苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 化学反应速率与反应限度第2课时导学案

第2课时　影响化学反应速率的因素

新课程标准

1．能从内因、外因两方面通过实验探究认识影响化学反应速率的因素，并能用于解释有关问题。

2．学会运用控制变量方法研究影响化学反应速率的因素，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。

学业质量水平

合格性要求

1.通过实验探究影响化学反应速率的因素，形成由宏观到微观，由感性到理性的科学探究过程。(水平1)

2．能用一定的理论模型说明外界条件的改变对反应速率的影响，通过分析推理认识影响化学反应速率的决定因素是本身的性质。

等级性要求

能运用变量控制方法探究化学反应速率的影响因素，能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择。(水平3)

图说考点

基础知识——自学·思记·尝试

[新知预习]

一、影响化学反应速率的因素

1．内因(决定因素)

决定化学反应速率的主要原因是反应物本身的性质。例如：Mg、Zn分别与等浓度的盐酸反应时，________发生的反应更剧烈，反应更快。

2．外界因素

(1)催化剂：

(2)温度：

(3)浓度：

(4)固体的表面积：

3.其他因素：除催化剂、温度和反应物的浓度外，增加反应物的接触面积，能增大反应速率，此外，对于有气体参加的反应，反应体系的压强越大， ________________。________等条件对一些化学反应速率也有一定的影响。

4．物质状态的表示符号：气体(g)、固体(s)、液态(l)

【学而思】

1.思考：还原性铁粉常常在富含油脂的食品中做抗氧化剂，请分析抗氧化剂如何利用了化学反应速率的原理。

2．质疑：某同学想用金属与酸反应制备少量的氢气，该同学向一定量铁片中加入了足量0.01 mol·L－1的稀盐酸，铁片上冒出气泡的速率较慢，为了加快反应速率且不改变H2的产量，该同学想采用以下方法，其中哪些方法是可行的？

①加水　②加KNO3溶液　③改用0.1 mol·L－1的盐酸　④加入少量铁粉　⑤加NaCl溶液　⑥滴入几滴硫酸铁溶液　⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)

二、控制变量法

受多种因素影响的问题往往比较复杂。科学家为简化对这类问题的研究，每次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变，研究被改变的因素对事物发展的影响。这样，就将多因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究，化繁为简，再进行综合分析，最后得出结论。这种方法称为控制变量法。

“探究化学反应速率的影响因素”属于探究反应规律类型的任务。设计此类任务实验方案的关键是控制变量，可按以下步骤进行思考。

(1)确定研究对象，如选定符合实验要求的化学反应。

(2)确定自变量和因变量。在本实验中，自变量为浓度、温度、接触面积、催化剂等外界条件，因变量为化学反应速率。

(3)设计实验操作，改变单一自变量。在此过程中，要明确通过实验操作应控制哪个自变量改变、哪些自变量不变。

(4)确定因变量的观测指标。在本实验中，应确定通过观察哪些现象来判断化学反应的快慢。

【尝试体验】

某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。

通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。

回答下列问题：

(1)代表实验①的图示是_____________________________________________________。

(2)对比实验③和④的目的是_________________________________________________。

(3)通过上面对比实验，所得出的实验结论是___________________________________

________________________________________________________________________。

【母题追问】

(1)图中曲线Ⅰ代表的是哪个实验？

(2)实验②、③哪个放出气泡的速率快？

[即时自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，为减慢反应速率而又不影响生成H2的量，可向其中加入KNO3溶液。(　　)

(2)碳酸钙与盐酸反应的过程中，再增加CaCO3固体，反应速率不变，但把CaCO3固体粉碎，可以加快反应速率。(　　)

(3)0.1 mol·L－1 HCl溶液和0.1 mol·L－1 H2SO4溶液与2 mol·L－1 NaOH溶液反应，其速率相同。(　　)

(4)0.1 mol·L－1 HCl溶液和0.1 mol·L－1 HNO3溶液与相同形状和大小的大理石反应，其速率相同。(　　)

(5)Mg、Al在相同条件下分别与0.1 mol·L－1盐酸反应，其反应速率相同。(　　)

2．在下列事实中，各是什么因素影响了化学反应速率。

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

(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成碎粒：__________。

(3)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2，则很快产生气体：________。

(4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条，产生气体有快有慢：________________。

(5)同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1盐酸和盐酸反应，速率不同：________________________________________________________________________。

(6)夏天食品容易变质，而冬天不易发生该现象：________。

3．决定化学反应速率的主要因素是(　　)

A．反应物的浓度      B．反应温度

C．使用催化剂      D．反应物的性质

4．在反应C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)中，不可能使反应速率明显增大的措施是(　　)

A．增大压强       B．升高温度

C．增大CO2的浓度     D．增加碳的量

5．控制变量法是科学研究的重要方法。相同质量的Fe与足量稀硫酸分别在下列条件下发生反应，其中化学反应速率最大的是(　　)

6.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)

技能素养——合作·探究·分享

例1 在恒容密闭容器中发生反应：3CO(g)＋Fe2O3(s)3CO2(g)＋2Fe(s)，下列说法不正确的是(　　)

A．将块状Fe2O3改为粉末状，反应速率加快

B．升高温度，反应速率加快

C．使用催化剂，反应速率增大

D．充入N2使压强增大，反应速率增大

例2 H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

甲          乙

丙       丁

A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快

B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快

C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快

D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大

例3 对于Fe＋H2SO4(稀)===FeSO4＋H2↑，改变某些条件会影响产生氢气的速率，请回答下列问题：

(1)v(H2)-t图像中，为何AB段v逐渐增大，BC段又逐渐减小？

(2)若增加铁的用量，对反应速率有何影响(不考虑表面积的变化)，为什么？

(3)若将稀硫酸换成浓硫酸能加快产生H2的速率吗？为什么？

例4 H2O2不稳定、易分解，Fe3＋、Cu2＋等对其分解起催化作用，为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了如图甲、乙两种实验装置。

(1)若利用图甲装置，可通过观察________________________________现象，从而定性比较得出结论。

(2)有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理，其理由是________________。写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。

(3)利用乙实验可进行定量分析，图乙中仪器A的名称为________，实验时均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是________________。

(4)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示，解释反应速率变化的原因：______________________________。H2O2初始物质的量浓度为________(保留两位小数)。

关键能力　归纳提升

1.影响反应速率因素

状元随笔　三点注意：

(1)固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。

(2)反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。

(3)压强对化学反应速率影响的规律

压强对反应速率的影响实质上是浓度对反应速率的影响(注：此处惰性气体指不参加反应的气体)；

①恒温时：增大压强体积缩小浓度增大反应速率加快。

②恒容时：

a．充入气体反应物浓度增大总压强增大反应速率加快；

b．充入惰性气体总压强增大，各物质的浓度不变，反应速度不变；

③恒压时：充入惰性气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢。

2．控制变量法

控制变量法作为化学实验探究的有效方法，在探究实验中运用较多。在化学探究中，不同的因素和条件对实验产生不同影响。根据因素的不同，变量可分为实验变量(又称为自变量)、反应变量(又称为因变量)和无关变量。在化学探究实验中，首先要确定实验目的，分析实验原理，确定实验变量、反应变量和无关变量，并在探究过程中控制无关变量和操纵实验变量。

状元随笔　控制变量法的解题策略

(1)定多变一：在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响需控制其他因素相同或不变，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。

(2)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。

课堂检测——夯实·测控·演练

1.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法一定不正确的是(　　)

A.第④组实验的反应速率最小

B．第①组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L－1

C．第②组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L－1

D．第③组实验的反应温度低于30 ℃

2．下列措施对增大反应速率明显有效的是(　　)

A．Al在氧气中燃烧生成Al2O3，将铝粉改为铝片

B．Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用质量分数为98.3%的浓硫酸

C．Zn与稀硫酸反应时，适当提高溶液的温度

D．实验室用大理石制取CO2，增加大理石的量

3．在Ag＋催化作用下，Cr3＋被氧化为的机理为

①+2Ag＋===＋2Ag2＋(慢)；

②+7H2O===(快)。

下列有关说法不正确的是(　　)

A．反应速率与Ag＋浓度有关

B．Ag＋是该反应的催化剂

C．溶液的温度与该反应的速率有关

D．②反应决定整个反应的反应速率

4．全球爆发了新型冠状病毒肺炎疫情，疫情期间，使用15%的过氧乙酸()溶液对环境进行消毒，能够有效消除病菌。已知生成过氧乙酸(CH3COOOH)的反应：CH3COOH＋H2O2⇌CH3COOOH＋H2O，下列有关说法正确的是(　　)

A．降低温度可加快该反应速率

B．加入合适的催化剂可提高该反应速率

C．增大压强可加快该反应的反应速率

D．加水稀释CH3COOH，可使该反应反应速率加快

5．一定温度下，反应H2O(g)＋C(s)⇌CO(g)＋H2(g)在密闭容器中进行，下列措施能加快反应速率的是(　　)

A．增大体积使压强减小     B．恒容，充入H2O(g)

C．恒容，充入He气      D．恒压，充入He气

6．向200 mL 6 mol·L－1盐酸中加入一定量的纯净CaCO3，产生气体的体积随时间的变化曲线如图所示(气体体积均在标准状况下测定)。请回答下列问题：

(1)设OE段的反应速率为v1，EF段的反应速率为v2，FG段的反应速率为v3，则v1、v2、v3从大到小的顺序为________________。

(2)为了减缓上述反应的速率，欲向该溶液中加入下列物质，你认为可行的是________(填字母)。

A．蒸馏水      B．氯化钾固体

C．氯化钠溶液     D．浓盐酸

(3)加入CaCO3的质量为________。

(4)若反应过程中溶液体积的变化忽略不计，则EF段用盐酸表示的化学反应速率v(HCl)＝________。

7．一定条件下，H2O2在水溶液中发生分解反应：2H2O22H2O＋O2↑。反应过程中，测得不同时间H2O2的物质的量浓度如表：

(1)H2O2的分解反应________氧化还原反应(填“是”或“不是”)。

(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)为________ mol·L－1·min－1。

(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL，则共产生O2________ g。

A．0.08     B．0.16

C．1.28     D．2.4

第2课时　影响化学反应速率的因素

基础知识

新知预习

一、

1．Mg

2．(1)B>A　加快　(2)C>B>A　增大　减小　(3)加快　(4)实验1>实验2　加快

3．反应速率越大　光照

学而思

1．提示：食品中添加的抗氧化剂往往是一些还原性强的物质，添加后能够消耗氧气，从而降低了与食品接触的氧气的浓度，减慢了食品的变质速率。

2．提示：③⑦。①加水，降低了盐酸的浓度，故反应速率减慢；②在稀盐酸中加硝酸钾溶液相当于加入硝酸，不会生成氢气；③改用浓度大的盐酸，反应速率加快，且不改变氢气的产量；④加入铁粉，铁与盐酸反应生成氢气的产量增多；⑤加氯化钠溶液，相当于稀释盐酸，故反应速率减慢；⑥滴加硫酸铁溶液，铁与硫酸铁反应，使得与盐酸反应的铁减少，故氢气的产量减少，并且稀释了盐酸，反应速率减慢；⑦升高温度，反应速率加快，且不改变氢气的产量；故符合题意的是③⑦。

尝试体验

解析：(1)反应温度越高，使用催化剂，反应物浓度越大，反应速率越快，实验①中双氧水浓度最小，没有使用催化剂，温度为25 ℃，则在实验①～④中反应速率最小，图中斜率越大，反应速率越快，并且①中产生O2是②、③、④的一半，则代表实验①的为Ⅳ。

(2)实验③、④中，反应物浓度、反应温度相同，而实验④使用了催化剂，所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。

(3)根据实验①、②可知，增大反应物浓度，反应速率加快；根据实验②、③可知，升高反应温度，反应速率加快；根据实验③、④可知，使用合适的催化剂，反应速率加快；通过对比实验，得出的实验结论是其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂，化学反应速率加快。

答案：(1)Ⅳ　(2)研究催化剂对反应速率的影响

(3)其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂，化学反应速率加快

【母题追问】

(1)提示：④。

(2)提示：③。

即时自测

1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×

2．答案：(1)光　(2)反应物的接触面积　(3)催化剂　(4)反应物本身的性质　(5)反应物的浓度　(6)反应温度

3．解析：反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素；反应物的浓度、反应温度、催化剂等是影响化学反应速率的外界因素。

答案：D

4．解析：增大压强、升高温度、增大CO2的浓度均能增大反应速率；增加固体的用量，因其浓度是常数，故反应速率不会增加，选D。

答案：D

5．解析：温度越高，反应速率越快，C和D的温度均为35 ℃，且D中硫酸的浓度较大，可以加快反应速率，Fe为粉末状，能增大与稀硫酸的接触面积，同样可加快反应速率，则D中反应速率最快。

答案：D

6．解析：反应物的温度越高，反应速率越快；反应物的浓度越大，反应速率越快。反应速率越快，出现的反应现象就越快。D组实验的反应温度最高，c(Na2S2O3)、c(H2SO4)最大。

答案：D

技能素养

例1　解析：将块状Fe2O3改为粉末状，增大反应物接触面积，反应速率加快，A正确；升高温度，反应速率加快，B正确；使用催化剂，反应速率增大，C正确；N2不参加反应，反应速率也不改变，D错误。

答案：D

例2　解析：A错：图甲表明其他条件相同时，H2O2浓度越大，其分解速率越快。B错：图乙表明其他条件相同时，溶液pH越大，分解速率越快。C错：Mn2＋浓度相同时，1.0 mol·L－1NaOH溶液中分解速率小于0.1 mol·L－1NaOH溶液中的分解速率。D对：pH相同时，Mn2＋浓度越大，分解速率越快，所以图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率影响大。

答案：D

例3　答案：(1)AB段v逐渐增大的主要原因是反应放热，导致温度升高，反应速率增大；BC段v逐渐减小的主要原因是随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。

(2)无影响，因为固体和纯液体的浓度视为常数，其量的变化对反应速率无影响。

(3)不能，因为常温下浓硫酸使铁钝化，且浓硫酸中氢离子浓度较小。

例4　解析：(1)通过产生气泡的快慢即可比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果(保持其他条件相同，只改变催化剂)。(2)FeCl3和CuSO4中阴、阳离子都不相同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用和CuSO4的阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰。(3)通过计算分别用Fe3＋、Cu2＋催化时生成O2的速率，来定量比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，因此需要测量的数据是产生40 mL气体所需要的时间。(4)随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，反应速率减慢，最终生成氧气的体积是60 mL，即0.002 7 mol。根据2H2O2～O2，c(H2O2)＝0.005 4 mol÷0.05 L≈0.11 mol·L－1。

答案：(1)产生气泡的快慢　(2)可以消除阴离子不同对实验的干扰　2H2O22H2O＋O2↑　(3)分液漏斗　产生40 mL气体所需的时间　(4)随着反应的进行，反应物的浓度减小，反应速率减小　0.11 mol·L－1

课堂检测

1．解析：由图像可知，①、②、③、④组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有大小之分。第④组实验，反应所用时间最长，故反应速率最小，A正确；第①组实验，反应所用时间最短，故反应速率最大，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L－1，B正确；第②组实验，铁是粉末状，与③、④组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L－1，C正确；由③、④组实验并结合图像知第③组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。

答案：D

2．答案：C

3．答案：D

4．答案：B

5．答案：B

6．解析：(1)根据题图中数值计算速率大小为v2>v1>v3。

(2)加蒸馏水、氯化钠溶液，相当于减小反应物的浓度，反应速率减慢。

(3)最终生成标准状况下5.6 L CO2，n(CaCO3)＝n(CO2)＝5.6 L÷22.4 L·mol－1＝0.25 mol，加入CaCO3的质量为0.25 mol×100 g·mol－1＝25 g。

(4)EF段生成标准状况n(CO2)＝3.36 L÷22.4 L·mol－1＝0.15 mol，参加反应的n(HCl)＝0.30 mol，v(HCl)＝0.30 mol÷0.2 L÷1 min＝1.5 mol·L－1·min－1

答案：(1)v2>v1>v3　(2)AC　(3)25 g　

(4)1.5 mol·L－1·min－1

7．解析：(1)过氧化氢分解生成水和氧气，2H2O22H2O＋O2↑，依据氧元素化合价发生变化判断为氧化还原反应；(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)＝＝＝0.02 mol·L－1·min－1；(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL，溶质物质的量＝0.1 L×0.80 mol·L－1＝0.08 mol，由化学方程式定量关系可知，共产生O2 0.04 mol，质量＝0.04 mol×32 g·mol－1＝1.28 g。

答案：(1)是　(2)0.02　(3)C