《化学反应的速率 第1课时》示范课教学设计【化学鲁科版高中选择性必修1(新课标)】

化学反应的速率
第1课时
◆ 教学目标
1.知道化学反应是有历程的，认识基元反应。

了解化学反应速率的概念及其表示方法，形成不同的反应可用不同的方法来表示化学反应速率的变化观念。

2.证据推理：根据化学反应速率的测定原理，设计实验学会化学反应速率的测定方法，通过对比的方法，发展基于变量关系的证据推理素养。

◆ 教学重难点
重点：化学反应的概念及计算 难点：化学反应速率的计算
◆ 教学过程
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【讲授新课】
一、化学反应是有历程的
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。

例如，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，实际上，要经历大约12步反应才能完成，主要的四步如下： H 2――――――→点燃或催化剂
2H· H·＋O 2―→·OH ＋O· O·＋H 2―→·OH ＋H· ·OH ＋H 2―→H 2O ＋H·
以上每一步都是氢气和氧气生成水的反应中的一个基元反应。

其中微粒H·、·OH 和O·存在未成对电子，它们称为自由基(H·和O·也称为自由原子)。

自由基的反应活性很强，寿命极短。

2．反应历程
基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。

基元反应的总和称为总反应。

由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。

平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式，它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。

也有一些化学反应是反应物一步直接转化为反应产物的，其总反应就是基元反应，这类反应又称为简单反应。

3．影响反应历程的因素
不同的化学反应，反应历程不同，反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程。

4．化学反应速率千差万别的原因
反应历程的差别是造成化学反应速率不同的主要原因。

5．化学反应的实质
化学反应，实质上就是旧化学键的伸长、断裂和新化学键的生成过程，是反应物获得能量形成过渡态，再生成产物的过程。

(1)在常温下，H2与O2混合，看不到有水生成，原因是常温下，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的平衡常数很小()
(2)所有的化学反应，都是反应物先断键变成单个原子，然后原子再重新结合成新的物质()
(3)同一化学反应，不同条件下，可能有不同的反应历程()
(4)所有的化学反应都是分几步完成的()
(5)若一个化学反应分多步完成，总反应的快慢由基元反应中最慢的一步决定()
(6)H＋＋OH－===H2O既是基元反应又是总反应()
答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)√
1．已知2HI===H2＋I2经过两步完成，
第1步……
第2步：2I·―→I2
写出第1步基元反应：2HI―→H2＋2I·。

2．已知氧气氧化溴化氢气体的反应历程：
a．HBr＋O2―→HOOBr
b．HOOBr＋HBr―→2HOBr
c．HOBr＋HBr―→H2O＋Br2
(1)该反应过程中的中间体有HOOBr、HOBr。

(2)写出O2氧化HBr的总反应4HBr＋O2===2H2O＋2Br2。

二、化学反应速率
1.含义
描述化学反应进行快慢的物理量。

2.用某物质表示的化学反应速率
(1)对于反应体系体积不变的化学反应，用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示该物质的化学反应速率。

(2)数学表达式
v (A)＝
|Δc (A )|Δt ⎩⎪⎨⎪⎧
Δc (A )：表示物质A 的浓度在Δt 内的变化，单位为mol·L
－1
Δt ：表示时间的改变量，单位常用min 、s 或h v (A )：表示物质A 的化学反应速率，单位为mol·L
－1
·min －
1、
mol·L －1
·s －1
或mol·L －1
·h
－1
(3)特点：①用不同的反应物或反应产物表示的化学反应速率的数值往往不同。

②用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于反应方程式中各物质化学式前的系数之比，如对于化学反应a A ＋b B===d D ＋e E ，v (A)∶v (B)∶v (D)∶v (E)＝a ∶b ∶d ∶e 。

3.具体化学反应的反应速率
对于反应体系体积不变的化学反应：a A ＋b B===d D ＋e E 。

(1)定义式：
v ＝1a ·|Δc (A )|Δt ＝1b ·|Δc (B )|Δt ＝1d ·Δc (D )Δt ＝1e ·Δc (E )Δt 即：v ＝1a v (A)＝1b v (B)＝1d v (D)＝1
e
v (E)
(2)优点：无论用哪一种物质表示，化学反应速率都相同。

(1)化学反应方程式中，任何一种物质均可用v ＝|Δc |
Δt 求出该物质表示的化学反应速率( )
(2)可逆反应的正反应速率，必须用单位时间内反应物的改变量来表示( ) (3)化学反应速率越大，化学反应的现象越明显( )
(4)同一化学反应中，不同物质表示的化学速率可能数值不同，但表示的意义(快慢)相同( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
1．一定温度下，将一定量的SO 2和O 2充入2 L 的密闭容器中发生反应：2SO 2＋O 22SO 3，
经5 s 后，测得SO 3的物质的量为0.8 mol ，填写下表：
有关反应物质 SO 2 O 2 SO 3 物质的量变化/mol 0.8 0.4 0.8 物质的量浓度变化/mol·L －
1
0.4 0.2 0.4 用具体物质表示的化学反应速率/mol·L －
1·s －
1
0.08
0.04 0.08
该化学反应的反应速率/mol·L －
1·s －1
0.04
2.反应A(g)＋3B(g)⇌2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为 ①v (A)＝0.15 mol·L －
1·min －
1 ②v (B)＝0.01 mol·L －
1·s －1 ③v (C)＝0.40 mol·L －
1·min －
1
④v (D)＝0.45 mol·L －1·min －
1
则该反应在不同情况下进行的快慢顺序为________。

答案 ④>③＝②>①
解析 方法一：将以不同物质表示的反应速率换算为用同一物质同一单位表示的速率，再比较速率数值的大小。

若以物质A 为标准，根据用不同物质表示同一反应的速率时，速率之比等于各物质的化学计量数之比，将②③④的反应速率换算为用物质A 表示的反应速率，则有： ②v (A)＝13v (B)＝1
3×0.01 mol·L －1·s －1×60 s·min －1＝0.20 mol·L －1·min －1
③v (A)＝12v (C)＝1
2×0.40 mol·L －1·min －1＝0.20 mol·L －1·min －1
④v (A)＝12v (D)＝1
2×0.45 mol·L －1·min －1＝0.225 mol·L －1·min －1
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。

方法二：首先将反应速率单位统一为mol·L －1·min －1，则②v (B)＝0.60 mol·L －1·min －1。

由化学方程式计算化学反应的反应速率： v ①＝v (A )
1＝0.15 mol·L －1·min －1
v ②＝v (B )3＝0.20 mol·L －1·min －1
v ③＝v (C )2＝0.20 mol·L －1·min －1
v ④＝v (D )2
＝0.225 mol·L －1·min －1
故反应在不同情况下进行的快慢顺序为④>③＝②>①。

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化学反应的反应速率，即分别除以相应物质的化学计量数。

“三比较”：标准统一后比较数值大小，数值越大，反应速率越大。

三、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)科学仪器测定：如释放出气体的体积和体系的压强等。

(2)直接观察测定：如反应体系颜色的变化。

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。

3.化学反应速率测定实验及数据记录
用电子天平准确取三段质量相等的镁条，放入体积相同浓度不同的过量的盐酸中，记录镁条完全消失所用时间，填入下表：
(1)根据所得实验数据，将计算结果填入上表。

(2)如果分别用单位时间内盐酸浓度的减小、氯化镁浓度的增大来表示化学反应速率(提示：忽略反应前后溶液体积的改变)，以第三组数据为例，分别计算盐酸、氯化镁表示的化学反应速率：
①v (HCl)＝0.5t 3 mol·L －1·s －
1；
②v (MgCl 2)＝0.25t 3
mol·L －1·s －
1；
③上述①、②两数据不同的原因是化学方程式中HCl 、MgCl 2的系数不同。

(3)比较t 1、t 2、t 3的大小顺序依次为t 3＞t 2＞t 1。

用盐酸浓度表示的化学反应速率，三组数据由大到小的顺序是v (一组)＞v (二组)＞v (三组)。

1．已知反应Zn ＋H 2SO 4===ZnSO 4＋H 2↑，你有几种方法测定该反应的反应速率？评价这几种方案中，最容易操作的是哪一种？
答案 (1)测量收集一定体积的H 2时所用的时间或测量一段时间内收集到H 2的体积。

(2)测量一段时间内溶液中H ＋
浓度的变化。

(3)测量一段时间内锌粒质量的变化。

以上三种方法中第(1)种方法容易操作。

2．某实验小组用如下方法测定锌与稀硫酸反应的速率：
Ⅰ.按下图所示安装装置，加入锌粒，然后快速加入40 mL 1 mol·L－1的硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间。

Ⅱ.按图示再安装一套装置，加入与前一套装置相同的锌粒，然后再快速加入40 mL 4 mol·L－1的硫酸，测量收集10 mL H2所用的时间。

回答下列问题：
(1)实验所用的仪器有哪些？
(2)观察到的现象是什么？
(3)你能得出什么实验结论？
(4)该实验中的注意事项有哪些？
答案(1)锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50 mL注射器、铁架台、秒表。

(2)锌跟硫酸反应产生气泡，收集10 mL气体(2)所用时间比(1)所用时间短。

(3)4 mol·L－1的硫酸与锌反应比1 mol·L－1的硫酸与锌反应快。

(4)a.锌粒的大小( c.装置气密性要好，且计量要迅速、准确。

【课堂小结】
【课堂检测】
1．下列说法正确的是()
A．化学反应速率通常用反应物或反应产物的物质的量浓度变化来表示
B．用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的系数之比
C．化学反应速率的单位由时间单位和物质的量的单位决定
D．反应过程中，反应物浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值
答案B
解析化学反应速率通常用单位时间内反应物或反应产物的物质的量浓度的变化来表示，A 项错误；化学反应速率单位由时间单位和物质的量浓度的单位决定，C项错误；反应过程中反应物浓度逐渐变小，用反应物或反应产物浓度的变化量表示的化学反应速率均为正值，D 项错误。

2．对于反应3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，在测量化学反应速率时，以下相关性质不可以利用的是()
A．气体的体积和体系的压强
B．溶液颜色的深浅
C．固体物质的体积
D．H＋浓度的变化量
答案C
解析与化学反应中任何一种化学物质的浓度(或质量)相关的性质在测量反应速率时都可以加以利用，包括能够直接观察的某些性质，也包括必须依靠科学仪器才能测量的性质，故A、B、D三项可以利用。

3．对于反应：4NH3(g)＋5O2(g)⇌4NO(g)＋6H2O(g)，下列为四种不同情况下测得的反应速率，其中能表明该反应进行最快的是()
A．v(NH3)＝0.2 mol·L－1·s－1
B．v(O2)＝0.24 mol·L－1·s－1
C．v(H2O)＝15 mol·L－1·min－1
D．v(NO)＝9 mol·L－1·min－1
答案A
解析首先将四个答案的单位变为相同单位，A为0.2×60 mol·L－1·min－1＝12 mol·L－1·min －1，B为0.24×60 mol·L－1·min－1＝14.4 mol·L－1·min－1。

再将四个速率都除以各自的化学计量数，比较大小。

4．根据如图所示图像填空：
(1)反应物是________，反应产物是________。

(2)在2 min内用A、B、C表示的化学反应速率分别为__________、__________、__________。

(3)该化学反应的反应速率v＝__________。

答案(1)A、B C(2)3 mol·L－1·min－1 2 mol·L－1·min－1 3 mol·L－1·min－1
(3)1 mol·L－1·min－1
解析已知在反应过程中反应物的量减少，反应产物的量增多，故A、B为反应物，C为反应产物，由速率的定义不难得出：
v(A)＝[(8－2)÷2]mol·L－1·min－1＝3 mol·L－1·min－1，
v(B)＝[(8－4)÷2]mol·L－1·min－1＝2 mol·L－1·min－1，
v(C)＝(6÷2) mol·L－1·min－1＝3 mol·L－1·min－1，
故三者的化学计量数之比依次为3∶2∶3，又因最终各物质浓度不变且均不为零，故为可逆反应，其化学方程式为3A＋2B3C。

则v＝1
－1·min－1。

3v(A)＝1 mol·L。