自學03化學反應速率

自學目錄：

【核心素養(yǎng)分析】

【知識導圖】

【目標導航】

【目學內(nèi)容】

【目學檢測】

【核心素養(yǎng)分析】

1.變化觀念與平衡思想：能認識化學反應速率是變化的，知道化學反應速率與外界條件有關(guān)，并遵循一定規(guī)

律；能多角度。動態(tài)地分析化學反應速率，運用化學反應原理解決實際問題。

2.證據(jù)推理與模型認知：建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，知道可以通過分析、推理等方法認識化學

反應速率的本質(zhì)特征及其相互關(guān)系，建立模型,能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

3.科學探究與創(chuàng)新意識：能發(fā)現(xiàn)和提出有關(guān)化學反應速的有探究價值的問題；通過控制變量來探究影響化學

反應速率的外界條件。

【知識導圖】

【目標導航】

1.能進行化學反應速率的簡單計算，能通過實驗探究分析不同組分濃度改變對化學反應速率的影響，能用一

定的理論模型說明外界條件改變對化學反應速率的影響。

2.能運用溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響規(guī)律解釋生產(chǎn)、生活、實驗室中的實際問題，

能討論化學反應條件的選擇和優(yōu)億。

【自學內(nèi)容】

一、化學反應速率

1.概念：用來衡量化學反應進行快慢的物理量

2.表示：單位時間內(nèi)某種量的變化量

3.同一反應中各物質(zhì)化學反應速率的關(guān)系

mA(g)+〃B(g)=pY(g)+qZ(g)

(1)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比。

(2)v(A)：v(B)：v(Y)：v(Z)=m\n\p\q.

4.化學反應速率的計算

①常用單位：1］】(小115-1或1110卜11”11八戶或

②適用范圍：表示氣體物質(zhì)或溶液中可溶性物質(zhì)的速率,不表示固體或純液體物質(zhì)的速率

AV

（2）非常規(guī)公式：1，==（X代表〃、P、〃1、V等量）

△/

①常用單位：Pa?mii「、g?min，Luini

②適用范圍：任何物質(zhì)的反應速率

（3）利用關(guān)系式計算

①應用前提：同一化學反應

②常用關(guān)系：速率比=化學計量數(shù)比=物質(zhì)的量濃度變化比=物質(zhì)的量變化比

5.化學反應速率的實驗測定

1）定性描述：（根據(jù)實驗現(xiàn)象）

①觀察產(chǎn)生氣泡的快二慢；

②觀察試管中剩余鋅粒的質(zhì)量的多、少;

③用手觸摸試管，感受試管外壁溫度的高、低

2）定量描述：（根據(jù)實驗測量，單位時間內(nèi)：）

①測定氣體的體積；

②測定物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化;

③測定物質(zhì)或離子的液度變化；

④測定體系的溫度或測定反應的熱量變化。

3）測量化學反應速率的常見方法

（1）量氣法

（2）比色法

（3）電導法

（4）激光技術(shù)法

4）化學反應速率的測量——實驗

（1）反應原理：Zn+H2sO4=ZnSO4+H2T

①單位時間內(nèi)收集氫氣的體積；

②收集相同體積氫氣所需要的幽

③用pH計測相同時間內(nèi)辿_變化，即△?!?1）

④用傳感器測溫儀!？」）變化。

⑤測相同時間內(nèi)△m（Zn）。

⑥相同時間內(nèi)恒容壓強變化：

⑦相同時間內(nèi)絕熱容器中溫度變億。

6.比較化學反應速率大小

（1）比較前提：同一反應,同一物質(zhì),同一-單位

（2）比較步驟：

①變換單位——將各化學反應速率的單位統(tǒng)一。

②轉(zhuǎn)換物質(zhì)——將各化學反應速率轉(zhuǎn)換成用同一物質(zhì)表示的化學反應速率

③比較大小——各物質(zhì)的速率除以相應的化學計量數(shù),數(shù)大的速率快

【特別提醒】（1）化學反應速率表示某段時間內(nèi)的平均反應速率,不表示即時速率

（2）化學反應速率只有正值，沒有負值

（3）隨著反應的進行、反應物的濃度等量逐漸減小，反應速率越來越慢。

（4）即時速率還可以表示為正反應速率和逆反應速率，如N2+3H2=^=2NH3反應中，N?、出的渲耗速率

和NE的生成速率為正反應速率，Nz、H＞的生成速率和NH3的消超速率為逆反應速率。

二、影響化學反應速率的因素

1.實驗探究——定性與定量研究影響化學反應速率的因素p26

【實驗探究I】

影響因?qū)嶒灢襟E

實驗現(xiàn)象結(jié)論

素

取兩支試管，各加入5mL0.1mol/LNa2s2O3溶液,溶液中反應物的濃

加入0.5mol/LH2s04

然后向一支試管中加入5mL（）.1mol/LH2sO4溶液，度越大，反應速率

濃度溶液的試管中出現(xiàn)渾

向另一支試管中加入5mL0.5mol/LH2so4溶液，記越快；反之反應速

濁所用的時間短

錄出現(xiàn)渾濁的時間率越慢

取兩支試管，各加5mL0.1mol/LNa2s2O3溶液,另

放入熱水的試管中出

取兩支試管各加入5mL0.1mol/LH2s04溶液,將四溶液的溫度越高，

現(xiàn)渾濁所用的時間

支試管分成兩組（各有一支盛有Na2s2O3溶液和反應速率越快：溶

溫度短，放入冷水的試管

H2s04溶液的試管），一組放入冷水中，另一組放入液的溫度越低，反

中出現(xiàn)渾濁所用的時

熱水中，經(jīng)過一段時間后，分別混合并振蕩，記錄應速率越慢

間性

出現(xiàn)渾濁的時間

在兩支試管中各加入2mL5%+02溶液，再向兩支加入FeCh溶液的試

盛有H2O2溶液的試管中分別加入0.1mol/LFeCl3管中，產(chǎn)生氣泡快：加入催化劑能加快

催化劑

溶液和H2O各1mL,搖勻，比較產(chǎn)生氣泡的快慢加入比0的試管中，化學反應速率

產(chǎn)生氣泡緩慢

【實驗探究II】

（1）含義：大多數(shù)化學反應都是分幾步完成的，其中的每二步反應叫基元反應。

（2）特點：大多數(shù)化學反應都是由幾個基元反應組成的。

2.反應歷程（反應機理）：多個基元反應構(gòu)成的反應序列。

3.有效碰撞理論與活化能

（1）相關(guān)概念

能夠發(fā)生化學反應的反應物分子的

有效碰撞|一—

碰撞

活化分子I一能量較高，能夠發(fā)生有效碰撞的分子

r——活化分子的平均能量與所有反應物

活化能一--------

分子的平均能量的差

（2）圖示

①&表示正反應的活化能，旦表示逆反應的活化能

②（Ei-E?）表示反應熱

4.反應歷程中的速率

（1）決速反應：活化能量大的反應或速率最慢的反應

（2）決速濃度：最慢反應中反應物的濃度決定總反應的反應速率

5.活化分子、有效碰撞與反應速率的關(guān)系

（I）關(guān)系：活化分子的百分數(shù)越大，單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)越多，化學反應速率越快c

（2）解釋

內(nèi)因----------------------->反應物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

I

，催化砧一

I國度一畫分子百分版

外因《

I［壓強1~?跋度）~?國位體積內(nèi)工化分子￡）

L〔固體的表面?zhèn)纫蝗樟⑵谒鳙I叫

--------有效碰撞次數(shù)一）

罡學反應速率］

解釋說明：①影響化學反應速率的內(nèi)因——反應物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，決定了反應的活化能的大??；

②使用催化劑降低了反應的活化能，增大了活化分子口分數(shù)，進而單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增大，從而增

大反應速率；

③升高反應體系的溫度，吸收能量，增大了活化分子百分數(shù)，進而單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增大，從而增

大反應速率；

④增大反應物的濃度，單位體積內(nèi)分子總數(shù)增大，活化分子百分數(shù)不變，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增大，

從而增大反應速率；

⑤增大氣體壓強，減小反應體系的體積，單位體積內(nèi)分子總數(shù)增大，活化分子百分數(shù)不變，單位體積內(nèi)

活化分子數(shù)增大，從而增大反應速率；

⑥增大固體的表面積，增大單體時間和單體體積內(nèi)的有效碰撞次數(shù)，從而增大反應速率。

（3）催化劑對反應的影響

①催化劑參與反應，降低反應的活化能,加快反應速率

②催化劑不能改變反應熱，可以隆低反應所需的溫度，減小反應的能耗

③總反應的活化能大壬催化反應過程中各分反應的活化能

④傳化劑具有選提性：相同反應物用不同催化劑生成物不同

催化劑乂?

A+BA+BJ^LD

四、速率時間圖像

1.圖像類型

由圖像變化分析外界條件對其影響，已知反應為,〃A（g）+〃B（g）=pC（g）+c/D（g）AH=QkJ-morL

（1）“漸變”類修圖像

圖像分析結(jié)論

V

h時式正突然增大，/逆逐漸增大；洋力時其他條件不變,增大

M正

X”建

正》/逆，平衡向正反應方向移動反應物的濃度

()*1?

V

八時為:突然減小，也逐漸減??；/力時其他條件不變，減小

逆〉HE,平衡向逆反應方向移動反應物的濃度

Oht

V

H時正逆突然增大，ME逐漸增大；M人時其他條件不變，增大

止

加：r逆〉/正，平衡向逆反應方向移動生成物的濃度

O?1（

V

時逆突然減小，人逐漸減??；狀九時其他條件不變，減小

yE!,hy

正〉/逆，平衡向正反應方向移動生成物的濃度

O*it

（2）“斷點”類圖像

圖像分析結(jié)論

力時其他條件不變,增大反應體系

的壓強且〃?+〃之^+夕（正反應為體積

。時心、加均突然增大，且

減小的反應）

"正＞憂逆；平衡向正反應方向進行

1O勺1/I時其他條件不變，升高溫度且

△心0（吸熱反應）

n時其他條件不變,增大反應體系

V的壓強且+（正反應為體枳

/1時HE、/逆均突然增大，且

增大的反應）

M逆＞/正；平衡向逆反應方向進行

h時其他條件不變，升高溫度且

O<1t

△30（放熱反應）

力時其他條件不變,減小反應體系

的壓強且〃?+〃Wp+q（正反應為體枳

八時/正、/逆均突然減小，且

增大的反應）

/正〉/逆；平衡向正反應方向進行

(fh八時其他條件不變，降低溫度且

△”40（放熱反應）

V

t\時優(yōu)￡、/正均突然減小，且h時其他條件不變,減小反應體系

5;

平衡向逆反應方向進行的壓強且++q（正反應為體積

減小的反應）

h時其他條件不變，降低溫度且

A”NO（吸熱反應）

⑶“平臺”類片圖像

圖像分析結(jié)論

n時其他條件不變使用催化劑

]

噓=嗅

h時gE、1%均突然增大且人n時其他條件不變增大反應體

=/逆，平衡不移動系的壓強且〃?+〃三p+q（反應前后

Oti

氣體體積無變化）

]八時其他條件不變，減小反應體

t\時ME、K他均突然減小且/正

系的壓強且/〃+〃三p+夕（反應前后

=丫'逆，平衡不移動

氣體體積無變化）

2.常見W圖像分析方法

（I）看圖像中正、逆反應速率的變化趨勢，看二者是同等程度的變化，還是不同程度的變化。同等程度的變化一

般從壓強（反應前后氣體體積不變的反應）和催化劑角度考慮;若是不同程度的變化，可從溫度、濃度、壓強（反

應前后氣體體枳改變的反應）角度考慮。

⑵對于反應速率變化程度不相等的反應，要注意觀察改變某個條件瞬間，正、逆反應速率的大小關(guān)系及變化趨

勢。同時要聯(lián)系外界條件對反應速率的影響規(guī)律，加以篩選、驗證、排除。

⑶改變條件判斷M正）、V（逆）的相對大小時，可以從平衡移動方向討論，若平衡正移M正）,V（逆），若平衡逆

移M正）＜v（逆）。

五、探究外界條件對化學反應速率的影響

1.方法：控制變量法

2.溶液反應：加水調(diào)節(jié)溶液的總體積不變,以保證某種成分的濃度不變

3.實例：探究Y溶液濃度對反應運率的影響

實驗（混合溶液）123456

4mol/LX溶液/mL606060606060

飽和Y溶液/mL01.05.0102040

H2O/mL40393530200

六、速率方程

1.基元反應

（1）定義：基元反應是指在反應中一步直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的反應，又稱為簡單反應。

（2）基元反應過渡狀態(tài)理論

基元反應過渡狀態(tài)理論認為，基元反應在從反應物到生成物的變化過程中要經(jīng)歷一個中間狀態(tài)，這個

狀態(tài)稱為過渡態(tài)。

AB+C―4A…B…C]―>A+BC

反應物過渡態(tài)生成物

過渡態(tài)是處在反應過程中具有最高能量的一種分子構(gòu)型，過渡態(tài)能量與反應物的平均能量的差值相當于活

化能[活化能(能壘)越高，此步基元反應速率越慢]。例如，-澳甲烷與NaOH溶液反應的過程可以表示為

-

CH?Br+OH->[Br...CH3...OH]—>B)+CH30H

(3)活化能與反應機理

使用催化劑，可以改變活化能，改變反應機理，在反應機理中每一步反應的活化能不同，旦均比總反

應的活化能低，故一般使用催化劑可以降低反應活化能，加快反應速率，如圖所示：

自為總反應的活化能，及、石3為使用催化劑反應機理中各步的活化能。

2.速率方程

(1)定義：?定溫度下，化學反應速率與反應物濃度以其計量數(shù)為指數(shù)的基的乘積成正比。

對干基元反應：〃A+/?B===gG+AH

則(其中A為速率常數(shù))。

如：①SO2C12^^SO2+CI2v=kc(SO2Cl2)

f2

@2NO2^=2NO+O2v=kc(NO2)

22

③2HN2+2H2Ov=kc(H2)-c(NO)

(2)意義：表示反應物濃度與反應速率的定量關(guān)系

(3)測定方法：基元反應的a、p可直接寫出，非基元反應的a、B必須通過實驗測定,無法直接寫出。

1/2

?H2+C12=2HC1,v=k[C(H2)1[c(Ch)]

L5-

②N2(g)+3H2(g)-w—^-2NH3(g),v=kc(N2)-C(H2)C'(NH3)

(4)反應速率常數(shù)

①定義：速率常數(shù)出是指在給定溫度下，反應物濃度皆為1moLLr時的反應速率。

②符號：反應速率方程中的比例系數(shù)A

③意義：通常k越大，反應進行得越快，反應的活化能越小，

A.反應不同,&值不同。

B.同一反應，溫度不同氏值不同。

C.同一反應，溫度一定時，有無催化劑k也是不同的。

④影響因素：溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)，與濃度無關(guān)。

【自學檢測】

一、正確的打、/“，錯誤的打“x”。

1.化學反應速率為0.5口⑹匚%「是指1s時某物質(zhì)的濃度為0.5molL「。(x)

2.單位時間內(nèi)反應物濃度的變化量表示止反應速率，生成物濃度的變化量表示逆反應速率。(X)

3.對于任何化學反應來說，反應速率越快，反應現(xiàn)象就越明顯。(X)

4.對于反應4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O⑴，u(NO)與次0》的關(guān)系為4v(NO)=5M)2)。(x)

5.10moIL'-s-1的反應速率一定比1molL-,s-1的反應速率大。(x)

6.催化劑參與化學反應，改變了活化能，但反應前后的性質(zhì)保持不變。(x)

7.升溫時吸熱反應速率增大，放熱反應速率減小。(x)

8.對于反應：A+B==C,改變?nèi)萜魅莘e，化學反應速率一定發(fā)生變化。(x)

9.碳酸鈣與鹽酸反應的過程中，再增加CaCO3固體，可以加快反應速率。(x)

10.增大反應物的濃度，能夠增大活化分子的百分數(shù)，所以反應速率增大。(x)

二、選擇題

1.下面有關(guān)化學反應速率的說法中正確的是()

A.對任何化學反應來說，反應速率越大，反應現(xiàn)象就越明顯

B.化學反應速率通常用單位時間內(nèi)任何一種反應物濃度的減小或任何一種生成物濃度的增加來表示

C.若某化學反應的反應速率為0.5mol(Ls)_,就是指在該時間內(nèi)反應物和生成物的濃度變化番為0.5mol-L

D.化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢的尺度

【答案】D

【解析】不是所有化學反應都有明顯的現(xiàn)象，A錯誤：不是所有的物質(zhì)都可以用來表示反應速率，固體和

純液體一般不用來表示反應速率，因為固體和純液體的濃度不發(fā)生變化，視為常數(shù)，B錯誤；反應速率應

該指單位時間內(nèi)反應物或生成物的濃度變化，C錯誤。

2.反應4A(s)+3B(g)rJ2c(g)+D(g),經(jīng)2min,B的濃度減少了0.6mol.LL對此反應速率的正確表

示是()

A.用A表示的反應速率是0.4molL_,min",

B.用B表示的反應速率是0.3mol-L'min1

C.2min末時的反應速率用B表示是0.3mol-L'min1

D.在這2min內(nèi)用B表示的反應速率的值是減小的，用C表示的反應速率的值逐漸增大

【答案】B

【解析】A是固體，不能用A的濃度變化表示反應速率，故A不正確：在這2min內(nèi)用B表示的平均速率

0.3mol-L'min但2min末的反應速率小于0.3mol?L'min故B正確，C不正確；D項因v(B)：

v(C)=3:2,隨反應的進行，B的濃度減小，反應速率逐漸減小，單位時間內(nèi)生成的C也逐漸減少，故D

不正確。

3.在密閉容器里,A與B反應生成C,其反應速率分別用v(A)、v(B)、v(C)表示，已知2v(B)=3v(A),3v(C)

=2v(B),則此反應可表示為()

A.A+3B=2CB.2A+3B=2C

C.3A+B=2CD.A+B=C

【答案】B

【解析】已知2v（B）=3v（A）、3v（C）=2v（B）,反應速率之比等于相應的化學計量數(shù)之比,則v（A）：v（B）：v（C）

=2：3：2,因此該反應可表示為2A+3B=2C。

4.下列事實能說明影響化學反應速率的決定性因素是反應物本身性質(zhì)的是（）

A.Cu能與濃硝酸反應，而不與濃鹽酸反應

B.Cu與濃硝酸反應比與稀梢酸反應快

C.Nz與。2在常溫、常壓下不反應，放電時可反應

D.Cu與濃硫酸能反應，而不與稀硫酸反應

【答案】A

【解析】要想說明反應物本身的性質(zhì)是影響化學反應速率的決定性因素，則該實驗事實應區(qū)別在反應物本

身而不是外界因素如濃度、壓強、溫度、催化劑等。其中選項B、D為濃度不同所致，選項C為反應條件

不同所致，唯有選項A是因濃硝酸與濃鹽酸本身性質(zhì)不同所致。

5.硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸反應的化學方程式為Na2s2O3+H2sCU=Na2sO4+SO2T+SI+H2O,下列各組

實驗中最先出現(xiàn)渾濁的是（）

反應溫Na2s2O3溶液稀硫酸II2O

實驗

度2WmLc/(mol-L')WmLc/(mol-L')V/mL

A2550.1100.15

B2550.250.210

C3550.1550.155

D3550.250.220

【答案】C

【解析】溫度越高化學反應速率越快、濃度越大化學反應速率越快，則越先生成沉淀，旦溫度對化學反應

速率影響大于濃度對化學反應速率影響，溫度：A=B<C=D,則A、B化學反應速率小于C、D；濃度:

AVB,則反應速率：AVB；濃度：OD,則化學反應速率：OD,所以化學反應速率：C>D>B>A,

則最先生成沉淀的是C。

三、填空題

1.在一個容積可變的密閉容器中發(fā)生反應：3Fe（s）+4H2O（g）Fe3O4（s）+4H2（g）o

回答下列問題：

（1）增加Fe的量，止反應速率（填“增大”“不變”或“減小”，卜同）。

（2）將容器容積縮小一半，正反應速率,逆反應速率。

（3）保持容器容積不變，充入N?使體系壓強增大，正反應速率,逆反應速率o

（4）保持壓強不變，充入N?使容器容積增大，正反應速率，逆反應速率。

【答案】⑴不變⑵增大增大（3）不變不變（4）減小減小

【解析】（l）Fe為固體，因此增加Fe的量，反應速率不變。（2）將容器容積縮小一半，體系中各氣態(tài)物質(zhì)的

濃度均增大，正反應速率和逆反應速率都增大。（3）保持容器容枳不變，充入N2使體系壓強增大，體系中

各物質(zhì)的濃度不變，正反應速率和逆反應速率均不變。(4)保持壓強不變，充入N?使容器容積增大，體系

中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度均減小，正反應速率和逆反應速率均減小。

2.某同學在用稀硫酸與鋅制取氫氣的實驗中，發(fā)現(xiàn)加入少量硫酸銅溶液可加快氫氣的生成速率。

請問答下列問題：

(1)上述實驗中發(fā)生反應的化學方程式有_____________________________________________

(2)硫酸銅溶液可以加快氫氣生成速率的原因是

(3)要加快上述實驗中氣體產(chǎn)生的速率，還可采取的措施有(答兩種)。

(4)為了進一步研究硫酸銅的量對氫氣生成速率的影響，該同學設(shè)計了如下一系列的實驗。將表中所給的

混合溶液分別加入到6個盛有過量鋅粒的反應瓶中，收集產(chǎn)生的氣體，記錄獲得相同體積的氣體所需的時

間。

實驗

ABcDEF

-l

4molLH2SO4/mL30ViV2匕v4v5

飽和溶液

CuSO4/mL00.52.55v620

H2O/mLv7V’8v9Vio100

①請完成此實驗設(shè)計，其中：％=，V6=，V9=。

②該同學最后得出的結(jié)論為當加入少量CuSO4溶液時，生成氫氣的速率會大大提高，但當加入的CuSO4溶

液超過一定量時，生成氫氣的速率反而