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化学反应速率专题教学课件及习题

引言：化学反应的快与慢——从生活到实验室

我们的世界无时无刻不在发生着化学反应。铁钉生锈，是一个缓慢的过程，往往需要数周甚至数月；食物腐败，在适宜的温度下，可能只需几天；而炸药的爆炸、酸碱的中和，则在瞬间完成。这种化学反应进行的快慢程度，就是我们化学学科中一个核心的概念——化学反应速率。理解并掌握化学反应速率的概念、影响因素及其调控，不仅是化学理论学习的重要组成部分，更在工业生产、环境保护、医药研发等领域有着极其广泛的应用。例如，在工业合成氨中，我们需要尽可能提高反应速率以增加产量；而在金属腐蚀防护中，我们则希望减缓反应速率以延长材料寿命。本专题将围绕化学反应速率展开深入探讨，帮助同学们构建清晰的知识体系，并提升分析与解决实际问题的能力。

一、化学反应速率的概念与表示方法

1.1化学反应速率的定义

化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量。通常定义为：单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）。

1.2化学反应速率的数学表达式与单位

对于一般的化学反应：aA+bB→cC+dD，其反应速率（v）可以表示为：

v(A)=-Δc(A)/Δt

v(B)=-Δc(B)/Δt

v(C)=Δc(C)/Δt

v(D)=Δc(D)/Δt

其中，Δc表示某物质浓度的变化量（单位：mol·L?1），Δt表示时间变化量（单位：s、min或h）。反应物浓度随时间减少，故其速率表达式前加负号，以保证速率为正值；生成物则相反。

常用单位：mol·L?1·s?1、mol·L?1·min?1或mol·L?1·h?1。

1.3用不同物质表示的化学反应速率之间的关系

在同一个化学反应中，用不同的反应物或生成物来表示反应速率时，其数值可能不同，但这些数值所表示的实际反应快慢是一致的。它们之间的关系与化学方程式中各物质的化学计量数成正比。

对于反应aA+bB→cC+dD，有：

v(A)/a=v(B)/b=v(C)/c=v(D)/d

例题1：在某一化学反应中，反应物B的浓度在5s内从2.0mol·L?1变成0.5mol·L?1，在这5s内B的化学反应速率为多少？若该反应的化学方程式为2A+B→3C，则用A和C表示的反应速率分别为多少？

解析：

v(B)=-Δc(B)/Δt=-(0.5mol·L?1-2.0mol·L?1)/5s=1.5mol·L?1/5s=0.3mol·L?1·s?1

根据v(A)/2=v(B)/1，得v(A)=2v(B)=0.6mol·L?1·s?1

根据v(C)/3=v(B)/1，得v(C)=3v(B)=0.9mol·L?1·s?1

1.4化学反应速率的测定

化学反应速率是通过实验测定的。测定方法主要有两类：

1.直接观察某些性质：如释放出气体的体积和体系的压强；颜色的深浅；浑浊程度；温度的变化等。

2.利用仪器测量：如测定浓度随时间的变化（光谱、色谱）；测定压强随时间的变化；测定电导率的变化等。

核心思路：通过测量反应体系中某一物质（反应物或生成物）的浓度（或与浓度相关的物理量）随时间的变化，再根据速率定义计算。例如，对于有气体生成的反应，可以通过排水法收集气体并测量其在单位时间内体积的变化。

二、影响化学反应速率的因素

化学反应速率的大小首先取决于反应物本身的性质（内因），如金属钠与水的反应就远比金属铁与水的反应剧烈。在同一反应中，外界条件（外因）的改变也会显著影响反应速率。主要的外界因素包括：浓度、温度、压强、催化剂，以及固体表面积、溶剂、光照等。

2.1浓度对化学反应速率的影响

实验探究：（以大理石与不同浓度盐酸反应为例）

取两支试管，分别加入相同质量的大理石颗粒，再分别加入等体积的1mol·L?1盐酸和0.1mol·L?1盐酸，观察产生气泡的速率。

现象与结论：加入1mol·L?1盐酸的试管中产生气泡的速率更快。

规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大反应速率；减小反应物的浓度，可以减小反应速率。

注意：

*此规律适用于气体反应或溶液中的反应。

*对于纯固体或纯液体，其浓度可视为常数，改变其用量，反应速率基本不变。

理论解释（有效碰撞理论简介）：

化学反应的发生是反应物分子之间有效碰撞的结果。有效碰撞需要满足两个条件：一是分子具有足够的能量（活化分子）；二是分子在一定的方向上发生碰撞。

增大反应物浓度→单位体积内分子数增多→单位体积内活化分子数增多→有效碰撞次数增多→反应速率增大。

2.2温度对化学反应速率的影响

实验探究：（以过氧化氢分解为例）

取两支试管，分别加入等体积、等浓度的过氧化氢溶液，再分别放入盛