第05課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速率和限度（原卷版）

第05課時(shí)化學(xué)反應(yīng)速率與限度學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．掌握化學(xué)反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方式2．了解影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素3．了解化學(xué)反應(yīng)的限度重點(diǎn)：1．影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素2．化學(xué)反應(yīng)限度難點(diǎn)：影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素開啟新世界在化學(xué)變化的研究和實(shí)際應(yīng)用中，人們除了選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)所期待的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化還要關(guān)注化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢和程度，以提高生產(chǎn)效率。一、化學(xué)反應(yīng)的速率在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和日常生活中，我們經(jīng)常觀察到這樣的現(xiàn)象：有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快，有的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的慢。溶洞形成 火箭發(fā)射 鋼鐵生銹 水果腐敗不同的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢千差萬別，快與慢是相對(duì)而言的，是一種定性的比較。在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢進(jìn)行定量的描述或比較時(shí)，要使用同一定義或標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)。與物理學(xué)中的物體運(yùn)動(dòng)快慢用速率表示類似，化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的快慢反應(yīng)速率來表示。化學(xué)反應(yīng)速率通常單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或生成物濃度的增加量。金曲正直來表示。濃度場(chǎng)以為mol/L單位，時(shí)間以分（min）或秒（s）為單位，化學(xué)反應(yīng)速率的單位相應(yīng)為____________或______。例如某反應(yīng)的反應(yīng)物濃度在5分鐘內(nèi)由6mol/L變成了2mol/L，則以該物質(zhì)濃度的表變化表示該反應(yīng)在這段時(shí)間內(nèi)的平均速率為0．8mol/(L·min)。對(duì)于同一個(gè)反應(yīng)而言，速率之比為計(jì)量數(shù)之比。例如3H2＋N2?2NH3中，v(H2)：v(N2)：v(NH3)=3：1：2【練習(xí)】1在t℃，在4個(gè)均為的密閉容器中分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)：3H2＋N2?2NH3。根據(jù)在相同時(shí)間內(nèi)測(cè)定的結(jié)果，判斷反應(yīng)進(jìn)行快慢的順序?yàn)閍．v(NH3)=0．05mol·L—1·min—1 b．v(H2)=0．03mol·L—1·min—1c．v(N2)=0．02mol·L—1·min—1 d．v(H2)=0．001mol·L—1·min—1A．a(chǎn)＞c＞b＞d B．a(chǎn)＞c=d＞b C．a(chǎn)＞b＞c＞d D．a(chǎn)＞d＞c＞b【思考】哪些因素會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率？化學(xué)反應(yīng)往往受反應(yīng)條件的影響。例如，過氧化氫溶液在常溫下分解放出氧氣的速率很小，但是加入催化劑二氧化錳后分解速率增大。像這樣通過改變化學(xué)反應(yīng)的條件來調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率的情況，在實(shí)際的生產(chǎn)和生活中常常會(huì)遇到。對(duì)于有些化學(xué)反應(yīng)，我們希望其越慢越好，比如食物的，橡膠和塑料的老化，金屬的腐蝕；有的則希望其快一些，如氨、硫酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率常常是決定化學(xué)實(shí)驗(yàn)成敗或化工生產(chǎn)成本的關(guān)鍵?！緦?shí)驗(yàn)】1①溫度。兩只試管中分別加入5mL5%H2O2溶液，再滴兩滴FeCl3溶液。一支試管浸入冷水中，另一只浸入熱水中。觀察現(xiàn)象。②濃度。兩只試管中分別加入5mL5％H2O2溶液和5mL20％H2O2溶液，再滴兩滴FeCl3溶液。觀察現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①____________________________________________； ②_____________________________________________。上述實(shí)驗(yàn)說明，其他條件不變時(shí)，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率__________，增大反應(yīng)物濃度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率_______________。大量實(shí)驗(yàn)室時(shí)和科學(xué)研究證明：一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率減小；升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率增大，降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率減小；催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率?！舅伎肌窟€有什么會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率？為什么實(shí)驗(yàn)室有些藥品我們要配成溶液使用？對(duì)于氣體的來說，在相同溫，壓強(qiáng)越大，一定質(zhì)量氣體的體積越小，單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)越_____。增大壓強(qiáng)或減小容器容積，相當(dāng)于增大了反應(yīng)物的__________，化學(xué)反應(yīng)速率__________；減小壓強(qiáng)或增大容器容積，相當(dāng)于減小了反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率__________。因此，外在，日常生活和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們細(xì)心的觀察和思考。還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素?？偨Y(jié)：影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有溫度，反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物接觸面積，是否使用催化劑，氣體反應(yīng)時(shí)壓強(qiáng)也是速率影響因素之一，當(dāng)氣體反應(yīng)體系中存在純固體或純液體時(shí)，不影響速率。。【練習(xí)】2反應(yīng)C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)在一容積可變的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變能夠引起反應(yīng)速率增大的是A．增加C(s)的量B．保持壓強(qiáng)不變，充入Ar使容器容積增大C．保持容器容積不變，充入Ar使體系壓強(qiáng)增大D．將容器的容積縮小一半二、化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)是按照化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行的，我們正是據(jù)此進(jìn)行有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算。你是否考慮過這樣一個(gè)問題：化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際進(jìn)行時(shí)（如化學(xué)實(shí)驗(yàn)化工生產(chǎn)等），反應(yīng)物是否會(huì)按照化學(xué)方程式中的計(jì)量關(guān)系完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物呢？如果能在什么條件下，如果不能，原因是什么呢？我們知道SO2與H2O的反應(yīng)中，由于生成的H2SO3不穩(wěn)定，會(huì)部分分解為SO2和H2O。該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，不能進(jìn)行到底。另外我們學(xué)習(xí)過H2與N2合成NH3的反應(yīng)也是可逆反應(yīng),同樣不能進(jìn)行到底?？茖W(xué)研究表表明，很多化學(xué)反應(yīng)都是可逆反應(yīng)。在一定條件下，某個(gè)可逆反應(yīng)在進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)物的濃度最大，生成物的濃度為零，因此正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度逐漸減小，正率逐漸減減?。簧晌锏臐舛戎饾u增大，逆反應(yīng)速率逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的度都不再變化，達(dá)到一種表面靜止?fàn)顟B(tài)，我們稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡(jiǎn)稱化學(xué)平衡。化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反應(yīng)在一定條件下能達(dá)到的或完成的最大程度，即該反應(yīng)的進(jìn)行限度?；瘜W(xué)反應(yīng)的限度決定了反應(yīng)物在該條件下轉(zhuǎn)化為生成物的最大轉(zhuǎn)換率?！咀⒁狻?．化學(xué)平衡狀態(tài)的特征2．判斷依據(jù)。（1）正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等：v正＝v逆①對(duì)于同一物質(zhì)，該物質(zhì)的生成速率等于它的消耗速率；②對(duì)于不同物質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)速率之比等于方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，但必須是不同方向的速率。（2）可逆反應(yīng)發(fā)生過程中的可變量達(dá)不變。在可逆反應(yīng)中有很多可變量，如：濃度、物質(zhì)的量、百分含量等，當(dāng)可變量達(dá)不變時(shí)，則反應(yīng)達(dá)平衡。平衡常數(shù) 對(duì)于可逆反應(yīng)：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定溫度下有K=cp(C)·c任何可逆反應(yīng)在給定條件下的進(jìn)程都有一定的限度，只是不同反應(yīng)的限度不同。改變反應(yīng)條件可以在一定程度上改變某一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的限度，亦改變化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)。因此，通過調(diào)控反應(yīng)的條件可使反應(yīng)結(jié)果更好的符合人們預(yù)期的目的，這在工工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)等方面已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。三、化學(xué)反應(yīng)條件的控制在生產(chǎn)和生活中人們希望促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)（提高反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率及原料的利用率），抑制有害的化學(xué)反應(yīng)（降低反應(yīng)速率，控制反應(yīng)速率的發(fā)生，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生），這就需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)條件的控制。在化工生產(chǎn)中，為了提高反應(yīng)進(jìn)行的程度而調(diào)控反應(yīng)條件時(shí)，需要考慮反應(yīng)條件的成本和實(shí)際可行性。例如合氨的生產(chǎn)在溫度較低時(shí)，氨的產(chǎn)率較高；壓強(qiáng)越大，氨的產(chǎn)率安的產(chǎn)率越高。但溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率小，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到化學(xué)平衡，生產(chǎn)成本高，工業(yè)上通常選擇在400~500℃下進(jìn)行。而壓強(qiáng)越大，對(duì)動(dòng)力生產(chǎn)設(shè)備的要求也越高，合成氨廠隨著生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備條件的不同，采用的壓強(qiáng)通常為10MPa到30MPa。【擴(kuò)展】勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如濃度、壓強(qiáng)或溫度)，則平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。例如：3H2＋N2?2NH3，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在反應(yīng)容器中，升高溫度時(shí)，平衡向吸熱方向進(jìn)行，即氨的產(chǎn)率降低；當(dāng)增大容器壓強(qiáng)時(shí)，平衡向氣體體積減小方向進(jìn)行，即氨的產(chǎn)率增大?！揪毩?xí)】3某實(shí)驗(yàn)探究小組研究25℃時(shí)的分解反應(yīng)：。該小組根據(jù)表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖像如圖所示。下列說法正確的是t/min012340．1600．1140．0800．0560．04000．0230．0400．0520．060A．曲線I是的濃度變化曲線B．曲線II是的濃度變化曲線C．在0~1min，1~2min兩個(gè)時(shí)間段里，化學(xué)反應(yīng)速率最快的是0~1minD．只增大容器體積，化學(xué)反應(yīng)速率增大課堂練習(xí)1．如圖表示在一定的溫度下，容積固定的密閉容器中，A、B、C三種氣體的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的情況。試回答下列問題：（1）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________。（2）0~t1s內(nèi)氣體B的平均反應(yīng)速率為________。（3）(t1＋10)s時(shí)，B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為________（保留兩位小數(shù)），此時(shí)v正（A）___v逆（B）（填“＞”“＜”或“=”），D點(diǎn)是否處于平衡狀態(tài)________（填“是”或“否”）。（4）下列關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是________（填字母）。a．到達(dá)t1s該反應(yīng)已停止b．在t1s之前，氣體B的消耗速率大于它的生成速率c．在t1s，氣體C的正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率（5）容器中(t1＋10)s時(shí)的壓強(qiáng)與起始時(shí)的壓強(qiáng)之比為________。2．碳及其化合物在人們的生活及生產(chǎn)中具有廣泛的用途。回答下列問題：（1）利用活性炭的還原性可處理機(jī)動(dòng)車的尾氣（如氮氧化物），涉及如下反應(yīng)：C(s)＋2NO(g)?N2(g)＋CO2(g)，一定條件下，恒容密閉容器中有關(guān)物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化情況見下表：01020302．01．160．400．4000．4200．42①a=________，b=_______。②0~20min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CO2)=________mol·L—1·min—1。（2）煉鋼爐中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其中包括反應(yīng)：C(s)＋CO2(g)?2CO(g)。將1molCO2與足量的碳加入一個(gè)恒容密閉容器中，當(dāng)CO2的體積分?jǐn)?shù)為86%時(shí)，CO2的轉(zhuǎn)化率為_________。3．某研究小組設(shè)計(jì)了如圖實(shí)驗(yàn)，探究常溫下催化劑對(duì)過氧化氫分解反應(yīng)的影響。序號(hào)ⅠⅡⅢ實(shí)驗(yàn)操作示意圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有極少量氣泡產(chǎn)生產(chǎn)生氣泡速率略有加快產(chǎn)生氣泡速率明顯加快（1）實(shí)驗(yàn)Ⅰ的作用是____________。（2）實(shí)驗(yàn)Ⅲ中反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅰ~Ⅲ中現(xiàn)象的不同，可以得出的結(jié)論是①使用合適的催化劑，可提高過氧化氫分解反應(yīng)的速率；②____________。（4）在一定溫度下，10mL0．40mol/LH2O2溶液發(fā)生催化分解，6min后H2O2的濃度減小到，6min內(nèi)以H2O2的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2O2)_________mol·L—1·min—1。能力提升1．甲：在試管中依次加入1g粉末狀大理石、4mol·L—1鹽酸鹽酸20mL(過量)；乙：在試管中依次加入2g顆粒狀大理石、4mo1·L—1鹽酸20mL(過量)；下列CO2生成體積(已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)V(CO2)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系曲線圖合理的是 A B C D2．下列有關(guān)化學(xué)反應(yīng)限度的說法錯(cuò)誤的是A．任何可逆反應(yīng)都有一定的限度B．化學(xué)反應(yīng)的限度是可以改變的C．化學(xué)反應(yīng)的限度與反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)D．化學(xué)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等3．一定量鹽酸跟過量的鐵粉反應(yīng)時(shí)，為了減緩反應(yīng)速率，且不影響生成氫氣的總量，可向鹽酸中加入適量的①NaOH固體②KNO3溶液③水④CH3COONa固體A．①③ B．②④ C．②③ D．③④4．將Ag塊狀碳酸鈣跟足量鹽酸反應(yīng)，反應(yīng)物損失的質(zhì)量隨時(shí)間的變化曲線如下圖的實(shí)線所示，在相同的條件下，將Bg粉末狀碳酸鈣與同濃度鹽酸反應(yīng)，則相應(yīng)的曲線（圖中虛線所示）正確的是（已知A＞B） A B C D5．我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)持續(xù)開采可燃冰?？扇急翘烊粴夂退诤５?00m~3000m的深度形成的固體，可表示為mCH4·nH2O。下列哪個(gè)條件不是形成可燃冰必須具備的A．低壓 B．低溫 C．高壓 D．充足的CH4來源6．某同學(xué)研究影響雙氧水分解反應(yīng)速率的因素，反應(yīng)方程式為2H2O2=2H2O＋O2↑，下列措施不能加快該反應(yīng)速率的是A．升高溶液溫度 B．加入少許MnO2 C．向反應(yīng)液中加水 D．增大H2O2的濃度7．將BaO2放入密閉真空容器中，反應(yīng)2BaO2(s)?2BaO(s)＋O2(g)達(dá)到平衡，保持溫度不變，縮小容器容積，體系重新達(dá)到平衡，下列說法正確的是A．BaO量不變 B．氧氣壓強(qiáng)不變 C．氧氣濃度增大 D．平衡常數(shù)減小8．可使C(s)＋CO2(g)=2CO(g)反應(yīng)速率增大的措施是①增大壓強(qiáng)②增加炭的量③通入CO2④恒壓下充入N2⑤恒容下充入N2⑥升溫A．①⑤ B．①②⑥ C．①③⑥ D．③⑥9．一定溫度下，反應(yīng)N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密閉容器中進(jìn)行，下列措施不改變化學(xué)反應(yīng)速率的是A．縮小體積 B．恒容，充入He C．恒容，充入O2 D．恒壓，充入N210．在100℃時(shí)，將0．100molN2O4氣體充入1L恒容抽空的密閉容器中，隔一定時(shí)間對(duì)該容器內(nèi)物質(zhì)的濃度進(jìn)行分析得到如表數(shù)據(jù)：時(shí)間(s)020406080c(N2O4)/mol·L－10．100c10．050c3c4c(NO2)/mol·L－10．0000．060c20．1200．120（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為；_______________________從表中分析：c1____c2，c3_____c4(填“＞”、“＜”或“＝”)。（2）在上述條件下，從反應(yīng)開始直至達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，