《第一節(jié)　化學(xué)反應(yīng)速率課件》高中化學(xué)人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理37435

本章是《化學(xué)2》第二章第三節(jié)《化學(xué)反應(yīng)的速率和限度》的延伸。化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，是中學(xué)化學(xué)的重要理論之一，也是化學(xué)反應(yīng)原理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本章包含四部分內(nèi)容。第一節(jié)講述化學(xué)反應(yīng)速率的概念及表示方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)引入定量探究的方法。通過(guò)探究分析，得出同一反應(yīng)用不同的物質(zhì)表示反應(yīng)速率時(shí)數(shù)值之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。第二節(jié)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究法討論了化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素：濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等；同時(shí)簡(jiǎn)單介紹了影響速率的其他因素如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強(qiáng)磁場(chǎng)、高速研磨等。凡是向反應(yīng)體系中輸入能量，都有可能改變化學(xué)反應(yīng)速率。第三節(jié)是化學(xué)平衡，主要介紹了反應(yīng)的可逆與否，化學(xué)平衡狀態(tài)，以實(shí)驗(yàn)的方法探究化學(xué)平衡狀態(tài)的移動(dòng)；化學(xué)平衡常數(shù)的引入，使我們從定量的角度來(lái)探究化學(xué)平衡，化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用是高考的重點(diǎn)之一。第四節(jié)介紹化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向問(wèn)題，提出了熵變、焓變的概念，并說(shuō)明運(yùn)用復(fù)合判據(jù)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)方向的判斷更適合所有的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程?！颈菊轮攸c(diǎn)】化學(xué)反應(yīng)速率；影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素；化學(xué)平衡狀態(tài)；化學(xué)平衡常數(shù)；影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素；勒夏特列原理；化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷?！颈菊码y點(diǎn)】影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素；化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷；化學(xué)平衡常數(shù)；化學(xué)平衡的移動(dòng)及勒夏特列原理；化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷；焓與熵的含義；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)速率1．了解化學(xué)反應(yīng)速率的涵義。2．理解化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式及其簡(jiǎn)單計(jì)算。3．了解化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)量方法。1.表述方法：在容積不變的反應(yīng)器中，通常是用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加來(lái)表示。2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：式中υ表示反應(yīng)速率，c表示各反應(yīng)物或生成物的濃度，Δc表示其濃度變化(取其絕對(duì)值)，t表示時(shí)間，Δt表示時(shí)間變化。3．特別說(shuō)明：(1)速率表述的共同之處：①都有一個(gè)確定的起點(diǎn)(速率＝0)；②都有一個(gè)與速率大小相匹配的時(shí)間單位；③都有能說(shuō)明體系某種變化的可計(jì)量的性質(zhì)(如質(zhì)量、體積、壓強(qiáng)、濃度等)。(2)以具體某一種物質(zhì)B表示的化學(xué)反應(yīng)速率為：Δc的單位一般用mol/L表示；而Δt的單位一般用s(秒)、min(分鐘)、h(小時(shí))等表示；所示υ的單位可以是mol/(L·s)或mol/(L·min)或mol/(L·h)等。(3)由于Δc是取濃度變化的絕對(duì)值，故反應(yīng)速率都取正值。(4)對(duì)于一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)，涉及反應(yīng)物和生成物多種物質(zhì)，中學(xué)化學(xué)里，通?；\統(tǒng)地說(shuō)化學(xué)反應(yīng)速率的快慢時(shí)，往往對(duì)整體化學(xué)反應(yīng)而言，如中和反應(yīng)很快、酯化較慢；這里的反應(yīng)速率，是用某一具體物質(zhì)定量地表達(dá)某一反應(yīng)的反應(yīng)快慢。(5)同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，在同一段時(shí)間內(nèi)，用不同物質(zhì)表示反應(yīng)速率時(shí)，數(shù)值不同，但表達(dá)的意義卻相同。(6)在一定溫度下，固體和純液體物質(zhì)，單位體積里的物質(zhì)的量保持不變，即物質(zhì)的量濃度為常數(shù)，因此它們的化學(xué)反應(yīng)速率也被視為常數(shù)。(7)由于在一定時(shí)間內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度是連續(xù)地變化的，所以化學(xué)反應(yīng)速率有平均速率和即時(shí)(或瞬時(shí))速率之分。在中學(xué)化學(xué)里，通常說(shuō)的化學(xué)反應(yīng)速率一般是指平均速率。在速率——時(shí)間圖像中經(jīng)常出現(xiàn)瞬時(shí)速率，如鋅粒在0.1mol/L的稀鹽酸中反應(yīng)，一定溫度下的反應(yīng)速率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如上圖所示。圖像的A點(diǎn)就是在反應(yīng)時(shí)間t1時(shí)刻的瞬時(shí)反應(yīng)速率?！癜咐觥纠?】下列說(shuō)法正確的是()A．化學(xué)反應(yīng)速率是對(duì)可逆反應(yīng)而言的，非可逆反應(yīng)不談化學(xué)反應(yīng)速率B．在可逆反應(yīng)里，正反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率是正值，逆反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率是負(fù)值C．在同一化學(xué)反應(yīng)里，其化學(xué)反應(yīng)速率可以用反應(yīng)物濃度的改變來(lái)表示，也可以用生成物濃度的改變來(lái)表示，其數(shù)值可能相同，也可能不相同D．化學(xué)反應(yīng)速率的單位可以是g·L－1·s－1，也可以是kg·L－1·s－1，甚至可以用t·L－1·s－1等來(lái)表示[解析]

由其概念知，化學(xué)反應(yīng)速率的研究對(duì)象是所有的反應(yīng)，并非專(zhuān)指可逆反應(yīng)。單位時(shí)間(Δt)是正值，反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加(Δc)是正值，則化學(xué)反應(yīng)速率無(wú)負(fù)值。由可看出，反應(yīng)速率不會(huì)出g·L－1·s－1等以質(zhì)量變化來(lái)表示的單位。[答案]

C[點(diǎn)評(píng)]應(yīng)熟練掌握化學(xué)反應(yīng)速率的概念及表示方法并能理解其含義。下面有關(guān)化學(xué)反應(yīng)速率的說(shuō)法中正確的是 ()A．對(duì)任何化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速率越大，反應(yīng)現(xiàn)象就越明顯B．化學(xué)反應(yīng)速率通常用單位時(shí)間內(nèi)任何一種反應(yīng)物濃度的減少或任何一種生成物濃度的增加來(lái)表示C．若某化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率為0.5mol/(L·s)就是指在該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物和生成物的濃度變化都為0.5mol/(L·s)D．化學(xué)反應(yīng)速率是用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的尺度[解析]

化學(xué)反應(yīng)速率是用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢的。通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減小或生成物濃度的增加來(lái)表示。并要指明是以哪一種物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橐圆煌奈镔|(zhì)來(lái)表示的反應(yīng)速率也不相同，且固體物質(zhì)的濃度變化無(wú)法確定。[答案]

D1.將化學(xué)反應(yīng)速率的概念和化學(xué)方程式的意義聯(lián)系起來(lái)，充分利用以下相等的比例關(guān)系：化學(xué)方程式中各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比＝各物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中變化的物質(zhì)的量之比＝各物質(zhì)在反應(yīng)中變化的物質(zhì)的量濃度之比＝用各物質(zhì)表示的該化學(xué)反應(yīng)在一定時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率之比。2．求解化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算題一般步驟：(1)寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。(2)找出各物質(zhì)的起始量、轉(zhuǎn)化量、某時(shí)刻量。(3)根據(jù)已知條件列方程計(jì)算。例如：反應(yīng)mA＋nBpC起始濃度(mol/L)a

b

c轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)x

某時(shí)刻濃度(mol/L)(4)計(jì)算中注意以下量關(guān)系：①對(duì)反應(yīng)物：c(起始)－c(轉(zhuǎn)化)＝c(某時(shí)刻)②對(duì)生成物：c(起始)＋c(轉(zhuǎn)化)＝c(某時(shí)刻)3．化學(xué)反應(yīng)速率的比較(1)選用同種物質(zhì)作標(biāo)準(zhǔn)換算成同一物質(zhì)、同一單位表示，再比較數(shù)值大小。(2)比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)的比值：如反應(yīng)aA＋bBcC，要比較υ(A)與υ(B)的相對(duì)大小，即比較，則A的反應(yīng)速率比B大。注意：(1)起始量、轉(zhuǎn)化量、某時(shí)刻量三者物理量及單位要統(tǒng)一，都是物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度，否則無(wú)法計(jì)算。(2)起始量、轉(zhuǎn)化量、某時(shí)刻量中，只有不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化量之比等于對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，不同物質(zhì)的起始量或某時(shí)刻量之間沒(méi)有必然的關(guān)系，不能列比例式計(jì)算?！癜咐觥纠?】一密閉容器內(nèi)裝有SO2和O2，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，SO2濃度為2mol/L，O2濃度為2mol/L，兩分鐘后，測(cè)得SO2濃度為1.8mol/L，則兩分鐘內(nèi)SO2的平均反應(yīng)速率是多少？O2和SO3的平均反應(yīng)速率又分別是多少？通過(guò)計(jì)算，比較三者速率有何聯(lián)系？[解析]

2SO2＋O22SO3起始濃度(mol/L)220變化濃度(mol/L)0.20.10.22min后濃度(mol/L)1.81.90.2υ(SO2)∶υ(O2)∶υ(SO3)＝2∶1∶2，同一反應(yīng)在相同條件下可用不同物質(zhì)來(lái)表示其反應(yīng)速率，其比值等于化學(xué)方程式中相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。[答案]

SO2的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L·min)，O2的平均反應(yīng)速率為0.05mol/(L·min)，SO3的平均反應(yīng)速率為0.1mol/(L·min)，三者速率之比等于化學(xué)反應(yīng)方程式中相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。已知4NH3＋5O24NO＋6H2O(氣)反應(yīng)中，在某一時(shí)刻各物質(zhì)的反應(yīng)速率分別為υ(NH3)，υ(O2)，υ(NO)，υ(H2O)單位為(mol·L－1·min－1)，則下列關(guān)系式不正確的是 ()A．υ(NH3)＞υ(O2)，υ(NO)＜υ(H2O)B．υ(NH3)＜υ(O2)，υ(NO)＜υ(H2O)C．υ(H2O)＞υ(O2)＞υ(NH3)＝υ(NO)[解析]

在同一化學(xué)反應(yīng)中，選用不同物質(zhì)表示反應(yīng)速率時(shí)其數(shù)值往往不同，但不同物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于該反應(yīng)中各物質(zhì)的系數(shù)之比，因此可根據(jù)4NH3＋5O24NO＋6H2O各物質(zhì)量的關(guān)系來(lái)?yè)Q算各物質(zhì)的反應(yīng)速率關(guān)系：綜合上述推算，B、C、D中各物質(zhì)反應(yīng)速率間的關(guān)系正確，惟有選項(xiàng)A中的υ(NH3)＞υ(O2)是錯(cuò)誤的。[答案]

A

【例4】某溫度時(shí)，在2升容器中X、Y、Z三種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)分析，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______。反應(yīng)開(kāi)始2分鐘，Z的平均反應(yīng)速率為_(kāi)_______。[解析]

從上圖可以看出X、Y的濃度減少，可以判斷X、Y是反應(yīng)物，Z的濃度增加，可以判斷Z是生成物。X的物質(zhì)的量減少1.0mol－0.7mol＝0.3mol,Y的物質(zhì)的量減少1.0mol－0.9mol＝0.1mol，Z的物質(zhì)的量增加0.2mol，因此以X、Y、Z表示的反應(yīng)速率分別為：因?yàn)棣?X)∶υ(Y)∶υ(Z)＝3∶1∶2，且該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。故該化學(xué)反應(yīng)的方程式為：3X＋Y2ZZ的平均反應(yīng)速率為0.05mol/(L·min)。[答案]3X＋Y2Z0.05mol/(L·min)[點(diǎn)評(píng)]反速率是單位時(shí)間內(nèi)濃度的變化量，而不是單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的量的變化量?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式的系數(shù)比即為各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比。求化學(xué)方程式，先找反應(yīng)物和生成物，再找化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。反應(yīng)A＋3B＝2C＋2D在四種不同情況下的反應(yīng)速率分別為：①υ(A)＝0.15mol·L－1·s－1②υ(B)＝0.6mol·L－1·s－1③υ(C)＝0.4mol·L－1·s－1④υ(D)＝0.45mol·L－1·s－1該反應(yīng)進(jìn)行的快慢順序?yàn)? ()A．④＞③＝②＞①B．④＜③＝②＜①C．①＞②＞③＞④ D．④＞③＞②＞①[解析]

比較反應(yīng)速率大小時(shí)，不僅要看反應(yīng)速率數(shù)值的大小，還要結(jié)合化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的大小進(jìn)行比較。(有時(shí)還要考慮速率的單位)方法一：由反應(yīng)速率之比與物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，比較后作出判斷。由化學(xué)方程式A＋3B＝2C＋2D得出：υ(A)∶(B)＝1∶3，而υ(A)∶υ(B)＝0.15∶0.6＝1∶4，故υ(B)＞υ(A)，從而得②＞①。υ(B)∶υ(C)＝3∶2，而υ(B)∶υ(C)＝0.6∶0.4＝3∶2，故υ(B)＝υ(C)，從而得③＝②。υ(C)∶υ(D)＝2∶2＝1∶1，而υ(C)∶υ(D)＝0.4∶0.45，故υ(D)＞υ(C)，從而得④＞③。故該反應(yīng)進(jìn)行的快慢順序?yàn)棰埽劲郏舰冢劲?。方法二：將不同物質(zhì)表示的速率換算為用同一物質(zhì)表示的速率，再比較速率數(shù)值的大小。若以物質(zhì)A為標(biāo)準(zhǔn)，將其它物質(zhì)表示的反應(yīng)速率換算為用A物質(zhì)表示的速率，則有：υ(A)∶υ(B)＝1:3，則②表示的υ(A)＝0.2mol/(L·s)；υ(A)∶υ(C)＝1:2，則③表示的υ(A)＝0.2mol/(L·s)；υ(A)∶υ(D)＝1:2，則④表示的υ(A)＝0.225mol/(L·s)；

故反應(yīng)進(jìn)行的快慢順序?yàn)棰埽劲郏舰冢劲?。[答案]A[點(diǎn)評(píng)]在同一個(gè)反應(yīng)中用不同的物質(zhì)來(lái)表示同一段時(shí)間內(nèi)的反應(yīng)速率時(shí)，其數(shù)值可以是不同的，但表示這個(gè)反應(yīng)速率的含義是相同的。在容積為10L的密閉容器中，通入40molN2和120molH2，在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)，2s后達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)N2的濃度為2mol/L。試求：(1)用H2濃度表示的2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率。(2)N2的轉(zhuǎn)化率。(3)平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)。[解析]

N2＋3H22NH3起始量/mol401200平衡量/mol206040變化量/mol206040(1)υ(N2)＝＝3mol/(L·s)

(2)N2的轉(zhuǎn)化率：×100%＝50%

(3)平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)：×100%＝33.3%[答案]

(1)3mol/(L·s)(2)50%(3)33.3%(2006·四川)一定溫度下，在2L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。下列描述正確的是 ()A．反應(yīng)開(kāi)始到10s時(shí)，用Z表示的反應(yīng)速率為0.158mol/(L·s)B．反應(yīng)開(kāi)始到10s時(shí)，X的物質(zhì)的量濃度減少了0.79mol/LC．反應(yīng)開(kāi)始到10s時(shí)，Y的轉(zhuǎn)化率為79.0%D．反應(yīng)的化學(xué)方程式為X(g)＋Y(g)Z(g)[解析]

首先根據(jù)各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線，明確X、Y為反應(yīng)物，Z為產(chǎn)物，反應(yīng)開(kāi)始到10s時(shí)，υ(Z)＝

＝0.079mol·L－1·s－1，υ(X)＝

×0.079mol·L－1·s－1，υ(Y)

υ(Y)＝

×0.079mol·L－1·s－1。由速率之比等于各物質(zhì)的計(jì)量數(shù)之比得，n(X)∶n(Y)∶n(Z)＝1:1:2，化學(xué)反應(yīng)方程為X(g)＋Y(g)2Z(g)，因此A、B、D項(xiàng)錯(cuò)。[答案]

C1.化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)量的基本思路化學(xué)反應(yīng)速率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化的是體系中的化學(xué)物質(zhì)(包括反應(yīng)物和生成物)，所以與其中任何一種化學(xué)物質(zhì)的濃度(或質(zhì)量)相關(guān)的性質(zhì)在測(cè)量反應(yīng)速率時(shí)都可以加以利用。2．用于化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)量的物質(zhì)的性質(zhì)(1)直接可觀察的性質(zhì)，如釋放出氣體的體積和體系的壓強(qiáng)。(2)依靠科學(xué)儀器才能測(cè)量的性質(zhì)，如顏色的深淺、光的吸收、光的發(fā)射、導(dǎo)電能力等。(3)在溶液中，當(dāng)反應(yīng)物或產(chǎn)物本身有比較明顯的顏色時(shí)，常常利用顏色深淺和顯色物質(zhì)濃度間的正比關(guān)系來(lái)跟蹤反應(yīng)的過(guò)程和測(cè)量反應(yīng)速率。3．測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的物理方法測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的關(guān)鍵是測(cè)定某一時(shí)間間隔內(nèi)，反應(yīng)體系中某物質(zhì)濃度的變化。由于物質(zhì)的某些物理性質(zhì)(如壓強(qiáng)、體積、吸光度、電導(dǎo)率等)與其物質(zhì)的量或濃度存在的函數(shù)關(guān)系，因此人們常用物理方法準(zhǔn)確而快速地測(cè)定反應(yīng)物或生成物濃度的變化來(lái)確定化學(xué)反應(yīng)速率。常用于測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率的物理方法有以下幾種。(1)量氣法對(duì)于反應(yīng)：2H2O22H2O＋O2↑，可測(cè)量反應(yīng)中惟一的氣體產(chǎn)物氧氣在溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)的體積變化。(2)比色法由于物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)的光的吸收性能不同，因此可以通過(guò)吸光度來(lái)測(cè)定反應(yīng)物濃度。例如，在丙酮的溴化反應(yīng)過(guò)程中：CH3COCH3＋Br2―→CH3COCH2Br＋HBr有色反應(yīng)物Br2吸收波長(zhǎng)為450nm的光波，因此可用分光光度計(jì)測(cè)量溶液對(duì)該波長(zhǎng)的吸光度，據(jù)此計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。(3)電導(dǎo)法根據(jù)離子導(dǎo)電能力的差異，通過(guò)電導(dǎo)率的變化測(cè)定反應(yīng)物中離子濃度的變化，從而計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。例如，在乙酸乙酯水解反應(yīng)中：CH3COOC2H5＋OH－―→CH3COO－＋C2H5OH由于OH－的電導(dǎo)遠(yuǎn)大于CH3COO－的電導(dǎo)，可以利用電導(dǎo)儀測(cè)量出溶液電導(dǎo)的變化，據(jù)此求得OH－濃度的變化，從而求得化學(xué)反應(yīng)速率?！癜咐觥纠?】反應(yīng)速率υ和反應(yīng)物濃度的關(guān)系是用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定的?；瘜W(xué)反應(yīng)H2＋Cl2＝2HCl的反應(yīng)速率可表示為υ＝K[c(H2)]m·[c(Cl2)]n，式中K為常數(shù)，m、n值可用下表中數(shù)據(jù)確定之。c(H2)(mol·L－1)c(Cl2)(mol·L－1)υ(mol·L－1·s－1)1.01.01.0K2.01.02.0K2.04.04.0K由此可推得，m、n值正確的是 ()A．m＝1、n＝1 B．m＝、n＝C．m＝、n＝1 D．m＝1、n＝[解析]

這是一道利用數(shù)據(jù)信息探討化學(xué)反應(yīng)速率與濃度之間的定量關(guān)系的學(xué)科內(nèi)綜合題，解答本題的關(guān)鍵是準(zhǔn)確理解題供數(shù)據(jù)所反映的規(guī)律，再根據(jù)相關(guān)規(guī)律求值。將題中第二組數(shù)據(jù)代入關(guān)系式中可得，2m＝2，因此m＝1；再將第三組數(shù)據(jù)代入關(guān)系式中可得，2m×4n＝4.0即4n＝2，則n＝1/2[答案]D[點(diǎn)評(píng)]本題是以化學(xué)反應(yīng)“速率方程式”為背景的信息遷移題，意在考查同學(xué)們接受信息處理數(shù)據(jù)的能力。下表數(shù)據(jù)是在某高溫下，金屬鎂和鎳分別在氧氣中進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)，在金屬表面生成氧化薄膜的實(shí)驗(yàn)記錄：反應(yīng)時(shí)間：t/h1491625MgO層厚Y/nm0.05a0.20a0.45a0.80a1.25aNiO層厚Y′/nmb2b3b4b5b注：a和b均為與溫度有關(guān)的常數(shù)請(qǐng)?zhí)羁栈卮穑?1)金屬高溫氧化腐蝕速率可以用金屬氧化膜的生長(zhǎng)速率來(lái)表示，其理由是_______________________________。(2)金屬氧化膜的膜厚Y跟時(shí)間t所呈現(xiàn)的關(guān)系是(填“直線”、“拋物線”、“對(duì)數(shù)”或“雙曲線”等類(lèi)型)：MgO氧化膜厚Y屬________型，NiO氧化膜厚Y′屬________型。(3)Mg與Ni比較，哪一種金屬具有良好的耐氧化腐蝕性：______，其理由是：___________________________。[解析]

金屬因高溫被氧化而遭到破壞是常見(jiàn)的一種腐蝕現(xiàn)象，不同的金屬因其所形成的氧化膜致密程度的不同而腐蝕性不同。(1)因化學(xué)反應(yīng)的快慢既可用反應(yīng)物的消耗速率表示，也可用生成物的生成速率表示，所以金屬的腐蝕速率可用其氧化膜的生長(zhǎng)速率來(lái)表示。(2)分析題中數(shù)據(jù)不難想像出以下數(shù)學(xué)模型：時(shí)間從1h到4h，Y從0.05a增至0.2a，厚度增至原來(lái)的4倍；時(shí)間從1h到9h，Y從0.05a增至0.45a，厚度增至原來(lái)的9倍，可知MgO厚度Y與時(shí)間t關(guān)系為Y＝0.05at。時(shí)間從1h到4h，Y′從b增至2b；時(shí)間從1h到9h，Y′從b增至3b，可知NiO膜厚Y′與時(shí)間關(guān)系為Y′＝b·t1/2。由數(shù)學(xué)知識(shí)知，前者為直線型，后者為拋物線型，據(jù)此可知，Y′隨時(shí)間t增長(zhǎng)比Y隨時(shí)間增長(zhǎng)得慢，故而鎳的耐高溫腐蝕性能比鎂好。[答案](1)反應(yīng)速率可以用反應(yīng)物的消耗速率，也可以用產(chǎn)物的生成速率來(lái)表示(2)直線拋物線(3)Ni它的腐蝕速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)比鎂的要慢[點(diǎn)評(píng)]注意在解答(3)時(shí)，有的同學(xué)誤認(rèn)為膜厚度變化大的更耐腐蝕。本題考查學(xué)生研究解決實(shí)際問(wèn)題的能力，需要綜合運(yùn)用化學(xué)和數(shù)學(xué)的某些知識(shí)。從實(shí)際數(shù)據(jù)出發(fā)，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而從物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)做出解釋?zhuān)@是化學(xué)研究問(wèn)題常用的一種方法。一、研究化學(xué)反應(yīng)原理的方法——概念模型法1．建立簡(jiǎn)化的有效碰撞模型的設(shè)想為了突出化學(xué)反應(yīng)最重要的內(nèi)涵，忽略其他因素的干擾作用，選擇氣相反應(yīng)體系作為研究有效碰撞的基本模型。其優(yōu)點(diǎn)是：氣體分子運(yùn)動(dòng)空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自身體積所占有的空間，環(huán)境影響因素相對(duì)較小。該概念模型最重要的內(nèi)容也更加突出，更容易掌握。如在水溶液中的反應(yīng)，水占較大的量，研究水溶液中的化學(xué)反應(yīng)就不能忽略水分子的作用。2．模型的基本構(gòu)架——簡(jiǎn)化后的有效碰撞模型(1)模型的建構(gòu)。在一個(gè)潔凈的容器中，使氫氣與氧氣按體積比2比1的比例混合，氣體分子因自由運(yùn)動(dòng)不斷發(fā)生碰撞(互相撞觸)——這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的必要條件。(2)假設(shè)與事實(shí)。研究結(jié)果表明，從分子的熱運(yùn)動(dòng)來(lái)看，分子發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)很多。如在常溫常壓下每個(gè)氫分子、氧分子自身或它們之間的碰撞幾率為2.355×1010次/秒。假如每次碰撞都能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則化學(xué)變化瞬間即可完成，但事實(shí)并非如此。(3)立論。并不是每次分子間的碰撞都會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，只有其中很少一部分氣體分子的碰撞是有效的，即有效碰撞——這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的充分條件。3．活化分子和活化能(1)對(duì)該模型的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。如右圖所示，具有足夠能量(活化能)的分子——活化分子的碰撞是有效碰撞的必要條件，但不充分。只有當(dāng)活化分子采取合適的取向進(jìn)行碰撞時(shí)才能反應(yīng)。(2)活化分子。具有較高能量，能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫活化分子。(3)活化能?；罨肿痈叱龇磻?yīng)物分子平均能量的部分，叫做活化能。如下圖所示。(4)活化能為0的反應(yīng)。我們很熟悉的離子反應(yīng)就是一個(gè)例證：H＋和OH－、Ag＋和Cl－在水溶液中混合時(shí)，反應(yīng)幾乎都是在瞬間內(nèi)完成的。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為它們不需要活化能來(lái)推動(dòng)它們之間的反應(yīng)。還有一個(gè)人們不太熟悉的例子，那就是距離地面約50km～85km的大氣層，平均溫度只有－50℃，但是存在于其中的大量自由原子之間的反應(yīng)，卻不需要活化能的推動(dòng)。

善于思考和分析問(wèn)題的同學(xué)可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上面講的這兩類(lèi)反應(yīng)不需要活化能的原因，是它們?cè)诜磻?yīng)之前已經(jīng)成為自由的離子或原子，不再需要用來(lái)破壞或減弱化學(xué)鍵以便啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的“活化能”的緣故。有趣的是，這從另一個(gè)側(cè)面證實(shí)了有效碰撞理論模型的合理性。(5)人們認(rèn)識(shí)的局限性。化學(xué)反應(yīng)的活化能可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，它對(duì)于人們了解化學(xué)反應(yīng)速率和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素很有幫助。遺憾的是，到目前為止，人們還沒(méi)有完全掌握計(jì)算或推測(cè)化學(xué)反應(yīng)活化能的理論方法。這個(gè)工作可能要留給今后的化學(xué)家們?nèi)ネ瓿闪恕?6)結(jié)論。某一化學(xué)反應(yīng)速率的大小與單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)有關(guān)，而有效碰撞次數(shù)的多少與單位體積內(nèi)反應(yīng)物中活化分子的多少有關(guān)，活化分子的多少又與該反應(yīng)的活化能的大小有關(guān)，活化能的大小是由反應(yīng)物分子的性質(zhì)決定的，而反應(yīng)物分子的性質(zhì)又與分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?？梢哉f(shuō)，反應(yīng)物分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是決定化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因。那么，對(duì)于一個(gè)特定反應(yīng)，人類(lèi)如何利用和控制，還需要研究外界條件對(duì)它的影響。這將在后面的學(xué)習(xí)中繼續(xù)討論。4．催化劑(1)催化劑的特征。①高效性。如H2O2在常溫時(shí)無(wú)明顯分解現(xiàn)象，而加入少許MnO2后，劇烈反應(yīng)，放出大量氣體：2H2O22H2O＋O2↑。②專(zhuān)一性(選擇性)。某種催化劑只對(duì)特定的某個(gè)或某類(lèi)反應(yīng)有催化作用。③催化劑在化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量都不變。(2)一些催化劑能加快反應(yīng)速率的原因。對(duì)于某些化學(xué)反應(yīng)，使用催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，原因是催化劑降低了反應(yīng)所需要的能量，使一些普通分子成為活化分子，從而增大了活化分子的百分?jǐn)?shù)，分子發(fā)生有效碰撞的幾率增大，反應(yīng)速率加快。5．模型研究的意義(1)以可燃物燃燒條件的知識(shí)為例。利用已學(xué)的可燃物燃燒條件的知識(shí)，建立如圖所示的模型?？扇嘉锏娜紵仨氂醒鯕鈪⑴c并使溫度達(dá)到著火點(diǎn)，產(chǎn)生新物質(zhì)的同時(shí)有能量的釋放。不同的可燃物，其著火點(diǎn)不同，同樣道理，只有反應(yīng)物分子獲得足夠的能量(活化能)并具有合適的取向時(shí)才能發(fā)生有效碰撞，產(chǎn)生新物質(zhì)并伴隨有能量的變化。(2)總結(jié)。同其他科學(xué)研究一樣，當(dāng)我們研究某個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，需要提取本質(zhì)的內(nèi)容而控制其他干擾因素來(lái)進(jìn)行。概念模型是一種比較抽象的模型，需要有意識(shí)地忽略事物的某些特征，抽象出關(guān)鍵的因素，使各因素之間的關(guān)系更清晰，更利于對(duì)研究對(duì)象的把握，以減少可能引起的偏差。概念模型法是科學(xué)發(fā)展史上重要的方法之一，我們通過(guò)緒言的學(xué)習(xí)應(yīng)獲得一定的認(rèn)識(shí)。二、化學(xué)反應(yīng)的活化能實(shí)驗(yàn)證明，只有發(fā)生碰撞的分子的能量等于或超過(guò)一