【新】高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率第3节化学反应的速率第1课时化学反应速率学案鲁科版选修4

第1课时 化学反应速率
学习目标：1.了解化学反应速率的概念。

2.掌握化学反应速率的定量表示方法。

(重点)3.能用化学反应速率的有关知识比较反应的快慢。

(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
1．化学反应的历程
(1)基元反应：能够一步完成的反应叫基元反应。

大多数化学反应都是由几个基元反应组成的。

(2)反应历程
①含义：基元反应构成的反应序列。

②特点。

a ．反应不同，反应历程不同。

b ．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：对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。

2．化学反应速率 (1)表示方法
对于反应体系体积不变的化学反应，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。

(2)数学表达式及单位
v ＝
Δc Δt
，单位为mol·L －1·s －1或mol·L －1·min －1。

(3)特点
①同一反应选用不同物质的浓度改变量表示速率，数值可能不同，但表示的意义相同。

②各物质表示的反应速率之比等于其化学方程式中相应物质的系数之比。

微点拨：(1)不用固体或纯液体表示反应速率。

(2)反应速率表示一段时间内反应的平均速率，不是瞬时速率。

[基础自测]
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。

) (1)化学反应速率适用于可逆反应，不适用于非可逆反应。

( )
(2)在可逆反应中，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值。

( )
(3)在同一化学反应中，化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成
物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同。

( )
(4)化学反应速率的单位可以是g·(L·s)－1
，也可以是kg· (L·s)－1
，甚至可以是t·(L·s)－1
等。

( )
(5)合成氨反应中，5 s 末v (N 2)＝0.5 mol·L －1
·s －1
时，v (NH 3)＝1 mol·L －1
·s －1。

( ) [提示] (1)× 化学反应速率适用于可逆反应和非可逆反应。

(2)× 化学反应速率均为正值。

(3)√
(4)× 化学反应速率的单位为mol·L －1
·s －1
或mol·L －1
·min －1。

(5)× 化学反应速率表示平均速率，不表示瞬时速率。

2．在密闭容器中，A 与B 反应生成C ，其反应速率分别用v (A)、v (B)、v (C)表示，已知3v (B)＝2v (A)、2v (C)＝3v (B)，则此反应可表示为( )
A ．2A ＋3B===2C
B ．A ＋3B===2
C C ．3A ＋2B===3C
D ．A ＋B===C
C [由反应中物质的系数之比＝反应速率之比可得：v (A)∶v (B)∶v (C)＝3∶2∶3。

] 3．在铝与稀硫酸的反应中，已知10 s 内硫酸的浓度减少了0.6 mol·L －1
，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10 s 内生成硫酸铝的平均反应速率是( )
A ．0.02 mol·L －1
·s －1
B ．1.8 mol·L －1
·s －1
C ．1.2 mol·L －1
·s －1
D ．0.18 mol·L －1
·s －1
A [由v ＝Δc Δt 可知，v (H 2SO 4)＝0.6 mol·L －1
10 s ＝0.06 mol·L －1·s －1；由反应2Al ＋
3H 2SO 4===Al 2(SO 4)3＋3H 2↑可知，v (H 2SO 4)∶v [Al 2(SO 4)3]＝3∶1，则v [Al 2(SO 4)3]＝0.06 mol·L －1
·s －1
3
＝0.02 mol·L －1·s －1。

]
[合 作 探 究·攻 重 难]
N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g)
起始浓度/(mol·L －1
) 1.0 3.0 0.2 2 s 末浓度/(mol·L －1
) 0.6 1.8 1.0 4 s 末浓度/(mol·L －1) 0.4 1.2 1.4 [思考交流]
1．前2 s 内v (N 2)、v (H 2)、v (NH 3)各是多少？
[提示] v(N2)＝1.0－0.6mol·L－1
2 s
＝0.2 mol·L－1·s－1
v(H2)＝3.0－1.8mol·L－1
2 s
＝0.6 mol·L－1·s－1
v(NH3)＝1.0－0.2mol·L－1
2 s
＝0.4 mol·L－1·s－1
2．2～4 s内v(N2)、v(H2)、v(NH3)各是多少？
[提示] v(N2)＝0.6－0.4mol·L－1
2 s
＝0.1 mol·L－1·s－1
v(H2)＝1.8－1.2mol·L－1
2 s
＝0.3 mol·L－1·s－1
v(NH3)＝1.4－1.0mol·L－1
2 s
＝0.2 mol·L－1·s－1
3．同一段时间内，v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)的值是多少？
[提示] 1∶3∶2。

4．前2 s和2～4 s内，哪段时间内的反应速率快？
[提示] 前2 s。

[对点训练]
题组1 化学反应速率的计算
1．一定温度下，向一个容积为2 L的装有催化剂的真空密闭容器中通入1 mol N2和3 mol
H2,3 min末测得容器内压强是起始压强的9
10
，则0～3 min内，用H2的浓度变化来表示该反应的平均反应速率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
C[设0～3 min内，转化的N2的物质的量为x mol，用三段式法分析如下： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
初始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 1－x 3－3x 2x
由1－x＋3－3x＋2x
1＋3
＝
9
10
可得，x＝0.2，则v(H2)＝
3×0.2 mol
2 L×
3 min
＝0.1 mol·L－
1·min－1，故选C项。

]
2．化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结
果应是( )
A ．2.5 μmol·L －1
·min －1
和2.0 μmol·L －1
B ．2.5 μmol·L －1
·min －1
和2.5 μmol·L －1
C ．3.0 μmol·L －1
·min －1
和3.0 μmol·L －1
D ．5.0 μmol·L －1
·min －1
和3.0 μmol·L －1
B [4～8 min 时，反应物浓度由20 μmol·L －1
变为10 μmol·L －1
，故其平均反应速率为20 μmol·L －1
－10 μmol·L －1
4 min ＝2.
5 μmol·L －1·min －1。

由图中曲线可以看出，每隔
4 min 反应物的浓度在原来的基础上减半，故16 min 时反应物浓度应为2.
5 μmol·L －1。

]
题组2 化学反应速率的应用 3．已知可逆反应m A ＋n B x C(A 、B 、C 均为气体)在t s 内的平均反应速率为v (A) ＝
a mol·L －1·s －1，v (B)＝
b mol·L －1·s －1，v (C)＝
c mol·L －1·s －1。

则x 为( )
【导学号：41722099】
A ．bc /n
B ．c /b
C ．cm /a
D ．ac /m
C [由m ∶n ∶x ＝a ∶b ∶c ，得x ＝cm a 或
cn
b。

] 4．某温度下，浓度均为2 mol·L －1
的两种气体X 2和Y 2在恒容密闭容器中发生反应生成气体Z ，经过t min 后，测得各物质的浓度分别为c (X 2)＝0.8 mol·L －1
，c (Y 2)＝1.6 mol·L
－1
，c (Z)＝0.8 mol·L －1
，则该反应的化学方程式可表示为( )
【导学号：41722100】
A ．3X 2＋Y 2===2X 3Y
B ．2X 2＋Y 2===2X 2Y
C ．X 2＋4Y 2===2XY 4
D ．2X 2＋3Y 2===2X 2Y 3
A [由题意可知，Δc (X 2)＝1.2 mol·L －1
，Δc (Y 2)＝0.4 mo l·L －1
，Δc (Z)＝0.8 mol·L
－1
，则Δc (X 2)∶Δc (Y 2)∶Δc (Z)＝3∶1∶2，故该反应的化学方程式为3X 2＋Y 2===2Z ，根据
质量守恒定律可知Z 为X 3Y ，A 项正确。

]
化学反应速率的计算方法
(1)利用化学方程式计算 ①写出有关反应的化学方程式。

②找出各物质的初始量、转化量、某时刻量。

③根据已知条件列方程式计算。

如反应： m A(g)＋n B(g)
p C(g)
起始浓度/mol·L －1
a b c 转化浓度/mol·L －1
x
nx m px m 某时刻浓度/mol·L －1 a －x b －nx m
c ＋px m
④根据公式v (A)＝
Δc
Δt
进行计算。

(2)根据化学反应速率之比等于系数之比计算 如对于反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)，有关系v (A)∶v (B)∶v (C)＝m ∶n ∶p ，或1
m
v (A)
＝1n v (B)＝1
p
v (C)。

(ⅰ)v (A)＝0.01 mol·L －1
·s －1
(ⅱ)v (B)＝0.02 mol·L －1
·s －1
(ⅲ)v (B)＝0.60 mol·L －1
·min －1
[思考交流]
1．反应速率(ⅱ)>(ⅰ)吗？
[提示] 否。

v (B)＝3v (A)＝3×0.01 mol·L －1
·s
－1
＝0.03 mol·L
－1
·s
－1
>0.02
mol·L －1
·s －1
，故反应速率(ⅰ)>(ⅱ)。

2．反应速率(ⅲ)>(ⅱ)吗？
[提示] 否。

v (B)＝0.60 mol·L －1
·min －1
60 s·min
－1
＝0.01 mol·L －1·s －1<0.02 mol·L －1
·s －1
，故反应速率(ⅱ)>(ⅲ)。

3．你认为比较用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率大小时，应注意什么？ [提示] 比较用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率的大小时，不能仅凭表面数
据，必须结合化学方程式中物质的系数对数据进行换算，同时应注意单位统一。

[对点训练]
1. 对于反应A 2(g)＋3B 2(g)===2C(g)来说，下列化学反应速率表示反应进行最快的是( )
A ．v (
B 2)＝0.8 mol·L －1
·s －1
B ．v (A 2)＝0.4 mol·L －1
·s －1
C ．v (C)＝0.6 mol·L －1
·s －1
D ．v (B 2)＝0.42 mol·L －1
·s －1
B [若以物质A 2为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用物质A 2表示的反应速率，则有：A 项，v (A
2)＝
v
2
3
＝0.8 mol·L －1·s －1
3≈0.267 mol·L －1·s －1
；C 项，v (A 2)＝
v 2
＝0.6 mol·L －1
·s －1
2＝0.3 mol·L －1·s －1；D 项，v (A 2)＝
v 23＝0.42 mol·L －1
·s
－1
3
＝
0.14 mol·L －1
·s －1。

综上所述，B 项表示反应进行最快。

]
2．将氮气、氢气的混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器中进行合成氨反应，经过一段时间后，反应速率为：
甲：v (H 2)＝3 mol·L －1
·min －1
； 乙：v (N 2)＝2 mol·L －1
·min －1
； 丙：v (NH 3)＝1 mol·L －1
·min －1
，
则这段时间内三个容器中合成氨的反应速率大小是( )
【导学号：41722101】
A ．甲>乙>丙
B ．甲＝乙＝丙
C ．乙>甲>丙
D ．甲>丙>乙
C [由合成氨反应的方程式为：N 2(g)＋3H 2(g)高温、高压催化剂2NH 3(g)可得：甲中v (H 2)＝3
mol·L －1
·min －1
；乙中v (N 2)＝2 mol·L －1
·min －1
，则v (H 2)＝3v (H 2)＝3×2 min·L －1
·min
－1
＝6 mol·L －1·min －1；丙中v (NH 3)＝1 mol·L －1·min －1
，则v (H 2)＝32v (NH 3)＝32×1 mol·L
－1
·min －1
＝1.5 mol·L －1
·min －1。

则三个容器中的化学反应速率大小关系为乙＞甲＞丙。

] [教师备选]
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·s －1；②v (B)＝0.6 mol·L －1·s －1；③v (C)＝0.4 mol·L －1·s －1
；④v (D)＝0.45 mol·L －1
·s －1。

该反应进行的快慢顺序为________。

[解析] ②v (A)＝13v (B)＝13×0.6 mol·L －1·s －1＝0.2 mol·L －1·s －1
；③v (A)＝12
v (C)
＝12×0.4 mol·L －1·s －1＝0.2 mol·L －1·s －1；④v (A)＝12v (D)＝12×0.45 mol·L －1·s －1＝0.225 mol·L －1
·s －1。

[答案] ④＞③＝②＞①
比较化学反应速率大小常用的方法
(1)统一标准法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时，按相应的化学方程式中物质的系数之比换算成同一物质表示的化学反应速率，单位统一，再比较数值大小。

(2)比值比较法
比较化学反应速率与其相应化学方程式中物质的系数的比值大小，在单位相同时，数值大者反应速率大，如对于反应m A(g)＋n B(g)===p (g)，有1m v (A)、1n v (B)、1
p
v (C)三者中，单
位相同时数值大者表示的反应速率大。

[当 堂 达 标·固 双 基]
1．在2 L 密闭容器内，某气体反应物在2 s 内由8 mol 变为7.2 mol ，则用该气体表示该反应的平均反应速率为( )
【导学号：41722102】
A ．0.4 mol·L －1
·s －1
B ．0.3 mol·L －1·s －1
C ．0.2 mol·L －1
·s －1
D ．0.1 mol·L －1
·s －1
C [v ＝Δc Δt ＝Δn
V ·Δt
＝
－
2 L×2 s
＝0.2 mol·L －1
·s －1。

]
2．把0.6 mol X(g)和0.6 mol Y(g)混合于 2 L 的密闭容器中，发生反应：3X(g)＋Y(g)===n I(g)＋2W(g)，5 min 末生成0.2 mol W(g)，用I(g)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 为( )
【导学号：41722103】
A ．4
B ．3
C ．2
D ．1
D [v (I)＝0.01 mol·L －1
·min －1
，则Δn (I)＝0.01 mol·L －1
·min －1
×2 L×5 min＝0.1 mol ，而Δn (W)＝0.2 mol ，又Δn (I)∶Δn (W)＝n ∶2，得n ＝1。

]
3．对于可逆反应A(g)＋3B(s)
2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，
其中表示的反应速率最快的是 ( )
A ．v (A)＝0.5 mol·L －1
·min －1
B ．v (B)＝1.2 mol·L －1
·s －1
C ．v (D)＝0.4 mol·L －1
·min －1
D ．v (C)＝0.1 mol·L －1
·s －1
D [采用归一法进行求解，即通过方程式中的化学计量数将不同物质的反应速率折算成同一物质的反应速率进行比较，B 项中的B 物质是固体，不能表示反应速率；C 项中对应的
v (A)＝0.2 mol·L －1·min －1；D 项中对应的v (A)＝3 mol·L －1·min －1。

]
4．根据下图填空：
(1)反应物是________；生成物是________。

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

(3)该反应的化学方程式是____________________________。

[解析] 已知在反应过程中反应物的浓度减小，生成物的浓度增大，故A 、B 为反应物，C 为生成物，由速率计算公式得：
v (A)＝8－22
mol·L －1·min －1＝3 mol·L －1·min －1
， v (B)＝
8－42 mol·L －1·min －1＝2 mol·L －1·min －1
， v (C)＝62
mol·L －1·min －1＝3 mol·L －1·min －1，
则三种物质的系数之比为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，其方程式为3A ＋2B
3C 。

[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)3A ＋2B
3C。