鲁科版选修4 化学反应原理第3节 化学反应的速率第2课时教学设计

第2课时　影响化学反应速率的因素

目标与素养：1.理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。(变化观念与平衡思想)2.了解化学反应速率的改变在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。(科学态度与社会责任)

1．浓度对化学反应速率的影响

(1)基本规律：其他条件不变时，增大反应物浓度，反应速率加快；减小反应物浓度，反应速率减慢。

(2)反应速率与反应物浓度的定量关系：

①速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝kc(H2O2)c(HI)，其中，k为反应速率常数。

②反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越快。k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。

③反应速率与参与反应的物质浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。

　化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是怎样得到的？应注意什么？

[提示]　一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是根据实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。

2．压强对化学反应速率的影响

(1)基本规律(对于有气体参加或生成的反应)

(2)解释

压强增大→→化学反应速率加快；

反之，压强减小，化学反应速率减慢。

　增大压强，化学反应速率一定增大吗？

[提示]　不一定，对于只涉及固体和液体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没影响。

3．温度对化学反应速率的影响

(1)基本规律

(2)经验规律——范托夫规律：温度每升高10 K，反应速率增加到原来的2～4倍。这个经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计，但适用范围有限。

(3)过渡态及活化能

①过渡态：一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。

②活化能：

a．定义：过渡态的能量与反应物的能量之间的差值。

b．符号：Ea。

c．单位：kJ·mol－1或J·mol－1。

(4)解释：升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，故升高温度可以加快化学反应的速率。

4．催化剂对化学反应速率的影响

(1)催化剂：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)催化原理：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。

(3)催化剂的特点

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)向一堆篝火中“鼓风”，有利于它继续燃烧下去。 (　　)

(2)二氧化锰在过氧化氢的分解前后质量减少。 (　　)

(3)升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。 (　　)

(4)用锌和稀硫酸反应制取H2时，滴加几滴硫酸铜溶液能加快反应速率。

  (　　)

(5)化学反应达到最大限度时，正逆反应速率也达到最大且相等。 (　　)

[提示]　(1)√

(2)×　催化剂在反应前后质量不变。

(3)×　升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率均加快。

(4)√

(5)×　化学反应达到最大限度时，正逆反应速率不一定达到最大。

2．2SO2＋O22SO3是工业上制造硫酸的重要反应。下列关于该反应的说法正确的是(　　)

A．增加O2的浓度能加快反应速率

B．降低体系温度能加快反应速率

C．使用催化剂不影响反应速率

D．一定条件下达到反应限度时SO2全部转化为SO3

A　[ 降低体系温度能减慢反应速率；使用催化剂能加快反应速率；一定条件下达到反应限度时，因为是可逆反应，SO2不可能全部转化为SO3。]

3．同质量的锌与盐酸反应，欲使反应速率增大，选用的反应条件组合正确的是(　　)

①锌粒　②锌片　③锌粉　④5%的盐酸　⑤10%的盐酸　⑥15%的盐酸　⑦加热　⑧用冷水冷却　⑨不断振荡　⑩迅速混合后静置

A．②⑥⑦⑩　　　　　 B．①④⑧⑩

C．③⑤⑦⑨ D．③⑥⑦⑨

D　[增大反应物浓度、加热，增大固体反应物表面积均能加快反应速率。]

1.纯液体和固体的反应速率的影响因素分析

纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。

2．压强对化学反应速率影响的分析

(1)恒温时

增大压强体积缩小反应速率增大。

(2)恒温恒容时

①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。

②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。

(3)恒温恒压时

充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。

3．温度对化学反应速率影响的分析

升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞机会，因此升高温度可以加快化学反应的速率。反之，降低温度可以减小化学反应的速率。

4．催化剂对化学反应速率的影响

(1)催化剂能同等程度地改变正逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间，但催化剂不能改变反应物的浓度和反应的平衡常数，所以催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。

(2)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。

变化观念与平衡思想：温度、压强对化学反应速率的影响

(1)改变温度对正逆反应速率的影响是一致的。对于一个放热反应，升温时正逆反应速率同时加快，但是v(逆)增加的程度大于v(正)，使得v(逆)>v(正)，平衡左移，而不能误认为v(逆)变大，v(正)减小(或不变)。   

(2)压强的影响归根到底是对浓度的影响，如果增大压强但不会改变参加反应物质的浓度，则反应速率不会增大，如恒温恒容条件下，向容器中充入不参与反应的惰性气体，虽然压强增大了，但反应速率并没有改变。

【例1】　反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，试回答：

(1)增加Fe的量，其反应速率________(填“增大”“不变”或“减小”，下同)。

(2)将容器的体积缩小一半，其反应速率____________。

(3)保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其反应速率________。

(4)保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其反应速率________。

[解析]　(1)由于Fe是固体，改变Fe的量，反应物浓度不变，故反应速率不变。(2)将容器体积缩小一半，则反应物浓度增大，故反应速率增大。(3)容器体积不变，充入N2，反应物浓度不变，故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变，充入N2相当于减小压强，即反应物和生成物浓度均减小，故反应速率减小。

[答案]　(1)不变　(2)增大　(3)不变　(4)减小

1．对于在一密闭容器中进行的下列反应：C(s)＋O2(g)CO2(g)，下列说法中错误的是(　　)

A．将木炭粉碎成粉末状可以加快化学反应速率  

B．升高温度可以加快化学反应速率

C．增大压强可以加快化学反应速率

D．增加氧气的量可以加快化学反应速率 

C　[A项，粉碎木炭可增加表面积，可增加反应速率；B项，升高温度，反应速率增加；C项，如果增大压强不是通过缩小体积来实现，而是恒容条件下充入稀有气体，则速率不变。]

2．Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况如图所示。下列关于反应速率变化的原因分析正确的是(　　)

A．AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，因为反应吸收热量，体系温度降低，反应速率下降

B．BC段反应速率下降是因为随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小

C．BC段反应速率下降是因为溶液中的Cl－随着反应的进行被消耗，浓度降低

D．B点反应速率最大是因为此时的体系温度最高，反应物浓度最大

B　[AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。故B项正确。]

【例2】　一定条件下，在一体积不变的密闭容器中发生反应2A(g)＋B(g)3C(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。

图为反应体系中反应速率随时间变化的情况，且t2、t3、t4各改变一种不同的条件。

(1)t3时改变的条件为________，t4时改变的条件为________。

(2)a________0(填“>”或“<”)。

[解析]　该反应前后是气体物质的量相等的反应，故改变压强对化学平衡无影响。由图像变化分析可知：t3时刻改变的条件是减小压强(或使用负催化剂)，可同程度地减小正、逆反应速率；t4时刻平衡正向移动，且v(正)、v(逆)出现跳跃，则应是升高温度，结合v(正)>v(逆)可知正反应吸热，ΔH>0。

[答案]　(1)减小压强(或使用负催化剂)　升高温度　(2)>

v－t图像中，若v正和v逆中有一个在原平衡点连续渐变，则一定为改变反应物或生成物之一浓度引起的速率变化；若v正和v逆都在原平衡点向平衡线同侧突变，则一定为改变温度或压强引起反应速率的变化。

1．反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0已达到平衡，在其他条件不变时，下列操作与图像不符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)(　　)

A．增加氧气的浓度   B．增大压强(减小反应器的体积)

C．升高温度　　　　　D．加入催化剂

C　[分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2浓度的瞬间，v正增大，v逆不变，A项正确；减小反应器的体积、增大压强的瞬间，v正、v逆都增大，且v正增大的程度大于v逆，B项正确；升高温度的瞬间，v正、v逆都增大，C项错误；加入催化剂，v正、v逆同时、同等倍数增大，D项正确。]

2．对于①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0

②2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＞0，其中v－t图像如图。

(1)反应①

t1时刻改变的条件为__________________________________。

t2时刻改变的条件为__________________________________。

(2)反应②

t1时刻改变的条件为_________________________________。

t2时刻改变的条件为________________________________。

[解析]　t1时刻速率增大，说明是升温或增大压强，而t2时刻速率又减小，说明是降温或减小压强。

[答案]　(1)增大压强　降低温度　(2)升高温度　减小压强

1．对于反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH＜0，下列措施能加快反应速率但不改变反应放出的热量的是(　　)

A．升高温度　　　 B．减小压强

C．加入CO  D．加入催化剂

D　[该反应为放热反应，升高温度反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，反应放出的热量减少，A项错误；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，减小压强平衡不移动，反应放出的热量不变，但反应速率降低，B项错误；加入CO，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，反应放出的热量增加，C项错误；加入催化剂平衡不移动，反应放出的热量不变，反应速率增大，D项正确。]

2．一定量的锌粉和6 mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，能够加快反应速率，但不影响产生H2的总量的是(　　)

①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸

A．①②⑤ B．①③⑤

C．③④⑤ D．①③④

B　[①加入石墨粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；②加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，加快反应速率，但与盐酸反应的锌的量减少，故生成氢气的总量减少；③加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；④加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，锌反应完全后，铁也可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增加；⑤加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量。本题选B。]

3．下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca(A)cb(B)的叙述中，正确的是(　　)

A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都不变的常数

B．a、b是化学方程式中A和B的系数

C．对于某个特定的化学反应，k与所有外界条件都无关

D．v＝kca(A)cb(B)需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出

D　[在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k是反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。由此可见，A、B、C项均错误。]

4．可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g)　ΔH＞0速率图像如图所示。导致t′时刻的速率图线变化的原因可能是(　　)

A．增大了A的浓度

B．使用了催化剂

C．增大了压强

D．升高了温度

B　[因为在t′时刻v正′和v逆′同等倍数的增大，又因该反应为气体体积缩小的反应，所以只有使用催化剂符合题意。]

5．请填写下列事实中影响化学反应速率的主要因素：

(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时集气瓶中发生爆炸：________；

(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的颗粒：___________________________

________________________________________________________________；

(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成HgI2沉淀：_________________________________________________________

________________________________________________________________；

(4)熔化的KClO3放出气体很慢，撒入少量MnO2后很快放出气体：

________________________________________________________________

________________________________________________________________；

(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块，产生气体的速率有快有慢：________________________________________________________

________________________________________________________________；

(6)同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸反应，反应速率不同：_______________________________________________________

________________________________________________________________；

(7)夏天的食品易发霉，而冬天不易发霉：__________________________

________________________________________________________________

[答案]　(1)光

(2)反应物的接触面积

(3)反应物的接触面积

(4)催化剂

(5)反应物本身的性质

(6)反应物的浓度

(7)温度