化学反应的速率和限度（通用6篇）
一、化学反应速率
教材在这一部分通过一个探究活动, 让学生尝试对化学反应速率进行定量的研究。在教学过程中易出现一个问题:由于在这个实验中直接测到的是镁条的质量和物质的量, 所以在表示反应速率时, 学生都是直接用单位时间内的镁条质量的变化量或物质的量的变化量来表示反应速率的。这与通常说的用单位时间内物质浓度的变化量来表示反应速率不同, 因此探究活动设置了问题2“如果分别用单位时间内盐酸浓度的减小和氯化镁浓度的增加来表示反应速率, 需要哪些数据?”来引导学生, 为下文的速率方程做了铺垫。在学习过程中, 学生容易犯一个错误, 即将镁的物质的量的变化量除以溶液的体积, 当作是镁的浓度的变化量, 教师应指导学生, “一般来说, 浓度只针对气体和溶液中的溶质, 固体和溶剂的浓度看做常数, 不能用来表示化学反应速率”。
在教师的教学和学生的学习过程中还应注意以下几点:第一, 对于同一个化学反应, 用不同的物质来表示的反应速率, 在数值上是不同的, 所以一般要指出是v (A) 还是v (B) 。第二, 无论用反应物还是用生成物来表示的化学反应速率都是正值, 但在课本中出现的两个公式的形式:, 会让学生以为, 以单位时间内反应物浓度的变化量表示的反应速率是负的, 容易给学生造成困惑, 所以应强调Δc (A) 就是浓度的变化量, 不一定是“末减初”, 即无论以什么物质来表示的化学反应速率都是一个正值。第三, 上述的第二个公式较为复杂, 学生理解和记忆时比较困难, 在实际应用中也较少出现, 只是为了说明同一反应用不同物质表示的反应速率都是相同的, 所以在教学时应注意引导学生重点理解和掌握第一个公式, 对第二个公式的理解应是:在同一个化学反应方程式中, 以不同物质表示的反应速率之比等于其方程式系数之比。
在必修2的学习中, 学生已经从定性的角度了解了什么是化学反应速率, 在这节课中将进一步学习化学反应速率的定量表示方法, 并从定量的角度来探讨外界条件对化学反应速率的影响情况, 着重培养学生对问题进行定量研究的意识。
二、浓度对化学反应速率的影响
在浓度对速率的影响中, 教材出现了速率方程:v=kc (A) c (B) 。在教学中要注意把握这部分内容的深广度, 与掌握具体知识相比, 本节课更重视培养学生对问题进行定量研究的意识, 所以在教学时应抓住的一个核心是:只需要知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系, 这种定量关系通常通过实验测定, 与化学方程式中的系数并无确定关系。
在教学过程中遇到的问题主要有:第一, 学生易把速率方程和上节的化学反应速率的计算公式混淆, 对于两个公式所表达的意义也不清楚。对于这个问题的突破, 可以通过将两个公式进行对比, 指导学生对两者进行区分。第二, 压强对化学反应速率的影响是学习过程中的一个易错点, 应指导学生将压强对速率的影响转化成对浓度的影响, 即压强改变时只有引起浓度的变化才会影响反应速率, 否则不影响, 如:恒容下充入与反应无关的气体问题、只涉及液体和固体的反应的问题等。
三、温度对化学反应速率的影响
这部分内容教学的重点是:温度与反应速率常数之间存在着定量关系;温度对反应速率的影响与活化能有关;活化能的定义。教学时应通过情境的创设, 层层设问, 将知识点一一引出。首先提问:温度如何影响化学反应速率? (通过影响反应速率常数来影响化学反应速率) ;其次提问:为什么升高相同温度对不同化学反应的速率影响程度不同? (不同反应的活化能不同, 活化能越大改变温度对反应速率的影响程度越大) ;最后再解释什么是活化能。温度对速率的影响涉及到了化学反应动力学研究的问题, 具有非常强的理论性。例如:教材提出了“基元反应”的概念, 又对“化学反应式怎样进行的”这一问题进行了分析。如何在教学过程中做到既不增加学习难度、不引入过多概念, 又可以帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别, 为今后的学习打下初步的理论基础, 就成为教学的一个难点。因此在进行阿伦尼乌斯公式的教学时, 只要求学生知道对于一个确定的反应, 温度对化学反应速率的影响与活化能有关。当Ea>0时, 升高温度反应速率常数增大, 化学反应速率加快。在教学过程中不宜追究其来龙去脉, 更不宜进行公式推导。教材中的反应历程示意图应指导学生学习, 借助图像有助于帮助学生理解活化能的意义。
四、催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对速率的影响主要是让学生了解催化剂是通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来提高化学反应速率的。教材中的“氯催化臭氧分解历程示意图”是教学的重点, 可以帮助学生理解上述内容。
在教学过程中会遇到的问题是:学生常常将催化剂对化学反应速率的影响和对平衡移动的影响混淆。教师应帮助学生对这一内容进行对比和归纳, 如:催化剂降低了反应的活化能, 从而使反应速率常数增大, 进而提高了化学反应速率;而催化剂不能改变化学平衡常数, 从而不影响平衡的移动, 不改变平衡状态, 问题就能够得到解决了。
教材从“化学反应是怎样进行的”提出“反应历程”和“基元反应”等概念。这些概念的引入可从本质上揭示化学反应的复杂性, 保证了教学内容的科学性, 帮助学生从本质上理解为什么化学反应速率会千差万别, 为今后的学习打下初步的理论基础。但是, 高考对速率方程、阿伦尼乌斯公式、基元反应和碰撞理论等都没有要求, 那么在教学中如何准确把握教学的深广度, 就成为了一个重要的问题。例如对于“基元反应”, 仅需知道基元反应即为一步完成的反应, 而许多化学反应是由若干个基元反应组成的复杂反应即可。再如对于“速率方程”, 需知道化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系, 这种定量关系通常通过实验测定, 与化学方程式中的系数无确定关系。
与必修2相比, 化学反应原理着重培养学生对问题进行定量研究的意识, 因此如何准确把握教学的深广度, 不给学生增加学习的负担也是教学过程需要解决的一个重要问题。在教学时, 既要使学生对化学反应速率及其影响因素的认识在必修的基础上有所提高, 又不过于定量化、抽象化, 要注意使这部分内容区别于大学化学教学。重点培养学生分析处理数据的能力及解决问题的能力、逻辑思维的能力, 这些能力的考察也是新课程高考中的一个重要方面。
摘要：“化学反应的速率”包括化学反应速率的定量表示方法以及浓度、温度、催化剂等外界因素对反应速率的影响等内容。对教学过程中出现的问题进行了较为深入的思考, 并提出了相应的解决对策。
关键词：化学反应速率,教学思考,对策
参考文献
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和限度 比较研究
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2012）08B-0025-02
“化学反应速率和限度”是化学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门知识。由于该节的知识比较抽象，因此在教学时，要注意加强与社会生活的联系，还要注意知识的阶段性和渐进性，把握好内容的深度和广度，防止任意拓宽加深，增加学生负担。本文对人教版、苏教版、鲁教版的《化学2》（必修）中“化学反应速率和限度”内容进行分析和比较，让更多的中学化学教师更好地熟悉本节内容，更有针对性地进行教学。
一、三个版本教材的有关内容比较
1??编排体系比较
人教版教材从日常生活中人们熟悉的化学反应入手，通过展示铁桥生锈、牛奶变质、炸药爆炸等图片引导学生思考，引出“化学反应速率”的学习。然后通过“H2O2分解”实验探究和开展“思考与交流”，得出影响反应速率的因素。紧接着通过“科学视野”栏目巩固所学知识并开阔视野。对于“化学反应的限度及化学反应条件的控制”，先从“科学史话”中的“炼铁高炉尾气之谜”引出“可逆反应”概念，通过可逆反应的速率随时间变化的示意图引出“化学平衡”概念，使抽象的知识更形象、更好理解。然后结合图片举例“提高煤的燃烧效率”来进行化学反应条件的控制的学习。
苏教版教材通过“钠分别与水、乙醇反应”，让学生直观认识化学反应快慢的程度，引出“化学反应速率”的概念及其影响因素，即内因。然后通过“活动与探究”学习影响化学反应速率的外部因素，再通过“问题解决”来检验对这部分知识的学习。对于“化学反应的限度”，教材从学生熟知的氯水成分引入“可逆反应”的概念，然后通过稍过量铜粉与AgNO3溶液的反应及其反应后的清液中加入KBr溶液的实验探究，来获得化学反应程度的感性认识，再结合合成氨反应的速率随时间变化示意图来说明外界条件不变，可逆反应中各物质的反应速率、浓度都不会发生变化，即达到了平衡状态。
鲁教版教材图文并茂地展示硫酸厂一角、美丽的焰火、缓慢锈蚀的青铜大钟，引出“化学反应速率”的概念。在“活动探究”一栏，学生自行设计实验方案，从不同的角度探究影响化学反应速率的因素。对于“化学反应的限度”，教材从“联想、质疑”出发，通过思考镁燃烧、钠与水的反应是否完全过渡到可逆反应的学习；用“SO2催化氧化、SO3分解示意图”来引出“可逆反应”的概念，通过分析该反应的本质得出“化学平衡”的概念。“观察、思考”一栏，通过对NO2和N2O4在不同温度下的相互转化实验的观察，分析温度对化学平衡移动的影响。
由此可以看出，三个版本的教材在内容的编排处理上有一些异同点。
相同点：①都是先引出化学反应速率的概念，进行简单的学习巩固。②通过实验探究影响化学反应速率的因素。③通过分析具体的化学反应学习可逆反应的知识。
不同点：①人教版和鲁教版都是通过展示图片引出化学反应速率的概念，苏教版则通过实验引入，且人教版还介绍了化学反应速率的单位及简单计算。②实验设计不一样，除了温度和催化剂外，苏教版还探究了反应物浓度这一影响因素，鲁教版还探究了反应物的接触面积这一影响因素。③对于化学平衡，三种教材都是通过分析具体反应的示意图来学习，但人教版增加了化学反应条件的控制的学习，鲁教版增加了温度对化学平衡移动的影响的学习，苏教版则没有对知识进行扩展学习。
2??栏目设置类别与功能比较
要激起学生对化学的热爱，就要让化学课堂显得更生动有趣，能激发学生的求知欲。三个版本的教材都设置了各具特色的学习栏目来为课堂增添学习乐趣，提高教学效果。
三个版本设置的栏目，从内容属性可分为实践活动类，如“思考与交流”“观察与思考”“活动与探究”等；方法引导类，如“方法引导”“概括整合”等；资料拓展类，如“科学视野”“科学史话”“科学与技术”等。
三个版本教材在栏目的设置上体现了一定的异同点。
相同点：都设置了实践活动类栏目，通过实践活动既增强学生与他人交流合作的意识，提高学生的观察、思考、分析能力，又增强学生对化学科学的兴趣和情感。
不同点：①人教版更侧重通过资料拓展类栏目将所学的知识与日常生活联系起来，增强学习化学的价值感和实用感，既扩展了知识面，又使呈现方式显得更生动有趣。②苏教版只设置了实践活动类栏目，可见其对通过实践活动培养学生的观察、思考、分析、交流能力比较重视，但培养能力的方式略显单一。③鲁教版设置的栏目较为综合，增加了自己特有的方法引导类栏目，引导学生对所学的知识进行概括、总结，提炼出相应的学习方法，以达到举一反三的教学效果。
3??习题考查知识点的比较
人教版课后习题除第2题考查“可逆反应”的知识外，其余的都考查了影响化学反应速率因素的知识。
苏教版的1-6题均考查了影响化学反应速率的因素的知识，第7题则考查了可逆反应的知识。
鲁教版的练习只有4大题，第1题、第3题和第4题都考查了影响化学反应速率的知识，第2题考查了可逆反应的知识。
通过以上的比较发现，新教材的习题设计与旧教材有三个不同点：①课后习题都紧紧围绕重点难点知识进行考查，注重巩固学生对重点知识的掌握。如人教版和苏教版中7道题就有6道考查了关于影响化学反应速率因素的知识，占总习题的85??7%，鲁教版相对低一些，占75%。②客观题相对减少了，主观题占了绝大多数，以苏教版尤为突出。这样的习题设计能在立足于基础知识的要求上，更加全面地考查学生运用知识解决实际问题的能力。③题目形式，如人教版中的调查题、鲁教版的实验设计题，紧扣课本中的重点难点知识来设计，启发性、探索性很强，可以从多个方面来提高学生的综合能力。
二、教学建议
三个版本的教材在内容编排体系、相关栏目的设置、习题设计等方面都不尽相同，侧重点也不一样。为了充分地利用教材，使教学能最大限度地达到预期效果，我们提出几点相应的教学建议：
1??苏教版除实验装置外，整节内容没有附加任何彩图。教师可以运用PPT展示一些相应的彩图，简明直观地提高视觉效果。
2??人教版和苏教版中影响化学反应速率的因素的实验开放性较小，探究性的体现较弱。教师在教学过程中，要善于引导学生通过动手实验、积极思考推出结论，这样才能更好地发挥教学的双主体作用。
教学目标 1．知识目标：
（1）理解化学反应速率的概念。（2）了解影响化学反应速率的因素。
（3）了解控制反应条件在生产生活和科学研究中的作用。2．能力目标：
（1）通过在化学实验和日常生活中的现象，理解反应速率的概念及其表示方法，培养实验观察能力及分析探究能力；
（2）通过体验科学探究的过程和化学研究的基本方法，培养自主学习的能力。
3．情感、态度和价值观目标：
（1）通过对实验现象的观察和原因探究，培养学生严谨细致的科学态度和质疑精神。
（2）通过同组合作实验和全班共同交流培养合作精神和与人沟通交流分享的精神。
（3）在影响化学反应速率的因素的学习中渗透辩证法。教学重点难点
重点：化学反应速率的概念及影响化学反应速率的因素，化学平衡状态的判断
难点：化学反应速率的有关计算，化学平衡状态的判断
一、化学反应速率
1.定义：是用来衡量化学反应行快慢程度的物理量，2.表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示（只取正值）。
C(A)表达式：(A)
t3.单位：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h)等
4.化学反应速率只适用于气体和溶液，不适用于固体和纯液体（因其浓度是一个常数）
5.同一反应中，以不同物质表示的反应速率之比=方程式的计量数之比（计算依据）
即对于反应 aA+ bB = cC + dD
υ(A):υ(B):υ(C):υ(D)= a :b :c :d 6.比较反应快慢时，要换算成同一物质，且统一单位
例：在四个容器中进行反应 N2+3H2=2NH3，分别测得如下速率，则反应最快的是（）
A.υ(N2)= 2 mol /(L · min)
B.υ(H2)= 6 mol /(L · min)
C.υ(NH3)= 4 mol /(L · min)
D.υ(H2)= 0.1 mol /(L · s)
二、化学反应速率的影响因素：
（1）主要因素：反应物本身的性质（2）外界条件：
① 其它条件不变时，升高温度，反应速率加快。（适用于所有化学反应，不管吸热还是放热）
② 其它条件不变时，加入正催化剂，反应速率加快
正催化剂能加快化学反应速率，负催化剂能减慢化学反应速率，若
无特殊说明，都指正催化剂
③ 其它条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快。
A.不适用于固体和纯液体
B.只与浓度有关，而与物质的总量无关
④ 对于有气体参加的反应，其它条件不变时，增大压强，化学反应速率加快
A.只适用于有气体参加的反应 B.压强是通过改变浓度来影响速率的
⑤ 对于有固体参加的反应，增大接触面积（如研细和混匀），反应速率加快
⑥ 对于某些反应，光照能加快反应速率 ⑦ 放射线辐射、超声波、电弧、强磁场等
三、化学反应的限度 1.可逆反应
① 定义：同一条件下，正向和逆向同时进行的反应 ② 特点：A.二同：同一条件；正、逆反应同时进行
B.可逆的相对性：有些反应在同一条件下逆反应倾向很小，视为“不可逆”
C.不可能进行完全
③ 表示方法：可逆符号“
”
例: 在密闭容器中进行下列反应:X2(g)+ Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L,当反应在一定条件下达平衡时各物质的浓度有可能是（）A.Z为0.3mol/L
B.X2为0.2mol/L
C.Y2为0.35mol/L
D.X2为0.4mol/L 2.化学平衡状态 ①平衡状态如何建立
A.反应开始时：υ(正)最大，υ(逆)= 0 B.反应过程中：C反应物↓υ(正)↓； C生成物 ↑ υ(逆)↑ C.达到平衡状态：v(正)= v(逆)。
此时反应物和生成物的浓度不再改变，达到“化学平衡状态”，简称“化学平衡”
② 化学平衡的特征:“逆”、“等”、“动”、“定”、“变”
A.“逆”：化学平衡只存在于可逆反应中 B.“等”：平衡时 υ（正)= υ(逆)≠ 0 C.“动”：化学平衡是一个动态平衡
D.“定”：平衡时反应物和生成物的浓度、质量分数、体积分数保持不变
E.“变”：改变外界条件时，若υ正)≠υ(逆)，则平衡会发生移动，（即旧的平衡被破坏，并在新的条件下建立新的平衡。）
③ 化学平衡状态的判断依据
对于反应mA(g)+nB(g)A.υ(正)= υ(逆)
pC(g)+qD(g)
（同一物质υ(正)、υ（逆）数值相等，不同物质υ（正）、υ（逆）之比等于方程式中系数之比）
B.各组分的C、n、m、V%、n%、m%不变（即组分含量恒定）C.有色气体参与反应：体系颜色不变
D.恒容，m+n≠p+q, 压强、M恒定则达到平衡 E.对同种物质而言，断键的物质的量=成键的物质的量 例1：一定条件下，恒容容器中进行反应 2A(g)+ B(g)反应已达平衡状态的是
在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态A、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容器容积不变，反应物A是固体，只要反应没有达到平衡状态，气体的质量就会不变，当达到了平衡状态后，气体的质量不再发生变化，此时气体的密度不变，故A正确；B、根据方程式可知，无论是否达到平衡状态，B、C的浓度之比始终是2:1，故容器内B、C的浓度之比为2:1无法判断是否达到了平衡状态，故B错误；C、由于B和C的化学计量数不相等，达到平衡状态时，B的生成速率等于2倍的C的消耗速率，故C错误；D、体系中气体只有B、C，无论是否达到了平衡状态，体积比始终是2:1，体积分数始终不变，故D错误，所以答案选A。
A．A、B、C的物质的量浓度之比为2:1:3
3C(g)，能说明B．各组分含量相等
C．混合气体压强不随时间改变 D．混合气体的密度不随时间改变 E．混合气体的平均相对分子质量不变
例2：一定条件下，恒容容器中进行反应2A(g)+ B(g)说明已达平衡状态的是
A．A、B的消耗速率之比等于2:1 B．混合气体压强不随时间改变 C．混合气体的密度不随时间改变 D．混合气体的平均相对分子质量不变
例3：一定条件下，恒容容器中进行反应2A(g)+ B(g)说明已达平衡状态的是 A．混合气体压强不随时间改变
B．混合气体的密度不随时间改变.C．混合气体的平均相对分子质量不变 D． 2υ(A)正=3υ(C)逆
3、化学反应的限度
① 化学平衡状态是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度 ② 任何化学反应都有一定的限度，只是不同反应的限度不同 ③ 化学反应的限度决定反应物在该条件下的转化率
物质A的转化率α = ×100%（常用物质的量计算）
3C(g)+ D(g), 能
教学目标
使学生建立的观点；理解的特征；理解浓度、压强和温度等条件对的影响；理解平衡移动的原理。
能力目标
培养学生对知识的理解能力，通过对变化规律本质的认识，培养学生分析、推理、归纳、总结的能力。
教材分析
本节教材分为两部分。第一部分为的建立，这是本章教学的重点。第二部分为常数，该部分没有要求。
教材以合成氨工业为例，指出在化学研究和化工生产中，只考虑化学反应速率是不够的，还需要考虑化学反应进行的程度，即。建立观点的关键，是帮助学生理解在一定条件下的可逆反应中，正、逆反应速率会趋于相等。教材以蔗糖溶解为例指出在饱和溶液中，当蔗糖溶解的速率与结晶速率相等时，处于溶解平衡状态，并进而以 的可逆反应为例，说明在上述可逆反应中，当正反应速率与逆反应速率相等时，就处于状态。这样层层引导，通过图画等帮助学生联想，借以
在一定程度上突破状态建立的教学难点。
教材接着通过对19世纪后期，在英国曾出现的用建造高大高炉的方法来减少高炉气中
含量的错误做法展开讨论。通过对该史实的讨论，使学生对的建立和特征有更深刻的理解，培养学生分析实际问题的能力，并训练学生的科学方法。
教法建议
教学中应注意精心设置知识台阶，充分利用教材的章图、本节内的图画等启发学生联想，借以建立的观点。
教学可采取以下步骤：
1．以合成氨工业为例，引入新课，明确研究的课题。（1）复习提问，工业上合成氨的化学方程式
（2）明确合成氨的反应是一个可逆反应，并提问可逆反应的定义，强调“二同”——即正反应、逆反应在同一条件下，同时进行；强调可逆反应不能进行到底，所以对任一可逆反应来讲，都有一个化学反应进行的程度问题。
（3）由以上得出合成氨工业中要考虑的两个问题，一是化学反应速率问题，即如何在单位时间里提高合成氨的产量；一是如何使 和 尽可能多地转变为，即可逆反应进行的程度以及各种条件对反应进行程度的影响——研究的问题。
2．从具体的化学反应入手，层层引导，建立的观点。如蔗糖饱和溶液中，蔗糖溶解的速率与结晶的速率相等时，处于溶解平衡状态。又如，说明一定温度下，正、逆反应速率相等时，可逆反应就处于状态，反应无论进行多长时间，反应混合物中各气体的浓度都不再发生变化。
通过向学生提出问题：达到状态时有何特征？让学生讨论。最后得出：状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态（此时化学反应进行到最大限度）。并指出某一状态是在一定条件下建立的。
3．为进一步深刻理解的建立和特征，可以书中的史实为例引导学生讨论分析。得出在一定条件下当达到状态时，增加高炉高度只是增加了CO和铁矿石的接触时间，并没有改变建立时的条件，所以平衡状态不变，即CO的浓度是相同的。关于CO浓度的变化是一个移动的问题，将在下一节教学中主要讨论。从而使学生明白本节的讨论题的涵义。
“影响的条件”教材分析
本节教材在本章中起承上启下的作用。在影响化学反应速率的条件和等知识的基础上进行本节的教学，系统性较好，有利于启发学生思考，便于学生接受。
本节重点：浓度、压强和温度对的影响。难点：平衡移动原理的应用。
因浓度、温度等外界条件对化学反应速率的影响等内容，不仅在知识上为本节的教学奠定了基础，而且其探讨问题的思路和方法，也可迁移用来指导学生进行本书的学习。所以本节教材在前言中就明确指出，当浓度、温度等外界条件改变时，就会发生移动。同时指出，研究的目的，并不是为了保持平衡状态不变，而是为了利用外界条件的改变，使向有利的方向移动，如向提高反应物转化率的方向移动，由此说明学习本节的实际意义。
教材重视由实验引入教学，通过对实验现象的观察和分析，引导学生得出增大反应物的浓度或减小生成物的浓度都可以使向正反应方向移动的结论。反之，则向逆反应方向移动。并在温度对影响后通过对实验现象的分析，归纳出平衡移动原理。
压强对的影响，教材中采用对合成氨反应实验数据的分析，引导学生得出压强对移动的影响。
教材在充分肯定平衡移动原理的同时，也指出该原理的局限性，以教育学生在应用原理
时，应注意原理的适用范围，对学生进行科学态度的熏陶和科学方法的训练。
“影响的条件”教学建议
本节教学可从演示实验入手，采用边演示实验边讲解的方法，引导学生认真观察实验现象，启发学生充分讨论，由师生共同归纳出平衡移动原理。
新课的引入： ①复习上一节讲过的“状态”的概念，强调状态是建立在一定条件基础上的，当浓度、压强、温度等反应条件改变时，原平衡的反应混合物里各组分的浓度也会随着改变，从而达到新的平衡状态。
②给出“的移动”概念，强调的移动是可逆反应中旧平衡的破坏、新平衡的建立的过程，在这个过程中，反应混合物中各组分的浓度一直在变化着。
③指出学习和研究的实际意义正是利用外界条件的改变，使旧的破坏并建立新的较理想的。
具体的教学建议如下： 1．重点讲解浓度对的影响
（1）观察上一节教材中的表3－l，对比第1和第4组数据，让学生思考：可从中得出什么结论？
（2）从演示实验或学生实验入手，通过对实验现象的观察和分析，引导学生得出结论。这里应明确，溶液颜色的深浅变化，实质是 浓度的增大与减小而造成的。
（3）引导学生运用浓度对化学反应速率的影响展开讨论，说明浓度的改变为什么会使发生移动。讨论时，应研究一个具体的可逆反应。讨论后，应明确浓度的改变使正、逆反应速率不再相等，使发生移动；增加某一反应物的浓度，会使反应混合物中各组分的浓度进行调整；新平衡建立时，生成物的浓度要较原平衡时增加，该反应物的浓度较刚增加时减小，但较原平衡时增加。2．压强和温度对的影响：应引导学生分析实验数据，并从中得出正确的结论。温度对影响也是从实验入手。要引导学生通过观察实验现象，归纳出压强和温度的改变对的影响。
3．勒夏特列原理的教学：在明确了浓度、压强、温度的改变对的影响以后，可采用归纳法，突破对勒夏特列原理表述中“减弱这种改变”含义理解上的困难：
其他几个问题：
1．关于催化剂问题，应明确：①由于催化剂能同等程度增加正、逆反应速率，因此它对的移动没有影响；②使用催化剂，能改变达到平衡所需要的时间。
2．关于移动原理的应用范围和局限性，应明确：①平衡移动原理对所有的动态平衡都适用，为后面将要学习的电离平衡、水解平衡作铺垫；②平衡移动原理能用来判断平衡移动的方向，但不能用来判断建立新平衡所需要的时间。教育学生在应用原理时应注意原理的适用范围，对学生进行科学态度的熏陶和科学方法的训练。
3．对本节设置的讨论题，可在学生思考的基础上，提问学生回答，这是对本节教学内容较全面的复习和巩固。
4．对于本节编入的资料，可结合勒夏特列原理的教学，让学生当堂阅读，以了解勒夏特列的研究成果和对人类的贡献；可回顾第二节“工程师的设想”的讨论，明确：欲减少炼铁高炉气中CO的含量，这属于的移动问题，而利用增加高炉高度以增加 CO和铁矿石的接触时间的做法并未改变可逆反应的条件，因而是徒劳的。
教学设计示例
第一课时的概念与计算
教学目标
知识目标：掌握的概念极其特点；掌握的有关计算。能力目标：培养学生分析、归纳，语言表达与综合计算能力。情感目标：结合是相对的、有条件的、动态的等特点对学生进行辩证唯物主义教育；培养学生严谨的学习态度和思维习惯。
教学过程设计
【复习提问】什么是可逆反应？在一定条件下2molSO2与1molO2反应能否得到2molSO3？
【引入】得不到2molSO3，能得到多少摩SO3？也就是说反应到底进行到什么程度？这就是所研究的问题。
思考并作答：在相同条件下既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应。SO2与O2的反应为可逆反应不能进行完全，因此得不到2molSO3。
提出反应程度的问题，引入的概念。
结合所学过的速率、浓度知识有助于理解抽象的的概念的实质。【分析】在一定条件下，2molSO2与1molO2反应体系中各组分速率与浓度的变化并画图。
回忆，思考并作答。【板书】
一、状态 1．定义：见课本P38页
【分析】引导学生从研究的范围，达到平衡的原因与结果进行分析、归纳。
研究对象：可逆反应
平衡前提：温度、压强、浓度一定 原因：v正=v逆（同一种物质）结果：各组成成分的质量分数保持不变。准确掌握的概念，弄清概念的内涵和外延。【提问】有什么特点？
【引导】引导学生讨论并和学生一起小结。讨论并小结。平衡特点：
等（正逆反应速率相等）定（浓度与质量分数恒定）动（动态平衡）变（条件改变，平衡发生变化）
培养学生分析问题与解决问题的能力，并进行辩证唯物主义观点的教育。加深对平衡概念的理解。
讨论题：在一定温度下，反应达平衡的标志是（）。（A）混合气颜色不随时间的变化
（B）数值上v（NO2生成）=2v（N2O4消耗）
（C）单位时间内反应物减少的分子数等于生成物增加的分子数（D）压强不随时间的变化而变化（E）混合气的平均分子量不变
讨论结果：因为该反应如果达平衡，混合物体系中各组分的浓度与总物质的量均保持不变，即颜色不变，压强、平均分子量也不变。因此可作为达平衡的标志（A）、（D）、（E）。
加深对平衡概念的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力。【过渡】状态代表了化学反应进行达到了最大程度，如何定量的表示化学反应进行的程度呢？
2．转化率：在一定条件下，可逆反应达状态时，某一反应物消耗量占该反应物起始量的质量分数，叫该反应物的转化率。
公式：a=△c／c始×100％
通过讨论明确由于反应可逆，达平衡时反应物的转化率小于100％。通过掌握转化率的概念，公式进一步理解的意义。3．平衡的有关计算
（1）起始浓度，变化浓度，平衡浓度。
例1 445℃时，将0.1mol I2与0.02mol H2通入2L密闭容器中，达平衡后有0.03molHI生成。求：①各物质的起始浓度与平衡浓度。
②平衡混合气中氢气的体积分数。引导学生分析：
c始／mol／L 0.01 0.05 0 c变／mol／L x x 2x c平／mol／L 0.015 0+2x=0.015 mol／L x=0.0075mol／L平衡浓度：
c（I2）平=C（I2）始-△C（I2）=0.05 mol／L-0.0075 mol／L =0．0425mol／L c（H2）平=0.01-0.0075=0.0025mol／L c（HI）平=c（HI）始+△c（HI）＝0.015mol／L w（H2）=0.0025／（0.05+0.01）
通过具体计算弄清起始浓度、变化浓度、平衡浓度三者之间的关系，掌握有关的计算。
【小结】①起始浓度、变化浓度、平衡浓度三者的关系，只有变化浓度才与方程式前面的系数成比例。
1.了解化学反应的可逆性.理解化学平衡的涵义.掌握化学平衡与反应速率之间的内在联系.
2.理解勒沙特列原理的涵义.掌握浓度、温度、压强等条件对化学平衡移动的影响.
3.能够通过对图形、图表的观察,获取有关的感性知识和印象,并对这些感性知识进行初步加工和记忆.
二、理清知识规律
(一)化学反应速率概念
用单位时间里反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示.
1. 表示方法:
2. 单位:mol/(L·s);mol/(L·min);mol/L·s.
3. 相互关系:
4NH3+5O2⇋4NO+6H2O(g)
v(NH3):v(O2):v(NO):v(H2O)=4:5:4:6
(二)影响化学反应速率的因素
1. 内因:
反应物本身的性质(如:硫在空气中和在氧气中燃烧的速率明显不同).
2. 外因:
(1)浓度:浓度越大,分子之间距离越小,分子之间碰撞机会增大,发生化学反应的几率加大,化学反应速率就快;因此,化学反应速率与浓度有密切的关系,浓度越大,化学反应速率越快.增大反应物的浓度,正反应速率加快.
(2)温度:温度越高,反应速率越快(正逆反应速率都加快).
(3)压强:对于有气体参与的化学反应,通过改变容器体积而使压强变化的情况:pV=nRT,p=CRT.压强增大,浓度增大(反应物和生成物的浓度都增大,正逆反应速率都增大,相反,亦然).
(4)催化剂:改变化学反应速率(对于可逆的反应使用催化剂可以同等程度地改变正逆反应速率).
(三)化学平衡的概念
在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组成成分的含量保持不变的状态叫做化学平衡.
1.“等”——处于密闭体系的可逆反应,化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等.即v(正)=v(逆)≠0.这是可逆反应达到平衡状态的重要标志.
2.“定”——当一定条件下可逆反应一旦达平衡(可逆反应进行到最大的程度)状态时,在平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量,物质的量浓度,质量分数,体积分数等)保持一定而不变(即不随时间的改变而改变).这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要依据.
3.“动”——指定化学反应已达化学平衡状态时,反应并没有停止,实际上正反应与逆反应始终在进行,且正反应速率等于逆反应速率,所以化学平衡状态是动态平衡状态.
4.“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的(与浓度、压强、温度等有关).而与达平衡的过程无关(化学平衡状态既可从正反应方向开始达平衡,也可以从逆反应方向开始达平衡).
(四)化学平衡的移动——勒沙特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动.具体见表1.
(五)影响化学平衡的条件
1. 浓度对化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下,增大反应物的浓度,或减小生成物的浓度,都可以使平衡向着正反应方向移动;增大生成物的浓度,或减小反应物的浓度,都可以使平衡向着逆反应方向移动.
2. 压强对化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动;减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动.
应特别注意,在有些可逆反应里,反应前后气态物质的总体积没有变化,如
在这种情况下,增大或减小压强都不能使化学平衡移动.还应注意,改变压强对固态物质或液态物质的体积几乎不影响.因此平衡混合物都是固体或液体时,改变压强不能使化学平衡移动.
3. 温度对于化学平衡的影响
在其它条件不变的情况下,温度升高,会使化学平衡向着吸热反应的方向移动;温度降低,会使化学平衡向着放热反应的方向移动.
4. 催化剂对化学平衡的影响
使用催化剂不影响化学平衡的移动.由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的幅度是等同的,所以平衡不移动.但应注意,虽然催化剂不使化学平衡移动,但使用催化剂可影响可逆反应达平衡的时间.
三、掌握解题一般方法
1.牢固掌握有关的概念与原理,尤其要注意外界条件的改变对一个可逆反应来讲,正逆反应速率如何变化,化学平衡如何移动,在速度-时间图、转化率-时间图、反应物的含量-浓度图等上如何体现.要能够画出有关的变化图象.
2.对于化学反应速率的有关图象问题,可按以下的方法进行分析:
(1)认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与有关的原理挂钩.
(2)看清起点,分清反应物、生成物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是生成物一般生成物多数以原点为起点.
(3)抓住变化趋势,分清正、逆反应,吸、放热反应.升高温度时,v(吸)>v(放),在速率-时间图上,要注意看清曲线是连续的还是跳跃的,分清渐变和突变,大变和小变.例如,升高温度,v(吸)大增,v(放)小增,增大反应物浓度,v(正)突变,v(逆)渐变.
(4)注意终点.例如在浓度-时间图上,一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量,并结合有关原理进行推理判断.
3.对于化学平衡的有关图象问题,可按以下的方法进行分析
(1)认清坐标系,搞清纵、横坐标所代表的意义,并与勒沙特列原理挂钩.
(2)紧扣可逆反应的特征,搞清正反应方向是吸热还是放热,体积增大还是减小、不变,有无固体、纯液体物质参加或生成等.
(3)看清速率的变化及变化量的大小,在条件与变化之间搭桥.
(4)看清起点、拐点、终点,看清曲线的变化趋势.
(5)先拐先平.例如,在转化率-时间图上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该变化的温度高、浓度大、压强高.
(6)定一议二.当图象中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系.
四、典例选析
例1 (2010年上海卷)据报道,在300℃,70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实.
下列叙述错误的是()
(A)使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
(B)反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应
(C)充入大量CO2气体可提高H2的转化率
(D)从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
解析:本题考查化学反应速率和化学平衡,意在考查考生对化学平衡移动原理的理解和应用能力.使用催化剂可以加快反应速率,从而提高生产效率,(A)项正确;仅仅根据反应发生所需温度,不能判断反应的热效应,(B)项错误;充入大量CO2气体,平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,(C)项正确;从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,反应不断向正反应方向进行,CO2和H2的利用率增大,(D)项正确.答案:(B).
评注:对化学反应速率同学们应重点掌握以下三点:
(1)反应速率的概念,需要注意的是反应速率只取正值,为平均值;用不同物质来表示同一反应的反应速率,其数值不一定相同,但其数值之比应等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比.
(2)熟悉反应速率的表示方法,通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示化学反应速率,单位:mol/(L·s)、mol/(L·min)等.
(3)掌握有关反应速率的简单计算,注意防止计算时忽视容器体积、时间及时间单位.
例2 (2010年重庆卷)COCl2(g)⇋CO(g)+Cl2(g)ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:①升温②恒容通入惰性气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是()
(A)①②④(B)①④⑥
(C)②③⑤(D)③⑤⑥
解析:本题考查外界因素对化学平衡移动的影响,从不同层面考查勒夏特列原理的应用.该反应为吸热反应,升温则平衡正向移动,反应物转化率提高,①正确;恒容时,通入惰性气体,反应物与生成物浓度不变,平衡不移动,②错;增加CO浓度,平衡逆向移动,反应物转化率降低,③错;该反应正反应为气体分子数增大的反应,减压时平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高,④正确;催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡状态,⑤错;恒压时,通入惰性气体,容器体积增大,反应物与生成物浓度降低,平衡向气体增加的方向移动,即向正反应方向移动,反应物转化率提高,⑥正确.答案:(B)
例3 (2010年四川卷)反应aM(g)+bN(g)⇋cP(g)+dQ(g)达到平衡时,M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图1所示.其中Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比.下列说法正确的是()
(A)同温同压同Z时,加入催化剂,平衡时Q的体积分数增加
(B)同压同Z时,升高温度,平衡时Q的体积分数增加
(C)同温同Z时,增大压强,平衡时Q的体积分数增加
(D)同温同压时,增加Z,平衡时Q的体积分数增加
解析:本题考查的知识点是化学平衡的移动,意在考查考生的分析判断能力.可逆反应中,催化剂只能改变化学反应速率,(A)错;由两个图象可知,M的体积分数随着温度升高而降低,即温度升高,平衡右移,故平衡时生成物Q的体积分数增加,(B)正确;同为650℃,Z=2.0,压强为1.4 MPa时,y(M)=30%,而压强为2.1 MPa时,y(M)=35%,即增大压强,平衡左移,故平衡时Q的体积分数减小,(C)错;由图象可知,同温、同压时,若N的物质的量增加,而M的物质的量不变,则尽管Z越大,y(M)减小,平衡右移,但Q增加的物质的量远小于加入的N的物质的量,此时Q的体积分数减小,(D)错.答案:(B).
例4向一体积不变的密闭容器中加入2 mol A、0.6 mol C和一定量的B三种气体.一定条件下发生反应,各物质浓度随时间变化如图2所示.图3为t2时刻后改变反应条件,平衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件.已知t3～t4阶段为使用催化剂;图2中t0～t1阶段c(B)未画出.
下列说法不正确的是()
(A)此温度下该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)⇋2C(g)
(B) t4～t5阶段改变的条件为减小压强
(C)B的起始物质的量为1.0 mol
(D)在相同条件下,若起始时容器中加入a mol A、b mol B和c mol C,要达到t1时刻同样的平衡,a、b、c要满足的条件为和
解析:图3是在几种不同情况下的化学平衡,而影响平衡的因素有:浓度、温度、压强、催化剂,t3～t4和t4～t5这两段平衡是不移动的,则只能是压强和催化剂影响的,因此应该推断该反应为等体积变化的反应.再结合图2可知,A浓度的变化为0.2 mol/L,C浓度的变化量为0.3 mol/L,由化学反应的速率之比等于化学方程式前的计量系数之比,可写出该反应的方程式为2A(g)+B(g)⇋3C(g),故(A)项错误;t3～t4的平衡比原平衡的速率要快,而t4～t5的速率又变慢,前者题目已给出是使用催化剂,所以后者为减压,因为条件只能用一次,故(B)项正确;B的平衡浓度是0.4 mol/L,则起始时应为0.5 mol/L;起始时2 mol A所对应的浓度为1 mol/L,所以容器体积应是2 L;所以B的起始物质的量为0.5 mol/L×2 L=1 mol,(C)项正确;(D)项考查的是等效平衡;要最终为相同平衡,则必须拆算后与原平衡相等.答案:(A).
确定反应级数的方法主要有微分法和积分法两大类:
1.1 积分法求反应级数
利用速率方程的积分式确定反应级数的方法。积分法又可分为试差法和半衰期法, 试差法只适用于整数级反应, 半衰期法需先作图求出不同初始浓度的半衰期, 比较费时, 所以积分法的使用有一定的局限性。
1.2 微分法求反应级数
利用速率方程的微分式确定反应级数的方法。为了求反应级数, 将速率方程微分式两边取对数:
lnv=lnk+nlnCA
由上式可知: 恒温反应k是常数, 故其lnv 与lnCA 成线性关系, 直线的斜率就是反应级数n, 所以求出直线的斜率就确定了反应的级数。
微分法可适用于级数是整数、分数或负数的各种情况, 适用性较好, 但处理数据过程太繁琐,工作量太大,在实际工作不常采用。本文介绍应用Matlab编程,用微分法求出乙酸乙酯皂化反应级数和速率常数。
2 确定乙酸乙酯皀化反应级数的原理[2]
乙酸乙酯皂化反应方程可写为:
反应速率方程为:
式(1)中:a,b 分别表示两反应物的初始浓度,x表示经过时间t后消耗的反应物浓度,k表示反应速率常数。
为了数据处理方便,设计实验使两种反应物的起始浓度相同,即a=b, 此时上式可以写成:
令G0、G 和G∞分别表示反应起始时、反应时间t时和反应终了时反应体系的电导,则
整理可得:
电导率与电导的关系:
κ=KcellG (5)
(5)式代入(4)得:
(6)式两边对t求导:
将(6)、(7)代入(2)得:
(8)式两边取对数得:
以
(9)式中的
式(12)中s为实验测定的总次数,h为等时间间隔值,κ为电导率。
3 结果与讨论
3.1 实验结果及比较
乙酸乙酯皀化反应按照文献步骤进行实验和数据处理[2],结果见表1。
3.2 讨论
(1)利用Matlab强大的计算和作图功能,方便地计算出反应级数和反应速率常数,计算快速,省时省力,可避免人为因素的误差,计算结果和所作的图形均符合实验要求。
(2)本方法在实验时无需增加设备、药品和学生实验工作量,也不用改变实验步骤,只需在实验时注意选定适当的电导率读取时间间隔,要求在2～5 min内选定固定步长的时间间隔,一般选取2 min[3]。
(3)Matlab语言,其编程语言简单,容易掌握、图型规范、美观,有极强的可操作性,易于在本科实验教学中应用。
摘要：Matlab是Mathworks公司推出的适用于科学和工程计算的数学软件系统,可高效地解决数值线性代数、微分方程数值解、最优化等科学和工程问题,以Matlab语言编写程序,用于确定物理化学实验乙酸乙酯皀化反应级数和速率常数,与传统手工作图相比,可避免人为因素的误差,简便快捷,计算结果和所作的图形均符合实验要求。
关键词：Matlab语言,数据处理,反应级数
参考文献
[1]潘宝娟.C语言在微分法求反应级数中的应用[J].计算机与应用化学,2001(3):179-183.
[2]邱金恒,孙尔康,吴强.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社,2010:74-77.
[3]徐金光.微分法确定乙酸乙醋皂化反应的反应级数[J].淮北然师院学报,1990(12):85-87.
[4]杨津,段中余,朱令之,等.基于MATLAB的化学实验数据拟合[J].实验室科学,2010,13(5):112-114.
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