鲁科版 (2019)选择性必修1第2章 化学反应的方向、 限度与速率第3节 化学反应的速率第2课时学案设计

第2课时　浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响

浓度对化学反应速率的影响

1．反应物的浓度与化学反应速率之间的定性关系

对气体或溶液中发生的化学反应，其他条件不变时，增大反应物浓度可以增大化学反应速率；减小反应物浓度可以减小化学反应速率。

2．反应物的浓度与化学反应速率之间的定量关系

化学上可通过实验测定的数值找出一个反应的反应速率与参加反应的反应物浓度的关系式，通常把该关系式称为反应速率方程。如：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率v＝kc(H2O2)·c(HI)，k称为反应速率常数；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；必须指明的是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。

温度对化学反应速率的影响

1．规律

对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率增加到原来的2～4倍。利用这个经验规律可以对一些化学反应的反应速率做粗略的估计，但这个规律适用范围有限。

2．过渡态

旧键没有完全断裂，新键没有完全形成的状态。如基元反应H2＋Cl―→HCl＋H，由Cl与H2分子发生碰撞导致H—H键断裂、H—Cl键形成经历的一个高能量的中间状态H…H…Cl，即为过渡态。如图所示。

3．活化能

4．1889年，阿伦尼乌斯在大量实验的基础上，提出了反应速率常数与温度、活化能Ea之间关系的经验公式：k＝Ae－。

催化剂对化学反应速率的影响

1．催化剂是能改变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．由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变，反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应，又包括使催化剂再生成的反应。催化剂通过参与反应改变反应历程，从而改变反应的活化能，改变化学反应速率。

3．催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。

4．催化剂具有选择性，某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)改变固体或纯液体的用量对化学反应速率没有影响。(　　)

(2)放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率。(　　)

(3)同时改变两个变量来研究反应速率的变化，能更快得出有关规律。(　　)

(4)一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率。(　　)

答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×

2．下列说法不正确的是(　　)

A．具有较高能量的反应物分子称为活化分子

B．升高温度增大了活化分子百分数

C．催化剂能够改变化学反应的途径

D．增大压强能提高活化分子的浓度

答案　A

解析　能量较高不一定是活化分子，只有能量高于分子平均能量的分子才是活化分子；温度升高，可使一部分分子变成活化分子，增大了活化分子百分数；催化剂能降低反应所需活化能，改变了化学反应途径；增大压强，体积缩小，提高了活化分子浓度但不改变活化分子百分数。

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．对于所有的化学方程式中，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

答案　D

解析　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、固体表面积等因素的影响。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．对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能改变化学反应速率的是(　　)

A．增大C(s)的量

B．增大H2O(g)的浓度

C．增大CO(g)或H2(g)的浓度

D．减小H2O(g)的浓度

答案　A

解析　改变浓度，可以改变化学反应速率，而改变固体物质的物质的量不能改变化学反应速率，因为固体物质的浓度可视为常数。

5．四个试管中都装有5 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液，分别在不同温度下加入0.1 mol·L－1硫酸和一定量水，最先出现浑浊的是(　　)

A．20 ℃，10 mL硫酸

B．20 ℃，5 mL硫酸和5 mL水

C．30 ℃，10 mL硫酸

D．30 ℃，5 mL硫酸和5 mL水

答案　C

解析　溶液混合后总体积相同，从温度角度分析，C、D中温度高，速率快；从浓度角度分析，A、C中浓度大，反应速率快。综合两个角度，反应速率最快的是C。

探究一　浓度对化学反应速率的影响

有固体或气体参加反应的化学反应，改变固体或气体的量能改变反应速率吗？

浓度对化学反应速率的影响注意事项

(1)若质量、物质的量、体积等的改变不能使浓度改变，则化学反应速率不改变。

(2)由于固体或纯液体的浓度可视为常数，所以改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响。

(3)增大固体的表面积能够加快化学反应速率，如用锌粒与盐酸反应制氢气比锌片与盐酸反应制氢气要快。

(4)在讨论压强对反应速率的影响时，应区分压强改变是否导致物质浓度改变：

→

因此参加反应的物质均为固体、纯液体或溶液时，由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响，故可以认为压强改变时反应速率不变。

如化学反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，反应产物中有气体，但反应物中没有气体，增大压强，反应速率不增大；减小压强，反应速率也不减小。

对于气体反应体系，压强对反应速率的影响情况

(1)恒温时

体积缩小增大压强各组分浓度增大反应速率增大。

(2)恒温恒容时

①充入反应气体总压强增大，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等不参与反应也不干扰反应的气体，下同)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。

(3)恒温恒压时

充入“无关气体”体积增大反应混合物中各组分的浓度减小反应速率减小。

1．常温下，反应A＋B===AB，按以下情况进行：

①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol

②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol

③0.1 mol·L－1的A、B溶液各10 mL

④0.5 mol·L－1的A、B溶液各50 mL

四者反应速率大小关系是(　　)

A．②>①>④>③ B．④>③>②>①

C．①>②>④>③ D．①>②>③>④

答案　A

解析　①中c(A)＝c(B)＝＝0.5 mol·L－1，②中c(A)＝c(B)＝＝1 mol·L－1，③中c(A)＝c(B)＝＝0.05 mol·L－1，④中c(A)＝c(B)＝＝0.25 mol·L－1。在其他条件一定的情况下，浓度越大，反应速率越大，所以反应速率由大到小的顺序为②>①>④>③。

2．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变能够使反应速率增大的是(　　)

A．增加C的量

B．将容器的容积缩小一半

C．保持容器容积不变，充入Ar使体系压强增大

D．保持压强不变，充入Ar使容器容积增大

答案　B

解析　C为固体反应物，增加其用量对反应速率几乎没有影响；容器的容积缩小一半相当于压强增大一倍，浓度增大，反应速率增大；保持容器容积不变，充入Ar，体系的总压强增大，但反应混合物浓度并未改变，反应速率不变；充入Ar使容器的容积增大，总压强不变，但反应混合物的浓度变小，反应速率减小。

准确地判断压强对化学反应速率的影响

对有气体参加的反应而言，其他条件不变时，增大压强(减小容器容积)，相当于增大反应物的浓度，反应速率增大；减小压强(增大容器容积)，相当于减小反应物的浓度，反应速率减小。压强对反应速率的影响归根结底是由浓度决定的。

探究二　温度、催化剂对反应速率的影响

如何解释“温度的改变和催化剂的介入”都能改变化学反应速率呢？

升高温度和加入催化剂都使v增大

(1)根据速率方程可知，在反应物浓度不变的条件下，k增大、v增大，再根据阿伦尼乌斯经验公式：k＝Ae－可知：温度(T)升高，k值增大，所以升高温度，v增大；而使用催化剂，能改变反应的历程，从而降低反应的活化能，如下图所示：

由于Ea减小，所以k增大，v增大。

(2)根据活化能与碰撞理论可知：

①基元反应碰撞理论认为，化学反应之所以能够发生，是反应物分子碰撞的结果，但只有能量超过某一限度Ea(相当于活化能)并满足一定方向要求的活化分子间的碰撞，才是能发生化学反应的有效碰撞。例如，活化能越高，能量超过活化能的活化分子就越少，有效碰撞就越少，化学反应速率越小。

②活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

外界条件对化学平衡和化学反应速率的影响

对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，外界条件对化学反应速率、平衡移动方向的影响如下：

3．下列关于有效碰撞理论与影响速率因素之间关系的表述正确的是(　　)

A．增大反应物浓度，可以增大活化分子百分数，从而加快反应速率

B．通过压缩体积增大压强，可以增大单位体积内的活化分子数，从而加快反应速率

C．升高温度，可以提高活化分子的能量，会减慢反应速率

D．加入催化剂可以降低活化能，活化分子百分数虽然没变，但可以加快反应速率

答案　B

解析　增大反应物浓度，单位体积内的活化分子数增多，从而加快反应速率，而活化分子百分数不变，A错误；有气体参加的化学反应，若增大压强，单位体积内的活化分子数增多，从而加快反应速率，B正确；升高温度，普通分子得到能量，活化分子百分数增大，则反应速率加快，C错误；催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子的百分数，从而加快反应速率，D错误。

4．在一密闭容器中发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。

回答下列问题：

(1)处于平衡状态的时间段是________(填选项)。

A．t0～t1 B．t1～t2

C．t2～t3 D．t3～t4

E．t4～t5  F．t5～t6

(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。

A．增大压强 B．减小压强

C．升高温度 D．降低温度

E．加催化剂  F．充入氮气

t1时刻________；t3时刻________；t4时刻________。

(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。

A．t0～t1 B．t2～t3

C．t3～t4 D．t5～t6

(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。

(5)一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20%，则反应后与反应前的混合气体体积之比为________。

答案　(1)ACDF　(2)C　E　B　(3)A

(4)

(5)5∶6

解析　(1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。

(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大得更多，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温。t3时，v正、v逆同时增大且增大量相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂。t4时，v正、v逆同时减小，但平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。

(3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，NH3的含量均比t0～t1时间段的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。

(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻两者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。

(5)设反应前加入a mol N2，b mol H2，达平衡时生成2x mol NH3，则反应后气体总的物质的量为(a＋b－2x)mol，＝0.2，解得：a＋b＝12x，故反应后与反应前的混合气体体积之比为＝＝。

本课小结

课时作业

一、选择题(本题共7小题，每小题只有1个选项符合题意)

1．在生产、生活中为增大反应速率而采取的措施合理的是(　　)

A．食物放在冰箱中

B．在食品中添加适量防腐剂

C．在糕点包装内放置小包除氧剂

D．工业上燃烧硫铁矿制取SO2时，先将矿石粉碎

答案　D

解析　冰箱中温度较低，食物放在冰箱中，可减小食物腐败的速率，故A不符合题意；在食品中添加适量防腐剂，减慢食品变质的速率，故B不符合题意；在糕点包装内放置小包除氧剂，可抑制糕点的氧化，防止变质，故C不符合题意；工业上燃烧硫铁矿制取SO2时，先将矿石粉碎，固体表面积增大，反应速率增大，故D符合题意。

2．反应C＋CO2===2CO为吸热反应，反应速率为v1，反应N2＋3H22NH3为放热反应，反应速率为v2。对于上述反应，当温度升高时，v1和v2的变化情况为(　　)

A．均增大 B．均减小

C．v1增大，v2减小 D．v1减小，v2增大

答案　A

解析　不管是放热反应，还是吸热反应，升高温度，反应速率均增大，降低温度，反应速率均减小。

3．向四个容积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，反应开始时，按正反应速率由大到小排列正确的是(　　)

甲　在500 ℃时，10 mol SO2和5 mol O2的反应

乙　在500 ℃时，用V2O5作催化剂，10 mol SO2和5 mol O2的反应

丙　在450 ℃时，8 mol SO2和5 mol O2的反应

丁　在500 ℃时，8 mol SO2和5 mol O2的反应

A．甲>乙>丙>丁 B．乙>甲>丙>丁

C．乙>甲>丁>丙 D．丁>丙>乙>甲

答案　C

解析　比较同一个化学反应在不同条件下的反应速率大小时，催化剂、温度对反应的影响程度较大，温度相同时，反应物的浓度越大，反应速率就越大。

4．下列条件的改变可使活化分子百分数增大的是(　　)

①增加反应物的浓度　②增大气体的压强　③升高体系的温度　④使用催化剂

A．①② B．②③

C．①④ D．③④

答案　D

解析　增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故①错误；增大压强，相当于增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故②错误；升高温度使分子获得更高的能量，活化分子百分数增大，故③正确；加入催化剂，降低了反应活化能，活化分子百分数增大，故④正确，D项符合题意。

5．下列事实能说明影响化学反应速率的主要因素是反应物自身性质的是(　　)

A．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快

B．Cu能与浓硝酸反应，但不能与浓盐酸反应

C．N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应

D．Fe与浓盐酸反应比与稀盐酸反应快

答案　B

解析　Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快，是由于反应物浓度影响化学反应速率，与反应物自身性质无关，A不符合题意；Cu能与浓硝酸反应，不能与浓盐酸反应，与硝酸、盐酸的氧化性有关，由物质自身的性质决定，B符合题意；N2和O2在常温、常压下不反应，放电时可反应，常温、常压及放电均为外界因素，与反应物自身性质无关，C不符合题意；Fe与浓盐酸反应比与稀盐酸反应快，与反应物浓度有关，与反应物自身性质无关，D不符合题意。

6．在恒温、恒容条件下，能使A(g)＋B(g)C(g)＋D(s)正反应速率增大的措施是(　　)

A．减小C或D的浓度 B．再加入一定量D

C．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度

答案　D

解析　减小C的浓度可以减小逆反应速率，正反应速率不能增大，D为固体，不能减小其浓度，A错误；D为固体，再加入一定量D，不能改变其浓度，不能改变反应速率，B错误；减小B的浓度，正反应速率减小，C错误；增大A或B的浓度，都可以增大正反应速率，D正确。

7．下列说法中正确的有(　　)

①活化分子间的碰撞不一定能发生化学反应

②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应

③增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子数，从而使有效碰撞次数增多

④有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大

⑤化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程

A．1个 B．2个

C．3个 D．4个

答案　C

解析　①活化分子如果有合适的取向，发生的碰撞一定能发生化学反应，如果没有合适的取向，发生的碰撞不能发生化学反应，故正确；②普通分子间的碰撞，达不到反应所需的能量，则不能发生化学反应，故错误；③增大反应物浓度，活化分子百分数不变，但是浓度增大，单位体积内活化分子数增多，从而使有效碰撞次数增多，故正确；④有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增大单位体积内活化分子数，从而使反应速率增大，但活化分子的百分数不能增大，故错误；⑤化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程，分子先成为活化分子，活化分子发生碰撞，可生成新物质，故正确。

二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)

8．某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：

分析实验数据所得出的结论中，不正确的是(　　)

A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大

B．实验②和③的v(Br2)相等

C．增大c(HCl)，v(Br2)增大

D．增大c(Br2)，v(Br2)增大

答案　D

解析　由表中数据看，实验①④中CH3COCH3、HCl的初始浓度是相同的，实验④中Br2的初始浓度为实验①中的2倍，溴颜色消失所需时间也为实验①的2倍，即反应速率相同，故增大c(Br2)，v(Br2)不变，D项错误。其他选项同理，依次找出表中两组其他变量相同的数据，看改变的量对溴颜色消失所需时间的影响即可。

9．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为

H2O2＋I－―→H2O＋IO－　慢

H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－　快

下列有关该反应的说法正确的是(　　)

A．反应速率与I－浓度有关

B．IO－也是该反应的催化剂

C．反应活化能等于98 kJ·mol－1

D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)

答案　A

解析　H2O2的分解反应主要是由第一个反应决定的，I－浓度越大，反应速率越快，A项正确；根据总反应可确定该反应的催化剂为I－，而IO－为中间产物，B项错误；根据所给信息无法确定反应活化能，C项错误；反应速率关系为v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)，D项错误。

10．已知一定质量的锌粒与1.0 L稀盐酸反应(放热反应)，生成H2的物质的量与反应时间的关系如图所示，下列结论不正确的是(　　)

A．若将锌粒改为锌粉，可以加快产生H2的速率

B．反应前4 min内浓度对反应速率的影响比温度大

C．反应前4 min内平均速率v(HCl)＝0.18 mol·L－1·min－1

D．向该反应中加入大量的CuSO4固体，会使生成氢气的速率加快

答案　BD

解析　若将锌粒改成锌粉，增大了反应物的接触面积，可以加快产生H2的速率，A正确；随着反应的进行，盐酸的浓度减小，但根据题图可知反应前4 min内H2的生成速率依然增大，又因为该反应为放热反应，升高温度化学反应速率加快，因此前4 min内温度对反应速率的影响比浓度对反应速率的影响大，B错误；反应前4 min内生成H2的物质的量为0.36 mol，则消耗HCl的物质的量为0.72 mol，反应前4 min内平均速率v(HCl)＝＝0.18 mol·L－1·min－1，C正确；向该反应中加入大量的CuSO4固体，锌会先置换出铜，并且生成的铜附着在锌粒的表面，阻止锌与稀盐酸的进一步反应，会使生成氢气的速率减小，D错误。

11．工业上，可采用还原法处理尾气中NO，其原理为2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH<0。在化学上，正反应速率可表示为v(正)＝k(正)·cm(NO)·cn(H2)，逆反应速率可表示为v(逆)＝k(逆)·cx(N2)·cy(H2O)，其中，k表示反应速率常数，只与温度有关，m、n、x、y叫反应级数，由实验测定。在恒容密闭容器中充入一定量的NO、H2，在T ℃下进行实验，测得有关数据如下：

下列有关推断正确的是(　　)

A．上述反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能

B．若升高温度，则k(正)增大，k(逆)减小

C．在上述反应中，反应级数：m＝2，n＝1

D．在一定温度下，NO、H2的浓度对正反应速率的影响程度相同

答案　C

解析　题述反应的正反应是放热反应，反应热＝正反应的活化能－逆反应的活化能，因ΔH<0，则正反应的活化能小于逆反应的活化能，A错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，故正、逆反应速率常数都增大，B错误；由表格中数据知，＝4n＝＝4，则n＝1，＝2m＝＝4，则m＝2，C正确；由于正反应速率表达式中NO、H2的反应级数不相等，所以，NO、H2浓度对正反应速率的影响程度不相同，D错误。

三、非选择题(本题共2小题)

12．已知反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，在一密闭容器中达到平衡，改变下列条件，其正反应速率如何变化：

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

(2)将容器的容积缩小一半，其正反应速率________。

(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，其正反应速率________。

(4)保持压强不变，充入N2使容器的容积增大，其正反应速率________。

答案　(1)不变　(2)增大　(3)不变　(4)减小

解析　(1)因铁是固体，增加铁的量不能改变其浓度，故不能改变反应速率。

(2)容器的容积缩小一半，气体的浓度增大，化学反应速率增大。

(3)保持容器的容积不变，充入N2使体系压强增大，但水蒸气和氢气的浓度不变，所以反应速率不变。

(4)保持压强不变，充入N2使容器的容积增大，水蒸气和氢气的浓度都减小，反应速率减小。

13．在溶液中某化学反应2AB＋D在四种不同条件下进行，B、D起始浓度为零，反应物A的浓度(mol·L－1)随反应时间(min)的变化情况如下表：

(1)在实验①中，反应在10～20 min时间内平均速率v(A)为________mol·L－1·min－1。

(2)在实验②中，A的初始浓度c2＝________ mol·L－1，反应经20 min就达到平衡，可推测实验②中还隐含的条件是______________________。

(3)设实验③的反应速率为v3，实验①的反应速率为v1，则v3________(填“>”“＝”或“<”，下同)v1，且c3________1.0 mol·L－1。

(4)比较实验④和实验①，可推测该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。理由是__________________________________________________。

答案　(1)0.013　(2)1.0　加入催化剂　(3)＞　＞

(4)吸热　起始浓度相同时，温度升高，A的平衡浓度降低，说明升温平衡向正反应方向移动，则正反应是吸热反应

解析　(2)对比实验①和实验②可知，平衡状态时，A的浓度相同，即平衡未移动，故起始浓度也相同。但实验②达到平衡的时间缩短，故在实验②中使用了催化剂。

(3)对比实验①和实验③，在相同温度下平衡时A的浓度实验③比实验①中的大，故实验③的起始浓度大于实验①，反应速率v3>v1。

(4)对比实验①与实验④，在起始浓度相同的条件下，实验④平衡时A的浓度小，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应。