高中化学人教版选修四21 化学反应速率.docx
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高中化学人教版选修四21化学反应速率
第一节
化学反应速率
1．化学反应速率三个“1”：
（1）1个公式：
v＝
；
（2）1个关系：
化学反应速率之比＝化学计量数之比；
（3）1种换算：
1mol/（L·s）＝60mol/（L·min）
2．化学反应速率“三项注意”：
（1）指明具体的物质；
（2）不能用固体或纯液体物质表示；
（3）是平均反应速率，不是瞬时速率。
化学反应速率
[自学教材·填要点]
1．概念
化学反应速率是表示化学反应进行快慢的物理量。
2．表示方法
在容积不变的反应器中，通常是用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。
3．表达式及其单位
（1）表达式：
v＝
。
（2）常用单位：
“mol/（L·min）”或“mol/（L·s）”。
4．实例
在密闭容器中，合成氨的反应：
N2＋3H22NH3，开始时，N2的浓度为8mol/L，H2的浓度为20mol/L，5min后N2的浓度为6mol/L，在这个反应中N2浓度的变化Δc（N2）＝2_mol/L。
v（N2）＝
＝0.4_mol/（L·min）。
v（H2）＝1.2_mol/（L·min）。
v（NH3）＝0.8_mol/（L·min）。
其速率之比v（N2）∶v（H2）∶v（NH3）＝1∶3∶2。
[师生互动·解疑难]
（1）化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率，而不是某一时刻的瞬时速率。
（2）不论是用反应物还是用生成物表示，其化学反应速率都取正值。
（3）固体或纯液体（不是溶液）的物质的量浓度可视为不变的常数，因此，在用物质的量浓度的变化表示化学反应速率时，一般不用固体或纯液体来表示。
（4）同一化学反应里，用不同物质表示的化学反应速率不一定相同，但它们表示的意义却是完全相同的。
因此，表示化学反应速率时，必须指明是哪种物质。
1．判断下列描述的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。
（ ）
（2）化学反应速率为0.8mol/（L·s）是指1s时某物质的浓度为0.8mol/L。
（ ）
（3）化学反应速率的数值越大，反应进行得越快。
（ ）
（4）根据化学反应速率的大小可以推知化学反应进行的快慢。
（ ）
（5）对于化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）×
化学反应速率的测定
[自学教材·填要点]
1．测定原理
利用化学反应中与某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）利用能够直接观察的某些性质测定：
如通过测量释放出一定体积的气体的时间来测定反应速率，或测定一定时间内气体压强的变化来测定反应速率。
（2）利用科学仪器测量：
如在溶液中，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．实验探究
（1）反应原理：
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
（2）实验过程：
①按如图所示安装两套装置，在锥形瓶内各盛有2g锌粒。
②取一套装置，通过分液漏斗加入40mL1mol/L的硫酸，测出收集10mLH2所用的时间。
③取另一套装置，通过分液漏斗加入40mL4mol/L的硫酸，测出收集10mLH2所用的时间。
（3）实验现象：
锌与硫酸反应产生气泡，收集10mLH2所用的时间比较：
使用4mol/L的硫酸比使用1mol/L的硫酸所用的时间短。
（4）实验记录：
加入试剂
反应时间
（min）
反应速率
（mL/min）
1mol/LH2SO4
长
小
4mol/LH2SO4
短
大
（5）探究结论：
4mol/L的硫酸与锌反应比1mol/L的硫酸与锌反应快。
[师生互动·解疑难]
（1）测量锌与稀H2SO4反应的速率的实验设计：
①确定变量——稀硫酸的浓度不同。
②找出某个易于测量的物理量或性质变化——测量相同时间放出H2的体积或产生相同体积H2所用的时间。
③控制不变的因素——锌粒的表面积、温度、时间（或H2的体积）。
（2）测定锌与稀H2SO4反应的速率需要注意的问题：
①锌粒的颗粒（即表面积）大小基本相同；
②40mL的硫酸溶液要迅速加入；
③装置气密性要好，且计时要迅速准确。
2．用如图装置来测量锌与2mol·L－1硫酸的反应速率，A中盛放________，B中盛放________，在做实验时还需要的测量仪器为________，需要读取的数据是________________________________和________________________。
答案：
2mol·L－1硫酸 Zn粒 秒表 时间
注射器活塞移动的距离
主题1：
是否化学反应速率的数值越大，化学反应就进行的越快？
甲
不一定；需指明具体的物质，因为同一化学反应，用不同物质表示时其化学反应速率的数值是不同的。
如N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），在不同条件进行的反应中，①v（N2）＝1mol/（L·min），②v（H2）＝2mol/（L·min），但①的速率比②的速率快
乙
不一定；速率的单位不一定相同，用不同单位表示化学反应速率时，其数值是不同的，其中1mol/（L·s）＝60mol/（L·min）
丙
相同条件下进行的可逆反应，若不同物质的化学计量数相同，速率的单位相同，则速率值越大，化学反应进行的越快
主题2：
探讨有哪些方法可以测定锌与稀硫酸的化学反应速率？
甲
可以通过测量收集一定体积H2所用时间的长短来测定化学反应的反应速率
乙
可以通过测量相同时间内收集H2的多少来测定化学反应的反应速率
丙
可以通过测量一段时间内溶液pH的变化[即c（H＋）的变化]来测定化学反应的反应速率
丁
可以通过测量一段时间内锌粒质量的变化来测定化学反应的反应速率
化学反应速率的计算
[例1]向体积为2L的密闭容器中加入2molSO2和1molO2，进行可逆反应：
2SO2＋O2
2SO3，反应2min后，测得O2的物质的量为0.8mol。
（1）2min内，SO2的物质的量减少了________，SO3的物质的量增加了________。
（2）若用O2的浓度变化来表示该反应的反应速率，则v（O2）＝________。
[解析] 2SO2 ＋ O22SO3
n（初） 2 1 0
Δn0.40.20.4
n（2min）1.60.80.4
（1）Δn（SO3）＝Δn（SO2）＝2Δn（O2）
＝（1mol－0.8mol）×2＝0.4mol。
（2）v（O2）＝
＝0.05mol·L－1·min－1。
[答案]
（1）0.4mol 0.4mol
（2）0.05mol·L－1·min－1
（1）Δc（反应物）＝c（起始）－c（某时刻）；
Δc（生成物）＝c（某时刻）－c（起始）。
（2）同一反应，用不同物质表示的化学反应速率的数值可能不同，但它们的化学反应速率之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
如对于反应mA（g）＋nB（g）pC（g），v（A）∶v（B）∶v（C）＝m∶n∶p。
1．在N2＋3H2
2NH3的反应中，在5s内N2的浓度由6mol·L－1减至2mol·L－1。
则NH3的平均反应速率是（ ）
A．2.4mol·（L·s）－1 B．1.6mol·（L·s）－1
C．0.8mol·（L·s）－1D．0.08mol·（L·s）－1
解析：
v（N2）＝
＝0.8mol/（L·s），v（NH3）＝2v（N2）＝1.6mol/（L·s）。
答案：
B
化学反应速率大小的比较
[例2] 在四种不同条件下测得反应：
2SO2＋O22SO3的反应速率如下表所示：
（1）
（2）
（3）
（4）
反应速率
[mol/（L·min）]
v（SO2）
v（O2）
v（SO3）
v（O2）
0.4
0.25
0.5
0.3
其中反应速率最快的是（ ）
A．
（1） B．
（2）
C．（3）D．（4）
[解析] 依据速率之比等于化学计量数之比，则各物质的化学反应速率表示为：
（1）
（2）
（3）
（4）
反应速率
[mol/（L·min）]
v（SO2）
v（O2）
v（SO3）
v（O2）
0.4
0.25
0.5
0.3
0.2
0.25
0.25
0.3
反应速率与化学计量数的比值中，数值大的反应速率快。
[答案] D
比较化学反应速率大小的方法
（1）“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。
（2）“二化”：
将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率，或分别除去以相应物质的化学计量数。
（3）“三比较”：
标准统一后比较数值大小，数值越大，反应速率越大。
2．反应A＋3B2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为
①v（A）＝0.15mol·L－1·s－1
②v（B）＝0.60mol·L－1·s－1
③v（C）＝0.40mol·L－1·s－1
④v（D）＝0.45mol·L－1·s－1
该反应进行得快慢顺序为____________。
解析：
四种物质表示的反应速率单位是相同的，所以可以将不同物质表示的反应速率换算为用同一物质表示的反应速率，再比较反应速率数值的大小。
若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的反应速率，则有：
v（A）∶v（B）＝1∶3，则②表示为v（A）＝0.2mol·L－1·s－1，
v（A）∶v（C）＝1∶2，则③表示为v（A）＝0.2mol·L－1·s－1，
v（A）∶v（D）＝1∶2，则④表示为
v（A）＝0.225mol·L－1·s－1。
故该反应进行的快慢顺序为④>③＝②>①。
答案：
④>③＝②>①
根据化学反应速率的图像确定化学方程式
[例3] 根据右图填空：
（1）反应物是________；生成物是________。
（2）在2min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量减少，生成物的量增多，故A、B为反应物，C为生成物，由速率的定义不难得出：
v（A）＝[（8－2）÷2]mol·L－1·min－1
＝3mol·L－1·min－1，
v（B）＝[（8－4）÷2]mol·L－1·min－1
＝2mol·L－1·min－1，
v（C）＝（6÷2）mol·L－1·min－1
＝3mol·L－1·min－1，
故三者的化学计量数之比为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＋2B3C。
[答案]
（1）A、B C
（2）3mol·L－1·min－1 2mol·L－1·min－1
3mol·L－1·min－1
（3）3A＋2B3C
由图像确定化学方程式需要解决的问题
（1）确定反应物和生成物（根据曲线的变化趋势）。
（2）确定反应物和生成物的化学计量数（根据同一时间内浓度的变化量）。
（3）反应是否为可逆反应（反应最后浓度是否不随时间的变化而变化）。
3.某温度时，在2L容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如右图所示。
由图中数据分析：
该反应的化学方程式为__________________________。
反应开始至2min时，用Z表示的反应速率为__________。
解析：
由题图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减少，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。
Δn（X）＝1.0mol－0.7mol＝0.3mol，
Δn（Y）＝1.0mol－0.9mol＝0.1mol，
Δn（Z）＝0.2mol－0mol＝0.2mol，
Δn（X）∶Δn（Y）∶Δn（Z）＝3∶1∶2，
故反应方程式为3X＋Y2Z。
v（Z）＝
＝0.05mol·L－1·min－1。
答案：
3X＋Y2Z 0.05mol·L－1·min－1
[随堂基础巩固]
1．下列关于化学反应速率的说法，不正确的是（ ）
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．单位时间内某物质的浓度变化越大，则该物质反应就越快
C．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有“mol·L－1·s－1”和“mol·L－1·min－1”
解析：
化学反应速率是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的，即用单位时间内浓度的改变量来表示。
答案：
C
2．反应4NH3（g）＋5O2（g）===4NO（g）＋6H2O（g）在容积为2L的密闭容器中进行，1min后，NH3减少了0.12mol，则平均每秒浓度的变化表示正确的是（ ）
A．NO：
0.0015mol·L－1 B．H2O：
0.002mol·L－1
C．NH3：
0.002mol·L－1D．O2：
0.00125mol·L－1
解析：
v（NH3）＝
＝0.001mol·L－1·s－1，
由
v（NH3）＝
v（O2）＝
v（NO）＝
v（H2O），
得v（O2）＝0.00125mol·L－1·s－1，
v（NO）＝v（NH3）＝0.001mol·L－1·s－1，
v（H2O）＝0.0015mol·L－1·s－1。
答案：
D
3．某温度下，浓度都是1mol·L－1的两种气体X2和Y2在密闭容器中反应生成气体Z，经过tmin后，测得物质的浓度分别为c（X2）＝0.4mol·L－1，c（Y2）＝0.8mol·L－1，c（Z2）＝0.4mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为（ ）
A．X2＋2Y2===2XY2B．2X2＋Y2===2X2Y
C．3X2＋Y2===2X3YD．X2＋3Y2===2XY3
解析：
Δc（X2）＝0.6mol·L－1，Δc（Y2）＝0.2mol·L－1，Δc（Z）＝0.4mol·L－1；所以Δc（X2）∶Δc（Y2）∶Δc（Z）＝3∶1∶2，故反应方程式为3X2＋Y2===2Z，据质量守恒定律知Z为X3Y。
答案：
C
4．（2012·泉州高二检测）反应4A（s）＋3B（g）===2C（g）＋D（g），2min后B的浓度减小0.6mol/L。
对此反应速率的不正确表示是（ ）
A．用A表示的反应速率是0.4mol/（L·min）
B．用B、C、D分别表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C．在2min内的反应速率，用B表示是0.3mol/（L·min）
D．在2min内的反应速率，用D表示是0.1mol/（L·min）
解析：
由反应式知，A为固体，浓度为定值，不能用固体表示反应速率，A错；由反应速率之比等于化学计量数之比得：
v（B）∶v（C）∶v（D）＝3∶2∶1，B正确；
由2min后Δc（B）＝0.6mol/L知，
v（B）＝
＝0.3mol/（L·min），
v（D）＝0.3mol/（L·min）×
＝0.1mol/（L·min），
故C、D正确。
答案：
A
5．在25℃时，向100mL含HCl14.6g的盐酸里放入5.6g纯铁粉（不考虑反应前后溶液体积的变化），反应开始至2min末，收集到1.12L（标准状况）氢气。
在此之后，又经过4min铁粉完全溶解。
则：
（1）在前2min内用FeCl2表示的平均反应速率是____________________。
（2）在后4min内用HCl表示的平均反应速率是____________________。
（3）前2min与后4min相比，反应速率较快的是____________________。
解析：
由题目信息“又经4min铁粉完全溶解”知，盐酸是过量的，n（Fe）＝
＝0.1mol，n（H2）＝
＝0.05mol。
由反应方程式Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑知，前2min内消耗的铁、HCl及生成的FeCl2的物质的量分别为0.05mol、0.1mol、0.05mol，
故
（1）v（FeCl2）＝
＝0.25mol·L－1·min－1。
（2）后4min消耗的盐酸由铁的量来求，
消耗的n（Fe）＝0.1mol－0.05mol＝0.05mol，
故消耗的n（HCl）＝2n（Fe）＝0.1mol，
v（HCl）＝
＝0.25mol·L－1·min－1。
（3）因在同一个反应里，v（HCl）＝2v（FeCl2），可见前2min较快。
答案：
（1）0.25mol·L－1·min－1
（2）0.25mol·L－1·min－1
（3）前2min
[课时跟踪训练]
（时间45分钟 满分60分）
一、选择题（本题包括7小题，每小题3分，共21分）
1．（2010·海南高考）对于化学反应3W（g）＋2X（g）===4Y（g）＋3Z（g），下列反应速率关系中，正确的是（ ）
A．v（W）＝3v（Z）B．2v（X）＝3v（Z）
C．2v（X）＝v（Y）D．3v（W）＝2v（X）
解析：
速率之比等于方程式的计量系数之比。
A项，v（W）＝v（Z）；B项，3v（X）＝2v（Z）。
C项，2v（X）＝v（Y）；D项，2v（W）＝3v（X）。
答案：
C
2．（2011·开封高二检测）对反应A＋3B2C来说，下列反应速率中最快的是（ ）
A．v（A）＝0.3mol/（L·min）
B．v（B）＝0.6mol/（L·min）
C．v（C）＝0.5mol/（L·min）
D．v（A）＝0.01mol/（L·s）
解析：
本题主要考查化学反应速率的应用。
以“A”为基准物质，“min”为时间单位表示反应速率，则有：
A：
v（A）＝0.3mol/（L·min）；
B：
v（A）＝
v（B）＝
×0.6mol/（L·min）＝0.2mol/（L·min）；
C：
v（A）＝
v（C）＝
×0.5mol/（L·min）＝0.25mol/（L·min）；
D：
v（A）＝0.01mol/（L·s）×60s/min＝0.6mol/（L·min）。
答案：
D
3．[双选题]将5.6g铁粉投入足量的100mL2mol·L－1稀硫酸中，2min时铁刚好完全溶解，下列有关这个反应的速率表示正确的是（ ）
A．铁的反应速率＝0.5mol·（L·min）－1
B．硫酸的反应速率＝0.5mol·（L·min）－1
C．硫酸亚铁的反应速率＝0.5mol·（L·min）－1
D．氢气的反应速率＝0.5mol·（L·min）－1
解析：
一般不用固体或纯液体或敞开体系中气体的变化表示反应速率。
答案：
BC
4．把0.6molX气体和0.4molY气体混合于2L的密闭容器中，使它们发生如下反应3X（g）＋Y（g）nZ（g）＋2W（g），5min末已生成0.2molW，若测知以Z表示的平均反应速率为0.01mol·（L·min）－1，则n是（ ）
A．1B．2
C．3D．4
解析：
v（W）＝
＝
＝0.02mol·（L·min）－1，
由
＝
，则n＝
＝
＝1。
答案：
A
5．将气体A2、B2各1mol充入1L的密闭容器中反应，生成气体C，一段时间后，测得c（A2）为0.58mol·L－1，c（B2）为0.16mol·L－1，c（C）为0.84mol·L－1，则C的化学式为（ ）
A．ABB．A2B
C．AB2D．A2B2
解析：
该时间段内，A2、B2两种物质按照化学方程式中的化学计量数之比进行反应。
由题意可得A2、B2、C物质的量浓度的变化值，求出A2、B2、C三种物质的化学计量数比为1∶2∶2，结合质量守恒可知C的化学式为AB2。
答案：
C
6．[双选题]（2012·蚌埠模拟）反应N2＋3H22NH3刚开始时，N2的浓度为3mol/L，H2的浓度为5mol/L，3min后测得NH3浓度为0.6mol/L，则此时间内，下列反应速率表示正确的是（ ）
A．v（H2）＝0.3mol/（L·min）
B．v（N2）＝1.0mol/（L·min）
C．v（NH3）＝0.2mol/（L·min）
D．v（H2）＝1.67mol/（L·min）
解析：
v（NH3）＝
＝0.2mol/（L·min），
则v（N2）＝
v（NH3）＝0.1mol/（L·min），
v（H2）＝
v（NH3）＝0.3mol/（L·min）。
答案：
AC
7．某温度下按如图安装好实验装置，在锥形瓶内盛6.5g锌粒（颗粒大小基本相同），通过分液漏斗加入40mL2.5mol·L－1的硫酸，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10s时恰好收集到气体的体积为50mL（若折合成0℃、101kPa条件下的H2体积为44.8mL），在该温度下，下列说法不正确的是（ ）
A．用锌粒表示10s内该反应的速率为0.013g·s－1
B．忽略锥形瓶溶液体积的变化，用H＋来表示10s该反应的速率0.01mol·（L·s）－1
C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋来表示10s内反应的速率0.01mol·（L·s）－1
D．用H2表示10s内该反应的速率为0.004mol·（L·s）－1
解析：
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，
今收集到n（H2）＝
＝0.002mol，
所以用锌粒表示10s内的反应速率为
＝0.013g·s－1，A正确；
用H＋表示10s内反应速率为
＝0.01mol·（L·s）－1，B正确；
v（Zn2＋）＝
v（H＋）＝0.005mol·（L·s）－1，C错误；
v（H2）＝
＝0.004mol·（L·s）－1，D正确。
答案：
C
二、非选择题（本题包括4小题，共39分）
8．（6分）（2012·福建师大附中高二期中）化学反应速率可通过实验测定。
要测定不同反应时刻反应物或生成物的浓度，可通过观察和测量体系中的某一物质的相关性质，再进行适当的转换和计算。
如比较锌粒与不同浓度硫酸溶液反应时的速率，可通过测定收集等体积H2需要的________来实现；在KMnO4与H2C2O4反应中，可通过观察单位时间内________变化来测定该反应的速率；在Na2S2O3＋H2SO4―→Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O反应中，该反应的速率可通过________来测定。
解析：
有气体生成的反应可以通过收集一定体积的气体需要的时间来测反应速率。
有颜色或沉淀出现的反应可以利用它们出
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