2024版化学新教材鲁科版（闽粤皖京豫）教师用书配套课件第7章化学反应的方向、限度与速率第7章第43讲　化学反应速率　工业合成氨

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2024-11-17 1 0 1.81MB 25 页 5.9玖币

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第43 讲　化学反应速率　工业合成氨

[复习目标]　1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。2.了解反应活化能的概念。3.理解

外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。

4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

考点一　化学反应速率的概念及计算

1．化学反应速率

2．化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”

(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式计算。

例如：反应 mA ＋ nB　===　pC

t0 s/(mol·L－1)　　　　　　a

转化/(mol·L－1)　　　　　x

t1 s/(mol·L－1)　　　　　a－x

b－　

则v(A)＝ mol·L－1·s－1，

v(B)＝ mol·L－1·s－1，

v(C)＝ mol·L－1·s－1。

3．比较化学反应速率大小的常用方法

(1)先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。

(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应 aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋

dD(g)，比较与，若>，则不同情况下，用 A表示的反应速率比用 B表示的大。

应用举例

已知反应 4CO＋2NO2=====N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下：

①v(CO)＝1.5 mol·L－1·min－1

②v(NO2)＝0.7 mol·L－1·min－1

③v(N2)＝0.4 mol·L－1·min－1

④v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1

⑤v(NO2)＝0.01 mol·L－1·s－1

请比较上述 5种情况反应的快慢：________________(由大到小的顺序)。

答案　③>①>②>⑤>④

解析　②v(CO)＝2v(NO2)＝1.4 mol·L－1·min－1；③ v(CO)＝4v(N2)＝1.6 mol·L－1·min－1；

④v(CO)＝v(CO2)＝1.1 mol·L－1·min－1；⑤ v(CO)＝2v(NO2)＝0.02 mol·L－1·s－1＝1.2 mol·L－

1·min－1，故反应的快慢为③>①>②>⑤>④。

1．对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显(　　)

2．由 v＝计算平均反应速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值(　　)

3．化学反应速率为 0.8 mol·L－1·s－1是指 1 s 时某物质的浓度为 0.8 mol·L－1(　　)

4．同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率

越快(　　)

答案　1.×　2.×　3.×　4.×

一、化学反应速率的计算

1．一定温度下反应：4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经 2 min，B的浓度减少 0.6 mol·L－1，

对此反应速率的表示正确的是(　　)

A．用 A表示的反应速率是 0.4 mol·L－1·min－1

B．分别用 B、C、D表示反应速率，其比值是 1∶2∶3

C．在 2 min 末的反应速率，用 B表示为 0.3 mol·L－1·min－1

D．在这 2 min 内用 B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的

答案　D

解析　A是固体，不能用其浓度的变化来表示反应速率；vB＝0.3 mol·L－1·min－1，表示 2

min 内的平均反应速率，在 2 min 末的速率为瞬时速率；在反应过程中 B的浓度逐渐减小，

故A、B反应生成 C、D的瞬时速率也逐渐减小。

2．一定条件下，在体积为 10 L 的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应过

程如图。下列说法不正确的是(　　)

A．t1 min 时，正、逆反应速率相等

B．X曲线表示 NH3的物质的量随时间的变化关系

C．0～8 min，H2的平均反应速率 v(H2)＝0.011 25 mol·L－1·min－1

D．10～12 min，N2的平均反应速率 v(N2)＝0.002 5 mol·L－1·min－1

答案　A

解析　t1 min 时，反应没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像可

知，在 0～8 min 内，X增加了 0.6 mol，Y减少了 0.9 mol，X、Y变化的物质的量之比为

2∶3，则 X曲线表示 NH3的物质的量随时间的变化关系，Y曲线表示 H2的物质的量随时间

的变化关系，B项正确；0～8 min，v(H2)＝＝0.011 25 mol·L－1·min－1，C项正确；10～12

min，v(NH3)＝＝0.005 mol·L－1·min－1，v(N2)＝＝0.002 5 mol·L－1·min－1，D项正确。

3．温度为 T1时，2 g 某合金 4 min 内吸收氢气 240 mL，吸氢速率 v＝________mL·g－1·min－

1。

答案　30

解析　由单位可知 v＝＝30 mL·g－1·min－1。

4．工业制硫酸的过程中，SO2(g)转化为 SO3(g)是关键的一步，550 ℃时，在 1 L 的恒温容器

中，反应过程中的部分数据见下表：

反应时间/min SO2(g)/mol O2(g)/mol SO3(g)/mol

0 4 2 0

5 1.5

10 2

15 1

若在起始时总压为 p0 kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，气态物质分压＝总压

×气态物质的物质的量分数，则 10 min 内SO2(g)的反应速率 v(SO2)＝________ kPa·min－1。

答案　

解析　列出三段式

2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

初始/mol　　　　　4　　　2　　　　0

转化/mol　　　　　2　　　1　　　　2

10 min 时/mol　　　2　　　1　　　　2

恒温恒容下，气体总压之比等于气体物质的量之比，所以 10 min 时体系总压 p10 min 满足＝，

即p10 min＝p0 kPa，p初始(SO2)＝p0 kPa，p10 min(SO2)＝p0 kPa×＝p0 kPa，故 v(SO2)＝＝ kPa·min

－1。

二、反应速率常数的应用

5．工业上利用 CH4(混有 CO 和H2)与水蒸气在一定条件下制取 H2，原理为 CH4(g) ＋

H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，该反应的逆反应速率表达式为 v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，k为速率常数，

在某温度下测得实验数据如表所示：

CO 浓度/(mol·L－1) H2浓度/(mol·L－1)逆反应速率/(mol·L－1·min－1)

0.1 c18.0

c2c116.0

c20.15 6.75

由上述数据可得该温度下，c2＝______，该反应的逆反应速率常数 k＝______ L3·mol－3·min－

1。

答案　0.2　1.0×104

解析　根据 v逆＝k·c(CO)·c3(H2)，由表中数据可得：(c1 mol·L－1)3＝，c2 mol·L－1＝，所以有

k××＝16.0 mol·L－1·min－1，解得 k＝1.0×104 L3·mol－3·min－1，代入 c2的等式可得 c2＝0.2。

1．反应速率常数的含义

反应速率常数(k)是指在给定温度下，反应物浓度皆为 1 mol·L－1时的反应速率。在相同浓度

的条件下，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率。

化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而反应速率常数是其比例常数，在恒温

条件下，反应速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度

下任意浓度时的反应速率。

2．速率方程

一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。

对于基元反应：aA＋bB===gG＋hH

则v＝k·ca(A)·cb(B)(其中 k为反应速率常数)。

如：① SO2Cl2SO2＋Cl2

v＝k1·c(SO2Cl2)

②2NO22NO＋O2　v＝k2·c2(NO2)

③2H2＋2NON2＋2H2O

v＝k3·c2(H2)·c2(NO)

3．反应速率常数的影响因素

温度对化学反应速率的影响是显著的，反应速率常数是温度的函数。同一反应，温度不同，

反应速率常数将有不同的值，但浓度不影响反应速率常数。

考点二　影响化学反应速率的因素

1．内因

反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下 Mg、Al 与稀盐酸反应的速率大小关系为 Mg

＞Al。

2．外因

3．理论解释——有效碰撞理论

(1)活化分子、活化能、有效碰撞

① 活化分子：能够发生有效碰撞的分子(必须具有足够的能量)。

② 活化能

图中：E1表示反应的活化能，使用催化剂时的活化能为 E3，反应热为 E1－ E 2(注：E2表示活

化分子变成生成物分子放出的能量)。

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