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
一、化学反应速率 引言：
N 2 + 3 H 2 2 NH 3、2 SO
2 + O 2 2 SO 3这二个反应都具有一个共同
点：需要一定的条件，这里涉及二个问题①．控制反应的快慢即化学反应速率；②．控制反应的程度即让原料更多地转化为产品也即平衡问题。

1．化学反应速率的观念
化学反应速率是指化学反应进行的快慢程度。

例：H 2、Cl 2爆炸 油的形成
酸、碱中和 钢铁的锈蚀 2．化学反应速率的表示方法
定义：用单位时间内反应物物质的量浓度的减少或生成物物质的量浓度的增加来表示。

化学反应速率＝
t
L c ∆∆）
（＝
时间（时、分、秒）度的变化反应物（或生成物）浓/m ol 单位：mol/(L ·时间) 时间……h 、min 、s
3．化学反应速率的有关计算
注意：①．浓度仅指溶液或气体的。

②．固体、纯液体无浓度可言。

例1：在18 L 容积的容器中，5 h 内产生180 mol 物质；在另一容器为12 L 的容器中，10 h 内产生60 mol 物质，问哪个反应速率快？
①V （生成物）= t
c
∆∆ = h L mol
518180 = 2 mol/（L •h ）
②V （生成物）= 0.5 mol/（L •h ） ∴前者快
例2：SO 2氧化制SO 3反应中，SO 2的起始浓度为2 mol/L,2 min 后，SO 2的浓度变为1.8mol/L ，
用SO 2的浓度变化来表示反应速率。

2 SO 2 + O 2 2 SO 3
起始浓度（mol/L ） 2 变化浓度（mol/L ） 2－1.8 终时浓度（mol/L ） 1.8 ∴V （SO 2）=
m in
2/8.1/2L
mol L mol - = 0.1mol/（L •min ）
例3：设有以下的气态反应：A + 2 B 2 C ，起始浓度c （A ）=1 mol/L 、c （B ） = 1 mol/L 、c （C ）= 0，1 min 后的浓度c （A ）= 0.8 mol/L 、c （B ）= 0.6 mol/L 、c （C ）= 0.4 mol/L ，试分别用A 、B 、C 物质浓度的变化来表示这个反应的速率。

A + 2
B 2
C 起始浓度（mol/L ） 1 1 0 变化浓度（mol/L ） 1－0.8 1－0.6 0.4－0 终时浓度（mol/L ） 0.8 0.6 0.4
催化剂 高温、高压
450℃
V 2O 5
快
慢
∴V （A ）= 0.2 mol/（L •min ） V （B ）= 0.4 mol/（L •min ） V （C ）= 0.4 mol/（L •min ） 小结：
①．反应速率是物质单位时间内浓度的变化量（mol/L ·s ），不是物质的量的变化（mol/s ）。

②．求得的反应速率是某一段时间内的平均反应速率，而不是某时刻的瞬时反应速率。

③．同一反应中，选用不同物质的浓度变化来表示反应速率时，所得的反应速率值不一 定相等，但这些数值所表示的意义是相同的，并且这些速率数值之比等于化学方程式 中的相应各物质系数比。

（重要：速率应指同一方向下的）
④.表示某一反应的速率时，必须说明以反应中哪一个物质作标准。

练习：
1．下列反应中 2 SO 2 + O 2 2 SO 3
起始浓度（mol/L ） 0.4 0.2 0 2 s 后浓度（mol/L ） 0.2 求：V （SO 2）、V （O 2）、V （SO 3）
解： 2 SO 2 + O 2 2 SO 3
起始浓度（mol/L ） 0.4 0.2 0
变化浓度（mol/L ）（0.4－0.2）
2
1
（0.4－0.2） （0.4－0.2） 终时浓度（mol/L ） 0.2 0.1 0.2 由概念
t
c
∆∆代入数据得：V （SO 2）= 0.1 mol/L ， 由小结3：V （O 2）=
2
1
V （SO 2）= 0.05 mol/L V （SO 3）= V （SO 2）= 0.1 mol/L
2．在500 mL 的密闭容器中装入1.5 mol H 2，0.5 mol N 2和0.05 mol NH 3。

若该反应的反应速率V （H 2）= 0.3 mol/（L ·min ）时，求3分钟末时NH 3的浓度？
分析：反应前各物质的浓度V （H 2）= 3 mol/L 、 V （N 2）= 1 mol/L 、 V （NH 3）= 0.1 mol/L 3 H 2 + N 2 2 NH 3 起始浓度（mol/L ） 3 1 0.1 变化浓度（mol/L ） 0.3×3
3
1×0.3×3 32
×0.3×3
终时浓度（mol/L ） 2.1 0.7 0.7
∴3分钟末C （NH 3）= 0.7 mol/L
3．在4个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应，根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是（ B ）
A ．V （H 2）= 0.1 mol/（L ·min ）
B ．V （N 2）= 0.2 mol/（L ·min ）
C ．V （NH 3）= 0.15 mol/（L ·min ）
D ．V （H 2）= 0.3 mol/（L ·min ） 分析：均换算为同一物质作标准比较。

4．依照反应方程式2 A （气）+ B （气） C （气）进行的反应，开始10 s 后，物质A 的浓度等于0.2 mol/L ，此时物质B 的浓度减少了0.02 mol/L ，求物质A 的起始浓度？
分析： 2 A （气）+ B （气） C （气）
起始浓度（mol/L
） 0.24 0 变化浓度（mol/L ） 0.04 0.02 终时浓度（mol/L ） 0.2 ∴C （A ）= 0.24 mol/L
总结：
化学反应进行的时候，反应物和生成物的浓度都在不断地变化，由于反应体系中一种反应物浓度的变化，必然引起其他物质浓度发生相应的变化。

因此，化学反应速率只要用反应体系中任何一种物质（反应物或生成物）的浓度变化来表示，一般以最容易测定的物质表示。

5．已知：4 NH 3 + 5 O 2 = 4 NO + 6 H 2O ，若反应速率分别用V （NH 3）、V （O 2）、V （NO ）、V （H 2O ）（mol/（L •s ））表示，则正确的关系是（ D ） （MCE93）
A ．()354NH V = V （O 2）
B ．6
5
V （O 2）= V （H 2O ）
C ．
32V （NH 3）= V （H 2O ） D ．5
4
V （O 2）= V （NO ）
6．（MCE89）某温度时，在2 L 容器中，X 、Y 、Z
三种气体物质的物质的量随时间变化的曲线图，由图中数据分析，该反应的化学方程式为？反应开始至2 min ，Z 的平均反应速率？
分析：由图知，2 min 内X 、Y 、Z 物质的量的变化为0.3 mol 、0.1 mol 、0.2 mol 比值为3∶1∶2，可知
3 X + Y = 2 Z ，V （Z ）= min
222.0L mol
= 0.05 mol/（L •min ）
二、外界条件对化学反应速率的影响
主要因素：反应物的性质（决定反应能否发生） 外界因素：外界条件影响速率快慢
内因解释：化学反应能否发生
活化分子的碰撞 注：1．碰撞能反应的分子……活化分子。

2．一定条件下，物质的活化分子百分含量为定值。

3．提高活化分子百分含量……解决反应难易的本质。

1．浓度对化学反应速率的影响
演示：
结论：当其他条件不变时，增加反应物的浓度可以增大反应的速率。

（本质即提高活化分子数）
2．压强对化学反应速率的影响
n （mol ）
CaCO 3 CaCO 3
快 慢 取决于
前提：温度一定时，一定量气体
压强增大体积缩小单位体积内分子数目增多
增
大反应速率。

问题：温度一定时，一定量气体，当气体压强减小时，情况如何？
结论：
1．对于有气体的反应来说，温度一定时，一定量的气体当气体压强增大时，气体的体积缩小，就是增加了反应物的浓度，因而可以加快反应速率。

（本质即提高活化分子数）
2．若体系中物质为固体、液体无气体时，由于压强变化对他们的体积浓度改变很小，因此，可以认为压强与他们的浓度无关。

问题：盐酸和碳酸钙反应时，若将碳酸钙粉碎，反应速率如何变化？原因？
加快，但是接触面积增大原因，浓度不变化且比浓度的影响要小的多．
3．温度对化学反应速率的影响
演示：
10 mL Na2S2O3
10 mL H2SO4
冷水热水
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓+ SO2↑+ H2O
结论：温度升高，化学反应一般要加快，温度每升高10℃，反应速率增大2—4倍。

（本质即提高活化分子数）
例：若一反应每10℃可增大3倍，则从10℃到40℃是增大多少倍？
33 = 27 （倍），而不是3×3 = 9
例：对于反应M + N = P，如果温度每升高10℃，化学反应速率增加3倍．在10℃时，完成反应要81min，将温度提高到30℃，完成反应要多少时间？
速率提高32 = 9倍，所以时间缩短= 81/9 = 9 min
4．催化剂对反应速率的影响
演示：2 H2O2 = 2 H2O+ O2↑气泡少而慢
2 H2O2 === 2 H2O+ O2↑气泡多而快
分析：试验条件相同：反应物浓度，反应温度
不同：MnO2的加入
结论：催化剂能改变反应速率（快或慢）．
注意：光、电磁波、反应物颗粒大小、溶剂性质等，也会影响反应速率．
练习：
1．已知反应，比较下列反应的快慢
①．10 mL0.1 mol/L H2SO4跟10 mL0.1 mol/L Na2S2O3溶液混合
②．20 mL0.1 mol/L H2SO4跟20 mL0.1 mol/L Na2S2O3溶液混合
③．20 mL0.05 mol/L H2SO4跟20 mL0.05 mol/L Na2S2O3溶液混合
分析：理解影响反应速率的条件是反应物的浓度，而不是物质的量。

Ⅰ．①、②中，②中反应物的量比①大，但反应物的浓度两者相等，V1=V2
MnO2
Ⅱ．①、③中，反应物的量相等，但③的反应物浓度小于①，V 1>V 3
2．为什么木炭在纯氧中燃烧比在空气中剧烈？
3．为什么要把NaHCO 3储存在阴凉处？
4．已知2 NO 2 N 2O
4 + Q ，将NO 2充入易导热材料制成的A 、B 容器中反应。

A 的容积固定不变，B 的上盖可随容器内气体压强的改变而上下移动，以保持容器内外压强相等。

当同温同压时，将等量的NO 2充
入起始体积相同的容器A 、B 中，反应同时开始，问：
①．反应开始时，A 与B 中生成N 2O 4的速率V A = V B 因为NO 2的温度、浓度、压强均相等。

②．反应过程中两容器里生成N 2O 4的速率是V A < V B 因为容器极易导热，可认为反应中温度不变，反应是ΔV 减小的反应，则B 中[NO 2] >
A 中[NO 2]
③．达到平衡时，A 与B 中NO 2转化为N 2O 4的百分数比较A < B 反应体积减小，对A 压强减小不利于平衡右移。

5.已知氧气的密度是1.28 g/L ，在实验室中利用KClO 3制氧气，生成氧气的平均速率为0.01mol/（L ·min ），现制取500mL 氧气需要的时间为多少？
n （O 2）= 0.5L ×1.28g/L ÷32g/mol = 0.02 mol
时间 = L
mol
5.002.0/0.01mol/（L ·min ）= 4 min
6．氯酸钾和亚硫酸钠发生氧化还原反应生成Cl －
和6
S 的
速率如图。

已知这个反应速率随溶液中H ＋
的物质的量浓度增大而加快。

（1）为什么反应开始时反应速率加快？
2 KClO
3 + 6 NaHSO 3 = 3 Na 2SO
4 + 2 KCl + 3 H 2SO 4
[H +]增大，V 增大
（2）为什么后期反应速率下降？
反应物浓度下降，生成的硫酸与NaHSO 3反应使H ＋及HSO 3－
浓度下降，V 减小
A B V。