高中化学必修1化学反应速率和化学平衡（1）教学设计

高中化学必修 1 化学反应速率和化学平衡（1）教学设计 授课人：董 xx ① 了解化学反应速率的概念，化学反应速率的表示方法。 教学目标： ② 理解外界条件对化学反应速率的影响。 ③ 理解化学平衡的涵义及化学反应速率之间的内在联系。 教学重点： 浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响 教学难点： 平衡状态的比较(等效平衡的应用)；化学平衡的计算 教学方法： 教学过程： 第一课时 基础知识精析 一、化学反应速率 1．化学反应速率 ①定义：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 应速率的快慢叫做化学反应速率。 ②表达式： ＝ 单位：mol·L-1·S-1、mol·L-1·min-1 或 mol／(L·s)、mol／(L·min). ③关系： 对于同一化学反应在同一时间段内用不同物质的浓度变化表示的反应速率 之比等于方程式中对应物质化学计量数之比。 例如，对于反应 mA+nB=pD+qE 来说有： m:n:p:q 【注意】①同一个化学反应同一段时间内，用不同物质的浓度变化表示的反 应速率，数值可能不同，但是意义相同。所以，比较化学反应速率快慢时最好用 同一物质的速率表示。 ②计算式所得化学反应速率是某段时间内的平均速率，不是瞬时速率。 ③不能用固态和纯液态物质来表示反应速率。 深度思考 1．化学反应速率指瞬时速率还是平均速率？ 答案　化学反应速率一般指平均速率。 2．能否用固体或纯液体表示化学反应速率？ 答案　不能，因为固体或纯液体的浓度在化学反应中视为定值。 3．在恒温恒容的容器中进行反应 N2(g)＋3H2(g)高温高压催化剂 2NH3(g)，若氮气浓度由 0.1 mol·L－1 降到 0.06 mol·L －1 需 2 s，那么由 0.06 mol·L－1 降到 0.024 mol·L－1 需要的反应时间为 (　　) A．等于 1.8 s B．等于 1.2 s C．大于 1.8 s D．小于 1.8 s 答案　C 解析　因为随着反应的进行，反应速率减慢，所以 t>1.8 s。 4．某温度时，在 2 L 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。由此分析，该反应的化 学方程式为______；从反应开始至 2 min 时，Z 的反应速率为_________。 答案　3Y＋Z2X　0.025 mol·L－1·min－1 2．外界条件对化学反应速率的影响： 预备知识： (1)影响化学反应速率的因素 内因：由参加反应物质的结构(化学性质、化学键强弱等)和反应历程决定。 化学反应的快慢取决于旧键断裂的难易。如常温下：H2 和 F2 反应很快，N2 和 H2 反应很困难。 外因：主要指浓度、温度、压强和催化剂等。 （2）有效碰撞理论①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。 ②有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。 ③活化能： E1 为反应的活化能，使用催化剂时的活化能为 E3，反应热为 E1－E2。 （1）浓度： 当其他条件不变时，增加反应物的浓度可以加快化学反应速率；降低反应物 的浓度，可以减慢化学反应速率。 解释：增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞 次数增多，反应速率增大。值得注意的是，固体物质的浓度可视为常数，故其反 应速率只与其表面积的大小和生成物扩散的速率有关，而与其用量多少无关。 （2）压强： 当其它条件不变时，在体积可变的容器中，对于有气体参加的反应，增大 压强（减小气体体积，相当于增大反应物的浓度），可以加快化学反应速率；减 小压强（增大气体体积，相当于减小反应物的浓度），可以减慢化学反应速率。 解释：对于有气体参加的反应，当其他条件不变时,增加压强时，气体的体 积减小，浓度增加，分子间的有效碰撞机会增多。故反应速率加快。 特别说明：压强对化学反应速率的影响是通过改变体积，而使浓度改变， 从而使化学反应速率改变的。由于压强对固体、液体的体积几乎无影响，故对无 气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可忽略不计。 ①压强对化学反应速率的影响，准确的应为体积对化学反应速率的影响,因 为不管压强是否改变，只要体积改变，导致浓度改变，反应速率就会改变。 ②在进行分析外界条件对化学反应速率的影响时，应首先看容器的体积是否 可变。对于体积不变的密闭容器，若只改变压强，化学反应速率并不发生变化；对于体积可变的密闭容器，若压强保持不变，化学反应速率也可能因为体积发生 变化，而发生变化。 （3）温度： 当其它条件不变时，升高温度可以加快化学反应速率；降低温度，可以减慢 化学反应速率。 解释：温度升高时，分子运动速率加快，有效碰撞机会增多，反应速率加快。 经验规律：一般来说温度每升高 10℃,反应速率增大到原来的 2～4 倍。 （4）催化剂： 当其它条件不变时，加入催化剂可以大大加快化学反应的速率。 解释：催化剂能极大地降低反应的活化能，从而增大活化分子百分数，使反 应速率加快。 说明：如果使用负催化剂，则可能减慢化学反应速率。 （5）稀有气体对反应速率的影响: 稀有气体或其它非反应气体统称为惰性气体，充入反应容器中，分以下两种 情况讨论： ①若恒温、恒容容器中充入惰性气体，虽然改变了容器内气体压强，但却没 有改变反应气体体积，即并没改变反应物的浓度，不影响化学反应速率。 ②若恒温、恒压容器中充入惰性气体，就会使容器容积扩大，虽未减少容器 内气体压强，但却减小了反应气体体积，即降低了反应物的浓度，故使反应速率 降低。 （6）其他条件： 增大一定量固体的表面积(如粉碎)，可增大反应速率；光照一般也可增大某 些反应的速率；此外，超声波、电磁波、溶剂等对反应速率也有影响。 3.外界条件对可逆反应的影响 预备知识： 在同一条件下正向反应和逆向反应同时进行的化学反应，叫做可逆反应。正向反应：把从左到右进行的反应称为正向反应，简称正反应； 逆向反应：把从右到左进行的反应称为逆向反应，简称逆反应。 特点：正反应和逆反应同时进行。 (1)升温正逆反应速率一般均加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加 的倍数；降温一般均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。 (2)加压对有气体参加的反应，正逆反应速率均增加，气体积之和大的一侧 增加倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数；降压均减小，气体体积之和大 的一侧减小的倍数大于气体体积之和小的一侧减小的倍数。 (3)增加反应物的浓度正反应速率瞬间增大，逆反应速率暂时不变，随后增 大；增加生成物的浓度逆反应速率瞬间增大，正反应速率暂时不变，随后增大。反之亦然。 (4)使用催化剂可同倍地改变正逆反应速率。 4. 化学反应速率的测定方法 （1）测定原理： 利用实验测定反应过程中的某一个物质的某一物理量的变化及发生变化的 时间，通过计算得出化学反应速率。 （2）测量对象的选择： 一般选择反应物或生成物中，有明显变化且容易测定的物理量进行测定。 例如：颜色变化、沉淀变化、气体体积、导电性等。 〖思考与交流〗哪些方式我们可以用来测量反应速率？ ①对于有固体或液体质量变化的反应——质量变化； ②对于有气体产生或消耗的反应——气体变化量； ③对于有显色物质生产/消耗的反应——颜色变化； ④对于有导电物质产生/消耗的反应——导电性； ⑤对于有酸/碱生成或消耗的反应——pH 变化。 〖实验探究〗如何设计实验测量硫酸和锌的反应速率？（测定产生氢气的 体积和时间） 深度思考1．(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁______铝； (2)对于 Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？ ①升高温度：________；②增大盐酸浓度：__________； ③增大铁的质量：__________；④增加盐酸体积：____________。 答案　(1)小于　(2)①反应速率增大　②反应速率增大　③无影响　④无影响 2．有人说压强对化学反应速率的影响是通过改变浓度实现的。这种说法是否正确，对此你如何理解？ 答案　这句话是正确的。但压强仅对有气体参加的反应起作用。增大压强，所有参与反 应的气体的浓度均增大，如 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)增大压强，SO2、O2、SO3 的浓度均增大，正、 逆反应速率均增大。而增大浓度可只增大反应物或生成物的浓度，若只增大反应物的浓度， v 正瞬间增大，v 逆不变。压强对无气体参与的反应无影响，但浓度仍可改变无气体参与的反 应的化学反应速率。 3．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)碳酸钙与盐酸反应过程中，再增加 CaCO3 固体，反应速率不变，但把 CaCO3 固体粉碎，可以加快反应速率 (　　) (2)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大 (　　) (3)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大 (　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)× 【探究高考】 1．(2009·广东理基，29)已知汽车尾气无害化处理反应为 2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)。 下列说法不正确的是 (　　) A．升高温度可使该反应的逆反应速率降低 B．使用高效催化剂可有效提高正反应速率 C．反应达到平衡后，NO 的反应速率保持恒定 D．单位时间内消耗 CO 和 CO2 的物质的量相等时，反应达到平衡 答案　A 解析　升温，无论是正反应，还是逆反应，速率均加快，A 项错；催化剂可以加快化学反应速率，B 项正确；达平 衡后，各组分的速率保持不变，C 项正确；由于 CO 和 CO2 的计量系数相等，故当两者同时消耗的量相等时，反应即达 平衡，D 项正确。2．(2010·福建理综，12)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右图所示，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 答案　B 3．(2009·山东理综，14)2SO 2(g)＋O2(g)V2O5△2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下列叙述正确的是 (　　) A．催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率 B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大 C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 D．在 t1、t2 时刻，SO3(g)的浓度分别是 c1、c2，则时间间隔 t1～t2 内，SO3(g)生成的平均反应 速率为 v＝ 答案　D 4．(2012·福建理综，12)一定条件下，溶液的酸碱性对 TiO2 光催化染料 R 降解反应的影响如下 图所示。下列判断正确的是 (　　) A．在 0～50 min 之间，pH＝2 和 pH＝7 时 R 的降解百分率相等 B．溶液酸性越强，R 的降解速率越小 C．R 的起始浓度越小，降解速率越大 D．在 20～25 min 之间， pH＝10 时 R 的平均降解速率为 0.04 mol·L－1·min－1答案　A 解析：在 0～50 min 之间，pH＝2 和 pH＝7 时反应物 R 都能完全反应，降解率都是 100%，故 A 正确；pH 为 2、 7、10 时，通过曲线的倾斜程度可看出溶液的酸性越强，R 的降解速率越大，故 B 错误；图中无法比较同一 pH 条件下， R 的起始浓度与降解速率的关系，故 C 错误；20～25 min 之间，pH＝10 时 R 的平均降解速率为 0.2×10－4 mol·L－1/5 min ＝4×10－6 mol·L－1·min－1，故 D 错误。 5．[2011·福建理综，23(4)]在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应： 2IO＋5SO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O 生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的 时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示： 实验序号 0.01 mol·L － 1 KIO3 酸性 溶液 (含淀粉 )的体 积/mL 0.01mol·L－ 1Na2SO3 溶液 的体积/mL H2O 的体 积/mL 实验温 度/℃ 溶液出现 蓝色时所 需时间/s 实验 1 5 V1 35 25 实验 2 5 5 40 25 实验 3 5 5 V2 0 该实验的目的是________；表中 V2＝________mL。 答案　探究该反应的速率与温度、亚硫酸钠溶液浓度的关系(或其他合理答案)　40 解析　通过分析表中的数据可知，该实验研究的是温度、浓度对反应速率的影响；由于实验 1 和实验 2 的温度相同， 故实验 2 与实验 3 的溶液的浓度一定相同，即水的体积一定相同，因此 V2＝40。 6．(1)[2012·山东理综，29(3)改编]一定温度下，将 1 mol N2O4 充入体积为 1 L 的密闭容器中，反应 3 s 后，NO2 的物质的量为 0.6 mol，则 0～3 s 内的平均反应速率 v(N2O4)＝________mol·L－1·s－1。 答案　0.1 解析　N2O42NO2 0.3 mol 0.6 mol v(N2O4)＝＝0.1 mol·L－1·s－1。 (2)[2010·山东理综，28(2)改编]在一定温度下，向 1 L 密闭容器中加入 1 mol HI(g)，发生反应 2HI H2＋I2，2 min 时生成 H2 0.1 mol，则 0～2 min 内的平均反应速率 v(HI)＝__________。 答案　0.1 mol·L－1·min－1解析　v(HI)＝＝0.1 mol·L－1·min－1。 7．[2012·新课标全国卷，27(4)]COCl2 的分解反应为 COCl2(g)===Cl2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反 应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第 10 min 到 14 min 的 COCl2 浓度变化曲线未示出)： ①计算反应在第 8 min 时的平衡常数 K＝____________； ②比较第 2 min 反应温度 T(2)与第 8 min 反应温度 T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“”或 “＝”)； ③若 12 min 时反应于温度 T(8)下重新达到平衡，则此时 c(COCl2)＝________ mol·L－1； ④比较产物 CO 在 2～3 min、5～6 min 和 12～13 min 时平均反应速率[平均反应速率分别以 v(2～ 3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小____________________________； ⑤比较反应物 COCl2 在 5～6 min 和 15～16 min 时平均反应速率的大小：v(5～6)________v(15～ 16)(填“”或“＝”)，原因是______________________。 答案　①0.234 mol·L－1　②v(2～3)＝v(12～13)　⑤>　在相同温度时，该 反应的反应物浓度越高，反应速率越大。 〖教后记〗 题组一　化学反应速率的大小比较 1．已知反应 4CO＋2NO2N2＋4CO2 在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速 率最快的是 (　　) A．v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1 B．v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1 C．v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1 D．v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1 答案　C 解析　转化为相同的物质表示的反应速率进行比较，B 项 v(CO)＝1.4 mol·L－1·min－1，C 项 v(CO)＝1.6 mol·L－1·min －1，D 项 v(CO)＝1.1 mol·L－1·min－1，C 项速率最快。 2．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 答案　D 解析　本题可以采用归一法进行求解，可以通过方程式的计量数将不同物质表示的反应速率折算成同一物质表示的 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)＝3mol·L－1·min－1。 3．(1)将 4 mol A 气体和 2 mol B 气体在 2 L 的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应： 2A(g)＋B(g)2C(g)，若经 2 s 后测得 C 的浓度为 0.6 mol·L－1，现有下列几种说法： ①用物质 A 表示的反应速率为 0.3 mol·L－1·s－1 ②用物质 B 表示的反应速率为 0.6 mol·L－1·s－1 ③2 s 时物质 A 的转化率为 70% ④2 s 时物质 B 的浓度为 0.7 mol·L－1 其中正确的是 (　　) A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ (2)若①②中用 A、B 表示的反应速率分别为 0.3 mol·L－1·s－1、0.6 mol·L－1·s－1，哪种物质表示的 反应速率更快？ (3)若物质 A 的转化率经过计算为 30%，那么，物质 B 的转化率为多少？你能迅速得出答 案吗？ 答案　(1)B　(2)B 物质表示的反应速率更快 (3)30%，能迅速得出答案，因为通入和消耗的 A、B 的物质的量之比均为 2∶1，则 A、B 转化率相等。 4．NH3 和纯净的 O2 在一定条件下发生反应：4NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g) 现向一容积不变的 2 L 密闭容器中充入 4 mol NH3 和 3 mol O2,4 min 后，测得生成的 H2O 占混 合气体体积的 40%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是 (　　) A．v(N2)＝0.125 mol·L－1·min－1 B．v(H2O)＝0.375 mol·L－1·min－1 C．v(O2)＝0.225 mol·L－1·min－1 D．v(NH3)＝0.250 mol·L－1·min－1 答案　C 题组一　浓度与压强对化学反应速率的影响 1．对反应 A＋BAB 来说，常温下按以下情况进行反应：①20 mL 溶液中含 A、B 各 0.01 mol　 ②50 mL 溶液中含 A、B 各 0.05 mol　③0.1 mol·L－1 的 A、B 溶液各 10 mL　④0.5 mol·L－1 的 A、B 溶液各 50 mL 四者反应速率的大小关系是 (　　) A．②>①>④>③ B．④>③>②>① C．①>②>④>③ D．①>②>③>④ 答案　A2．一定温度下，反应 N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不改变化学反应 速率的是 (　　) A．缩小体积使压强增大 B．恒容，充入 N2 C．恒容，充入 He D．恒压，充入 He 答案　C 题组二　外界条件对反应速率的综合影响 3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为 Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O， 下列各组实验中最先出现浑浊的是 (　　) Na2S2O3 溶液 稀 H2SO4 H2O 实验 反应温度/ ℃ V/mL c/mol·L－1 V/mL c/mol·L－1 V/mL A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 答案　D 解析　本题考查化学反应速率，意在考查学生分析外界条件对化学反应速率的影响。结合选项知混合液的体积都为 20 mL，但选项 D 中反应温度最高、反应物 Na2S2O3 的浓度最大，其反应速率最大，故最先看到浑浊(有硫单质生成)。 4．把镁条直接投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生 H2 的速率如右图所 示，在下列因素中，影响反应速率的因素是 (　　) ①盐酸的浓度　②镁条的表面积　③溶液的温度　④Cl－的浓度 A．①④ B．③④ C．①②③ D．②③ 答案　C 5．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气 体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是(　　) 组别 对应曲 线 c(HCl)/mol·L－1 反应温度/℃ 铁的状态 1 a 30 粉末状 2 b 30 粉末状 3 c 2.5 块状 4 d 2.5 30 块状 A．第 4 组实验的反应速率最慢 B．第 1 组实验中盐酸的浓度大于 2.5 mol·L－1 C．第 2 组实验中盐酸的浓度等于 2.5 mol·L－1 D．第 3 组实验的反应温度低于 30 ℃ 答案　D 题组训练　外界条件对反应速率影响的图像分析 1．向某密闭容器中加入 0.3 mol A、0.1 mol C 和一定量的 B 三种气体。一定条件下发生反应， 各物质浓度随时间变化如甲图所示[t0～t1 阶段 c(B)未画出]。图乙为 t2 时刻后改变条件平衡体系 中反应速率随时间变化的情况，且四个阶段都各改变一种不同的条件并且改变的条件均不同。 已知，t3～t4 阶段为使用催化剂。下列说法正确的是(　　)A．若 t1＝15 s，生成物 C 在 t0～t1 时间段的反应速率为 0.004 mol·L－1·s－1 B．t4～t5 阶段改变的条件为降低反应温度 C．B 的起始物质的量为 0.02 mol D．t5～t6 阶段可能是增大压强 答案　A 2．某温度时，在一个容积为 2 L 的密闭容器中，X、Y、Z 三种物质的物质的量随时间的 变化曲线如图所示。根据图中数据，试填写下列空白： (1)该反应的化学方程式为__________________。 (2)反应开始至 2 min，气体 Z 的反应速率为________________________________。 (3)若 X、Y、Z 均为气体，反应达到平衡时： ①压强是开始时的________倍； ②若此时将容器的体积缩小为原来的倍，达到平衡时，容器内温度将升高(容器不与外界 进行热交换)，则该反应的正反应为________反应(填“放热”或“吸热”)。 (4)若上述反应在 2 min 后的 t1～t6 内反应速率与反应时间图像如下，在每一时刻均改变一 个影响反应速率的因素，则 (　　) A．在 t1 时增大了压强 B．在 t3 时加入了催化剂 C．在 t4 时降低了温度 D．t2～t3 时 A 的转化率最高 答案　(1)3X＋Y2Z　(2)0.05 mol·L－1·min－1 (3)①0.9　②放热　(4)B