第一单元 化学反应速率教案和学案内容

化学反应速率与化学平衡

江苏省高邮中学 郭玉锦

教学目标

1、了解化学反应速率的概念及定量表示方法。

2、理解外界条件对反应速率、化学平衡的影响规律。

3、掌握化学反应进行的方向、化学平衡常数的简单计算。

4、掌握化学平衡图像的分析。

教学重点：

外界条件对反应速率、化学平衡的影响规律。

教学难点：

化学平衡图像的分析。

教学过程：

考点一：化学反应速率及其影响因素

【知识精讲】

Δn(B)VΔc(B)1．对v(B)＝＝的剖析

ΔtΔt用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：

(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。

(2)化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。

(3)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。

(4)计算反应速率时，若给出的是物质的量的变化值，要转化为物质的量浓度的变化值(计算时一定要除以体积)，再进行计算。

(5)对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)。

2．“四大影响因素”的深度剖析

浓度、温度、压强、催化剂是影响化学反应速率的四大外界因素，此外反应物颗粒大小对化学反应速率也有一定的影响。

(1)浓度：对有气体参加的反应或在溶液中发生的反应产生影响，在其他条件不变时都符合“浓快稀慢”的原理。

1

(2)压强：

压强增大→气体体积缩小→气体反应物的浓度增大→反应速率增大

注意

①压强对反应速率的影响是通过改变反应物的浓度来实现的。

②压强只对有气体参加的反应产生影响。

③向气体反应体系中充入不参与反应的气体时，对反应速率的影响。

恒容：充入稀有气体(或非反应气体)→总压增大→物质的浓度不变(活化分子的浓度不变)→反应速率不变；恒压：充入稀有气体(或非反应气体)→体积增大→物质的浓度减小(活化分子的浓度减小)→反应速率减小。

(3)温度：温度升高，化学反应速率增大。升高温度，无论是吸热反应还是放热反应，反应速率都增大。

(4)催化剂：①催化剂能改变(增大或减小)化学反应速率，但不能使本来不会发生的反应变成可以发生的。

②对可逆反应来说，正反应的催化剂同时也是逆反应的催化剂，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，对化学平衡状态无影响，生产过程中使用催化剂主要是为了提高生产效率。

对于反应物颗粒大小：固体物质颗粒越小，总表面积越大，反应速率越快；反之越慢。

【题组集训】

题组一

对化学反应速率的综合考查

1．一定温度下，10 mL 0.40 mol·L1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准－状况)如下表。

t/min V(O2)/mL 0 0.0 2 9.9 4 17.2 6 22.4 8 26.5 10 29.9 下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(

) A．0～6 min的平均反应速率：

v(H2O2)≈3.3×102 mol·L1·min1

－－－B．6～10 min的平均反应速率：

v(H2O2)<3.3×102 mol·L1·min1

－－－C．反应到6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L1

－D．反应到6 min时，H2O2分解了50% 题组二

“控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用

32．某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O27转化为Cr。某课题组研究－＋发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：

(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。

实验

编号

初始

pH 废水样品

体积/mL 草酸溶液

体积/mL 蒸馏水

体积/mL

2

①

②

③

4 5 5 60 60 60 10 10

30 30

测得实验①和②溶液中的Cr2O27浓度随时间变化关系如图所示。

－(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。

(3)实验①和②的结果表明________；实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3)＝________mol·L1·min1(用代＋－－数式表示)。

(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：

假设一：Fe2起催化作用；

＋假设二：________；

假设三：________；

……

(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。

[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O27的浓度可用仪器测定] －实验方案

(不要求写具体操作过程)

考点二：全面突破化学平衡

【知识精讲】

1．化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”

预期实验结果和结论

判断化学反应是否达到化学平衡状态，关键是看给定条件下能否推出“变量”达到“不变”。常用到的判断标志有：

(1)绝对标志

3

(2)相对标志

①有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，当是等体积反应时，不一定达到平衡；当是不等体积反应时，达到平衡。

气体的总质量气体的总质量②气体的密度()、气体的平均相对分子质量()不变时，要具体分析各表达式气体的总体积气体的总物质的量中的分子或分母变化情况，判断是否平衡。

③如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡。

(3)一角度

从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态：

①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键；

②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键；

③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键；

④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键。

2．化学平衡状态移动判断的方法和规律

(1)化学平衡移动

(2)两类方法

①通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。

a．若外界条件改变，引起v正>v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；

b．若外界条件改变，引起v正

c．若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。

②通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。

a．若Q>K

平衡逆向移动；

b．若Q＝K

平衡不移动；

4

c．若Q

平衡正向移动。

(3)外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理

①温度的影响：

②浓度的影响：

③压强的影响：

(4)不能用勒夏特列原理解释的问题

【题组集训】

题组一

多角度、全方位突破化学平衡状态标志的判定

1．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1 C．密闭容器中混合气体的密度不变

D．密闭容器中氨气的体积分数不变

题组二

化学平衡状态移动方向及结果的判定

2．一定温度下，在三个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应：

2CH3OH(g)容器

编号

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

下列说法正确的是(

) A．该反应的正方应为吸热反应

B．达到平衡时，容器Ⅰ中的CH3OH体积分数比容器Ⅱ中的小

C．容器Ⅰ中反应到达平衡所需时间比容器Ⅲ中的长

D．若起始时向容器Ⅰ中充入CH3OH 0.15 mol、CH3OCH3 0.15 mol 和H2O 0.10 mol，则反应将向正反应方向进行

考点三：全面突破化学平衡常数及转化率

【知识精讲】

1．化学平衡常数的全面突破

(1)数学表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)

cp(C)·cq(D)pC(g)＋qD(g)来说，K＝m。

c(A)·cn(B)温度(℃) 387 387 207 CH3OCH3(g)＋H2O(g) 平衡物质的量(mol) CH3OCH3(g) 0.080

0.090 H2O(g) 0.080

0.090 2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是(

) 起始物质的量(mol) CH3OH(g) 0.20 0.40 0.20 注意

①不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如：

5

CaCO3(s)

CaO(s)＋CO2(g)

K＝c(CO2) －＋2CrO24(aq)＋2H(aq) －Cr2O27(aq)＋H2O(l)

c2(CrO2c2(H)4)·

K＝

－c(Cr2O27)－＋但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。如：

C2H5OH＋CH3COOHC(s)＋H2O(g)

c(CH3COOC2H5)·c(H2O)CH3COOC2H5＋H2O

K＝

c(C2H5OH)·c(CH3COOH)c(CO)·c(H2)CO(g)＋H2(g)

K＝

c(H2O)②同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。

(2)平衡常数的意义

①平衡常数可表示反应进行的程度。

②K的大小只与温度有关，与反应物或生成物起始浓度的大小无关。

(3)浓度商：当Q＝K时，该反应达到平衡状态；Q＜K时，该反应向正反应方向进行；Q＞K时，该反应向逆反应方向进行。

2．转化率的全面突破

(1)转化率的计算公式

Δn(A)Δc(A)α(A)＝×100%＝×100%。

n(A)c(A)(2)转化率的变化分析：

在一恒容密闭容器中通入a mol A、b mol B发生反应aA(g)＋bB(g)

件，分析转化率的变化情况(用“增大”、“减小”或“不变”表示) ①再通入b mol B，α(A)增大，α(B)减小。

②再通入a mol A、b mol B，

若a＋b＞c，α(A)增大、α(B)增大；

若a＋b＝c，α(A)不变、α(B)不变；

若a＋b＜c，α(A)减小、α(B)减小。

【题组集训】

1．在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)

实验编号

①

②

③

④

下列说法正确的是(

) A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min 时间内，用N表示的平均反应速率v(N)

6 cC(g)，达到平衡后，改变下列条M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：

平衡时物质的量/mol n(M) 0.090 0.080 a

b

温度/℃

700 800 800 900 起始时物质的量/mol n(X) 0.40 0.10 0.20 0.10 n(Y) 0.10 0.40 0.30 0.15

＝1.0×102 mol·L1·min1

－－－B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0 C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60% D．实验④中，达到平衡时，b＞0.060 考点四：看图识图

借图破解

【知识精讲】

1．图像类型

(1)浓度—时间

如A(g)＋B(g)AB(g)

(2)含量—时间—温度(压强) (C%指产物的质量分数，B%指某反应物的质量分数)

(3)恒压(或恒温)线

(c表示反应物的平衡浓度，α表示反应物的转化率)

图①，若p1＞p2＞p3

则正反应为气体体积减小的反应，ΔH＜0；

图②，若T1＞T2，则正反应为放热反应。

2．分析方法

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(1)认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。

(2)看清起点，分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。

(3)看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点。

(4)注意终点。例如，在浓度—时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。

(5)先拐先平。例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。

(6)定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。

3．绘图要领

一标：标原点，标横、纵坐标的物理量及单位。

二比：比照原图像，画出新图像，并标明。

【题组集训】

题组一

识别图像、联系规律、判断正误

1．臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是(

) N2O5(g)＋O2(g)，若反应在恒容密闭容A

升高温度，平衡常数减小

B

0～3 s内，反应速率为v(NO2)＝0.2 mol·L1

－C

t1时仅加入催化剂，平衡正向移动

D

达平衡时，仅改变x，则x为c(O2)

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