2022-2023學年魯科版選擇性必修1 第2章 第3節(jié)　第2課時　影響化學反應速率的因素 學案

1、第2課時影響化學反應速率的因素學習目標通過實驗探究,掌握溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響。學習任務1濃度、壓強對化學反應速率的影響1.化學反應速率理論(1)碰撞理論:基元反應碰撞理論認為,化學反應之所以能發(fā)生,是反應物分子之間互相碰撞的結果,但只有能量超過某一限度Ec(相當于活化能)并滿足一定方向要求的活化分子之間的碰撞,才是真正發(fā)生反應的有效碰撞。(2)過渡態(tài)理論:基元反應過渡態(tài)理論認為,基元反應在從反應物到產(chǎn)物的變化過程中要經(jīng)歷一個中間狀態(tài),這個狀態(tài)稱為過渡態(tài)。AB+CABCA+BC反應物過渡態(tài)反應產(chǎn)物過渡態(tài)是反應過程中具有高能量的一種結構狀態(tài),過渡態(tài)能量與反應物的平均能量之差

2、Ea稱為基元反應的活化能。微點撥:過渡態(tài)就是一種舊鍵快要斷裂但還沒有徹底斷裂,新鍵將要形成但還沒有徹底形成的特殊狀態(tài)?；罨茉诜磻獨v程圖中也叫“能壘”。2.濃度對化學反應速率的影響(1)影響規(guī)律:其他條件不變時,增大反應物的濃度,反應速率增大;減小反應物的濃度,反應速率減小。(2)碰撞理論解釋:反應物濃度增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多單位時間內(nèi)有效碰撞幾率增加反應速率加快;反之,反應速率減慢。3.壓強對化學反應速率的影響(1)影響規(guī)律:對于有氣體參加的化學反應,在相同溫度下,增大壓強(減小容器容積),反應速率增大;減小壓強(增大容器容積),反應速率減小。(2)碰撞理論解釋:增大壓強氣體體積縮小反

3、應物濃度增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多單位時間內(nèi)有效碰撞幾率增加反應速率加快;反之,反應速率減慢。即壓強對化學反應速率的影響,可轉(zhuǎn)化成濃度對化學反應速率的影響。微點撥:濃度、壓強改變均不能改變分子的能量,所以不會影響活化分子百分比,但是可以影響“單位體積”內(nèi)活化分子數(shù)目,因此可以影響“有效碰撞”幾率進而影響化學反應速率。雙氧水應用非常廣泛。紡織、造紙工業(yè)可以用作纖維的漂白劑;有機工業(yè)可以作氧化劑;環(huán)境保護可處理各種有害廢水。為探究濃度對H2O2分解反應速率的影響,同學們設計了如下兩個實驗,MnO2放在氣球中,實驗時將MnO2同時倒入試管中,在反應結束前的某一時間同時觀察,現(xiàn)象如圖所示。探究濃度對

4、化學反應速率的影響問題1:上述實驗應該加入多少毫升10%H2O2溶液?加幾克 MnO2?提示:10 mL 10% H2O2溶液,1 g MnO2。問題2:實驗、現(xiàn)象是什么?據(jù)此得出什么結論?提示:氣球膨脹比氣球快。結論是c(H2O2)越大,H2O2分解速率越快。問題3:實驗證明H2O2用MnO2催化分解的反應速率方程為v=kc(H2O2),常溫下此反應速率常數(shù)k=0.06 min-1,以H2O2濃度為橫坐標,反應速率為縱坐標,則此方程數(shù)學圖像是什么形狀?提示:一條直線,此直線的斜率就是速率常數(shù)k。問題4:一個反應速率方程與化學方程式系數(shù)有沒有關系?速率常數(shù)與哪些因素有關?提示:沒有關系,速率方

5、程完全是由實驗測定出來的。速率常數(shù)與溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素有關,但與濃度無關。問題5:氣體濃度與壓強有什么關系?溶液或固體壓強與濃度有無關系?提示:氣體濃度與壓強成正比,所以氣體壓強改變可以從濃度角度分析對反應速率的影響。溶液或固體濃度不受壓強影響,固體、液體極難壓縮,因此無氣體參與的反應,改變壓強,反應速率不受影響。壓強對化學反應速率的影響對于有氣體參加的反應,改變壓強,對化學反應速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起了濃度的改變。所以,在討論壓強對化學反應速率的影響時,應分析濃度如何變化。對于有氣體參加的反應體系,有以下幾種情況:(1)恒溫時:增大壓強,體積縮小,濃度增大,化學反應速率增大

6、。(2)恒容時:充入氣體反應物,濃度增大,總壓增大,化學反應速率增大;充入“惰性氣體”(與反應中各物質(zhì)無關的氣體),總壓增大,但反應中各氣體的濃度不變(分壓不變),則化學反應速率不變。(3)恒壓時:充入“惰性氣體”,體積增大,各物質(zhì)的濃度減小,化學反應速率減小。1.(2021浙江溫州期中)一定溫度下,反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在容積固定的密閉容器中進行,下列措施不會改變化學反應速率的是(D)A.充入COB.充入CO2C.投入CaOD.充入He解析:充入CO,增大反應物的濃度,反應速率增大,故A不符合題意;充入CO2,增大產(chǎn)物的濃度,反應速率增大,故B不符合題意;投入C

7、aO,可以吸收水蒸氣、二氧化碳,反應速率改變,故C不符合題意;容積固定的密閉容器充入He,反應物、產(chǎn)物濃度均不變,反應速率不變,故D符合題意。2.反應3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進行,下列條件的改變對其反應速率幾乎無影響的是(D)A.將鐵片變成鐵粉B.將容器的容積縮小一半C.壓強不變,充入N2使容器容積增大D.保持容積不變,充入N2使容器壓強增大解析:將鐵片變成鐵粉,可以增大反應物的接觸面積,反應速率加快,A不符合題意;將容器的容積縮小一半,H2O(g)和H2(g)的濃度增大,反應速率加快,B不符合題意;壓強不變,充入N2使容器容積增大,H

8、2O(g)和H2(g)的濃度減小,反應速率減慢,C不符合題意;保持容積不變,充入N2使容器壓強增大,H2O(g)和H2(g)的濃度不變,反應速率幾乎不變,D符合題意。純固體、純液體濃度為常數(shù)。純氣體濃度與壓強有關系,壓強越大,濃度越大?；旌蠚怏w可以看作“氣態(tài)溶液”。充惰性氣體時要考慮容器恒容、恒壓條件對氣體濃度的影響,從濃度角度來分析。學習任務2溫度、催化劑對化學反應速率的影響1.溫度對化學反應速率的影響(1)影響規(guī)律:其他條件相同時,升高溫度,化學反應速率加快;降低溫度,化學反應速率減慢。(2)碰撞理論解釋:升高溫度活化分子的百分數(shù)增大單位時間內(nèi)有效碰撞幾率增加反應速率加快;反之,反應速率減

9、慢。2.催化劑對化學反應速率的影響(1)影響規(guī)律:當其他條件不變時,使用催化劑,化學反應速率加快。(2)碰撞理論解釋:使用催化劑改變了反應的路徑,反應的活化能降低活化分子的百分數(shù)增大單位時間內(nèi)有效碰撞幾率增加反應速率加快。微點撥:溫度升高導致分子能量上升,因此可以提高活化分子百分比。催化劑通過大幅度降低活化能,也可以大幅度提高活化分子百分比。因此溫度、催化劑均可以較大幅度影響化學反應速率。草酸是一種有機物,化學式為H2C2O4,是生物體的一種代謝產(chǎn)物,二元弱酸,廣泛分布于植物、動物和真菌體中。下面以草酸與KMnO4反應實驗來探究溫度、催化劑對反應速率的影響。在4 mL 0.005 molL-1

10、酸性KMnO4溶液中加入0.4 mL 10 molL-1的草酸溶液,將盛有混合液的試管放入50 水浴里加熱2 min,另做一組室溫下的對比實驗。結果發(fā)現(xiàn)50 褪色時間為16 s,室溫(25 )褪色時間為129 s。探究溫度、催化劑對化學反應速率的影響問題1:實驗褪色原因是什么?提示:褪色是因為MnO4-參加反應后其濃度降低。問題2:根據(jù)上述實驗褪色快慢可以得出什么結論?提示:溫度越高,反應越快。問題3:深入研究發(fā)現(xiàn),KMnO4反應產(chǎn)生的Mn2+對此反應起到催化作用。如何通過實驗證明?提示:做兩個對比實驗,兩個實驗的草酸溶液、酸性KMnO4溶液濃度均相同。一個實驗加入1滴 0.1 molL-1的

11、MnSO4溶液,另一個實驗加入1滴0.1 molL-1的Na2SO4溶液,發(fā)現(xiàn)前者褪色速度快于后者。問題4:催化劑為何能大幅度提高反應速率?提示:催化劑通過參與反應改變反應歷程,降低反應的活化能,因而加快了反應速率。催化劑對活化能的影響圖中E1是未加催化劑時的正反應活化能,E2是未加催化劑時逆反應活化能,E3是加了催化劑之后的正反應活化能,E4是加了催化劑之后的逆反應活化能。從圖中看出H=E1-E2=E3-E4,因此催化劑對H沒有影響。另外可以看出催化劑“同等程度”降低正、逆反應活化能,所以也會“同等程度”提高正、逆反應速率,所以催化劑不會破壞平衡,即不會引起平衡移動。題點一溫度對化學反應速率

12、的影響1.(2021河南鄭州期中)某探究性學習小組用相同質(zhì)量的鋅和相同濃度的足量的稀鹽酸反應得到實驗數(shù)據(jù)如下表所示。實驗編號鋅的狀態(tài)反應溫度/收集100 mL氫氣所需時間/s薄片15200薄片2590粉末2510下列說法錯誤的是(D)A.該實驗的目的是探究反應物接觸面積、溫度對反應速率的影響B(tài).實驗和表明溫度越高,反應速率越快C.實驗和表明反應物接觸面積對反應速率的影響很大D.實驗、和最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量不相同解析:由表格中的數(shù)據(jù)可知,鋅的狀態(tài)不同、溫度不同,則實驗目的是探究反應物接觸面積、溫度對反應速率的影響,A項正確;實驗和中溫度不同,其他條件相同,溫度高的反應速率快,B項正確;實驗和中鋅的

13、狀態(tài)不同,表明反應物接觸面積對反應速率的影響很大,C項正確;三個實驗均是用相同質(zhì)量的鋅和足量的稀鹽酸反應產(chǎn)生氫氣,產(chǎn)生氫氣的量由Zn的量決定,因此實驗、和最終產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量相同,D項錯誤。2.(2021安徽宿州期中)反應A(g)+3B(g)2C(g)H0達平衡后,若降低溫度,下列敘述中正確的是(D)A.正反應速率增大,逆反應速率減小,平衡向正反應方向移動B.正反應速率增大,逆反應速率減小,平衡向逆反應方向移動C.正反應速率和逆反應速率都變小,平衡向正反應方向移動D.正反應速率和逆反應速率都變小,平衡向逆反應方向移動解析:降低溫度,活化分子百分數(shù)減小,正、逆反應速率都減小,又因該反應正反應為吸熱

14、反應,則降低溫度,平衡向逆反應方向移動,故D正確。題點二催化劑對化學反應速率的影響3.(2021湖南長沙期中)一氧化碳與氫氣的反應歷程如圖,其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。下列說法不正確的是(B)A.一氧化碳與氫氣反應生成甲醇是放熱反應B.該反應歷程中控速步驟的能壘為0.7 eVC.虛線框內(nèi)發(fā)生反應的化學方程式為H3CO*+12H2CH3OH*D.使用更高效的催化劑可以提高甲醇的生產(chǎn)效率解析:根據(jù)圖示,生成物的能量比反應物的能量低,反應放熱,A正確;據(jù)圖可知該歷程中最大能壘為-0.1 eV-(-0.9 eV)=0.8 eV,B不正確;分析整個反應歷程可知虛線框內(nèi)發(fā)生反應的化學方程式為H3

15、CO*+12H2CH3OH*,C正確;使用更高效的催化劑,可加快反應速率,提高生產(chǎn)效率,D正確。4.(2021江蘇連云港期中)450 、V2O5催化SO2和O2反應時,反應機理如下:反應:V2O5(s)+SO2(g)V2O4(s)+SO3(g)H1=+24 kJmol-1(快反應)反應:2V2O4(s)+O2(g)2V2O5(s)H2=-246 kJmol-1(慢反應)下列說法不正確的是(D)A.H=-198 kJmol-1B.反應的S0C.通入過量空氣,可提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率D.在V2O5催化下,SO2被O2氧化生成SO3的能量變化可用如圖表示解析:由蓋斯定律可知,2+得反應2SO2(g)

16、+O2(g)2SO3(g),則H=2H1+H2=2(+24 kJmol-1)+(-246 kJmol-1)=-198 kJmol-1,故A正確;由化學方程式可知,反應是一個熵減的反應,S0,故B正確;二氧化硫的催化氧化反應是可逆反應,通入過量空氣,氧氣濃度增大,平衡向正反應方向移動,二氧化硫的轉(zhuǎn)化率增大,故C正確;反應的活化能越大,反應速率越慢,由題意可知,反應是快反應,反應是慢反應,則反應的活化能E2應大于反應的活化能E1,故D錯誤?？焖倏炊磻獨v程圖像(1)過渡態(tài)與中間體的區(qū)別:在歷程圖中標有TS的就是“過渡態(tài)”,標有IM的就是“中間體”。如果沒有標注,那么除了反應物、生成物之外所有的“峰頂”就是過渡態(tài),所有的“谷底”就是中間體。(2)最大或最小能壘確定:在歷程圖中從左到右所有的上坡都是能壘(有的叫活化能),最高的坡就是最大能壘,最低的坡就是最小能壘。【知識整合】影響化學反應速率的因素1.內(nèi)因:反應物本身的性質(zhì)是主要因素。2.外因【易錯提醒】1.誤認為催化劑不參加化學反應,其實,催化劑先作為反應物參加反應,后作為生成物,反應前后質(zhì)量和化學性質(zhì)不