高二化学教案-知识讲解_影响化学反应速率的因素(基础).doc

影响化学反应速率的因素编稿：宋杰 审稿:张灿丽【学习目标】1、知道化学反应速率的定量表示方法，并初步了解测定某些化学反应速率的实验方法；2、通过实验探究浓度、压强、温度和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律；3、使学生知道活化能的概念及其对化学反应速率的影响；4、通过催化剂实际应用的事例，认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。【要点梳理】要点一、浓度对反应速率的影响 1为了定量地表示出反应速率与浓度的关系，给出了反应速率表达式。定量地描述反应速率与反应物浓度之间关系的数学表达式称为反应速率方程，形式一般为反应速率等于反应速率常数与浓度项的乘积。例如，对于化学反应H2O2+2HI=2H2O+I2，其反应速率表达式为v=kc (H2O2)c (HI)，k称为反应速率常数，其物理意义为单位浓度下的反应速率。通常，速率常数越大，反应速率越高。速率常数与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。必须注意的是，某一化学反应的反应速率表达式是实验测定的结果，不能根据化学方程式直接写出，反应速率表达式中浓度项的方次与化学方程式中的系数无确定的关系。 2压强对化学反应速率的影响：对于气态反应，在温度、体积一定的条件下，压强与浓度成正比，因此在反应速率方程中的浓度可以用分压来表示。对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。 3可逆反应中，增大反应物浓度，v正增大，v逆随之增大，减小反应物浓度，v正减小，随反应进行，v逆也减小。相反，若增大生成物浓度，v逆增大，随反应的进行，v正也增大。总之，可逆反应中增大反应物（或生成物）浓度，最终v正、v逆都增大；减小反应物（或生成物）浓度，最终v正和v逆都减小。要点诠释：a对于纯液体或固体物质，可认为其浓度为“常数”，它们的量的改变不会影响化学反应速率。 b固体反应物颗粒的大小能影响化学反应速率。固体颗粒越小，其表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，有效碰撞次数越多，所以能增大化学反应速率。要点二、温度对反应速率的影响 1经验规律。 （1）范托夫近似经验规律 温度每升高10 K，反应速率增加24倍。利用这个经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计，但这个规律适用范围有限。 （2）阿伦尼乌斯经验公式： 式中：k为反应速率常数；A为比例系数；e为自然对数的底；R为摩尔气体常量；E。为活化能，单位为J·mol 1或kJ·mol1。 该经验公式表明，当Ea0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之增大。 2活化能Ea。 活化能是普通分子形成活化分子所吸收的能量，活化能越高，反应越难进行，反应速率常数越小。 不同的反应，活化能差值很大，由经验公式可知，Ea值越大，改变温度对化学反应速率的影响程度越大，这就是升高相同温度，不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因。 要点诠释： a上述结论，对吸热反应和放热反应均适用。 b一般地，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易于控制，是实验室最常用的增大化学反应速率的方法。要点三、催化剂对化学反应速率的影响 1催化剂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。 2催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。 3催化剂具有选择性，某催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。 4研制高效催化剂来提高相关化学反应的速率对化工生产意义重大。 说明 （1）有的化学反应不需要催化剂；有的化学反应需要催化剂；有的化学反应需要催化剂但尚未找到合适的催化剂；有的催化剂对多个化学反应都有催化作用；有的催化剂只能对一个化学反应有催化作用，如酶。 （2）有的催化剂能加快化学反应速率，有的催化剂能减慢化学反应速率。能加快化学反应速率的催化剂叫做正催化剂；能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂。如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。 （3）催化剂中毒：催化剂的催化性能往往因接触少量杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫做催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒而把原料进行净化除去毒物。 （4）催化剂只有在一定温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一定相同。 （5）研制开发新的催化剂，研究的主要目标之一是含有过渡元素的物质。要点四、外界条件对化学反应速率的影响规律条件变化活化分子的量的变化速率变化浓度增大单位体积内总数目增多，百分数不变增大减小单位体积内总数目减小，百分数不变减小压强增大单位体积内总数目增多，百分数不变增大减小单位体积内总数目减小，百分数不变减小温度升高百分数增大，单位体积内总数目增多增大降低百分数减小，单位体积内总数目减少减小催化剂使用百分数剧增，单位体积内总数目剧增剧增撤去百分数剧减，单位体积内总数目剧减剧减其他光、电磁波、超声波、反应物颗粒的大小、溶剂等有影响 【巧记】加快化学反应速率的方法记忆口诀：要想反应速率快，升温加压增浓度；催化增大表面积，反应也可加速度。要点五、有关化学反应速率的图像 化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。在认识和应用化学反应速率图像时，要立足于化学反应方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析直角坐标系及其图像的含义。1、图像类型 例如：化学反应CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O a其他条件一定时，反应速率随着c(HCl)的增大而增大，如图（1）所示。 b其他条件一定时，反应速率随着温度的升高而增大，如图（2）所示。c随着反应时间的增加，c(HCl)逐渐减小，化学反应速率逐渐减小，如图（3）所示。 例如：化学反应2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) a其他条件一定时，增大气态反应物的压强（缩小气体容器的容积），反应速率随着压强的增大而增大，如图a所示。 b其他条件一定时，减小气态反应物的压强（扩大气体容器的容积），反应速率随着压强的减小而减小，如图b所示。c温度、气体容器的容积都一定时，随着时间的增加，SO2、H2S物质的量逐渐减少，气体的压强逐渐减小，反应速率逐渐减小，如图c所示。要点六、外界条件对可逆反应中正逆反应速率的影响 可逆反应是在相同条件下既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应，如3H2+N2 2NH3就是一可逆反应。 可逆反应是两个具有相反反应方向的不同反应的组合体，这两个不同的反应之间存在着互为反应物、生成物的密切关系。以哲学的观点来说，可逆反应里的两个反应的关系是对立统一关系。在化学反应中的能量变化关系方面，可逆反应的一个反应为放热反应，其逆反应必然为吸热反应。 对于可逆反应，改变影响化学反应速率的条件，正反应的速率和逆反应的速率都会发生一定程度的变化。下面以可逆反应2SO2+O22SO3（正反应为放热反应）为例，分析某一项条件改变后的瞬间v(正)、v(逆)的变化情况。 （1）温度和气体总体积保持不变，加入O2：v(正)增大，v(正)增大引起c（SO3）增大，c（SO3）增大又引起v(逆)增大，即v(正)先增大，v(逆)后增大。 （2）温度和气体总体积保持不变，分离出SO3：v(逆)减小，v(逆)减小引起c（O2）、c（SO2）减小，c（O2）、c（SO2）减小又引起v(正)减小，即v(逆)先减小，v(正)后减小。 （3）气体总物质的量和温度保持不变，增大压强：c（SO2）、v（O2）增大，v(正)增大，c（SO3）同时增大，v(逆)同时增大。由于c（SO2）增大的同时还有c（O2）增大，故v(正)v(逆)。即v(正)、v(逆)同时增大，且v(正)v(逆)。 （4）气体总物质的量和温度保持不变，减小压强：与（3）相反，即v(正)、v(逆)同时减小，且v(正)v(逆)。 （5）在其他条件一定时，升高温度：v(正)增大，v(逆)同时也增大。由于正反应是放热反应，逆反应是吸热反应，故v(正)v(逆)，即v(正)、v(逆)同时增大，且v(正)v(逆)。 （6）在其他条件一定时，降低温度：与（5）相反，即v(正)、v(逆)同时减小，且v(正)v(逆)。 （7）在其他条件一定时，撤出催化剂：v(正)、v(逆)同时减小，且v(正)=v(逆)。 （8）在其他条件一定时，再加入催化剂：v(正)、v(逆)同时增大，且v(正)=v(逆)。 要点诠释：注意稀有气体对反应速率的影响 稀有气体或其他非反应气体充入反应容器中，分以下两种情况讨论： （1）若容器恒温、恒容，则充入的稀有气体或其他不反应气体虽改变了容器内气体压强，但没有改变反应气体产生的分压，即并没改变反应物的浓度，不影响化学反应速率。 （2）若容器恒温、恒压，则充入的稀有气体或其他不反应气体会使容器容积扩大，虽未减少容器内气体压强，但减小了反应气体产生的分压，即降低了反应物的浓度，故能使反应速率降低。【典型例题】类型一、外界条件对化学反应速率的影响 例题1（2015 北京海淀模拟）100mL6mol/L的H2SO4溶液与足量的锌粉反应，在一定温度下，加入下列物质，试将对v（H2）和n（H2）的影响填入下表中：加入物质对v（H2）的影响对n（H2）的影响Na2CO3固体K2SO4溶液NaNO3固体通入一定量HCl气体【思路点拨】解答此题的关键是要弄清楚反应的实质以及影响v（H2）的因素。【答案】加入物质对v（H2）的影响对n（H2）的影响Na2CO3固体减小减小K2SO4溶液减小不变NaNO3固体减小减小通入一定量HCl气体增大增大【解析】H2SO4和Zn反应的离子方程式为2H+Zn=Zn2+ H2，H+浓度的变化影响反应速率，产生H2的物质的量受参加反应的H+的物质的量的影响。加入Na2CO3固体时，消耗部分H2SO4，减少了H+的物质的量和浓度；加入K2SO4溶液时，相当于加水稀释，H+的物质的量不变，但浓度减小；加入NaNO3固体时，引入NO3-，NO3-在H+的存在下与Zn反应不生成H2；通入HCl时，HCl= H+Cl-，增大了H+的物质的量和浓度。【总结升华】在考虑浓度对反应速率的影响时，需注意：（1）影响反应速率的是反应物、生成物的浓度，而不是物质的量或反应物的总量。（2）溶液中发生离子反应时，与反应无关的离子浓度的大小对反应速率无影响。（3）固体反应物颗粒越小，其总的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，有效碰撞次数越多，反应速率越大，故块状固体可以通过研磨以增大表面积来增大反应速率。 例题2 已知Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S+H2O，下列各组实验中，反应速率最快的是（ ）组号反应温度（）Na2S2O3H2SO4H2O体积mL浓度mol·L1体积mL浓度mol·L1H2O体积mLA1050.250.110B1050.150.110C3050.150.110D3050.250.110 【思路点拨】本题考查外界条件对化学反应速率的影响，注意题目中多变量的因素。【答案】D【解析】本题主要比较温度和浓度对化学反应速率的影响。溶液混合后总体积都相同，从温度方面判断C、D的反应速率大于A、B的反应速率；从浓度方面判断，A、D的反应速率大于B、C的反应速率。所以反应速率最快的为D。【总结升华】掌握外界条件（浓度、压强、温度、催化剂）对化学反应速率的影响规律，多个外界条件同时改变时，应固定其中一部分条件，来分析其他条件的变化。 例题3 20时，将0.10 mol/L Na2S2O3溶液10 mL和0.10 mol/L H2SO4溶液10 mL混合，2 min后溶液中明显出现浑浊。已知温度每升高10，化学反应速率增大到原来的2倍，那么50时，同样的反应要明显出现浑浊，所需的时间是（ ）A40 s B15 s C48 s D20 s【思路点拨】本题考查温度对化学反应速率的影响。但本题不是简单分析速率的变化，而且明确速率变化的倍数关系，需要同学们结合所学的数学知识解答。 【答案】B【解析】设原来的反应速率为v，温度从20升高到50，共升高了3个10，所以50时的反应速率为23v。反应速率越大，则反应出现浑浊所需的时间越短。所以50时，此反应出现浑浊所需的时间为：2 min×=0.25 min=15 s。【总结升华】在影响化学反应速率的各因素中，温度的变化在决定反应速率的变化时起较大影响。并且很多化学反应也是通过改变温度来调节化学反应速率的。举一反三：【变式1】在一定温度时，N2与H2反应过程中能量变化的曲线如图所示。则下列叙述正确的是（ ） A该反应的热化学方程式为：N2+3H22NH3 H=92 kJ Bb曲线是加入催化剂时的能量变化曲线 C加入催化剂，该化学反应放出的热量增多 D加入催化剂可增大正反应速率，降低逆反应速率【答案】B【解析】A项没有标明各物质的状态，反应热的表示形式也有错误；C项加催化剂不影响化学反应的反应热；D项加入催化剂即可增大正反应速率，也可增大逆反应速率。 【变式2】在一定条件下，若单独改变可逆反应N2+3H22NH3（正反应放热）的下列条件后，则相关的叙述错误的是（ ） A加入催化剂，v正、v逆都发生变化，且变化的倍数相等 B增大压强，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数 C降低温度，v正、v逆都减小，且v正减小的倍数大于v逆减小的倍数 D加入氩气，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数 【答案】CD【解析】催化剂能同等倍数地改变正、逆反应速率；增大压强，v正、v逆都增大，但气体化学计量数之和较大的一侧增大的倍数大于气体化学计量数之和较小的一侧增大的倍数；降低温度，v正、v逆都减小，但吸热方向减小的倍数大于放热方向减小的倍数，如本题中应是v逆减小的倍数大于v正减小的倍数；加入氩气，若是恒温、恒容，则v正、v逆均不变，若是恒温、恒压，则相当于减小原体系的压强，v正、v逆均减小。【变式3】在一定温度下，A、B能在溶液中发生反应生成C和D：A+B=C+D。 a将0.2 mol/L A溶液和0.2 moL/L B溶液各20 mL混合； b将0.5 mol/L A溶液和0.5 moL/L B溶液各50 mL混合； c将1 mol/L A溶液和l mol/L B溶液各10 mL混合，同时倒入30 mL蒸馏水； d将1 moL/L A溶液20 mL和1.2 mol/L B溶液60 mL混合。 反应开始时，反应速率由大到小的顺序是_。 【答案】dbca 【解析】本题需先把每种情况下混合溶液中A、B的起始浓度求出来，然后根据其浓度大小来比较化学反应速率的大小。混合后各物质的起始浓度（mol/L）为：abcdA0.10.250.20.25B0.10.250.20.9 混合后浓度最大的是d，其次是b，最小的是a，所以反应开始时，反应速率由大到小的顺序为dbca。类型二、化学反应速率的图像【高清课堂：化学反应的调频师化学反应的影响速率】例题4 把除去氧化膜的镁条放入盛有一定浓度的稀盐酸的试管中，发现H2的生成速率v随时间t的变化关系曲线如图所示。其中Ot1段影响速率变化的主要因素是_；t1t2段影响速率变化的主要因素是_。【思路点拨】本题是考查影响化学反应速率的“速率-时间”类的图像题，注意在本题中除了考虑浓度对速率的影响之外，还需要注意温度的影响。【答案】此反应是放热反应，放出的热能使温度升高，所以反应速率加快。随着反应的进行，c(H+)减小，反应速率逐渐减慢。 【解析】根据影响化学反应速率的因素可知，镁与盐酸反应时，反应物的性质已定，应从外因考虑，又知压强不变且无催化剂，因而，影响此反应速率的主要因素是盐酸的浓度和反应的温度。 在整个反应过程中，Ot1反应速率由慢到快，这是因为此反应是放热反应，放出的热能使反应体系温度升高，这段时间内温度对反应速率的影响起决定作用。反应使c(H+)减小，当c(H+)减小到一定程度后浓度对反应速率的影响占优势，所以t1t2反应速率由快到慢。【总结升华】解答图像类题目时，注意认清纵坐标、横坐标的含义以及图像的各个拐点的形成原因，再运用所学的知识用化学用语解释题目中的问题。举一反三：【变式1】 （2015 武汉模拟）某研究小组在实验室用三份不同初始浓度的氨基甲酸铵(NH2COONH4)溶液在不同温度下进行水解实验：NH2COONH4+2H2ONH4HCO3+NH3·H2O，测得c(NH2COO-)与反应时间的关系如图所示。据图判断下列说法中正确的是（ ）A012 min，初始浓度越大的实验，水解反应速率越大Bc(NH2COO-)将随反应时间的不断延长而不断减小C25时，06 min，v(NH2COO-)为0.05 mol·L-1·min-1D15时，第30 min时，c(NH2COO-)为2.0 mol·L-1【答案】C【解析】A项，012 min，25 时的水解反应速率最大，错误；B项，随着反应时间的不断延长，反应达到平衡状态后，c(NH2COO-)不再减小，错误；C项，06 min，正确；D项，随着反应的进行，反应速率不断减小，v(2430 min)<v(1218 min)，所以第30 min时，c(NH2COO-)>2.0 mol·L-1，错误。