8.化學(xué)反應(yīng)速率-2022-2023學(xué)年高三化學(xué)人教版

一、化學(xué)反應(yīng)速率1.意義和表示方法①意義：化學(xué)反應(yīng)速率是用來表征化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行快慢的物理量。②表示方法：對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)或者在溶液中發(fā)生的反應(yīng)，通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量或生成物濃度的增加量來表示，符號(hào)為。2.數(shù)學(xué)表達(dá)式與單位①定義式：②單位：3.概念分析①單位時(shí)間與一段時(shí)間表示的意義并不相同，單位時(shí)間指的是每秒、每分鐘、每小時(shí)等。②濃度是指物質(zhì)的量濃度，不能用物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。③化學(xué)反應(yīng)速率與時(shí)間和濃度有關(guān)，無論是用反應(yīng)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(xué)反應(yīng)速率有瞬時(shí)速率和平均速率之分。我們通過公式計(jì)算求出的化學(xué)反應(yīng)速率為平均速率。⑤在一定溫度下，對(duì)于純固體和純液體參加的反應(yīng)，其反應(yīng)僅發(fā)生在接觸面上，反應(yīng)速率只與比表面積有關(guān)，并且其單位體積內(nèi)的物質(zhì)的量不會(huì)改變，即它們的物質(zhì)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(yīng)速率。⑥表示一個(gè)具體的化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，必須指明物質(zhì)，即：對(duì)于一個(gè)具體的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量的變化是按化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)之比進(jìn)行的，所以化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。對(duì)于反應(yīng)：則有：或

二、化學(xué)反應(yīng)速率大小比較同一反應(yīng)可以用不同的物質(zhì)表示其反應(yīng)速率，因此其數(shù)值可能不同。比較反應(yīng)速率的大小時(shí)，若只看數(shù)值的大小則很容易做出錯(cuò)誤的判斷；并且，即使是同一種物質(zhì)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(jìn)行大小比較，應(yīng)該先進(jìn)行單位換算。方法一：先進(jìn)行單位換算，轉(zhuǎn)換成同一單位，再根據(jù)速率之比等于系數(shù)之比，轉(zhuǎn)換成同一物質(zhì)后進(jìn)行大小比較。方法二：先進(jìn)行單位換算，轉(zhuǎn)換成同一單位，再比較化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)的比值（速率系數(shù)比“速率系數(shù)比”本質(zhì)上與教材給出的“化學(xué)反應(yīng)速率”的意義相同，只是將化學(xué)反應(yīng)速率從新定義，“速率除以系數(shù)”，這樣一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率就只有一個(gè)值了，方便不同反應(yīng)之間的比較。）大小“速率系數(shù)比”本質(zhì)上與教材給出的“化學(xué)反應(yīng)速率”的意義相同，只是將化學(xué)反應(yīng)速率從新定義，“速率除以系數(shù)”，這樣一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速率就只有一個(gè)值了，方便不同反應(yīng)之間的比較。如反應(yīng)，要比較與的相對(duì)大小，就是比較的相對(duì)大小，若，則用表示的反應(yīng)速率比用表示的反應(yīng)速率大。【例】加、乙、丙、丁在不同情況下測(cè)得反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率如下：甲：乙：丙：?。赫?qǐng)判斷四位同學(xué)測(cè)得反應(yīng)速率的快慢。解：先將甲同學(xué)的速率單位進(jìn)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(zhuǎn)換成同一物質(zhì)，進(jìn)行比較甲：乙：丙：丁：則四位同學(xué)測(cè)得反應(yīng)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(xué)測(cè)得反應(yīng)速率由大到小為：丁＞乙＝丙＞甲不同物質(zhì)描述速率的數(shù)值相互轉(zhuǎn)化：，即。

三、“三段式”法在化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算中的應(yīng)用1.“三段式”法書寫注意事項(xiàng)：①統(tǒng)一書寫各物質(zhì)的“計(jì)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(zhì)的物質(zhì)的量；體積恒定（體積固定的密閉容器、剛性容器等），物質(zhì)的量之比等于濃度之比，可以書寫各階段不同物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度；體積恒定（體積固定的密閉容器、剛性容器等），反應(yīng)物與生成物均為氣體，物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，可以書寫各階段不同物質(zhì)的分壓。②始態(tài)：該狀態(tài)指的是反應(yīng)還未開始時(shí)，人為加入體系中的各物質(zhì)不同的量，具有主觀性，與反應(yīng)物系數(shù)沒有關(guān)系。③轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化的多少指的是具體發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)量的多少，反應(yīng)時(shí)必須按照方程式各物質(zhì)的系數(shù)比進(jìn)行消耗和生成，轉(zhuǎn)化了的各物質(zhì)的物質(zhì)的量一定和系數(shù)成正比。④終態(tài)：終態(tài)指的是各物質(zhì)之間經(jīng)過一段時(shí)間反應(yīng)后所剩的物質(zhì)的多少，與加入量和轉(zhuǎn)化的量有關(guān)，所以和物質(zhì)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率：指已被轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物的物質(zhì)的量與其初始的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。②求生成物的產(chǎn)率：指生成物的實(shí)際值與理論值(按照方程式計(jì)算的出來的)的比值。③反應(yīng)結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的濃度：列物質(zhì)的量的“三段式”時(shí)，一定要比體積。④反應(yīng)結(jié)束時(shí)各物質(zhì)的百分含量(氣體的體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù))：對(duì)于氣相反應(yīng)，氣體的體積分?jǐn)?shù)就是氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。⑤求反應(yīng)前后的壓強(qiáng)：對(duì)體積不變的反應(yīng)裝置，如果不考慮反應(yīng)前后溫度的變化，由可知，反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比。

四、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素一定條件下，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的速率主要取決于反應(yīng)物本身的性質(zhì)，這是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行快慢的內(nèi)在原因。但是我們可以通過改變外界條件，比如從濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑等因素，來對(duì)反應(yīng)的快慢進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)。1.濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，可以增大化學(xué)反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物的濃度，可以減小化學(xué)反應(yīng)速率。②注意事項(xiàng)：ⅰ.濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響只適用于氣體和溶液的反應(yīng)，對(duì)于固體或純液體的反應(yīng)物，其濃度是常數(shù)，因此改變它們的量不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)速率。ⅱ.固體物質(zhì)的反應(yīng)速率與接觸面積有關(guān)，顆粒越細(xì)，表面積越大，反應(yīng)速率就越快。塊狀固體可以通過研細(xì)來增大表面積，從而加快化學(xué)反應(yīng)速率。ⅲ.對(duì)于離子反應(yīng)，只有實(shí)際參加反應(yīng)的各離子濃度發(fā)生變化，才會(huì)引起化學(xué)反應(yīng)速率的改變。ⅳ.隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度會(huì)逐漸減小，因此一般反應(yīng)速率也會(huì)逐漸減小。2.壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)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(qiáng)和氣體的濃度成正比。，分析壓強(qiáng)變化對(duì)反應(yīng)速率的影響，要?dú)w于濃度變化對(duì)反應(yīng)速率的影響。②特點(diǎn)：壓強(qiáng)的變化只影響有氣體參加的反應(yīng)，對(duì)只有固體或液體參加的反應(yīng)，壓強(qiáng)變化對(duì)速率的影響可以忽略不計(jì)。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(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，升高溫度，可以增大化學(xué)反應(yīng)速率；降低溫度，可以減小化學(xué)反應(yīng)速率。②注意事項(xiàng)：ⅰ.溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響不受反應(yīng)物聚集狀態(tài)的限制，不論是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，升高溫度都能增大化學(xué)反應(yīng)速率，故不能認(rèn)為升高溫度只會(huì)增大吸熱反應(yīng)的反應(yīng)速率。ⅱ.某些特殊反應(yīng)是反常的，如：，溫度升高反應(yīng)速率反而下降。ⅲ.實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高，化學(xué)反應(yīng)速率通常增大倍。ⅳ.當(dāng)有催化劑存在的反應(yīng)，其反應(yīng)并不會(huì)隨著溫度的升高無限制的增大，其反應(yīng)速率會(huì)在某一溫度下達(dá)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(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率增大。②催化劑，又叫觸媒，能夠改變化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。能夠加快化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑稱為“正催化劑”；能夠減慢化學(xué)反應(yīng)速率的催化劑稱為“負(fù)催化劑”或“阻化劑”。一般不特別說明時(shí)，“催化劑”三字就指能夠加快反應(yīng)速率的“正催化劑”。5.其他因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)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(shí)進(jìn)行攪拌（增大固液反應(yīng)物的接觸面積）、在氣體吸收工序中將液態(tài)物質(zhì)采用噴霧的形式吹入吸收塔（增大氣液反應(yīng)物的接觸面積）等，均是為了加快反應(yīng)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(qiáng)磁場(chǎng)、電弧等都可以改變反應(yīng)速率。6.實(shí)際過程中，化學(xué)反應(yīng)往往受到不止一個(gè)因素的影響，需要綜合考慮。例如：鎂條與稀鹽酸的反應(yīng)過程中，我們發(fā)現(xiàn)生成氫氣的速率和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如下圖所示，整個(gè)反應(yīng)過程主要分為兩個(gè)階段：段，沒有氫氣生成，這是因?yàn)殒V條表面的氧化膜和稀鹽酸先反應(yīng)；之后段，該段主要收到兩個(gè)矛盾的因素影響，分別是：①反應(yīng)放熱，溫度升高使反應(yīng)速率加快；②隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度逐漸減小使反應(yīng)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，生成物質(zhì)的量與時(shí)間的變化如下圖所示，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)是先慢、后快、再慢，原因并不是濃度由濃變稀導(dǎo)致反應(yīng)先快后慢，而是因?yàn)榉磻?yīng)開始后生成了，它起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率，最后由于濃度太小，所以反應(yīng)速率才減慢。

五、碰撞理論1.概念：1918年，美國(guó)化學(xué)家路易斯運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)論成果，提出了化學(xué)反應(yīng)的碰撞理論。該理論認(rèn)為反應(yīng)物分子間發(fā)生了碰撞是化學(xué)反應(yīng)能夠發(fā)生的必要條件，反應(yīng)物分子發(fā)生碰撞的頻率越多，反應(yīng)就越快。但是，并不是每次碰撞都能引起化學(xué)反應(yīng)，我們把能夠引起化學(xué)反應(yīng)的碰撞稱之為有效碰撞。2.發(fā)生有效碰撞需要具備兩個(gè)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(yīng)物分子由于相互碰撞，因此每一個(gè)分子所具有的能量是不同的。如上圖所示，橫坐標(biāo)表示分子具有的能量，縱坐標(biāo)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?jǐn)?shù)。圖中曲線上各點(diǎn)的縱坐標(biāo)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(yīng)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(yīng)物中具有反應(yīng)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(yīng)物分子具有的平均能量之差，叫做反應(yīng)的活化能，用表示。4.可逆反應(yīng)中，反應(yīng)物、生成物與活化能的關(guān)系圖

六、碰撞理論解釋影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素1.濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，可以增大化學(xué)反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物的濃度，可以減小化學(xué)反應(yīng)速率。②微觀解釋：其他條件不變時(shí)，反應(yīng)物濃度增大，即單位體積內(nèi)的反應(yīng)物分子數(shù)增多，但反應(yīng)物分子的活化分子百分?jǐn)?shù)不變，則單位體積內(nèi)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(yīng)速率加快。2.壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響對(duì)于氣體參加的反應(yīng)，我們考慮壓強(qiáng)的改變對(duì)反應(yīng)速率的影響時(shí)，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(duì)反應(yīng)速率的影響。3.溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，升高溫度，可以增大化學(xué)反應(yīng)速率；降低溫度，可以減小化學(xué)反應(yīng)速率。②微觀解釋：其他條件不變時(shí)，升高溫度使反應(yīng)物分子獲得更高的能量，即反應(yīng)物中活化百分?jǐn)?shù)提高，則單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，單位體積內(nèi)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(nèi)的有效碰撞幾率增大，因此反應(yīng)速率加快。③圖像分析：溫度升高對(duì)分子能量大小的影響。從圖像可知，相同數(shù)目的分子，當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)物分子的平均能量增大，反應(yīng)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?jǐn)?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(rèn)為。④拓展：溫度對(duì)反應(yīng)速率的定量影響許多實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高，反應(yīng)速率通常增大倍，滿足以下經(jīng)驗(yàn)公式：4.催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響①規(guī)律：當(dāng)其他條件不變時(shí)，使用催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率增大。②微觀解釋：催化劑能夠改變反應(yīng)的歷程，使反應(yīng)所需的活化能降低（或升高）。在反應(yīng)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(yīng)速率加快。③圖像分析：下圖為反應(yīng)：，和加入催化劑K的反應(yīng)：的反應(yīng)歷程圖像。通過反應(yīng)歷程圖可以看出，加入催化劑后，兩步反應(yīng)的活化能和均小于原反應(yīng)的活化能，因此反應(yīng)速率加快了。仔細(xì)分析加入催化劑的反應(yīng)歷程，我們發(fā)現(xiàn)，第一步的反應(yīng)速率應(yīng)該小于第二步的反應(yīng)速率，所以第一步反應(yīng)是慢反應(yīng)，是決定整個(gè)反應(yīng)快慢的步驟，我們稱為“決速步驟”，若第一步反應(yīng)越快，則整體反應(yīng)速率就越快，因此，對(duì)總反應(yīng)來說，第一步反應(yīng)的活化能就是在催化劑條件下總反應(yīng)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(yīng)速率外還具有一定的選擇性。比如有些反應(yīng)的生成物可能不止一種，如右圖所示，反應(yīng)物和反應(yīng)同時(shí)生成或或三種產(chǎn)物，由于生成的產(chǎn)物不同，反應(yīng)的活化能互不相同，因此單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量是不同的。假如是工業(yè)的目標(biāo)產(chǎn)物，那么和就是副產(chǎn)物，因此我們需要選擇一個(gè)合適的催化劑它可以針對(duì)性的降低這個(gè)反應(yīng)的活化能，加快這個(gè)反應(yīng)的速率，來達(dá)到產(chǎn)物在總產(chǎn)物中的比率，催化劑的這個(gè)特點(diǎn)，叫催化劑的選擇性。⑤注意事項(xiàng)：①凡是能夠改變反應(yīng)速率而自身在化學(xué)反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量沒有發(fā)生變化的物質(zhì)叫催化劑。例如在下圖的流程中，以太陽能為熱源，熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水制氫的方法。其中催化劑應(yīng)該是和而不是和。②催化劑是同等程度