1

C．0.45 mol·L－1 D．0.55 mol·L－1

B　[2 s内H2的平均反应速率为0.45 mol·(L·s)－1，由N2＋3H22NH3，则NH3的平均生成速率为v(H2)＝0.30 mol·(L·s)－1，所以2 s末NH3的浓度为：Δc＝v(NH3)·Δt＝0.30 mol·(L·s)－1×2 s＝0.60 mol·L－1。]

3．反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04 mol·L－1·min－1，则这段时间为(　　)

A．5 s    　　　 B．10 s

C．300 s D．600 s

C　[该段时间内SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，根据化学方程式，在相同时间内O2的浓度减少了0.2 mol·L－1，所以由公式v＝可知，Δt＝＝＝5 min＝300 s。]

4．T ℃时，在0.5 L的密闭容器中，气体A与气体B反应生成气体C，反应过程中A、B、C的浓度变化如图所示。则下列结论正确的是(　　)

A．10 s时反应生成了0.2 mol C

B．该反应进行到10 s时，消耗了0.15 mol A

C．该反应的化学方程式为3A＋B2C

D．10 s内用B表示的反应速率为0.01 mol·L－1·s－1

A　[10 s时反应生成气体C的物质的量为0.4 mol·L－1×0.5 L＝0.2 mol，消耗A的物质的量为(0.5 mol·L－1－0.3 mol·L－1)×0.5 L＝0.1 mol，故A项正确，B项不正确；Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)＝0.2 mol·L－1∶0.6 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝1∶3∶2，故化学方程式为A＋3B2C，C项不正确；10 s内用B表示的反应速率为＝0.06 mol·L－1·s－1，D项不正确。]

5．两套如图所示装置，各盛有3 g大理石(颗粒大小相同)，分别加入40 mL 1 mol·L－1和40 mL 4 mol·L－1的盐酸，比较二者收集100 mL CO2时所用的时间。

(1)当收集到100 mL CO2时，哪个实验所耗时间较长？为什么？

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

(2)活塞外移的情况是________(选填字母序号)。

A．均匀外移 B．先快后慢

C．先慢后快 D．先慢后快然后又逐渐减慢

你选择的理由是________________________________________

________________________________________________________________

____________________________________________________。

解析：(1)稀盐酸的浓度越大，反应速率越快，所以收集100 mL CO2时1 mol·L－1的盐酸所耗时间长。

(2)因为反应是放热反应，随温度的升高，反应速率逐渐加快。但随反应的进行，氢离子的浓度会逐渐降低，因此反应速率会再慢慢的降低。

答案：(1)1 mol·L－1的盐酸所耗时间长，因为浓度小的反应速率慢

(2)D　此反应是放热反应，温度升高，反应速率加快；随着反应的进行，H＋浓度不断减小，反应速率减慢