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2. 化学反应速率的测定

化学反应速率及其影响因素 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 单位时间内反应物或生成物浓度的变化量,用于定量描述化学反应进行的快慢。

从哪来 本节为高二化学动力学起点,无前置知识点记录。

为什么 化学反应是微观粒子碰撞、断键、成键的过程,宏观上表现为物质浓度的改变。由于反应速率随时间动态变化(通常随反应物消耗而减慢),瞬时速率难以直接测量,故采用“平均速率”作为近似量度。通过监测浓度随时间的变化($\Delta c / \Delta t$),将不可见的微观过程转化为可计算的宏观数据,从而建立动力学定量基础。

讲法
类比法:赛车速度表 适合形象思维强、抽象逻辑稍弱的学生。 将反应容器比作赛道,反应物浓度比作剩余油量。赛车速度(速率)= 路程变化/时间变化。强调“平均速度”概念:就像看全程平均时速,而不是某一秒的瞬时速度。通过“加油(增加浓度)车跑得快”直观理解浓度对速率的影响,降低对$\Delta c/\Delta t$公式的恐惧感。
讲法
数据驱动法:实验记录表分析 适合逻辑严密、喜欢数据规律的学生。 直接展示一组$H_2O_2$分解产生$O_2$体积随时间变化的真实数据表。引导学生计算每10秒的$\Delta V$,进而推导$\Delta c$。让学生自己发现“前10秒变化大,后10秒变化小”,从而引出“平均速率”和“随时间变化”的本质。强调数学处理实验数据的能力,体现化学是一门实验科学。
讲法
微观机理法:碰撞频率视角 适合基础扎实、追求本质理解的学生。 从有效碰撞理论切入:速率快慢取决于单位时间内有效碰撞次数。浓度越大,单位体积内分子数越多,碰撞频率越高,速率越快。测定速率本质上是统计“单位时间内有多少分子发生了转化”。将宏观测定与微观机理挂钩,为后续学习“活化能”和“催化剂”埋下伏笔。
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练一道
基础题
在2L密闭容器中,加入2mol A气体,发生反应$2A(g) \rightleftharpoons B(g) + 3C(g)$。2s后,测得B的物质的量增加了0.6mol。求: (1) 用B表示的反应速率$v(B)$; (2) 用A表示的反应速率$v(A)$。
变式
某反应$A + B \rightarrow C$,在恒温恒容条件下进行。实验测得: 0~10s内,$v(A) = 0.05 \text{ mol/(L·s)}$; 10~20s内,$v(A) = 0.03 \text{ mol/(L·s)}$。 若20s时,$c(A) = 0.2 \text{ mol/L}$,求0s时$c(A)$的初始浓度。
看解答过程
(1) $\Delta n(B) = 0.6 \text{ mol}$ $\Delta c(B) = \frac{0.6 \text{ mol}}{2 \text{ L}} = 0.3 \text{ mol/L}$ $v(B) = \frac{\Delta c(B)}{\Delta t} = \frac{0.3 \text{ mol/L}}{2 \text{ s}} = 0.15 \text{ mol/(L·s)}$ (2) 根据化学计量数之比等于速率之比: $v(A) : v(B) = 2 : 1$ $v(A) = 2 \times v(B) = 2 \times 0.15 \text{ mol/(L·s)} = 0.30 \text{ mol/(L·s)}$
试试手自己判
检测题
在恒容密闭容器中发生反应$2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$。若用$SO_2$表示的反应速率为$0.02 \text{ mol/(L·s)}$,则用$O_2$表示的反应速率为多少?若反应进行10s,$O_2$的浓度减少了多少?
看答案和判分标准
答案:$v(O_2) = 0.01 \text{ mol/(L·s)}$;$\Delta c(O_2) = 0.1 \text{ mol/L}$
判对标准:
1. 第一问正确得出$0.01 \text{ mol/(L·s)}$,且单位正确(2分);
2. 第二问正确得出$0.1 \text{ mol/L}$,且单位正确(2分);
3. 若仅数值对但单位错,扣1分;若两问均错,0分。
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