高中化学人教版 (2019)选择性必修1化学反应速率学案设计

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第一节 化学反应速率
一、化学反应速率
1．定义：衡量化学反应进行________的物理量。
2．表示方法：
(1)化学反应速率可以用单位________、单位________中反应物或生成物的________变化来表示；
(2)如果反应体系的体积是恒定的，则通常用单位________内反应物________的减少或生成物________的增加来表示。
3．表达式：________；单位：_______________、_________或_________。
4．化学反应速率的测定
(1)测定原理
利用与化学反应中任何一种化学物质的_________ 相关的可观测量进行测定。
(2)测定方法
①直接观察测定：如释放出气体的_________和体系的_________等。
②科学仪器测定：如反应体系_________的变化。在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色变化和显色物质与浓度变化间的比例关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。
5．化学反应速率的特点
(1)在某一个化学反应中，无论是用反应物还是用生成物表示化学反应速率，其值均为_________值。
(2)化学反应速率表示的均是某一段时间内化学反应的_________速率，而不是某一时刻化学反应的瞬时速率。
(3)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物多种物质，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种_________来表示的。
(4)在同一反应中，用不同的物质表示的化学反应速率，其数值可能_________同，但表示的实际意义_______同。
(5)在同一化学反应中，用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的_________之比。例如，在反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)中，v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。
二、化学反应速率的计算
1．计算依据
(1)平均化学反应速率的公式：_________。
(2)对于同一个化学反应，用不同物质的浓度变化表示的反应速率之比等于相应物质在化学方程式中的化学_________之比，这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。例如，对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)，有下列恒等式：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d=Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)=Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)
2．运用“三段式”求解化学反应速率计算题的一般步骤
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程计算。
例如： mA(g) + nB(g) pC(g)
起始浓度(ml·L-1) a b c
转化浓度(ml·L-1) x nxm pxm
某时刻浓度(ml·L-1) ____ _______ _________
计算中注意以下关系：
①对于反应物：c(起始)-c(转化)=c(某时刻)
②对于生成物：c(起始)+c(转化)=c(某时刻)
③各物质的转化量之比等于其化学计量数之比
④转化率=c(转化)c(起始)×100%
三、压强对化学反应速率影响的几种情况
改变压强，影响化学反应速率的根本原因是引起了_________的改变。
1．对于没有气体参与的化学反应，由于改变压强时反应物浓度变化很小，可忽略不计，因此对化学反应速率_________。
2．对于有气体参与的化学反应，有以下几种情况：
(1)恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大化学反应速率_________。
(2)恒温时，对于恒容密闭容器：
①充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)化学反应速率_________。
②充入“惰性气体”总压强增大反应物浓度未改变化学反应速率_________。
(3)恒温恒压时
充入“惰性气体”体积增大气体反应物浓度减小化学反应速率_________。
四、活化能
1．基元反应：大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为_________。例如H·＋O2→·OH＋O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应；又如2HI===H2＋I2的2个基元反应为2HI→H2＋2I·、2I·→I2。
2．反应历程
(1)含义：基元反应构成的反应_________。
(2)特点：①反应不同，反应_________不相同。②同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。
(3)决定因素：反应历程由反应物的_________和反应_________决定。
(4)作用：反应历程的差别造成了化学反应_________的不同。
(5)基元反应发生的先决条件
基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生_________，但是并不是每一次分子碰撞都能发生_________。
3．有效碰撞：能发生化学反应的碰撞叫_________。
5．活化分子：能够发生_________的分子。
6．活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量_________，叫做反应的活化能。
7．反应物、生成物的能量与活化能的关系。
8．活化能与化学反应速率的关系：在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数_______，单位时间内有效碰撞的次数_______，化学反应速率________。
9．有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释
(1)浓度：反应物浓度增大→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞的次数________→反应速率________；反之，反应速率________。
(2)压强：增大压强→气体体积缩小→反应物浓度________→单位体积内活化分子数________→单位时间内有效碰撞的次数________→反应速率________；反之，反应速率________。
即压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响。
(3)温度：微观解释：升高温度→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞的次数________→反应速率________；反之，反应速率________。
(4)催化剂：使用催化剂→改变了反应的历程，反应的活化能________→活化分子的百分数________→单位时间内有效碰撞的几率增加→反应速率________。
五、催化剂和催化作用
1．能改变化学反应速率而本身的化学性质和质量在反应前后保持不变的物质叫作催化剂。催化剂在反应中所起的作用叫________________。
2．在化工生产中，常常加入催化剂以促进化学反应的进行。例如，硫酸工业中，由二氧化硫制三氧化硫的反应常用V2O5作________；氮气与氢气合成氨的反应，使用的是以________为主体的多成分催化剂；生物体内的化学反应也与催化剂有着密切的联系，生物体内的各种________具有催化活性，是生物催化剂。
3．催化剂只能改变化学反应速率，不能使原来不能发生的反应得以进行。
4．催化剂一般有选择性，不同的化学反应要选用不同的催化剂。同样的反应物选用________的催化剂，可以发生不同的反应，从而得到不同的产物。
第二节 化学平衡
一、可逆反应
1．定义
在同一条件下既可以向________方向进行，同时又可以向________方向进行的化学反应。
2．特点
(1)二同：①相同________下；②正、逆反应________进行。
(2)一小：反应物与生成物同时存在，任一组分的转化率都小于________。
3．表示
在方程式中反应符号用“________”表示。
二、化学平衡状态
1．化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应的速率________时，反应物和生成物的浓度均________________，即体系的组成不随时间而改变，这表明该反应中物质的转化达到了“限度”，这时的状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
2．化学平衡的特征
化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变。
三、化学平衡状态的标志
1．直接标志
(1)反应速率关系：v正=v逆(指瞬时速率)对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同物质而言，反应速率之比等于化学方程式中的________________之比，但必须是不同方向的反应速率。
(2)含量关系：反应体系中各组分的浓度、质量分数、物质的量、物质的量分数等保持________。
2．间接标志
(1)反应物的转化率保持________。
(2)各物质的物质的量不随时间的改变而________。
(3)各气体的体积不随时间的改变而________。
以反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例来说明：
A．混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量、质量或物质的量分数、质量分数一定——________
②各气体的体积或体积分数一定——________
③总体积、总压强、总物质的量一定——________________
B．正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗了m ml A，同时也生成了m ml A，即v正=v逆——________
②在单位时间内消耗了n ml B的同时消耗了p ml C，即v正=v逆——________
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q，v正不一定等于v逆(平衡与否该式都成立)——______________
④在单位时间内生成了n ml B的同时消耗了q ml D，v正不一定等于v逆——_____________
C．压强
①m+n≠p+q时，总压强一定(恒温恒容)——________
②m+n=p+q时，总压强一定(恒温恒容)——_____________
D．混合气体的平均相对分子质量(Mr)
①当m+n≠p+q时，Mr一定——________
②当m+n=p+q时，Mr一定——____________
E．温度：任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(绝热装置，其他条件不变)——________
F．气体的密度(ρ)，密度(ρ=mV)一定——____________
G．颜色：反应体系内有色物质的颜色稳定不变——________
四、化学平衡常数
1．化学平衡常数的概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个________，该常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)，用符号________表示。
2．表达式
对于可逆反应mA(g) + nB(g)pC(g) + qD(g)，化学平衡常数K＝________________。
3．浓度商与化学平衡常数的表达式
(1)浓度商：对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为_ ________，常用Q表示，即Q＝。
(2)Q与K关系：当反应中有关物质的浓度商________平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。
4．化学平衡常数的意义
平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的________)。
K值越大，表示反应进行得越________，反应物的转化率________，当K＞________时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越________，反应物的转化率________；当K＜________时，该反应很难发生。
5．化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度
K越大，说明反应进行的程度________，反应物的转化率________，反之，程度________，转化率________。
(2)判断反应的热效应
若升高温度，K值________，则正反应为________反应；
若升高温度，K值________，则正反应为________反应。
(3)判断可逆反应的方向
利用平衡常数可从定量的角度解释恒温下浓度、压强对化学平衡移动的影响。
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用浓度商 Qc=cp(C)cq(D)cm(A)cn(B)表示，则：
当Qc=K时，可逆反应处于________状态，v(正) ________v(逆)；
当QcK时，可逆反应向________方向进行，v(正) ________v(逆)
(4)计算转化率
依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数，可以计算反应物的________，从而判断反应进行的________。
6．化学平衡常数的影响因素
(1)内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素。
(2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受________影响。
五、有关化学平衡的计算
可按下列步骤建立模式，确定关系式进行计算。如可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a ml、b ml，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx ml。
1．模式
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始量/ml a b 0 0
转化量/ml mx nx px qx
平衡量/ml _____ _____ ______ ______
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)
则有：
(1)平衡常数K＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(px,V)))p·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(qx,V)))q,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a－mx,V)))m·\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(b－nx,V)))n)。
(2)平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
(3)平衡时A的转化率：α＝eq \f(mx,a)×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝eq \f(mx,a)∶eq \f(nx,b)。
(4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡时和开始时的压强比：比eq \f(p平,p始)＝eq \f(n平,n始)＝(a-mx)+(b-nx)+px+qxa+b。
(6)混合气体的密度： eq \x\t(ρ)(混)＝eq \f(m,V)＝(g·L－1)(T、V不变时，eq \x\t(ρ)不变)。
(7)平衡时混合气体的平均摩尔质量：eq \x\t(M)＝eq \f(m,n)＝a·M(A)+b·M(B)(a-mx)+(b-nx)+px+qxg·ml－1。
(8)生成物产率＝eq \f(该物质实际产量,该物质理论产量)×100%。
2．基本步骤
(1)确定反应物和生成物的初始加入量；
(2)确定反应过程的转化量(一般设某物质的转化量为x)；
(3)确定平衡量。
六、化学平衡状态的移动
1．化学平衡的移动：在一定条件下，当______________达到平衡状态后，如果改变反应________，平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着改变，直到达到新的平衡状态。这种由原有的______________达到新的______________的过程叫做化学平衡的移动。
化学平衡移动的过程：
2．化学平衡移动的方向：
(1)若外界条件改变，引起v正＞v逆时，正反应占优势，化学平衡向________方向移动；
(2)若外界条件改变，引起v正＜v逆时，逆反应占优势，化学平衡向________方向移动；
(3)若外界条件改变，引起v正和v逆都发生变化，如果v正和v逆仍保持相等，化学平衡就没有发生________。
七、影响化学平衡的因素
1．实验探究——浓度对化学平衡的影响
2．实验探究——压强对化学平衡的影响
3．实验探究——温度对化学平衡的影响
4．原理分析
(1)浓度对化学平衡的影响
= 1 \* GB3 ①c(反应物)增大或c(生成物)减小，平衡向正反应方向移动。
= 2 \* GB3 ②c(反应物)减小或c(生成物)增大，平衡向逆反应方向移动。
(2)压强对化学平衡的影响
(3)温度对化学平衡的影响
5．平衡移动原理(勒夏特列原理)
在封闭体系中，如果仅改变影响平衡体系的一个条件(如________、________、________)，平衡就向着能够减弱这个改变的方向移动。
6．“惰性”气体对化学平衡的影响
(1)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH0
C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行
D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关
■方法11 化学反应调控的方法
【解题通法】
工业生产调控主要考虑因素：化学反应速率、原料的利用率、单位时间内的产量、生产中的耗能、设备条件等因素。
【典型例题】某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g) 2M(g) ΔHK
________移动
减小
减小
QK
________移动
降温
增大
Qv′逆
v逆瞬间增大，v正瞬间不变，v′逆>v′正
v逆瞬间减小，v正瞬间不变，v′正>v′逆
v正瞬间减小，v逆瞬间不变，v′逆>v′正
平衡移动方向
________移动
________移动
________移动
________移动
v­t
图像
规律
在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向__________移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使平衡向___________移动
化学平衡
aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)
计量关系
a＋b>c＋d
a＋bv′逆
v正、v逆同时减小，v′逆>v′正
v正、v逆同时增大，v′逆>v′正
v正、v逆同时减小，v′正>v′逆
平衡移动方向
________移动
________移动
________移动
________移动
v­t图像
规律
在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气体物质的量________的方向移动；减小压强，平衡向气体物质的量________的方向移动
化学平衡
aA＋bBcC＋dD ΔH>0
温度改变
升温
降温
速率变化
v正、v逆同时增大，且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小，且v′逆>v′正
移动方向
________移动
________移动
v­t图像
规律
在其他条件不变的情况下，升高温度，平衡向________反应的方向移动；降低温度，平衡向________反应的方向移动
反应条件
压强
温度
催化剂
浓度
________~________7Pa
________左右
铁触媒
使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2
分析角度
原则要求
本身因素
参加反应的物质________、________和________
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意________对催化剂的活性的限制
从主、副反应选择性分析
促进主反应、抑制副反应，提高主反应的选择性
社会效益
注意环境保护，把握绿色化学原则，原料、工艺绿色、低耗
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
是否平衡
压强
当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定)
是
当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定)
不一定
混合气体的eq \x\t(M)
当m＋n≠p＋q时，eq \x\t(M)一定
是
当m＋n＝p＋q时，eq \x\t(M)一定
不一定
关注各物质的状态
是否平衡
密度ρ
C(s)＋CO2(g)2CO(g)(ρ一定)
是
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)
不一定
H2(g)＋I2(g)2HI(g)(ρ一定)
不一定
时间段/ min
产物Z的平均生成速率/ ml·L－1·min－1
0～2
0.20
0～4
0.15
0～6
0.10
实验编号
H2O2溶液
Fe2+溶液
蒸馏水
pH
温度
c/(10-3ml·L-1)
V/mL
c(ml•L-1)
V/mL
V/mL
T/K
①
6.0
1.5
0.30
3.5
10
3
298
②
6.0
1.5
0.30
3.5
10
3
313
③
6.0
3.5
0.30
3.5
x
3
298
④
6.0
1.5
0.30
4.5
9
3
298
⑤
6.0
1.5
0.30
3.5
10
10
298
一“剂”指催化剂
催化剂在机理图中多数是以完整的循环出现的，以催化剂粒子为主题的多个物种一定在机理图中的主线上
三“物”指反应物、生成物、中间物种(或中间体)
反应物
通过一个箭头进入整个历程的物质一般是反应物
生成物
通过一个箭头最终脱离整个历程的物质多是产物
中间体
通过一个箭头脱离整个历程，但又生成的是中间体，通过两个箭头进入整个历程的中间物质也是中间体，中间体有时在反应历程中用“[ ]”标出
第一步
根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度
第二步
计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步
根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分(或物质的量分数)
第四步
根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝EQ \* jc0 \* hps21 \(\s\up 9(p2（NH3）),p（N2）·p3（H2）)