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第六章 化學反應速率與化學平衡 考試要求 教學建議 1.知道化學反應是有方向的，知道化學反應的方向與反應的焓變和熵變有關。 2.知道化學反應速率的表示方法，了解化學反應速率測定的簡單方法。 3.通過實驗探究，了解溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響。 4.知道化學反應是有歷程的，認識基元反應活化能對化學反應速率的影響。 5.認識化學平衡常數是表征化學反應限度的物理量，知道化學平衡常數的涵義。 6.了解化學平衡常數與反應平衡移動方向間的聯系。 7.通過實驗探究，了解濃度、壓強、溫度對化學平衡狀態(tài)的影響。 8.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究領域中的重要作用。 9.知道催化劑可以改變化學反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。 　　本章知識是教學重點，更是高考難點、學生的薄弱點。 在教學中要做到學考對接、知能對接。本章設計4課時，前2課時落實考試要求撐握的基本知識和能力，后2課時針對在高考大題中遇到的重難點進行全方位無盲區(qū)的精講細研。 從基礎到重難遞進式課時化編寫設計，符合學生的認知規(guī)律，省時省力高效。 第1課時　點點突破——反應速率及影響因素 考點一　化學反應速率的概念及計算 1．化學反應速率 2．化學反應速率計算的萬能方法——三段式法 對于反應mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，起始時A的濃度為a molL－1，B的濃度為b molL－1，反應進行至t1s時，A消耗了x molL－1，則化學反應速率可計算如下： 　　　　　　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/(molL－1) a b 0 0 轉化/(molL－1) x t1/(molL－1) a－x b－ 則：v(A)＝ molL－1s－1，v(B)＝ molL－1s－1， v(C)＝ molL－1s－1，v(D)＝ molL－1s－1。 3．化學反應速率與化學計量數的關系 對于已知反應mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化學反應速率可用不同的反應物或生成物來表示，當單位相同時，化學反應速率的數值之比等于化學計量數之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。 如一定溫度下，在密閉容器中發(fā)生反應：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6 molL－1s－1，則v(B)＝0.2 molL－1s－1，v(C)＝0.4 molL－1s－1。 4．化學反應速率的大小比較 (1)歸一法 將同一反應中的不同物質的反應速率轉化成同一單位、同一種物質的反應速率，再進行速率的大小比較。 (2)比值法 將各物質表示的反應速率轉化成同一單位后，再除以對應各物質的化學計量數，然后對求出的數值進行大小排序，數值大的反應速率快。如反應mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若＞，則反應速率A＞B。 [對點訓練] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)對于任何化學反應來說，反應速率越大，反應現象越明顯() (2)化學反應速率為0.8 molL－1s－1是指1 s時某物質的濃度為0.8 molL－1() (3)由v＝計算平均速率，用反應物表示為正值，用生成物表示為負值() (4)同一化學反應，相同條件下用不同物質表示的反應速率，其數值可能不同，但表示的意義相同(√) (5)同一化學反應，相同條件下用不同物質表示的反應速率，數值越大，表示化學反應速率越快() (6)在2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反應中，t1、t2時刻，SO3(g)濃度分別是c1、c2，則t1～t2時間內，SO3(g)生成的平均速率為v＝(√) 2．(2015浙江10月選考)某溫度時，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)反應2 s后，NO的濃度減少了0.06 molL－1，則以O2表示該時段的化學反應速率是(　　) A．0.03 molL－1s－1　 B．0.015 molL－1s－1 C．0.12 molL－1s－1 D．0.06 molL－1s－1 解析：選B　v(NO)＝＝0.03 molL－1s－1；v(O2)＝v(NO)＝0.03 molL－1s－1＝0.015 molL－1s－1。 3．對于可逆反應A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同條件下的化學反應速率如下，其中表示的反應速率最快的是(　　) A．v(A)＝0.5 molL－1min－1 B．v(B)＝1.2 molL－1s－1 C．v(D)＝0.4 molL－1min－1 D．v(C)＝0.1 molL－1s－1 解析：選D　采用歸一法求解，通過化學方程式的化學計量數將不同物質表示的反應速率折算成同一物質表示的反應速率進行比較，B物質是固體，不能表示反應速率；C項中對應的v(A)＝0.2 molL－1min－1；D項中對應的v(A)＝3 molL－1min－1。 4．NH3和純凈的O2在一定條件下發(fā)生反應：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)，現向一容積不變的2 L密閉容器中充入4 mol NH3和3 mol O2,4 min后，測得生成的H2O占混合氣體體積的40%，則下列表示此段時間內該反應的平均速率不正確的是(　　) A．v(N2)＝0.125 molL－1min－1 B．v(H2O)＝0.375 molL－1min－1 C．v(O2)＝0.225 molL－1min－1 D．v(NH3)＝0.250 molL－1min－1 解析：選C　設4 min時，生成6x mol H2O(g) 4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) n(總) 起始/mol　　　4　　　　3　　 　　0　　　　0　　 7 變化/mol 4x 3x 2x 6x 4－4x　　3－3x　　　2x　　　 6x　 7＋x 據題意，則有：＝0.4，解得：x＝0.5 則4 min內H2O的變化濃度為Δc(H2O)＝＝1.5 molL－1，v(H2O)＝＝0.375 molL－1min－1，再由各物質表示的速率之比等于各物質的化學計量數之比，可得各物質表示的反應速率分別為v(N2)＝0.125 molL－1min－1，v(NH3)＝0.250 molL－1min－1，v(O2)＝0.187 5 molL－1min－1。 考點二　影響化學反應速率的因素 1．影響化學反應速率的因素 (1)內因 反應物本身的性質是主要因素。如相同條件下Mg、Al與稀鹽酸反應的速率大小關系為Mg>Al。 (2)外因(只改變一個條件，其他條件不變) [提醒]?、俑淖児腆w或純液體的量對化學反應速率無影響。 ②濃度、溫度、壓強發(fā)生變化或加入催化劑時，正、逆反應速率均增大或減小，如升高溫度，不論是放熱反應還是吸熱反應，化學反應速率均加快。 (3)反應體系條件改變對反應速率的影響 ①恒溫時：體積縮小壓強增大濃度增大反應速率增大。 ②恒溫恒容時： a．充入氣體反應物總壓強增大濃度增大反應速率增大。 b．充入“惰性氣體”總壓強增大，但各氣體分壓不變―→各物質的濃度不變―→反應速率不變。 ③恒溫恒壓時：充入“惰性氣體”體積增大各反應物濃度減小反應速率減小。 總之，壓強改變而對反應速率產生的影響是因為壓強改變會引起濃度變化，從而對反應速率產生影響。 2．理論解釋——有效碰撞理論 (1)活化分子、活化能、有效碰撞 ①活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。 ②活化能：如圖 圖中：E1為正反應的活化能，E2為逆反應的活化能，使用催化劑時的活化能為_E3__，反應熱為E1－E2。 ③有效碰撞：活化分子之間能夠引發(fā)化學反應的碰撞。 (2)活化分子、有效碰撞與反應速率的關系 [對點訓練] 1．下列說法中正確的是(　　) A．增大反應物濃度，能增大活化分子百分數，所以反應速率增大 B．使用合適的催化劑，能增大活化分子百分數，所以反應速率增大 C．對于任何反應，增大壓強都可加快反應速率 D．升高溫度，只能增大吸熱反應的反應速率 解析：選B　增大反應物濃度和增大氣體反應的壓強(縮小體積)，不能增大活化分子百分數，只能增大活化分子數；升溫和使用催化劑才能增大活化分子百分數；增大壓強只能增大有氣體參加的反應的反應速率。 2．反應C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可變容積的密閉容器中進行，下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是(　　) ①增加C的量 ②將容器的體積縮小一半 ③保持體積不變，充入N2使體系壓強增大 ④保持壓強不變，充入N2使容器體積變大 A．①④　　　　　　　　 B．②③ C．①③ D．②④ 解析：選C　增大固體的量、恒容時充入惰性氣體對反應速率無影響。 3．一定溫度下，反應N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密閉容器中進行，下列措施不改變化學反應速率的是(　　) A．縮小體積使壓強增大 B．恒容，充入N2 C．恒容，充入He D．恒壓，充入He 解析：選C　A項，氣體的物質的量不變，縮小體積，氣體的濃度增大，反應速率增大；B項，容積不變，充入N2，使反應物N2的濃度增大，反應速率增大；C項，容積不變，充入He，雖然反應容器內壓強增大，但反應物N2、O2、NO的濃度并沒有變化，因此不影響反應速率；D項，壓強不變，充入He，反應容器的體積必然增大，總壓強雖然沒變，但N2、O2、NO的濃度減小，反應速率減小。 考點三　“變量控制”實驗探究題 該類題目主要探究影響化學反應速率的外界因素，由于外界影響因素較多，若搞清某個因素的影響，均需控制其他因素相同或不變，才能進行實驗。因此，控制變量思想在這部分體現較為充分，在近幾年高考題中也多有考查，且大多以探究型實驗題的形式出現。這類題目以實驗為研究手段，盡管涉及因素較多，有其復雜性，但仍然重在考查考生的基礎知識、基本技能、分析能力和實驗能力。 [重難點撥] 1．考查形式 (1)以表格的形式給出多組實驗數據，讓學生找出每組數據的變化對反應的影響。 (2)給出影響化學反應的幾種因素，設計實驗分析各因素對反應的影響。 2．解題策略 3．注意事項 (1)要選擇合適的化學反應，所選擇的反應不能太靈敏，也不能太遲鈍。 (2)反應物的濃度要適當，不能太大，而探索濃度變量時，濃度間的差別也不能太大。 (3)要有規(guī)律地設計不同的反應體系的溫度，也要注意物質的相應性質 ，不能選擇會引起反應發(fā)生變化的體系溫度。 (4)對變量要進行適當的組合，組合的一般原則是“變一定多”，即保持其他變量不變，改變其中一個變量的值進行實驗，測定數據，通過系列實驗，找出變量對反應的影響。 [考法精析] 考法一　實驗方案的評價 [典例1]　(2018北京高考)(1)I－可以作為水溶液中SO2歧化反應的催化劑，可能的催化過程如下。將ⅱ補充完整。 ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O ⅱ.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－ (2)探究ⅰ、ⅱ反應速率與SO2歧化反應速率的關系，實驗如下：分別將18 mL SO2飽和溶液加入2 mL下列試劑中，密閉放置觀察現象。(已知：I2易溶解在KI溶液中) 序號 試劑組成 實驗現象 A 0.4 molL－1 KI 溶液變黃，一段時間后出現渾濁 B a molL－1 KI 0.2 molL－1 H2SO4 溶液變黃，出現渾濁較A快 C 0.2 molL－1 H2SO4 無明顯現象 D 0.2 molL－1 KI 0.000 2 mol I2 溶液由棕褐色很快褪色，變?yōu)辄S色，出現渾濁較A快 　?、貰是A的對比實驗，則a＝________。 ②比較A、B、C，可得出的結論是__________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③實驗表明，SO2的歧化反應速率D>A。結合ⅰ、ⅱ反應速率解釋原因：____________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)根據歧化反應的特點，反應ⅰ生成S，則反應ⅱ需生成H2SO4，即I2將SO2氧化為H2SO4，反應的離子方程式為I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(2)①對比實驗只能存在一個變量，因實驗B比實驗A多了H2SO4，則B中KI溶液的濃度應不變，故a＝0.4。②由表中實驗現象可知，I－是SO2歧化反應的催化劑，H＋單獨存在時不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反應速率。③加入少量I2時，反應明顯加快，說明反應ⅱ比反應ⅰ快；D中由反應ⅱ產生的H＋使反應ⅰ加快。 [答案]　(1)SO2　SO　4H＋ (2)①0.4?、贗－是SO2歧化反應的催化劑，H＋單獨存在時不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反應速率 ③反應ⅱ比ⅰ快；D中由反應ⅱ產生的H＋使反應ⅰ加快 考法二　實驗方案的設計 [典例2]　H2O2是一種綠色氧化還原試劑，在化學研究中應用廣泛。 某小組擬在同濃度Fe3＋的催化下，探究H2O2濃度對H2O2分解反應速率的影響。限選試劑與儀器：30% H2O2溶液、0.1 molL－1Fe2(SO4)3溶液、蒸餾水、錐形瓶、雙孔塞、水槽、膠管、玻璃導管、量筒、秒表、恒溫水浴槽、注射器。 (1)寫出本實驗H2O2分解反應方程式并標明電子轉移的方向和數目：________________。 (2)設計實驗方案：在不同H2O2濃度下，測定_____________________(要求所測得的數據能直接體現反應速率大小)。 (3)設計實驗裝置，完成如圖所示的裝置示意圖。 (4)參照下表格式，擬定實驗表格，完整體現實驗方案(列出所選試劑體積、需記錄的待測物理量和所擬定的數據；數據用字母表示)。 物理量實驗序號 V[0.1 molL－1 Fe2(SO4)3]/mL …… 1 a …… 2 a …… [解析]　(1)雙氧水中氧元素的化合價為－1，發(fā)生分解反應生成氧氣，O2中氧元素的化合價為0，水中氧元素的化合價為－2，所以是自身的氧化還原反應，用單線橋法表示其電子轉移的方向和數目：===2H2O＋O2↑。(2)該實驗是探究雙氧水的分解速率，所以應測定不同濃度雙氧水分解時產生氧氣的速率，即可以測定相同時間內生成氧氣的體積。(3)根據題目給出的限選儀器可以選用導管、水槽、量筒組成氣體收集裝置。(4)探究時一定要注意變量的控制，即只改變一個變量，才能說明該變量對反應的影響。表格中給出了硫酸鐵的量，且體積均相等。而探究的是不同濃度的雙氧水分解的速率，所以必須要有不同濃度的雙氧水，但題給試劑中只有30%的雙氧水，因此還需要蒸餾水，要保證硫酸鐵的濃度相同，必須保證兩組實驗中雙氧水和蒸餾水的總體積相同，且兩組實驗中雙氧水和蒸餾水的體積不同兩個條件。同時還要記錄兩組實驗中收集相同體積氧氣所需時間或相同時間內收集氧氣的體積大小。 [答案]　(1)===2H2O＋O2↑ (2)生成相同體積的氧氣所需要的時間(或相同時間內，生成氧氣的體積) (3) (4) V(H2O2)/mL V(H2O)/mL V(O2)/mL t/s 1 b c e d 2 c b e f 或 V(H2O2)/mL V(H2O)/mL t/s V(O2)/mL 1 b c e d 2 c b e f [綜合訓練] 1．某興趣小組研究含一定濃度Fe2＋的溶液在不同條件下被氧氣氧化的氧化率，實驗結果如圖所示，判斷下列說法正確的是(　　) A．pH越小氧化率越大 B．溫度越高氧化率越小 C．Fe2＋的氧化率僅與溶液的pH和溫度有關 D．實驗說明降低pH、升高溫度有利于提高Fe2＋的氧化率 解析：選D　由②③可知，溫度相同時pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同時，溫度越高，氧化率越大；Fe2＋的氧化率除受pH、溫度影響外，還受其他因素影響，如氧氣的濃度等。 2．某酸性工業(yè)廢水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能將其中的Cr2O轉化為Cr3＋。某課題組研究發(fā)現，少量鐵明礬[Al2Fe(SO4)424H2O]即可對該反應起催化作用。為進一步研究有關因素對該反應速率的影響，探究如下： (1)在25 ℃下，控制光照強度、廢水樣品初始濃度和催化劑用量相同，調節(jié)不同的初始pH和一定濃度草酸溶液用量，作對比實驗，完成以下實驗設計表(表中不要留空格)。 實驗編號 初始pH 廢水樣品體積/mL 草酸溶液體積/mL 蒸餾水體積/mL ① 4 60 10 30 ② 5 60 10 30 ③ 5 60 測得實驗①和②溶液中的Cr2O濃度隨時間變化關系如圖所示。 (2)上述反應后草酸被氧化為______________(填化學式)。 (3)實驗①和②的結果表明_________________________________________________； 實驗①中O～t1時間段反應速率v(Cr3＋)＝____________ molL－1min－1(用代數式表示)。 (4)該課題組對鐵明礬[Al2Fe(SO4)424H2O]中起催化作用的成分提出如下假設，請你完成假設二和假設三： 假設一：Fe2＋起催化作用； 假設二：________________； 假設三：________________； ……… (5)請你設計實驗驗證上述假設一，完成下表中內容。 [除了上述實驗提供的試劑外，可供選擇的試劑有K2SO4、FeSO4、K2SO4Al2(SO4)324H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的濃度可用儀器測定] 實驗方案(不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 解析：(1)實驗①、②中初始pH不同，為探究pH對反應速率的影響，則實驗②、③為探究一定濃度草酸溶液用量對反應速率的影響，則實驗②、③中試劑總用量應相同。(2)草酸中C為＋3價，則其被氧化為CO2。(3)實驗①和②表明pH越小，則Cr2O轉化為Cr3＋的反應速率越快；v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝ molL－1min－1。(4)根據鐵明礬的組成可知，起催化作用的還可能為Al3＋、SO。(5)進行對比實驗，加入等物質的量的K2SO4Al2(SO4)324H2O代替①中的鐵明礬，驗證起催化作用的是否為Fe2＋。 答案：(1)20　20　(2)CO2　(3)溶液的pH對該反應的速率有影響　　(4)Al3＋起催化作用　SO起催化作用 (5) 實驗方案(不要求寫具體操作過程) 預期實驗結果和結論 用等物質的量的K2SO4Al2(SO4)324H2O代替實驗①中的鐵明礬，控制其他反應條件與實驗①相同，進行對比實驗 反應進行相同時間后，若溶液中c(Cr2O)大于實驗①中的c(Cr2O)，則假設一成立；若兩溶液中的c(Cr2O)相同，則假設一不成立