人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 影响化学反应速率的因素教学设计及反思

第二节　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、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。(宏观辨识与科学探究)2.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。(宏观辨识与科学探究)3.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。(科学态度与社会责任)4.认识化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。(科学态度与社会责任)

一、有效碰撞理论简介

1．有效碰撞

2．活化分子与活化能

活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示：反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。

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次数越多，化学反应速率越快。

　举例说明实现向体系提供活化能的方法有哪些？

[答案]　加热、光照、超声波、核辐射、研磨等。

二、外界因素对化学反应速率的影响

1．浓度

(1)实验探究

(2)规律

反应物浓度增大→反应速率增大；反应物浓度减小→反应速率减小。

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，增大压强(减小容器体积)―→反应物浓度增大―→反应速率增大，反之，反应速率减小；对只有固体或纯液体参加的反应，压强变化几乎不影响反应速率。

3．温度

(1)实验探究

(2)规律

温度升高，反应速率增大；温度降低，反应速率减小。

4．催化剂

(1)已知

①双氧水分解生成O2的实验中

常用催化剂有MnO2、Fe3＋、Cu2＋，其催化能力MnO2>Fe3＋>Cu2＋。

②酸性KMnO4氧化H2C2O4时所加的催化剂为Mn2＋或MnSO4。

③淀粉水解时常用的催化剂为稀H2SO4或唾液，且唾液催化能力较强。

(2)结论：同一反应，用不同催化剂，反应速率不相同。

(3)规律

①选用合适的催化剂，能使反应速率增大。

②反应物之间同时发生多个反应时，催化剂有选择性，可以提高目标产物的比率。

5．其他因素对化学反应速率的影响

如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物接触面积等，均会对化学反应速率产生影响。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Na、Mg、Al与同浓度的稀H2SO4反应，反应速率相同。 (　　)

(2)升高温度，加压均可增大任何反应的化学反应速率。 (　　)

(3)锌与稀H2SO4反应时，硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快。 (　　)

(4)催化剂可以加快反应也可以改变反应热。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2．有效碰撞是指(　　)

A．反应物分子间的碰撞

B．反应物活化分子间的碰撞

C．反应物分子发生合适取向的碰撞

D．活化分子之间发生合适取向的碰撞

[答案]　D

3．在一密闭容器中充入1 mol I2和1 mol H2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)

(1)保持容器容积不变，向其中充入1 mol H2，反应速率______。

(2)升高温度，反应速率________。

(3)扩大容器体积，反应速率 ________。

[答案]　(1)增大　(2)增大　(3)减小

1.外界条件对反应速率的影响

2.理论解释——有效碰撞理论

注意：①活化分子数变，反应速率不一定变；但活化分子百分数变，则反应速率一定变。

②对于可逆反应，升温、加压，加入催化剂既加快正反应速率又加快逆反应速率。

科学探究：压强对反应速率影响的探究分析

对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解如下：

压强改变→

常见的形式有以下几种情况：

(1)恒温时

缩小体积压强增大，物质浓度增大反应速率增大。

(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)总压强增大，但反应混合物中各组分浓度没有改变，反应速率不变。

【典例】　反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)

①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积变大

A．①④　　　 B．②③

C．①③ D．②④

C　[本题考查的是压强对反应速率的影响。C为固体反应物，增加其用量，对反应速率几乎没有影响；容器体积缩小一半，相当于压强增大一倍，浓度增大，反应速率增大；体积不变，充入N2，体系总压强增大，但反应混合物的浓度并未改变，反应速率基本不变；压强不变，充入N2，使容器的体积增大，总压强不变，但反应混合物的浓度变小，反应速率减小。]

对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应，写出恒容条件下能增大该反应速率的两条可行性措施。

[答案]　①增大H2O(g)的浓度，②升高温度。

1．有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　)

A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞就一定能发生化学反应

B．增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的几率增大，反应速率增大

C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞的几率增大，反应速率增大

D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞的几率增大，反应速率增大

A　[活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应，如果不是有效碰撞，则不能发生反应，故A项错误；增大反应物的浓度，活化分子的浓度增大，有效碰撞次数增多，反应速率增大，故B项正确；升高温度，活化分子的百分数增大，从而使有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，故C项正确；催化剂能降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，反应速率增大，故D项正确。]

2．对于反应：N2＋O22NO，在密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是(　　)

A．增大体积使压强减小

B．体积不变充入N2使压强增大

C．体积不变充入氦气使压强增大

D．使总压强不变，充入氖气

B　[增大体积引起浓度减小，反应速率减慢；体积不变充入N2，N2的浓度增大，反应速率加快；体积不变充入氦气，各反应物的浓度并没有改变，反应速率不变；总压强不变，充入氖气，体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢。]

系列微专题2：“控制变量法”探究反应速率的影响因素

“控制变量”实验探究题主要是以表格或图像的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响，或给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。它能够很好地考查学生的实验设计与探究能力、比较归纳能力、数据分析与处理能力、信息提炼能力、知识迁移与应用能力。解答该类题目的方法思路如下：

(1)确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。

(2)定多变一：在探究时，应该先确定其他因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。

(3)数据有效：解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。

1．某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减少的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3浓度为1.00 mol·L－1、2.00 mol·L－1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验HNO3用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。

请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号。

[解析]　实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响，其他条件应相同而HNO3浓度不同，故实验②HNO3浓度应为1.00 mol·L－1。实验①和③探究温度对反应速率的影响，除了温度不同，其他条件要保持一样。实验①和④探究大理石规格(粗、细)对反应速率的影响，因此要求二者大理石的规格不同，一个用粗颗粒，另一个用细颗粒。

[答案]　②298　粗颗粒　1.00　③308　粗颗粒　2.00　④298　细颗粒　2.00　(Ⅱ)③　(Ⅲ)④

2．为探讨化学反应速率的影响因素，设计的实验方案如下表。(已知I2＋2S2O===S4O＋2I－，其中Na2S2O3溶液均足量)

(1)该实验进行的目的是_______________________________

____________________________________________________；

淀粉溶液的作用是____________________________________

_____________________________________________________。

(2)表中Vx＝________，通过比较t1、t2、t3的大小，试推测该实验结论：______________________________________________。

[解析]　(1)根据表中数据可知三次实验中实际改变的是硫代硫酸钠的浓度，故该实验的目的是探究反应物(Na2S2O3)浓度对化学反应速率的影响。由于淀粉遇碘显蓝色，因此从反应原理看，可以采用淀粉作指示剂，根据碘水的淀粉溶液蓝色完全褪去所需时间来测定反应速率。

(2)为保持其他量相同，溶液的总体积是16.0 mL，所以表中Vx＝16.0－6.0－2.0－4.0＝4.0。

[答案]　(1)探究反应物(Na2S2O3)浓度对化学反应速率的影响　作为显色剂，检验I2的存在

(2)4.0　其他条件不变，反应物浓度越大，化学反应速率越大

1．下列有关化学反应速率的说法正确的是(　　)

A．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用98%的浓硫酸可加快产生氢气的速率

B．100 mL 2 mol/L的盐酸跟锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变

C．SO2的催化氧化是一个放热的反应，所以升高温度，反应速率减慢

D．汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2，减小压强反应速率减慢

D　[A项，改用98%的浓硫酸，铁发生钝化，不产生氢气；B项，加入氯化钠溶液使盐酸变稀，c(H＋)减小，反应速率减慢；C项，升高温度，放热反应和吸热反应的速率都加快；D项，减小压强，有气体参加的化学反应的速率减慢。]

2．对于反应4A＋2B3C，下列说法中正确的是(　　)

A．某温度时，化学反应速率无论用A、B、C中任何物质表示，其数值都相同

B．其他条件不变时，降低温度，化学反应速率减小

C．其他条件不变时，增大压强，化学反应速率一定加快

D．若增大或减小A的物质的量，化学反应速率一定会发生明显的变化

B　[A项，对于该反应，用不同的反应物或生成物表示的反应速率，其数值不相同，A错；C项，如果反应物、生成物都不是气体，则增大压强对化学反应速率无影响，C错；D项，若A是固体或纯液体，增大或减小A的物质的量，对化学反应速率没有明显影响，D错。]

3．在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，其中(1)加入MnO2催化，(2)不加MnO2催化。如图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是(　　)

A　　　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　　　D

A　[由图像知，横坐标为时间，纵坐标为V(O2)，只要H2O2的量相同，两种情况下最终产生O2的体积相同，(1)中加入MnO2作催化剂，加快了H2O2的分解速率，在相同时间内产生O2的体积比(2)大，反应结束时所用时间短，故选A。]

4．某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)　ΔH>0，下列叙述正确的是 (　　)

A．在容器中加入氩气，反应速率不变

B．加入少量W，逆反应速率增大

C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小

D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大   

A　[A.在容器中加入氩气，压强增大，但物质的浓度不变，所以反应速率不变，正确；B.W是固体，所以加入少量W，正、逆反应速率均不变，不正确；C.升高温度，正、逆反应速率均增大，不正确；D.将容器的体积压缩，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增大，反应速率加快，但活化分子的百分数不变，不正确。]

5．在一定条件下，容积为2 L的密闭容器中，将2 mol L气体和3 mol M气体混合，发生如下反应：2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)，10 s末，生成2.4 mol R，并测得Q的浓度为0.4 mol·L－1。计算：

(1)10 s末L的物质的量浓度为________。

(2)前10 s内用M表示的化学反应速率为________。

(3)化学方程式中x值为________。

(4)在恒温恒容条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。

(5)在恒温恒压条件，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________。

[解析]　　　　2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)

起始(mol)   2   3   0   0

10 s末(mol)   0.4   0.6   0.8x   2.4

(1)c(L)＝＝0.2 mol·L－1；

(2)v(M)＝＝0.12 mol·L－1·s－1；

(3)＝0.4 mol·L－1，x＝1；

(4)恒温、恒容，通入He，反应物和生成物的浓度均不变，反应速率不变；

(5)恒温、恒压，通入He，体积扩大，反应物和生成物的浓度减小，反应速率减小。

[答案]　(1)0.2 mol·L－1　(2)0.12 mol·L－1·s－1　(3)1　(4)不变　(5)减小