高中化学（人教版，选修4） 第二章化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率

高中化学（人教版，选修4） 第二章化学反应速率和化学平衡 第一节 化学反应速率

第二章　化学反应速率和化学平衡 第一节　化学反应速率 目标要求　1.知道化学反应速率的定量表示方法，知道v＝的含义。2.知道一个反应中化学反应速率可以用不同物质表示。3.理解反应mA＋nB pY＋qZ中，v(A)∶v(B)∶‎ v(Y)∶v(Z)＝m∶n∶p∶q的含义并能运用此关系进行简单的计算。4.知道化学反应速率实验测定的基本原理和方法。‎ 一、化学反应速率 ‎1．化学反应速率的含义 化学反应速率用单位时间内反应物或生成物浓度的变化来表示。在容积不变的反应器中，通常是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。其数学表达式为v＝。‎ ‎(1)式中v表示反应速率；c表示各反应物或生成物浓度，Δc表示其浓度的变化(取其绝对值)；t表示时间，Δt表示时间变化。‎ ‎(2)单位：mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1等。‎ ‎2．化学反应速率与化学计量数之间的关系 对任意一个反应，用符号来代替具体的化学物质，反应方程式表示为mA＋nB===pY＋qZ 用不同物质表示的反应速率其关系是v(A)∶v(B)∶v(Y)∶v(Z)＝m∶n∶p∶q。‎ 二、化学反应速率的测定 ‎1．测定原理 利用与化学反应中任何一种化学物质的浓度(或质量)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，当反应物或产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 ‎2 g锌粒分别与40 mL 1 mol·L－1的H2SO4和40 mL 4 mol·L－1的H2SO4反应，当收集到同样多的H2时，后者所用的时间较短，说明4 mol·L－1的H2SO4与锌反应比1 mol·L－1的H2SO4与锌反应的速率快。‎ 知识点一　化学反应速率的概念 ‎1．下列关于化学反应速率的说法正确的是(　　)‎ A．化学反应速率是指在一段时间内任何一种反应物物质的量的减少或任何一种生成物物质的量的增加 B．化学反应速率为0.8 mol·L－1·s－1，是指在1 s时某物质的浓度是0.8 mol·L－1‎ C．化学反应速率可以衡量化学反应进行的快慢 D．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象越明显 答案　C 解析　化学反应速率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；化学反应速率是表示某一时间段内的平均速率而不是瞬时速率。‎ ‎2．已知某条件下，合成氨反应的数据如下：‎ ‎　　　　N2(g)＋3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g)‎ ‎1.0 3.0　　　　　　　0.2‎ ‎ 0.6 1.8　　　　　　　1.0‎ ‎ 0.4 1.2　　　　　　　1.4‎ 当用氨气浓度的增加来表示该反应的速率时，下列说法中错误的是(　　)‎ A．2 s末氨气的反应速率为0.4 mol·L－1·s－1‎ B．前2 s时间内氨气的平均反应速率为0.4 mol·L－1·s－1‎ C．前4 s时间内氨气的平均反应速率为0.3 mol·L－1·s－1‎ D．2～4 s时间内氨气的平均反应速率为0.2 mol·L－1·s－1‎ 答案　A 解析　反应速率不是瞬时速率，要计算反应速率，关键要抓住Δt时间段对应的Δc的量。‎ 知识点二　化学反应速率与化学计量数的关系 ‎3．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－1·min－1‎ B．分别用B、C、D表示的反应速率之比是3∶2∶1‎ C．在2 min末的反应速率，用B表示是0.3 mol·L－1·min－1‎ D．在2 min内的反应速率，用C表示是0.3 mol·L－1·min－1‎ 答案　B 解析　固体A不具有浓度概念，该物质的反应不能用mol·L－1·min－1的单位来表示。‎ ‎4．2 mol A与2 mol B混合于‎2L的密闭容器中，发生如下反应：‎2A(g)＋3B(g) ‎2C(g)＋zD(g)‎ 若2 s后，A的转化率为50%，测得v(D)＝0.25 mol·L－1·s－1，下列推断正确的是(　　)‎ A．v(C)＝v(D)＝0.2 mol·L－1·s－1‎ B．z＝3‎ C．B的转化率为75%‎ D．反应前与2 s后容器的压强比为4∶3‎ 答案　C 解析　A的起始量为2 mol，转化50%即转化1 mol，根据反应关系知B转化1.5 mol，C生成1 mol，又因为v(D)＝0.25 mol·L－1·s－1，可计算出2 s时D的生成量为0.25 mol·L－1·s－‎ ‎1×‎2L×2 s＝1 mol，故知z＝2，B错；v(C)＝v(D)＝v(A)＝0.25 mol·L－1·s－1，故A错；B的转化率为×100%＝75%，C正确；反应达2 s时，容器内总物质的量为nA＋nB＋nC＋nD＝1 mol＋0.5 mol＋1 mol＋1 mol＝3.5 mol。故反应前后的容器中气体总物质的量之比为4∶‎ ‎3.5，压强比为4∶3.5，D错。‎ 知识点三　化学反应速率的测量 ‎5．在通过实验测量化学反应速率时，不可以利用的相关性质为(　　)‎ A．气体的体积和体系的压强 B．颜色的深浅 C．物质的浓度(或质量)‎ D．元素的化合价 答案　D ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 练基础落实 ‎1．在N2＋3H2 2NH3的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1。在此段时间内用H2表示的平均反应速率为0.45 mol·L－1·s－1，则反应所经过的时间是(　　)‎ A．0.44 s B．1 s C．1.33 s D．2 s 答案　D 解析　NH3的浓度增加了0.6 mol·L－1，H2的浓度减少了0.9 mol·L－1，根据v＝，v(H2)＝，Δt＝＝＝2 s。‎ ‎2．某温度时，在一体积不变的容器中充入A、B各1 mol，反应进行到10 s时，测得容器中含有A：0.8 mol；B：0.4 mol；C：0.4 mol。据此回答该反应的化学方程式为：(　　)‎ A．A＋3B===C B．‎2A＋B===C C．A＋3B===‎2C D．A＋3B===‎‎3C 答案　C ‎3．反应4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)在‎5L密闭容器中进行，半分钟后NO的物质的量增加了0.3 mol，则此反应的平均速率v为(　　)‎ A．v(O2)＝0.01 mol·L－1·s－1‎ B．v(NO)＝0.08 mol·L－1·s－1‎ C．v(H2O)＝0.003 mol·L－1·s－1‎ D．v(NH3)＝0.001 mol·L－1·s－1‎ 答案　C 解析　v(NO)＝＝0.002 mol·L－1·s－1，B项错；‎ 则v(H2O)＝v(NO)×＝0.002 mol·L－1·s－1× ‎＝0.003 mol·L－1·s－1，C项正确；‎ v(NH3)＝v(NO)＝0.002 mol·L－1·s－1，D项错；‎ v(O2)＝v(NO)×＝0.002 mol·L－1·s－1× ‎＝0.002 5 mol·L－1·s－1，A项错。‎ ‎4．把0.6 mol X气体和0.6 mol Y气体混合于‎2L的容器中，使它们发生如下反应：3X(g)＋Y(g) nI(g)＋2W(g)，5 min 末生成0.2 mol W，若测得以I的浓度变化表示的平均反应速 率为0.01 mol·L－1·min－1，则化学反应方程式中的n值为(　　)‎ A．4 B．‎3 ‎‎ C．2 D．1‎ 答案　D 解析　v(I)＝0.01 mol·L－1·min－1，Δt＝5 min，V＝‎2L。‎ 则n(I)＝0.01 mol·L－1·min－1×‎2L×5 min＝0.1 mol，‎ n(W)＝0.2 mol，故n(I)∶n(W)＝n∶2，n＝1。‎ 练方法技巧 反应速率的比较方法 ‎5．在不同条件下分别测得反应2SO2(g)＋O2(g)催化剂 ‎△‎ 2SO3(g)的化学反应速率，其中表示该反应进行的最快的是(　　)‎ A．v(SO2)＝4 mol·L－1·min－1 B．v(O2)＝3 mol·L－1·min－1‎ C．v(SO2)＝0.1 mol·L－1·s－1 D．v(O2)＝0.1 mol·L－1·s－1‎ 答案　D 解析　比较：必须统一标准。换算成同一物质进行比较是关键，本题首先需要统一单位。‎ 差量分析法 ‎6．一定温度下，向一个容积为‎2L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＋3H2高温、高压 催化剂 2NH3,3 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－1·min－1 B．0.6 mol·L－1·min－1‎ C．0.1 mol·L－1·min－1 D．0.3 mol·L－1·min－1‎ 答案　C 解析　3 min后压强是起始时的0.9倍，则气体总物质的量是起始时的0.9倍，则反应后的混合物的物质的量为(1 mol＋3 mol)×0.9＝3.6 mol，Δn＝0.4 mol，根据反应式知生成NH3 0.4 mol，推算出消耗H2 0.6 mol，故v(H2)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。‎ 图象分析法 ‎7.‎ 一定温度下，在‎2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A．反应开始到10 s末时，用Z表示的反应速率为0.158 mol·L－1·s－1‎ B．反应开始到10 s末时，X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L－1‎ C．反应开始到10 s时，Y的转化率为79.0%‎ D．反应的化学方程式为X(g)＋Y(g) Z(g)‎ 答案　C 解析　分析图象，关键是看变化量和走势，从走势分析X、Y是反应物，Z是生成物，初步分析它们的变化量分别为Δn(X)＝1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，Δn(Y)＝1.0 mol－0.21 mol＝0.79 mol，Δn(Z)＝1.58 mol，首先确定该反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)===2Z(g)。据选项要求分别计算出v(Z)＝＝0.079 mol·L－1·s－1；Δc(X)＝＝0.395 mol·L－1；α(Y)＝×100%＝79%，只有C选项正确。‎ 练综合拓展 ‎8．某温度时，在VL密闭容器中，A、B、C三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，由图中数据分析：‎ ‎ ‎ ‎(1)反应的化学方程式为__________________。‎ ‎(2)从开始到t1 min末时，用物质C表示的反应速率为____________________。‎ 答案　(1)‎4A＋2B===‎‎3C ‎(2)v(C)＝ mol·L－1·min－1‎ 解析　观察图象中曲线的走势确定反应物、生成物，根据量变确定各物质的计量数之比，再根据时间变化和容器的体积可计算各物质的反应速率。‎ ‎9.下表所列数据是某高温下金属镁和镍分别在氧气中进行氧化反应时，在金属表面生成氧化薄膜的实验记录，a和b均为与温度有关的常数。‎ 反应时间t/h ‎1‎ ‎4‎ ‎9‎ ‎16‎ ‎25‎ MgO层厚y/nm ‎0.05a ‎0.20a ‎0.45a ‎0.80a ‎1.25a NiO层厚y′/nm b ‎2b ‎3b ‎4b ‎5b ‎(1)金属在高温下的氧化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生成速率来表示，其理由是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)金属氧化膜的膜厚y跟时间t所呈现的关系是：MgO氧化膜的膜厚y属于________型，NiO氧化膜的膜厚y′则属于________型。(填“直线”或“抛物线”或“双曲线”或“对数”等类型)‎ ‎(3)Mg与Ni相比较，金属________具有更好的耐氧化腐蚀性，其理由是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎______________________________。‎ 答案　(1)化学反应的快慢既可以用反应物的消耗速率表示，又可以用生成物的生成速率表示，所以金属的腐蚀速率可以用其氧化物的生成速率来表示 ‎(2)直线　抛物线 ‎(3)Ni　据(2)可知y′随时间t的增加比y随时间t的增加缓慢，故Ni的耐腐蚀性比Mg好