8.化學反應速率-2022-2023學年高三化學人教版

一、化學反應速率1.意義和表示方法①意義：化學反應速率是用來表征化學反應過程進行快慢的物理量。②表示方法：對于有氣體參與的反應或者在溶液中發(fā)生的反應，通常用單位時間內反應物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來表示，符號為。2.數(shù)學表達式與單位①定義式：②單位：3.概念分析①單位時間與一段時間表示的意義并不相同，單位時間指的是每秒、每分鐘、每小時等。②濃度是指物質的量濃度，不能用物質的質量、物質的量或質量分數(shù)表示。③化學反應速率與時間和濃度有關，無論是用反應物濃度的減少還是用生成物濃度的增加來表示，都取正值，即。④化學反應速率有瞬時速率和平均速率之分。我們通過公式計算求出的化學反應速率為平均速率。⑤在一定溫度下，對于純固體和純液體參加的反應，其反應僅發(fā)生在接觸面上，反應速率只與比表面積有關，并且其單位體積內的物質的量不會改變，即它們的物質的量濃度為常數(shù)，即Δc＝0(無意義)，所以不能用固體或純液體表示反應速率。⑥表示一個具體的化學反應速率時，必須指明物質，即：對于一個具體的化學反應，反應物和生成物的物質的量的變化是按化學方程式中化學計量數(shù)之比進行的，所以化學反應中各物質的反應速率之比等于化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之比。對于反應：則有：或

二、化學反應速率大小比較同一反應可以用不同的物質表示其反應速率，因此其數(shù)值可能不同。比較反應速率的大小時，若只看數(shù)值的大小則很容易做出錯誤的判斷；并且，即使是同一種物質來表示速率，若單位不同，其數(shù)值也不同，我們也不能直接用數(shù)值來進行大小比較，應該先進行單位換算。方法一：先進行單位換算，轉換成同一單位，再根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比，轉換成同一物質后進行大小比較。方法二：先進行單位換算，轉換成同一單位，再比較化學反應速率與化學計量數(shù)的比值（速率系數(shù)比“速率系數(shù)比”本質上與教材給出的“化學反應速率”的意義相同，只是將化學反應速率從新定義，“速率除以系數(shù)”，這樣一個化學反應速率就只有一個值了，方便不同反應之間的比較。）大小“速率系數(shù)比”本質上與教材給出的“化學反應速率”的意義相同，只是將化學反應速率從新定義，“速率除以系數(shù)”，這樣一個化學反應速率就只有一個值了，方便不同反應之間的比較。如反應，要比較與的相對大小，就是比較的相對大小，若，則用表示的反應速率比用表示的反應速率大?！纠考?、乙、丙、丁在不同情況下測得反應的化學反應速率如下：甲：乙：丙：丁：請判斷四位同學測得反應速率的快慢。解：先將甲同學的速率單位進行換算，換算成相同單位：方法一：根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比，轉換成同一物質，進行比較甲：乙：丙：?。簞t四位同學測得反應速率由大到小為：?。疽遥奖炯追椒ǘ呵蟾魉俾实摹八俾氏禂?shù)比”則四位同學測得反應速率由大到小為：丁＞乙＝丙＞甲不同物質描述速率的數(shù)值相互轉化：，即。

三、“三段式”法在化學反應速率計算中的應用1.“三段式”法書寫注意事項：①統(tǒng)一書寫各物質的“計量”：一般情況下，不論是恒容還是恒壓體系，都可以書寫各階段不同物質的物質的量；體積恒定（體積固定的密閉容器、剛性容器等），物質的量之比等于濃度之比，可以書寫各階段不同物質的物質的量濃度；體積恒定（體積固定的密閉容器、剛性容器等），反應物與生成物均為氣體，物質的量之比等于壓強之比，可以書寫各階段不同物質的分壓。②始態(tài)：該狀態(tài)指的是反應還未開始時，人為加入體系中的各物質不同的量，具有主觀性，與反應物系數(shù)沒有關系。③轉化：轉化的多少指的是具體發(fā)生反應的物質量的多少，反應時必須按照方程式各物質的系數(shù)比進行消耗和生成，轉化了的各物質的物質的量一定和系數(shù)成正比。④終態(tài)：終態(tài)指的是各物質之間經過一段時間反應后所剩的物質的多少，與加入量和轉化的量有關，所以和物質的系數(shù)沒有直接聯(lián)系。2.“三段式”法可以解決的問題：①求反應的轉化率：指已被轉化的反應物的物質的量與其初始的物質的物質的量之比。②求生成物的產率：指生成物的實際值與理論值(按照方程式計算的出來的)的比值。③反應結束時各物質的濃度：列物質的量的“三段式”時，一定要比體積。④反應結束時各物質的百分含量(氣體的體積分數(shù)、物質的量分數(shù)、質量分數(shù))：對于氣相反應，氣體的體積分數(shù)就是氣體的物質的量分數(shù)。⑤求反應前后的壓強：對體積不變的反應裝置，如果不考慮反應前后溫度的變化，由可知，反應前后壓強之比等于氣體的物質的量之比。

四、影響化學反應速率的因素一定條件下，一個化學反應的速率主要取決于反應物本身的性質，這是化學反應進行快慢的內在原因。但是我們可以通過改變外界條件，比如從濃度、壓強、溫度、催化劑等因素，來對反應的快慢進行一定的調節(jié)。1.濃度對化學反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以增大化學反應速率；減小反應物的濃度，可以減小化學反應速率。②注意事項：ⅰ.濃度對化學反應速率的影響只適用于氣體和溶液的反應，對于固體或純液體的反應物，其濃度是常數(shù)，因此改變它們的量不會改變化學反應速率。ⅱ.固體物質的反應速率與接觸面積有關，顆粒越細，表面積越大，反應速率就越快。塊狀固體可以通過研細來增大表面積，從而加快化學反應速率。ⅲ.對于離子反應，只有實際參加反應的各離子濃度發(fā)生變化，才會引起化學反應速率的改變。ⅳ.隨著化學反應的進行，反應物的濃度會逐漸減小，因此一般反應速率也會逐漸減小。2.壓強對化學反應速率的影響①原理：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，在溫度和體積一定的條件下，氣體的壓強和氣體的濃度成正比。，分析壓強變化對反應速率的影響，要歸于濃度變化對反應速率的影響。②特點：壓強的變化只影響有氣體參加的反應，對只有固體或液體參加的反應，壓強變化對速率的影響可以忽略不計。③分類討論：ⅰ.恒溫條件下，體積恒定的容器ⅱ.恒溫條件下，體積可變的容器3.溫度對化學反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，升高溫度，可以增大化學反應速率；降低溫度，可以減小化學反應速率。②注意事項：ⅰ.溫度對反應速率的影響不受反應物聚集狀態(tài)的限制，不論是吸熱反應還是放熱反應，升高溫度都能增大化學反應速率，故不能認為升高溫度只會增大吸熱反應的反應速率。ⅱ.某些特殊反應是反常的，如：，溫度升高反應速率反而下降。ⅲ.實驗表明，溫度每升高，化學反應速率通常增大倍。ⅳ.當有催化劑存在的反應，其反應并不會隨著溫度的升高無限制的增大，其反應速率會在某一溫度下達到峰值，該溫度則是這種催化劑其催化作用的最適溫度。4.催化劑對化學反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，使用催化劑，化學反應速率增大。②催化劑，又叫觸媒，能夠改變化學反應的反應速率。能夠加快化學反應速率的催化劑稱為“正催化劑”；能夠減慢化學反應速率的催化劑稱為“負催化劑”或“阻化劑”。一般不特別說明時，“催化劑”三字就指能夠加快反應速率的“正催化劑”。5.其他因素對化學反應速率的影響①工業(yè)上，把大塊的礦石粉碎成粉末（增大固體的比表面積）、在溶浸時進行攪拌（增大固液反應物的接觸面積）、在氣體吸收工序中將液態(tài)物質采用噴霧的形式吹入吸收塔（增大氣液反應物的接觸面積）等，均是為了加快反應速率，提高原料的利用率。②微波、射線輻射、高速研磨、超聲波、強磁場、電弧等都可以改變反應速率。6.實際過程中，化學反應往往受到不止一個因素的影響，需要綜合考慮。例如：鎂條與稀鹽酸的反應過程中，我們發(fā)現(xiàn)生成氫氣的速率和反應時間的關系如下圖所示，整個反應過程主要分為兩個階段：段，沒有氫氣生成，這是因為鎂條表面的氧化膜和稀鹽酸先反應；之后段，該段主要收到兩個矛盾的因素影響，分別是：①反應放熱，溫度升高使反應速率加快；②隨著反應的進行，濃度逐漸減小使反應速率降低。通過圖像我們可以看出，段，溫度升高速率加快占主要影響，段后，濃度減小速率減小占主要影響。例如：在酸性和反應的實驗中，生成物質的量與時間的變化如下圖所示，發(fā)現(xiàn)反應是先慢、后快、再慢，原因并不是濃度由濃變稀導致反應先快后慢，而是因為反應開始后生成了，它起到催化劑的作用，加快了反應速率，最后由于濃度太小，所以反應速率才減慢。

五、碰撞理論1.概念：1918年，美國化學家路易斯運用分子運動論成果，提出了化學反應的碰撞理論。該理論認為反應物分子間發(fā)生了碰撞是化學反應能夠發(fā)生的必要條件，反應物分子發(fā)生碰撞的頻率越多，反應就越快。但是，并不是每次碰撞都能引起化學反應，我們把能夠引起化學反應的碰撞稱之為有效碰撞。2.發(fā)生有效碰撞需要具備兩個條件：①相互碰撞的分子具有合適的空間取向②相互碰撞的分子具有足夠的能量3.分子能量百分圖反應物分子由于相互碰撞，因此每一個分子所具有的能量是不同的。如上圖所示，橫坐標表示分子具有的能量，縱坐標表示在一定溫度下，具有一定能量的分子所占全部分子的百分數(shù)。圖中曲線上各點的縱坐標之和為，從圖中可以看出具有能量的分子所占的百分比是最多的，為全部反應物分子的平均能量。發(fā)生有效碰撞的分子必須具有的足夠的能量，我們把反應物中具有反應所需最低能量的分子叫做活化分子?；罨肿泳哂械钠骄芰颗c反應物分子具有的平均能量之差，叫做反應的活化能，用表示。4.可逆反應中，反應物、生成物與活化能的關系圖

六、碰撞理論解釋影響化學反應速率的因素1.濃度對反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，增大反應物的濃度，可以增大化學反應速率；減小反應物的濃度，可以減小化學反應速率。②微觀解釋：其他條件不變時，反應物濃度增大，即單位體積內的反應物分子數(shù)增多，但反應物分子的活化分子百分數(shù)不變，則單位體積內活化分子數(shù)增多，單位體積的有效碰撞幾率增大，因此反應速率加快。2.壓強對反應速率的影響對于氣體參加的反應，我們考慮壓強的改變對反應速率的影響時，要將原因歸到濃度是否發(fā)生變化，通過濃度的變化來判斷對反應速率的影響。3.溫度對反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，升高溫度，可以增大化學反應速率；降低溫度，可以減小化學反應速率。②微觀解釋：其他條件不變時，升高溫度使反應物分子獲得更高的能量，即反應物中活化百分數(shù)提高，則單位體積內活化分子數(shù)增多，單位體積內的有效碰撞幾率增大；另一方面，溫度升高加速了分子間的碰撞頻率。綜合這兩方面的因素都使單位體積內的有效碰撞幾率增大，因此反應速率加快。③圖像分析：溫度升高對分子能量大小的影響。從圖像可知，相同數(shù)目的分子，當溫度升高時，反應物分子的平均能量增大，反應發(fā)生有效碰撞的活化分子具有的最低能量不變，活化分子的百分數(shù)變大，活化分子數(shù)增多，活化分子的平均能量增大，活化能幾乎不發(fā)生變化，我們認為。④拓展：溫度對反應速率的定量影響許多實驗表明，溫度每升高，反應速率通常增大倍，滿足以下經驗公式：4.催化劑對反應速率的影響①規(guī)律：當其他條件不變時，使用催化劑，化學反應速率增大。②微觀解釋：催化劑能夠改變反應的歷程，使反應所需的活化能降低（或升高）。在反應物分子所具有的平均能量沒變的情況下，活化分子數(shù)增多了，有效碰撞的幾率增大，因此反應速率加快。③圖像分析：下圖為反應：，和加入催化劑K的反應：的反應歷程圖像。通過反應歷程圖可以看出，加入催化劑后，兩步反應的活化能和均小于原反應的活化能，因此反應速率加快了。仔細分析加入催化劑的反應歷程，我們發(fā)現(xiàn)，第一步的反應速率應該小于第二步的反應速率，所以第一步反應是慢反應，是決定整個反應快慢的步驟，我們稱為“決速步驟”，若第一步反應越快，則整體反應速率就越快，因此，對總反應來說，第一步反應的活化能就是在催化劑條件下總反應的活化能，就是加入催化劑后活化能的降低值。④催化劑的選擇性：催化劑除了能夠增大反應速率外還具有一定的選擇性。比如有些反應的生成物可能不止一種，如右圖所示，反應物和反應同時生成或或三種產物，由于生成的產物不同，反應的活化能互不相同，因此單位時間內的產量是不同的。假如是工業(yè)的目標產物，那么和就是副產物，因此我們需要選擇一個合適的催化劑它可以針對性的降低這個反應的活化能，加快這個反應的速率，來達到產物在總產物中的比率，催化劑的這個特點，叫催化劑的選擇性。⑤注意事項：①凡是能夠改變反應速率而自身在化學反應前后化學性質和質量沒有發(fā)生變化的物質叫催化劑。例如在下圖的流程中，以太陽能為熱源，熱化學硫碘循環(huán)分解水制氫的方法。其中催化劑應該是和而不是和。②催化劑是同等程度