必修2-第2章-第3节-化学反应的速率和限度--讲义(全)

第二章 第三节 化学反应的速率和限度 讲义

一 化学反应速率

1．化学反应速率的表示

化学反应速率是用来描述化学反应快慢的物理量，通常用单位时间（如每秒，每分钟，每小时）内反应物浓度的减小量或生成物浓度的增加量来表示 计算某一物质的化学反应速率的表达式为：vcn或v

tVt

2．单位：mol/（L·s）或mol/（L·min）或mol/（L·h） 注意：

①一个确定的化学反应涉及反应物、生成物多种物质，要定量表示一个化学反应的反应速率，必须指明具体的一种反应物或生成物来表示

②c可表示反应物或生成物的物质的量浓度的变化量，但均只取正值，所以化学反应速率均取正值 ③中学阶段“化学反应速率”通常指的是平均速率 ④固态或纯液态物质的物质的量浓度在一定温度下是常量，所以这种化学反应速率的表示方法不适用于描．．．．．．．述固态或纯液态物质

⑤一个化学反应里各物质的化学计量数不一定相同，所以当t一定时，n不一定相同，即c不一定相同，计算出的v也不一定相同，如在SO2与O2合成SO3的反应中，若在1 min时间里SO2 mol/L，则SO2，O2，SO3的物质的量浓度的变化、化学反应速率及其比值如下表： 化学反应 物质的量浓度 化学反应速率 化学反应速率之比 mol/L 0.5 mol/（L·min） 2SO2＋O2催化剂 △2SO3 mol/L 0.5 mol/（L·min） mol/L 0.25 mol/（L·min） mol/（L·min）∶ mol/（L·min）∶ mol/（L·min）＝2∶1∶2 【结论】 （1）对于同一个反应来说，选用不同的物质的浓度改变量来表示化学反应速率，其数值可能不同，但实质上各物质所表示化学反应快慢的意义是一样的

（2）各物质表示的速率之比等于该化学方程式中相应的化学计量数之比，即对于反应： a A＋b B === c C＋d D（A、B、C、D均不是固体或纯液体） v(A)︰v(B)︰v(C)︰v(D)＝a︰b︰c︰d

说明：若反应发生在一固定体积的容器中时，有：v(A)︰v(B)︰v(C)︰v(D)＝

c(A)∶c(B)∶c(C)∶c(D)＝n(A)∶n(B)∶n(C)∶n(D)＝a∶b∶c∶d

二 化学反应速率的简单计算

对于任意一个反应，其反应方程式表示为：a A＋b B === y Y＋z Z，用不同物质表示的反应速率分别为：

v(A)c(A)c(B)c(Y)c(Z)，v(B)，v(Y)，v(Z) tttt

1．速率公式的直接应用

2．结合化学方程式计算

化学平衡计算的基本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法（三步曲）。如：

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对于反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，初始时A、B的物质的量分别为a、b，达到平衡后，有mx mol的A发生反应，则有关模式为： m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g) 起始量 a b 0 0 变化量 mx nx px qx 平衡量 a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转)

说明：a、b除可表示反应物的浓度，还可以表示物质的量或同温同压下气体的体积

反应物的起始浓度－反应物的平衡浓度对于可逆反应，有：转化率()＝100％说明：

反应物的起始浓度

3．反应速率的比较

例．反应A＋3B === 2C＋2D在四种不同条件下的反应速率为： ①v mol/(L·s) ②v mol/(L·s) ③v mol/(L·s) ④v mol/(L·s)

则该反应速率的快慢顺序为： 说明：

①化学反应速率数值越大，该反应进行得越快

②要格外注意速率的单位：mol/（L·min）与mol/（L·s）在数值有60倍的关系

③因为在化学反应中浓度变化值与化学反应方程式中化学计量数成正比，而化学计量数的不同，计算出的反应速率数值也不同，所以对同一反应，只有转化为用同一物质浓度变化值来表示反应速率数值，才能真实反映出反应的快慢

④一般用不同物质表示反应速率，解题时只要比较v(物质)即可 对应化学计量数

4．由反应速率确定化学计量数

例．某温度下，浓度为1 mol/L的两种X2和Y2，在密闭容器中反应生成气体Z，经过t min后，测得物质的

浓度分别为c(X2)＝0.4 mol/L，c(Y2)＝0.8 mol/L，c(Z)＝0.4 mol/L，则该反应的反应式可表示为

三 化学反应速率的图像计算题的注意事项——“五看” “一看”：看面，弄清横坐标、纵坐标的含义；

“二看”：看线，注意曲线“平”与“陡”和函数的增减性；

“三看”：看点，弄清曲线上点的含义（起点、转折点、交叉点、终点）； “四看”：看辅助线，如等温线、等压线、平衡线等； “五看”：看量（如浓度、温度）的变化。

再结合所学知识进行综合分析，把图像信息转化为数字信息和文字信息进行解答

四 影响化学反应速率的因素

（一）内因：参加反应物质的性质（主要因素） 不同反应，化学反应速率大小与物质本身性质有关，决定化学反应速率的根本因素是参加反应的各物质的性

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质。如：

①大小，质量相同的镁条和铝条分别跟同浓度的盐酸反应，镁比铝更快放出气体 ②H2与F2的反应速率要比H2与I2的反应速率快得多

（二）外因（条件）

1．温度对反应速率的影响

【实验2－5】探究温度对化学反应速率的影响

在2支大小相同的试管中，装入2~3 mL约5%的H2O2溶液，分别滴入1~2滴1 mol/L FeCl3溶液。待试管中有适量气泡出现时，将其中的一支试管放入盛有5℃左右冷水的烧杯中；另一支试管放入盛有40℃左右热水的烧杯中，对比观察现象；待放入热水烧杯中的试管里出现大量气泡时，用带火星的木条检验放出的气体 放入冷水中的试管，溶液里产生气泡但较慢；放入热水中的试管，溶液了产生气泡较快。化学反应生成的气体使带火星的木条剧烈地燃烧起来 在其它条件相同时，升高温度，化学反应速率加快；降低温度，化学反应速率减慢 实验步骤 实验现象 实验结论

2．催化剂对反应速率的影响

【实验2－6】探究催化剂对反应速率的影响 实验步骤 实验现象 实验结论 在3支大小相同的试管中各装入2~3 mL约5%的H2O2溶液，再向其中分别2支试管中分别加入少量MnO2粉末、1~2滴1 mol/L的FeCl3溶液。对比观察现象 加MnO2粉末和FeCl3溶液的试管内产生气泡快，未加其他试剂的试管内产生气泡慢 在其他条件相同时，使用催化剂能加快化学反应的速率

3．浓度对反应速率的影响

在其它条件相同时，溶液的浓度越大，反应速率越大。如用大小相同两根铁钉，分别跟1 mol/L和2 mol/L的稀硫酸反应，后者反应速率更快

注意：固态或纯液态物质的物质的量浓度在一定温度下是常量，所以“改变反应物的浓度”不包括改变固态或纯液态物质的浓度

4．压强对反应速率的影响（只影响有气体参加的化学反应的速率） 其它条件不变时，增大压强（体积缩小，浓度增大），反应速率增大；减小压强（体积增大，浓度减小），反应速率减慢

原因：其他条件不变（前提）→气体的压强增大→气体体积减小→气体浓度增大→反应速率加快 注意：

①由于压强的变化对固体、液态或溶液的浓度影响不大，所以若反应有固体、液态或溶液参加，压强的变化不影响化学反应速率

②对有气体参加的可逆反应，增大压强，正、逆速率都增大 ③对于其他反应需分以下情况考虑：

（1）恒温：p增大 → V缩小 → c增大 → v增大

（2）恒容：充入反应物 → p增大 → c增大 → v增大 （3）充入稀有气体：

A．恒容时，充入稀有气体 → 总压增大但分压不变（各物质c不变） → c不变 → v不变

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B．恒压时，充入稀有气体 → p不变，V增大 → 各物质c减小 → v减小

说明：由于浓度与压强成正比，对于有气体参加的反应，改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因在于引起了浓度的变化，所以在讨论压强对反应速率的影响时，应区分引起压强变化的原因，从而判断该改变对物质的浓度产生的影响，由此判断对反应速率的影响

5．固体物质表面积对反应速率的影响

在其它条件相同时，固体表面积越大，反应速率越大。如用质量相同的铁钉和铁粉，分别跟1 mol/L的稀硫酸反应，后者反应速率更快

6．影响反应速率的其他外界条件

光、激光、超声波、放射线、电磁波、溶剂等均可影响速率，总之，向反应体系中输入能量，都有可能改变化学反应速率

注意：对于氧化还原反应，当构成原电池时，反应速率明显加快 总之，影响化学反应速率的因素很多，既有内因又有外因

注意：

①在影响化学反应速率的因素中，内因决定外因，外因仅是辅助性因素，即一个客观上不可能发生的化学反应，任何外因都无济于事

②在各种外因中，催化剂的效果最好，能使反应速率发生较大幅度的改变；催化剂又正催化剂（加快反应速率）和负催化剂（减慢反应速率），中学阶段专指正催化剂；催化剂最佳效能的发挥，又受温度的影响，不同的催化剂所需要的适宜温度不一定相同

五 化学反应的限度 1．可逆反应

（1）定义：在相同条件下，既能向正向（从左向右反应）进行，同时又能向逆向（从右向左反应）进行的化学反应。在可逆反应的化学方程式中，用“”代替“===”

（2）可逆反应的特点

①向两个相反的方向进行的两个化学反应，在相同条件下同时进行、共存，两个化学反应构成了一个对立的统一体。必需注意的是，若反应不是在相同条件下，即使同时进行，也不是可逆反应。如2H2＋O2点燃 2H2O

和H2O通电 H2↑＋O2↑

②两边的物质互为反应物、生成物

③反应不能进行到底，反应体系中与反应有关的各种物质共存，而且任何一种物质的存在量都大于0，但任何一种物质的生成率都小于1

④能量转化互逆：若正反应是放热（或吸热）反应，则逆反应就是吸热（或放热）反应

（3）可逆反应的普遍性

事实上，相当多的化学反应都是可逆反应，只不过有的可逆性较弱，有的可逆性很强。常见典型的可逆反应有：

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N2＋3H2

高温高压催化剂 催化剂 △ △

2NH3 2SO3

2SO2＋O2

2NO2

N2O4 2HI

I2(g)＋H2

而像H2＋Cl2点燃 2HCl，Ag＋＋Cl－=== AgCl↓等反应，由于可逆程度很小，通常不称为可逆反应

2．化学反应的限度

【分析探究】对可逆反应：2SO2＋O2

催化剂 △

2SO3的探究

将SO2和O2按物质的量比2∶1的比例充入容积固定的密闭容器内，在适宜反应条件下，SO2和O2发生可

逆反应。一定时间内，SO2、O2、SO3的物质的量浓度以及正反应速率和逆反应速率的变化情况分析如下： ①在反应即将开始的一瞬间，c(SO2)和c(O2)均处于最大状态，它们合成SO3的速率也处于最大状态，c(SO3)为0，它分解为SO2和O2的速率也是0 ②反应开始后，c(SO2)和c(O2)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(SO3)逐渐增大，

’v(逆)逐渐增大 v正v’逆③随着时间的延长，c(SO2)和c(O2)逐渐减小，v(正)逐渐减小；c(SO3)逐渐

（平衡状态）增大，v(逆)逐渐增大

④当反应进行到一定程度时，SO2和O2合成SO3的速率和SO3分解为SO2和O2的速率相等时，v(正)不再减小，v(逆)不再增加，但v(正)＝v(逆)＞0，反应并未停止

⑤此时，在反应混合物中，c(SO2)和c(O2)不再减小，c(SO3)不再增加，即反应物和生成物的浓度都不再改变，达到一种表面静止的状态，称为“化学平衡状态”

（1）定义：在一定条件下，可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系中所有．．．．反应物和生成物的浓度不再改变，达到一种表面静止的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡 ．．．．．．说明：

①任何可逆反应都有一定的限度，只是不同的可逆反应有所不同

②处于平衡状态时，v(正)＝v(逆)＞0，反应并未停止，任何一种物质（反应物或生成物）所占物质百分含量不变

③浓度一定≠浓度相等

④平衡状态是可逆反应在一定条件下进行的最大限度，由于在可逆反应的平衡状态下，正反应和逆反应都未停止，温度、物质的量浓度和气体的压强等都能使化学反应速率发生改变，所以化学反应的限度可以通过改变条件而改变

（2）化学平衡状态的特征 ①逆：可逆反应

②等：v(正)＝v(逆)＞0

③动：动态平衡（正逆反应仍在进行）

④定：反应混合物中各组分的百分含量一定，不再随时间变化而变化 ⑤变：条件改变，原平衡被破坏，在新的条件下建立新的平衡

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方法与技巧

判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例，分析化学反应达到平衡状态的标志 原理：某一可变物理量不再随时间改变而改变即表明达到平衡状态

（1）直接判断

①速率：v(正)＝v(逆)（即任何一种物质的生成速率等于其消耗速率） ②各组分的含量保持不变

（2）间接判断

①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的延长而改变（前提：m＋n≠p＋q） ．．

②混合气体的颜色、密度、平均摩尔质量不随时间的延长而改变 列举反应 混合物体系中 各成分的含量 m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g) 平衡 平衡 平衡 不一定平衡 平衡 各物质的物质的量或物质的量分数一定 各物质的质量或质量分数一定 各气体的体积或体积分数一定 总体积、总压强、总物质的量一定 同一物质的正反应速率等于逆反应速率，如vA(消耗)＝vA(生成)或vD(消耗)＝vD(生成) 某反应物的正反应速率与另一反应物的逆反应速率之比等于化学计量数之比，如vA(消耗)∶vB(生成) ＝m∶n，或vC(消耗)∶vD(生成)＝p∶q 某反应物的正反应速率与某生成物的逆反应速率之比等于化学计量数之比，如vA(消耗)∶vC(消耗)＝m∶p，或vB(生成)∶vD(生成)＝n∶q 对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等 压强 混合气体的平均相对分子质量（Mr） 温度 体系密度 颜色 当m＋n＝p＋q时，总压强一定 当m＋n＝p＋q时，总压强一定 当m＋n＝p＋q时，Mr一定 当m＋n≠p＋q时，Mr一定 当体系温度一定时 密度一定时 含有有色物质的体系颜色不再改变 平衡 正、逆反应 速率的关系 平衡 平衡 不一定平衡 平衡 不一定平衡 平衡 平衡 不一定平衡 平衡 说明： ①从化学平衡的本质判断可逆反应是否达到化学平衡时，必须同时表明正反应速率和逆反应速率，且保证v(正)＝v(逆)

②从化学平衡的特征判断可逆反应是否达到化学平衡时，要特别注意外界条件的及反应本身的特点，如“恒温、恒容”、“体积可变”、“体积不变”、“全是气体参加”

六 化学反应条件的控制

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1．控制化学反应条件的目的

化学反应有的快、有的慢；有的进行的程度大、有的进行的程度小；有的对我们有利、有的对我们不利。控制化学反应条件，目的就是要通过改变化学反应的速率和反应进行的程度，使化学反应向着对我们有利的方面转化

2．控制化学反应条件的基本措施

（1）通过改变反应物的温度、浓度、气体压强（或浓度）、固体表面积以及催化剂的使用等，改变化学反应速率

（2）通过改变可逆反应体系的温度、溶液浓度、气体压强（或浓度）等，改变可逆反应进行的限度 注意：

①对于客观上不可能发生的化学反应，无法改变其反应速率；对于不可逆的反应，无法改变其反应进行的限度

②采用控制化学反应条件的措施时，要考虑技术条件、经济和社会效益，既要力所能及，又要物有所值，不能单纯为改变化学反应速率和限度而不择手段

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