第二節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的速率與限度第一課時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速率第六章

化學(xué)反應(yīng)與能量1774年,約瑟夫·普里斯特利首次通過加熱氯化銨與熟石灰制備了氨氣。1898年,德國化學(xué)家首先利用電石與氮?dú)庠?000℃加熱合成氰氨化鈣，再用過熱水蒸汽進(jìn)行水解工業(yè)化合成氨

1909年，弗里茨·哈伯第一個(gè)提出在高溫、高壓、催化劑條件下實(shí)現(xiàn)了利用氮?dú)夂蜌錃夤I(yè)合成氨。1913年，卡爾·博施尋找合適的催化劑并設(shè)計(jì)加工了世界上第一臺(tái)高壓合成氨反應(yīng)器。2007年，格哈德·艾特爾揭示了氨的催化機(jī)理。2016年，大連化物所陳萍教授和郭建平博士開發(fā)了復(fù)合催化體系，實(shí)現(xiàn)了氨的低溫催化合成。工業(yè)合成氨發(fā)展史N2+3H22NH3高溫、高壓催化劑化學(xué)反應(yīng)條件反應(yīng)快慢反應(yīng)程度化學(xué)反應(yīng)速率問題化學(xué)反應(yīng)平衡問題學(xué)習(xí)目標(biāo)1、通過學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率的概念及其影響因素，學(xué)會(huì)“變量控制”的科學(xué)方法，增強(qiáng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的意識(shí)。2、發(fā)展認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的基本角度，能從化學(xué)反應(yīng)快慢的角度解釋生產(chǎn)、生活中簡單的化學(xué)現(xiàn)象。3、結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率調(diào)控的意義，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任。很快較快較慢很慢【思考與討論】你了解右圖涉及的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢嗎？

快和慢是相對(duì)的，是一種定性的比較。有些化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的很快；有些化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的很慢。快到什么程度？慢到什么程度？如何定量描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的快慢？？CaCO3+

2HCl=CaCl2+

CO2↑+H2OΔm、Δn、Δc等(對(duì)于氣體還有ΔV、ΔP等)單位時(shí)間內(nèi)······？物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中的某些物理量的改變化學(xué)反應(yīng)速率概念：通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物的濃度的增大來表示（取正值）。一、化學(xué)反應(yīng)速率含義：

用來衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的物理量。

數(shù)學(xué)表達(dá)式：

v(B)=——Δc(B)Δt單位：

mol/(L·s)或mol/(L·min)mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1（B表示某物質(zhì)）問題1：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念，推測化學(xué)反應(yīng)速率表示的是瞬時(shí)速率，還是平均反應(yīng)速率？平均反應(yīng)速率例1：在工業(yè)合成氨的反應(yīng)中，已知反應(yīng)物N2的濃度在10s內(nèi)從4mol/L變成1mol/L。則在這10s內(nèi)用N2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為多少？v(N2)?c(N2)?t==4mol/L

–

1mol/L10s3mol/L10s0.3mol/(L·s)==追問：第10s的反應(yīng)速率為多少？無法確定問題2:根據(jù)資料卡片思考，化學(xué)反應(yīng)的速率可以用任何一種反應(yīng)物或生成物來表示嗎?資料卡片：

固體和純液體的物質(zhì)的量濃度的計(jì)算:

將固體和純液體裝進(jìn)某容器,他們不會(huì)擴(kuò)散充滿整個(gè)容器,因此不能以容器容積作為其體積,只能以其自身體積計(jì)算。只要將其密度數(shù)據(jù)中的分子量綱由質(zhì)量轉(zhuǎn)換成物質(zhì)的量即可求得其物質(zhì)的量濃度。例如:4℃時(shí),純水的密度為1000g/L,除以水的摩爾質(zhì)量18g/mol即可求出其物質(zhì)的量濃度約為55.6mol/L。純固體同理。固體和純液體的濃度均為常數(shù)，濃度變化為0，不可用來表示化學(xué)反應(yīng)速率。N2+3H2

2NH3高溫、高壓催化劑例2：在一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)

，反應(yīng)開始時(shí)，N2和H2的濃度分別為8mol/L、20mol/L，2min末時(shí)，測得容器中N2的濃度變?yōu)?mol/L，求該反應(yīng)2min內(nèi)N2、H2和NH3的化學(xué)反應(yīng)速率。起始濃度(mol/L)82002min末濃度(mol/L)4

8

4

△C(mol/L)

12v

[mol/(L·min)]

2

6

4問題3：用不同物質(zhì)表示化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率之比與化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比有什么關(guān)系？v(B)=——Δc(B)Δt同一化學(xué)反應(yīng)過程，用不同的物質(zhì)表示其化學(xué)反應(yīng)速率，數(shù)值可能不同，但意義相同。在表示反應(yīng)速率時(shí)，應(yīng)注明是由哪種物質(zhì)表示的。用不同物質(zhì)表示同一化學(xué)反應(yīng)速率（單位相同、物質(zhì)狀態(tài)相同）時(shí)：化學(xué)反應(yīng)速率之比=化學(xué)計(jì)量數(shù)之比N2+3H2

2NH3高溫、高壓催化劑列“三段式”問題4：在工業(yè)合成氨

的反應(yīng)中，兩個(gè)相同時(shí)間段的反應(yīng)速率如下：第一階段：v(NH3)=0.2mol/(L·s）第二階段：v(N2)=3mol/(L·min）

哪個(gè)階段反應(yīng)速率更快呢？N2+3H2

2NH3高溫、高壓催化劑在科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢進(jìn)行定量的描述或比較時(shí)，要使用同一定義或標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)。統(tǒng)一單位、統(tǒng)一物質(zhì)歸納總結(jié)③一般不用固體、純液體表示化學(xué)反應(yīng)速率①化學(xué)反應(yīng)速率是標(biāo)量，均取正值②化學(xué)反應(yīng)速率指平均速率，不是瞬時(shí)速率④同一化學(xué)反應(yīng)過程，用不同的物質(zhì)表示其化學(xué)反應(yīng)速率，數(shù)值可能不相同，但意義相同。在表示反應(yīng)速率時(shí)，應(yīng)注明是由哪種物質(zhì)表示的。⑤用不同反應(yīng)物表示同一化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)（單位相同、物質(zhì)狀態(tài)相同）：化學(xué)反應(yīng)速率之比

=

化學(xué)計(jì)量數(shù)之比⑥比較化學(xué)反應(yīng)速率的相對(duì)大小時(shí)必須統(tǒng)一單位、統(tǒng)一物質(zhì)

對(duì)于有些化學(xué)反應(yīng)，我們希望其越慢越好，如食物的變質(zhì)、橡膠和塑料的老化、金屬的腐蝕；

有些反應(yīng)則希望其快一些，如氨、硫酸等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率常常是決定化學(xué)實(shí)驗(yàn)成敗或化工生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。請(qǐng)同學(xué)們回憶所學(xué)的化學(xué)反應(yīng)并聯(lián)系生活實(shí)際，思考交流哪些因素能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率？

在相同條件下，金屬與水的反應(yīng)的劇烈程度：Na>Mg>Al。這說明什么？二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素不同的金屬和冷水反應(yīng)，劇烈程度不同，這意味著物質(zhì)自身的性質(zhì)是決定化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素(內(nèi)因）。【思考】

燃燒食物保存在冰箱里發(fā)面時(shí)加入適量酵母蜂窩煤反應(yīng)物濃度反應(yīng)溫度催化劑反應(yīng)物接觸面積濃度越大，速率越快溫度越低，速率越慢催化劑加快速率根據(jù)這些實(shí)例，推測哪些因素會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率？這些因素的改變會(huì)使反應(yīng)速率如何改變？接觸面積越大，速率越快還有哪些外界因素能夠影響化學(xué)反應(yīng)速率？提出問題合理假設(shè)問題5：下列哪些反應(yīng)適合作為探究影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的研究對(duì)象？2H2O2

=2H2O+O2↑NaOH+

HCl

=

NaCl

+

H2O選擇研究對(duì)象的原則：①有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如溶液出現(xiàn)渾濁、產(chǎn)生氣泡；②反應(yīng)快慢適中，便于觀察和記錄；③安全、無污染、方便易行。CaCO3+

2HCl=CaCl2+

CO2↑+H2O實(shí)驗(yàn)探究【實(shí)驗(yàn)用品】5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、大理石碎塊、冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯、量筒、膠頭滴管、蒸餾水。請(qǐng)同學(xué)們利用下面的實(shí)驗(yàn)用品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究哪些因素會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率？它們又是如何影響的？先獨(dú)立思考，再小組討論交流，統(tǒng)一答案，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案FeCl3可做H2O2分解的催化劑

在兩支大小相同的試管中均加入2mL5%H2O2溶液，同時(shí)滴入2滴1mol/LFeCl3溶液，待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時(shí)，將其中一支試管放入盛有冷水的燒杯中，另一只試管放入盛有熱水的燒杯中，觀察現(xiàn)象并進(jìn)行對(duì)比。溫度的影響【實(shí)驗(yàn)用品】5%H2O2溶液、1mol/LFeCl3溶液、0.1mol/L鹽酸、1mol/L鹽酸、大理石碎塊、冷水、熱水、試管、試管夾、燒杯、量筒、膠頭滴管、蒸餾水。選擇實(shí)驗(yàn)方法——變量控制方法

確定研究對(duì)象確定自變量和因變量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作，改變單一自變量確定因變量的觀測指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案方案一方案二

濃度

溫度待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時(shí)，再分別放入冷水和熱水中。2滴1mol/L2滴1mol/L2mL2mL催化劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案固體表面積2mL2mL2滴2mL（少量）實(shí)驗(yàn)操作方案一方案二

濃度

溫度注意事項(xiàng):1、膠頭滴管使用時(shí)需垂直懸空。2、各加入一塊相同大小的大理石碎塊1組、2組3組、4組5組、6組待試管中均有適量氣泡出現(xiàn)時(shí)，再分別放入冷水和熱水中。2滴1mol/L2滴1mol/L2mL2mL得出結(jié)論1、一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率增大，降低反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率減小。2、一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，降低溫度，反應(yīng)速率減小。3、一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，催化劑可以改變化學(xué)反應(yīng)速率。4、一般條件下，當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大固體表面積可以加快反應(yīng)速率（接觸充分）。思考：還有哪些因素可以影響化學(xué)反應(yīng)速率？——在一定容器內(nèi)有氣體參與的反應(yīng)減小容器體積增大容器體積壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)速率增大壓強(qiáng)減小，反應(yīng)物濃度減小反應(yīng)速率減小結(jié)論:對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，體系的壓強(qiáng)是通過改變反應(yīng)物的濃度，影響化學(xué)反應(yīng)速率的。

壓強(qiáng)總結(jié)歸納“反應(yīng)規(guī)律的探究實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)知模型：得出結(jié)論提出問題合理假設(shè)確定研究對(duì)象設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案知識(shí)拓展1、化學(xué)反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)是通過觀察氣泡產(chǎn)生的快慢實(shí)現(xiàn)的定性判斷。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測出化學(xué)反應(yīng)速率呢？量氣法分光光度法電導(dǎo)率法2、過氧化氫溶液分解的化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化如下圖所示。請(qǐng)同學(xué)們?cè)囍治鰹槭裁碅B段化學(xué)反應(yīng)速率增大,BC段化學(xué)反應(yīng)速率減小？AB段：反應(yīng)放熱，溶液溫度逐漸升高，v增大BC段：溶液中c(H2O2)逐漸減小，v減小結(jié)論：影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可能是多方面的。下列調(diào)控反應(yīng)速率的措施或?qū)嶒?yàn)中，分別利用或體現(xiàn)了哪些影響反應(yīng)速率的因素？（1）向爐膛內(nèi)鼓風(fēng)，用煤粉代替煤塊可以使?fàn)t火更旺。（2）把食物存放在冰箱里，在糕點(diǎn)包裝內(nèi)放置除氧劑可以延長食品保質(zhì)期。（3）做化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為加速反應(yīng)的進(jìn)行，通常將塊狀或顆粒狀的固體藥品研細(xì)并混勻，或者將固體試劑溶于水配成溶液后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（4）鐵在空氣中和在純氧中反應(yīng)的劇烈程度明顯不同。（5）實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取H2時(shí)，為了加快化學(xué)反應(yīng)速率可滴入