【本講教育信息】

一. 教學(xué)內(nèi)容：

    第3節(jié)：化學(xué)反應(yīng)的速率

二. 教學(xué)目的：

1. 理解掌握化學(xué)反應(yīng)速率的概念、意義及簡(jiǎn)單運(yùn)算

2. 掌握濃度、溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響結(jié)果和原因

3. 了解反應(yīng)速率濃度公式和阿倫尼烏斯公式的含義及應(yīng)用

三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素

四. 知識(shí)分析：

（一）化學(xué)反應(yīng)速率

  1. 定義：用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來(lái)表示反應(yīng)進(jìn)行快慢的物理量。

  2. 表達(dá)式：v（i）＝△c（i）/ △t

  3. 單位：mol·L^-1·s^-1或mol·L^-1·min^-1

  4. 對(duì)某一具體化學(xué)反應(yīng)，用不同物質(zhì)表示的同一反應(yīng)速率，數(shù)值之比等于方程式中系數(shù)之比。

如：aA＋bB＝dD＋eE，

v（A）：v（B）：v（D）：v（E）＝a：b：d：e。

  5. 判斷反應(yīng)進(jìn)行的快慢時(shí)，需做到兩個(gè)統(tǒng)一，即：統(tǒng)一物質(zhì)和單位。

（二）濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

對(duì)于反應(yīng)：H₂O₂＋2HI＝2H₂O＋I₂，實(shí)驗(yàn)測(cè)定其速率公式為v＝kc（H₂O₂）c（I₂）；其中k為速率常數(shù)，表示單位濃度下的反應(yīng)速率。

當(dāng)其它條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，可以提高化學(xué)反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物的濃度，可以降低化學(xué)反應(yīng)速率。此規(guī)律只適用于氣體反應(yīng)或溶液中的反應(yīng)。對(duì)于純固體或純液體物質(zhì)，一般情況下其濃度常視為常數(shù)，因此改變它們的量不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)速率。但固體物質(zhì)的表面積的大小會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率。一般來(lái)講，固體的顆粒越細(xì)，表面積就越大，反應(yīng)速率就越高。例如：鋁粉和鋁條分別與鹽酸反應(yīng)時(shí)，鋁粉的反應(yīng)速率明顯高于鋁條，因此塊狀固體物質(zhì)可以通過(guò)研細(xì)以增大表面積來(lái)提高反應(yīng)速率。

說(shuō)明：任何反應(yīng)的速率公式只能由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，不能根據(jù)方程式任意寫。

（三）溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

  1. 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：當(dāng)其它條件不變時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率常數(shù)增大，反應(yīng)速率提高。反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系由阿倫尼烏斯經(jīng)驗(yàn)公式表示：k＝Ae^-Ea/RT

其中，k為速率常數(shù)；e為自然對(duì)數(shù)的底；A為指前因子；Ea為活化能，單位是J.mol^-1或KJ.mol^-1；R為摩爾氣體常量；T為熱力學(xué)溫度。顯然，對(duì)一個(gè)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，溫度越高，速率常數(shù)越大，速率越大。

2. 活化能Ea：不同的反應(yīng)有不同的活化能。反應(yīng)活化能是活化分子平均能量與普通反應(yīng)物分子平均能量的差值。溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響適用于任何反應(yīng)，即不論反應(yīng)物質(zhì)的狀態(tài)及反應(yīng)的熱效應(yīng)如何，升高溫度，反應(yīng)速率都提高。無(wú)論放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，雖然溫度升高.反應(yīng)速率都提高,但是提高的倍數(shù)是不同的：吸熱反應(yīng)提高的倍數(shù)多，放熱反應(yīng)提高的倍數(shù)少。

范特霍夫根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)出一條近似規(guī)律：溫度每升高10K，反應(yīng)速率通常提高到原來(lái)的2-4倍，但是有些反應(yīng)只有在一定溫度范圍內(nèi)升溫才能提高反應(yīng)速率。

（四）壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響

對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)，若其它條件不變，壓強(qiáng)的變化實(shí)質(zhì)上是氣體濃度的變化。因此增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率提高；減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率降低。如果參加反應(yīng)的物質(zhì)是固體、液體或者溶液，壓強(qiáng)的改變對(duì)它們的濃度幾乎無(wú)影響，可以認(rèn)為反應(yīng)速率不變。對(duì)于氣體參加的可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率都提高；減小壓強(qiáng)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率都降低。

（五）催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響      

催化劑是指能提高反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。催化劑參與反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)的活化能，從而提高化學(xué)反應(yīng)速率。催化劑能同等倍數(shù)地改變正逆反應(yīng)速率，但不能影響化學(xué)平衡的移動(dòng)，即催化劑雖然能提高反應(yīng)速率但不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。催化劑具有選擇性，即它只對(duì)某一反應(yīng)或某類反應(yīng)起催化作用。

【典型例題】

例1. 對(duì)于反應(yīng)4NH₃（g）＋5O₂（g）4NO（g）＋6H₂O（g），下列用不同物質(zhì)表示的反應(yīng)速率，最快的是（    ）

A. v（NH₃）＝0.2mol·L^-1·s^-1      B. v（O₂）＝14.4mol·L^-1·min^-1

C. v（H₂O）＝0.25mol·L^-1·s^-1     D. v（NO）＝9mol·L^-1·min^-1

解析：將B.D.C三個(gè)選項(xiàng)所表達(dá)的速率都換算成用NH₃的速率表示，且單位都統(tǒng)一成mol·L^-1·s^-1 。B.C.D表示的速率分別為v（NH₃）＝0.192mol·L^-1·s^-1 ，v（NH₃）＝

0.167mol·L^-1·s^-1 ，v（NH₃）＝0.15mol·L^-1·s^-1 。

答案：A

點(diǎn)評(píng)：比較同一反應(yīng)的速率時(shí)，應(yīng)做到“物質(zhì)和單位都統(tǒng)一”。

例2. 對(duì)于某一可逆反應(yīng)，使用催化劑的作用在于（   ）

A. 提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率                  B. 同等程度改變正、逆反應(yīng)速率

C. 增大正反應(yīng)速率，減小逆反應(yīng)速率      D. 改變平衡混合物的組成

解析：根據(jù)催化劑的作用原理可知：催化劑不能改變平衡轉(zhuǎn)化率，不能影響化學(xué)平衡的移動(dòng)。能同等倍數(shù)地改變正逆反應(yīng)速率。值得注意的是，催化劑不是只提高正反應(yīng)速率，而是同時(shí)、同等程度的提高正，逆反應(yīng)速率。

    答案：B

點(diǎn)評(píng)：本題考查催化劑的作用，注意正確理解其對(duì)“正、逆反應(yīng)的等效性”。

例3. 化學(xué)反應(yīng)速率公式是由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。例如H₂＋Cl₂＝2HCl的速率公式可表示為：v＝kc^m（H₂）vⁿ（Cl₂）,式中k為反應(yīng)速率常數(shù)，m和n的數(shù)值可以用下表的數(shù)據(jù)推算出：

由此推知，m和n的正確的值為（    ）

A. m＝1  n＝1      B. m＝1/2  n＝1/2        C. m＝1/2  n＝1       D. m＝1  n＝1/2

解析：解答本題要根據(jù)題給信息：v＝kc^m（H₂）vⁿ（Cl₂），選擇表中某一反應(yīng)物濃度相同時(shí)的速率關(guān)系，利用數(shù)學(xué)知識(shí)推導(dǎo)計(jì)算：

若選擇c（Cl₂）＝1.0mol/L的兩種情況，代入數(shù)據(jù)則有；

1.0k＝k·1.0^m·1.0ⁿ       ①

2.0k＝k·2.0^m·1.0ⁿ       ②

由①/②可得：1/2＝（1/2）^m    m＝1

若選擇c（H₂）＝2.0mol/L的兩種情況，代入數(shù)據(jù)則有；

2.0k＝k·2.0^m·1.0ⁿ       ③

4.0k＝k·2.0^m·4.0ⁿ       ④

由③/④可得：1/2＝（1/4）ⁿ    n＝1/2

答案：D

點(diǎn)評(píng)：對(duì)速率公式的應(yīng)用首先要明確公式中各部分的含義，其次要注意借助相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)解答。

例4. 下列條件一定能使反應(yīng)速率加快的是（    ）

①增加反應(yīng)物的物質(zhì)的量    ②升高溫度    ③縮小反應(yīng)容器的體積    ④同時(shí)增加反應(yīng)物和生成物    ⑤加入MnO₂

A. 全部               B. ①②⑤             C. ②                 D. ②③

解析：改變反應(yīng)速率的條件很多，但如果增加固體或液體物質(zhì)的用量，不會(huì)增加其濃度，故此種情況不能加快反應(yīng)速率；而縮小反應(yīng)容器的體積，對(duì)有氣體參加的反應(yīng)才能加快速率；而升高溫度能增大任何反應(yīng)的速率常數(shù)，故能加快反應(yīng)速率。

答案：C

點(diǎn)評(píng)：本題考查影響反應(yīng)速率的因素，要掌握影響實(shí)質(zhì)。

【模擬試題】

一. 選擇題

1. 在恒溫，恒容條件下，使 X（g）＋Y（g）Z（g）＋Q（s）,正反應(yīng)速率增大的措施是（   ）

A. 減小Z的濃度                                     B. 增大Q的物質(zhì)的量

C. 減小Y的濃度                                     D. 增大X或Y的濃度

2. 以下關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率的論述中，正確的是（   ）

A. 化學(xué)反應(yīng)速率可以用某時(shí)刻產(chǎn)物的物質(zhì)的量來(lái)表示

  B. 在同一反應(yīng)中，用反應(yīng)物或者產(chǎn)物表示的化學(xué)反應(yīng)速率數(shù)值是相同的

  C. 化學(xué)反應(yīng)速率是指反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或產(chǎn)物濃度的增加

  D. 可以用單位時(shí)間內(nèi)H^＋的物質(zhì)的量濃度的變化來(lái)表示NaOH 和H₂SO₄ 的反應(yīng)速率

3. 反應(yīng)4NH₃（g）＋5O₂（g）4NO（g）＋6H₂O（g），在2L的密閉容器中進(jìn)行，1min后，NH₃ 減少了0.12mol，則平均每秒鐘濃度變化正確的是（   ）

A. NO：0.001 mol·L^-1·s^-                                              B. H₂O：0.002 mol·L^-1·s^-1

C. NH₃：0.002 mol·L^-1·s^-1                     D. O₂：0.00125 mol·L^-1·s^-1

4. 在一定條件下，可逆反應(yīng)N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g），△H＜0達(dá)到平衡，當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（    ）

    A. 加入催化劑，v_（正）. v_（逆）都增大，而且變化的倍數(shù)相等

    B. 增大壓強(qiáng)，v_（正）. v_（逆）都增大，且v_（正）增大的倍數(shù)大于v_（逆）增大的倍數(shù)

    C. 降低溫度，v_（正）. v_（逆）都減小，且v_（正）減小的倍數(shù)大于v_（逆）減小的倍數(shù)

    D. 加入氬氣，v_（正）. v_（逆）都增大，且v_（正）增大的倍數(shù)大于v_（逆）增大的倍數(shù)

5. 把鎂條投入盛有稀鹽酸的容器中，產(chǎn)生氫氣的速率與下列因素有關(guān)的是（   ）

①鹽酸濃度    ②溫度    ③鎂帶的表面積    ④適宜的催化劑

    A. ①②                    B. ③④              C. ①②③④         D. ①②③

6. 用鐵片與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，下列措施不能使氫氣的生成速率加大的是（   ）

A. 加熱                                      B. 不用稀硫酸，改用98%的濃硫酸

C. 滴加少量的CuSO₄溶液                    D. 不用鐵片改用鐵粉

7. 已知反應(yīng)X＋3Y₂Z＋Q，在某段時(shí)間內(nèi)以X的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速度為1mol.L^-1.min^-1，則此段時(shí)間內(nèi)以Z的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率為（   ）

A. 0.5 mol·L^-1·min^-1                                                           B. 1 mol·L^-1·min^-1

C. 2 mol·L^-1·min^-1                                                                D. 3 mol·L^-1·min^-1

8. 下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)速率公式v＝k·c^a（A）·c^b（B）的敘述中，正確的是（   ）

    A. 對(duì)于所有化學(xué)反應(yīng)，k 是數(shù)值和單位都不變的常數(shù)

    B. a、b就是化學(xué)方程式中A和B的系數(shù)

    C. 對(duì)于某個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)，k 與所有外界條件都無(wú)關(guān)

    D. 化學(xué)反應(yīng)速率公式v＝k·c^a（A）·c^b（B）需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)值來(lái)確定，不能直接由化學(xué)方程式推得

9. 根據(jù)k＝Ae^-Ea/RT的含義判斷，下列敘述中錯(cuò)誤的是（   ）

    A. 溫度和催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響，都是通過(guò)影響速率常數(shù)來(lái)完成的

    B. 活化能越大，溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響程度就越大

    C. 對(duì)于某個(gè)特定化學(xué)反應(yīng)，溫度越高，k 越大

    D. 加入催化劑會(huì)改變基元反應(yīng)的活化能，對(duì)于某個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)，活化能越高，k越大

10. 反應(yīng)3Fe（s）＋4H₂O（g）＝Fe₃O₄（g）＋4H₂（g）在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對(duì)其反應(yīng)速率幾乎無(wú)影響的是（    ）

    A. 增加Fe的量                                B. 保持體積不變，充入N₂使壓強(qiáng)不變

    C. 將容器的體積縮小一半                      D. 壓強(qiáng)不變，充入N₂使容器的體積增大

二. 填空題：

1. 反應(yīng) A＋3B＝2C＋2D 在4種不同情況下的反應(yīng)速率分別為：

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

該反應(yīng)進(jìn)行快慢的順序?yàn)?/span>_______________________________.

2. 對(duì)于服從阿倫尼烏斯方程的化學(xué)反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)速率越高，因此升高溫度有利于生成更多的產(chǎn)物。這種說(shuō)法是_________（填“正確”或“錯(cuò)誤”）的，理由是____________。

3. 對(duì)可逆反應(yīng)AY，在一定溫度下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率常數(shù)相等，這種說(shuō)法是 _________（填“正確”或“錯(cuò)誤”）的，理由是 __________________。

4. 在同溫同壓下，把等量的純NO₂充入起始體積相同的兩個(gè)極易導(dǎo)熱的材料制成的容器A、B中，A為體積不變的定容容器，B為有活塞可隨內(nèi)部壓強(qiáng)變化而改變體積維持定壓的容器，建立如下平衡關(guān)系：2NO₂（g）N₂O₄（g），△H＜0。

（1）反應(yīng)剛開始，A.B中生成N₂O₄的速率關(guān)系應(yīng)該是_____________________。

[填“v（A）＞v（B）”或“v（A）＜v（B）”或“v（A）＝v（B）”]

（2）反應(yīng)過(guò)程中，A.B中生成的N₂O₄的速率關(guān)系應(yīng)該是_________________。

[填“v（A）＞v（B）”或“v（A）＜v（B）”或“v（A）＝v（B）”]

（3）當(dāng)兩容器都達(dá)到平衡時(shí)，A中的NO₂與B中的NO₂的轉(zhuǎn)化率____________。

[填“A＞B”或“A＜B”或“A＝B”或“無(wú)法確定”]

三. 計(jì)算題

在30℃時(shí)反應(yīng)A＝B＋C有如下數(shù)據(jù)：

試求：（1）寫出該反應(yīng)速率方程

（2）計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)

（3）計(jì)算30℃，A的濃度為0.5mol/L時(shí)的反應(yīng)速率

【試題答案】

一. 1. D   2. D   3. AD   4. CD   5. C   6. B   7. C   8. D   9. D   10. AB

二. 1. ④＞③＝②＞①

2. 錯(cuò)誤；若為可逆反應(yīng)，溫度升高則逆反應(yīng)速率也提高。

3. 錯(cuò)誤；可逆反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，而不是正、逆反應(yīng)速率常數(shù)相等。

4. （1）v（A）＝v（B）    （2）v（A）＜v（B）   （3）A＜B

三.（1）v＝kc（A）

（2）k＝0.294h^-1

（3）0.147mol·L^-1·h^-1