1718版22影响化学反应速率的因素创新设计.docx

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1718版22影响化学反应速率的因素创新设计

[目标导航]　1.理解浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响。

2.能初步运用有效碰撞和活化分子等理论知识来解释浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。

3.初步学会设计“对照实验”比较条件的改变对反应速率快慢的影响。

一、有效碰撞理论

1．有效碰撞

2．活化分子与活化能

3．化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系

活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。

【合作探究】

1．根据图示回答E1、E2、E1－E2的含义分别是什么？

答案　E1是指该反应的活化能，E2是活化分子变成生成物分子所放出的能量，E1－E2是该反应的反应热。

2．为什么活化能越低，化学反应速率越快？

答案　活化能越低，普通分子就越容易变成活化分子，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，反应速率加快。

二、外界因素对化学反应速率的影响

1．浓度

（1）规律

当其他条件不变时，

—

（2）解释

→

2．压强（针对有气体参加的压强的变化仅由反应容器的容积变化引起的反应）

（1）规律

（2）解释

压强增大→

反应速率加快

（3）注意：

压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度。

如恒容下充入稀有气体，气体压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。

恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。

3．温度

其他条件相同时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增大了反应物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增多，因而使反应速率增大。

此外，由于温度升高，会使分子的运动速率加快，这样单位时间里反应物分子间的碰撞次数增加，反应速率也会相应地加快。

但前者是反应加快的主要原因。

4．催化剂

（1）定义

①定义：

能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。

②反应历程包括有催化剂参与的反应和使催化剂再生成的反应。

（2）催化原理：

催化剂能够增大化学反应速率的原因是它可使反应途径发生改变，降低反应活化能，使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数，从而可以成千上万倍地增大化学反应速率。

（3）图示：

（4）特点：

①选择性：

只对某一反应或某类反应起催化作用。

②高效性：

可以大幅度降低反应的活化能，从而有效地加快化学反应速率。

【合作探究】

1．为什么固体、纯液体的“物质的量”变化而化学反应速率不改变？

答案　固体或纯液体物质的浓度可视为常数，故其反应速率只与表面积的大小和其扩散的速率有关，而与其用量多少无关。

2．对于以下三个反应：

①Zn和10mL0.1mol·L－1的盐酸

②同样的Zn和20mL0.1mol·L－1的盐酸

③Zn粉和20mL0.1mol·L－1的盐酸

反应速率是否一样？

为什么？

答案　不一样。

①和②相等，都小于③的反应速率，因为对于固体来说，其浓度为常数，其反应速率与表面积大小有关；另外对化学反应速率影响的是物质的量的浓度，而不是物质的质量或反应物的总量。

3．为什么改变压强对只有固体、液体参与的反应的反应速率没有影响？

答案　压强改变对化学反应速率的影响是通过对气体浓度的改变而实现的。

若反应物全部为固体、液体或溶液，由于压强变化对其浓度几乎无影响，故可认为反应速率不变。

一、外界条件对反应速率的影响

1．浓度对化学反应速率的影响

按表中实验步骤完成实验，观察实验现象，填写下表：

原理

2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O

实验步骤

实验现象

KMnO4酸性溶液褪色

KMnO4酸性溶液褪色

褪色时间

褪色时间长

较0.1__mol·L－1__H2C2O4溶液褪色时间短

结论

H2C2O4溶液浓度越大，KMnO4酸性溶液褪色越快，反应速率也越快；反之H2C2O4溶液浓度越小，反应速率越慢

微观解释

反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢

2.压强对化学反应速率的影响

对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。

如图所示，

结论：

增大压强，体积缩小，浓度增大，化学反应速率加快。

微观解释：

增大压强→体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。

思考　压强的改变是否一定会引起有气体参与的反应的化学反应速率发生变化？

试分析说明。

答案　不一定，分析压强改变对速率的影响，关键是看参加反应的气体浓度是否有变化。

若气体浓度有变化，则化学反应速率一定改变；若气体浓度无变化，则化学反应速率不改变，具体分为以下几种情况：

（1）恒温时，压缩体积

压强增大

反应物浓度增大

反应速率加快。

（2）恒温时，对于恒容密闭容器：

①充入气体反应物

压强增大―→气体反应物浓度也增大

反应速率加快；

②充入“惰性气体”

总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。

（3）恒温恒压时，充入“惰性气体”

体积增大

气体反应物浓度减小

反应速率减小。

3．温度对反应速率的影响

实验原理

Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O

实验操作

实验现象

混合后均出现浑浊，但放入热水中的一组首先出现浑浊

实验结论

升高温度，化学反应速率增大

微观解释

温度升高，有效碰撞增加，反应速率加快

【特别提示】　

（1）实验测得：

温度每升高10K，化学反应速率通常增大到原来的2～4倍。

（2）上述结论对吸热反应和放热反应均适用。

（3）一般来说，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，升高温度是实验室最常用的加快化学反应速率的方法。

4．催化剂对反应速率的影响

实验探究：

实验原理：

2H2O2

2H2O＋O2↑

实验过程

实验操作

实验现象

①未加入MnO2时，余烬无明显变化；

②加入MnO2后，锥形瓶内立即产生大量气泡，且余烬复燃，火焰明亮

结论

MnO2能催化H2O2的分解，增大了H2O2的分解速率

实验总结

（1）影响规律

催化剂可以改变（加快或减慢）化学反应的速率。

在不加说明时，催化剂一般是指能使反应速率加快的正催化剂。

（2）催化剂影响化学反应速率的原因

在其他条件不变时，使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量，会使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加了活化分子的百分数，因而使反应速率加快。

5．影响化学反应速率的其他因素

其他因素如光照、反应物固体颗粒的大小、电磁波、超声波、溶剂的性质等，也会对化学反应的速率产生影响。

【例1】　已知①N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，反应速率为v1；②2HI（g）H2（g）＋I2（g）　ΔH＞0，反应速率为v2。

对于上述两个可逆反应，当改变条件时，试判断v1、v2的变化（填“增大”、“减小”或“不变”）

（1）保持体积不变，反应①通入N2，反应②分离出I2（g），v1________，v2________。

（2）保持压强不变，反应①②通入“He”气，

v1________，v2________。

（3）反应①、反应②均压缩体积

v1________，v2________。

（4）保持体积不变，反应①②通入“He”气

v1________，v2________。

（5）其他条件不变，反应①②均升温

v1________，v2________。

（6）其他条件不变，反应①②均加入正催化剂

v1________，v2________。

答案　

（1）增大　减小　

（2）减小　减小　（3）增大　增大　（4）不变　不变　（5）增大　增大　（6）增大　增大

【记忆口诀】　要想反应快加速，增浓加压升温度；

催化增大表面积，反应也可加速度。

变式训练1　用3g块状大理石与30mL3mol·L－1盐酸反应制取CO2气体，若要增大反应速率，可采取的措施是（　　）

①再加入30mL3mol·L－1盐酸　②改用30mL6mol·L－1盐酸　③改用3g粉末状大理石　④适当升高温度

A．①②④B．②③④C．①③④D．①②③

答案　B

解析　影响反应速率快慢的因素除浓度、温度、压强（对于有气体参加的反应）之外，其他因素还有固体反应物表面积、光、超声波等。

二、有关化学反应速率图像题的解题方法

图像也是一种表达事物的语言符号，化学反应速率图像是将化学反应速率变化的状况在直角坐标系中以图像的形式表达出来，是对化学反应速率变化规律的反映。

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

①例如：

化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。

a．其他条件一定，反应速率随着c（HCl）的增大而增大，如图中Ⅰ所示。

b．其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大，如上图中Ⅱ所示。

c．随着反应时间的延长，c（HCl）逐渐减小，化学反应速率逐渐减小，如上图中Ⅲ所示。

②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、容器的容积都一定时，随着时间的增加，SO2、H2S的物质的量逐渐减小，气体的压强逐渐减小，反应速率逐渐减小，如图c所示。

d．分别在较低温度T1和较高温度T2下反应，且反应体系的压强逐渐增大（缩小容器的容积），则反应速率随着压强的增大而增大且温度越高反应速率越大，如图d所示。

（2）运用物理思维解决化学问题。

在物理学里有速率v＝

，s表示位移，t表示时间，公式变形为s＝v·t，即时间t内的位移相当于下图中阴影部分。

【例2】　在容积固定的2L密闭容器中进行某一可逆反应：

X（g）＋2Y（g）2Z（g），用Y的物质的量浓度的改变表示反应速率v正、v逆与时间的关系如下图所示，已知单位为mol·

L－1·s－1，则图中阴影部分的面积表示（　　）

A．X的物质的量浓度的减少值

B．Y的物质的量浓度的减少值

C．Z的物质的量的增加值

D．Y的物质的量的减少值

解析　分别比较匀变速直线运动的速率与化学反应速率的单位、位移与物质的量浓度的单位（分别是m·s－1、mol·L－1·s－1和m、mol·L－1），从中看出可用同样的方法来分析图像解决本题，因Δc＝v·Δt，则图形Oabd表示Y的物质的量浓度减少的值，图形Obd表示Y的物质的量浓度增加的值，图中阴影部分即图形Oab为以上二者之差（由于正反应而使Y的物质的量浓度减少的值与由于逆反应而使Y的物质的量浓度增加的值之差），因为起始时正反应速率大于逆反应速率，所以阴影部分的面积是Y的物质的量浓度的减少值，所以选项B正确。

答案　B

【解题归纳】

解答有关曲线图像问题时，首先应看懂和理解横、纵坐标的含义，然后观察曲线的形状和走向，弄清曲线所代表的是哪些量的关系，明确曲线的起点、终点、交点、折点及零点，用以分析其特点和变化趋势，再结合题目中给定的化学反应和数据，进行推理和判断。

变式训练2　在实验Ⅰ和实验Ⅱ中，用定量、定浓度的盐酸与足量的石灰石反应，并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。

实验Ⅰ用