化学人教版 (2019)化学反应速率第二课时导学案

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第一节 化学反应速率
第2课时 影响化学反应速率的因素 活化能
◆知识点一 影响化学反应速率的因素
实验探究—定性与定量研究影响化学反应速率的因素 P26
【实验探究Ⅰ】
（1）浓度对化学反应速率的影响
①实验探究：
②影响规律：
当其他条件相同时，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。
易错提醒
1.影响反应速率的是反应物生成物的浓度，而不是物质的量或反应物的总量。
2.溶液中发生离子反应时，与反应无关的离子浓度的大小对反应速率无影响，如NaOH溶液和盐酸反应时，增大Na+和Cl—的浓度，对该反应的反应速率无影响。
3.固体反应物颗粒越小，其总表面积越大，与其它反应物的接触面积越大，有效碰撞次数越多，反应速率越大，故块状固体可以通过研磨以增大表面积来增大反应速率。
即学即练
1.实验室制备CO2气体时，向一定质量的CaCO3（块状固体）中加入200mL 2ml•L﹣1盐酸，反应进行到
1min时共产生标准状况下的CO2气体224mL，下列有关该反应速率的描述正确的是（忽略溶液体积的变化）
（ ）
A．将2ml•L﹣1盐酸改为相同物质的量浓度的硫酸，反应速率一定更快
B．1min内，用Ca2+表示的反应速率为0.05ml•L﹣1•min﹣1
C．再加入少量CaCO3固体，生成CO2的速率明显加快
D．1min末时，用H+表示的反应速率为0.1ml•L﹣1•min﹣1
【答案】B
【解析】A.碳酸钙与硫酸反应生成的微溶性硫酸钙能覆盖在其表面，阻止反应进行，即将2ml•L﹣1盐酸改为相同物质的量浓度的硫酸时，反应速率将减慢，故A错误；
B.由上述分析可知，，故B正确；
C.加入固体不能改变反应物浓度，不能改变反应速率，即再加入少量CaCO3固体时生成CO2的速率不变，故C错误；
D.，该速率是1min内的平均速率，但随着反应的进行盐酸浓度降低、反应速率减慢，所以1min末时，用H+表示的1min反应速率小于0.1ml•L﹣1•min﹣1，故D错误。
故选:B。
2.对于300mL 1ml•L﹣1盐酸与铁片的反应，采取下列措施：
①升高温度②改用100mL 3ml•L﹣1盐酸③再加300mL 1ml•L﹣1盐酸
④用等量铁粉代替铁片⑤改用100mL 98%的硫酸
其中能使反应速率加快的是（ ）
①②④B．①③④C．①②③④D．①②③⑤
【答案】A
【解析】①适当升高温度，增大活化分子百分数，反应速率加快;②改用100mL 3ml儿盐酸，酸的浓度增大，反应速率加快;③再加300ml1ml儿盐酸，酸的浓度不变，反应速率不变;④用等量铁粉代替铁片，增大固体接触面积，使反应速率加快;⑤改用98%的硫酸，浓硫酸与铁不生成氢气，则不能加快反应速率;综上所述，①②④正确;故选A。
（2）压强对化学反应速率的影响
影响规律：对于气体反应来说，在一定温度下，增大压强(减小容器体积)，反应速率加快；减小压强(增大容器体积)，反应速率减慢。
易错提醒
1.若参加反应的物质为固体或液体(溶液)，由于压强的变化对它们的浓度几乎无影响， 可以认为反应速率不变。
2.对于有气体参加的可逆反应，增大压强，正反应速率和逆反应速率都增大；减小压强，正反应速率和逆反应速率都减小。
即学即练
1.减小反应容器的体积而使压强增大，该方法对下列化学反应的速率无影响的是( )
A．CO2(g)＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
B．H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)
C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3
D．N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)
【答案】C
【解析】C项，反应过程中无气体物质参加或生成，故改变压强对反应速率无影响。
（3）温度对化学反应速率的影响
①实验探究
②影响规律
当其他条件不变时，升高温度，反应速率加快；降低温度，反应速率减慢。
易错提醒
1.温度对反应速率的影响规律，对吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。升温时，化学反应增大；降温时，化学反应速率减小。
2.对于可逆反应来说，升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，只是增大的程度不同；同理，降低温度，正反应速率和逆反应速率均减小，只是减小的程度不同。
即学即练
1.把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 ml·L－1 H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题：
（1）曲线O→a段，不产生氢气的原因是_____________________________________________。
有关反应的化学方程式为_________________________________________________________。
（2）曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是_________________________________。
（3）曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是__________________________。
【答案】（1）久置的铝片表面有氧化铝薄膜，会先与H2SO4反应 Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O
（2）该反应是放热反应，体系温度升高，化学反应速率增大
（3）随着反应的进行，H2SO4溶液的浓度减小，化学反应速率逐渐减小
【解析】（1）在空气中久置的铝片表面有氧化铝薄膜，因此，H2SO4先和氧化铝反应，不产生氢气。（2）a→b段，虽然H2SO4溶液的浓度减小，但该反应是放热反应，体系温度升高，温度起主导作用，故化学反应速率增大。（3）曲线上b点之后，H2SO4溶液的浓度减小，成为影响化学反应速率的主要因素，因此化学反应速率逐渐减小。
（4）催化剂对化学反应速率的影响
①实验探究
②影响规律
催化剂能够改变反应速率。
能够加快化学反应速率的催化剂叫正催化剂，能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。在实际应用中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。
【实验探究Ⅱ】
注意事项：
①锌的颗粒(即表面积)大小基本相同；
②40 mL的稀硫酸要迅速加入；
③装置气密性良好，且计时要迅速准确；
④气体收集可以用排水量气装置(如图所示)代替。
实验讨论：除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有(至少填两种)：
①测定一定时间内产生的H2的体积；
②测定一段时间内H＋的浓度变化；
③测定一段时间内锌粒的质量变化。
影响化学反应速率的因素
内因：反应物本身的组成、结构和性质等因素。
外因
A.温度
①基本规律：温度越高，化学反应速率越快
②经验规律：一般温度每升高10℃，其反应速率增加2～4倍
B.压强：气体反应的压强越大，化学反应速率越快
C.浓度：浓度越大，化学反应速率越快
D.催化剂：使用适当的催化剂可以显著改变化学反应速率
E.接触面积：反应物的颗粒越小，接触面积越大，化学反应速率越快
F.原电池：形成原电池，可以加快氧化还原反应的速率
易错提醒
1.温度
①催化反应，升高温度，催化剂可能失活，反应速率减慢
②有机反应，升高温度，有可能发生副反应，主反应速率减慢
2.压强
①改变非气体反应的压强，反应速率不变
②改变等体反应的压强，v正和v逆变化幅度相同
3.浓度
①固体和纯液体的浓度为定值，改变固体或纯液体的用量，反应速率不变
②加入固体物质，有可能改变接触面积，反应速率可能加快
4.充惰性气体问题
①恒容容器通惰性气体，压强增大，浓度不变，速率不变
②恒压容器通惰性气体，体积变大，浓度减小，速率减慢
即学即练
1.用一质量为1.2 g的铝片与45 mL 4 ml·L－1稀硫酸反应制取H2，若要增大反应速率，采取的措施：①再加入20 mL 4 ml·L－1硫酸；②改用30 mL 6 ml·L－1的稀硫酸；③改用20 mL 18 ml·L－1浓硫酸；④改用1.2 g铝粉代替1.2 g铝片；⑤适当升高温度；⑥在敞口容器中反应。其中正确的是( )
A．①②③④ B．②④⑤
C．②③④⑤ D．②③④⑤⑥
【答案】B
【解析】①未增大c(H2SO4)，反应速率不变；③18 ml·L－1的浓硫酸会使铝钝化；⑥在敞口容器中反应，H2逸出并不影响反应速率。
2.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( )
【答案】D
【解析】当有多个外界条件时，要对比找出其相同条件和不同条件，然后比较判断。影响化学反应速率的因素很多，本题从浓度和温度两个因素考查，结合选项知混合液体积都为20 mL，根据浓度越大、温度越高，反应速率越快，可以推知D选项正确。
3.(2023·广东深圳南山区期末)一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不能改变化学反应速率的是( )
A．缩小容器容积使压强增大B．恒容，充入N2
C．恒容，充入HeD．恒压，充入He
【答案】C
【解析】A项，缩小容器容积，各物质的浓度增大，反应速率增大，不符合题意；B项，恒容，充入氮气，氮气的浓度增大，反应速率增大，不符合题意；C项，恒容，充入惰性气体，对参加反应的各物质的浓度无影响，反应速率不改变，符合题意；D项，恒压，充入惰性气体，容器的容积增大，参与反应的各物质的浓度减小，反应速率减小，不符合题意。
◆知识点二 活化能
有效碰撞理论
有效碰撞，指能够发生化学反应的碰撞。
化学反应的先决条件是反应物分子间必须发生碰撞。反应物分子间的碰撞只有少数碰撞能导致化学反应的发生，多数碰撞并不能导致反应的发生，是无效碰撞。碰撞的频率越高，则化学反应速率就越大。研究发现，只有既具有足够的能量又有合适的碰撞取向的分子碰撞，才是有效碰撞。
有效碰撞是发生化学反应的先决条件。
活化能和活化分子
（1）活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。
（2）活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。
如下图所示中的Ea(正)是反应的活化能，Ea(逆)是活化分子变成生成物分子放出的能量，能量差 Ea(逆)—Ea(正)是反应热。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。
基元反应
（1）含义：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应叫基元反应。
（2）特点：大多数化学反应都是由几个基元反应组成的。
反应历程（反应机理）
大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。反应历程就是多个基元反应构成的反应序列。反应历程中的每一步反应都称为基元反应。
反应历程中的速率
（1）决速反应：活化能最大的反应或速率最慢的反应；
（2）决速浓度：最慢反应中反应物的浓度决定总反应的反应速率。
（3）实例：H2（g）＋I2（g）⇌2HI（g），它的反应历程可能是如下两步基元反应：
①I2⇌I＋I（快）②H2＋2I⇌2HI（慢），其中慢反应为整个反应的决速步骤。
活化能与反应速率
在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。
活化能低→普通分子易变成活化分子→活化分子百分数大→有效碰撞次数多→反应速率快。
利用有效碰撞理论可以解释外界条件(浓度、温度、压强、催化剂)对化学反应速率的影响。
用有效碰撞理论解释浓度对化学反应速率的影响
当其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的，如果反应物浓度增大，则单位体积内活化分子的数目增多（但活化分子百分数不变），那么在单位时间内有效碰撞的次数也就相应增多，化学反应速率也就增大了。
用有效碰撞理论解释压强对化学反应速率的影响
在一定温度下，一定物质的量的气体所占的体积与压强成反比。增大压强(减小容器体积)相当于增大反应物的浓度反应速率加快；减小压强(增大容器体积)相当于减小反应物浓度，反应速率减慢。
用有效碰撞理论解释温度对化学反应速率的影响
当其他条件不变时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分能量较低的分子变成活化分子→活化分子百分数增加→有效碰撞次数增多→化学反应速率增大。
因此，升高温度可以增大化学反应速率。
用有效碰撞理论解释（正）催化剂对化学反应速率的影响
使用催化剂→降低反应所需的能量→更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→成千成万倍地增大化学反应速率。
即学即练
1．已知反应：2NO(g)＋Br2(g)⇌2NOBr(g) ΔH＝－a kJ·ml－1(a＞0)，其反应机理如下
①NO(g)＋Br2(g)⇌NOBr2(g) 快
②NO(g)＋NOBr2(g)⇌2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应的速率主要取决于①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·ml－1
D．增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
【答案】C
【解析】反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·ml－1，故C正确；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故D错误。
2．设C＋CO2⇌2CO(吸热反应)的反应速率为v1，N2＋3H22NH3(放热反应)的反应速率为v2，若对以上两个反应均升高温度，v1、v2会________(填“减小”“增大”或“不变”)，从有效碰撞理论角度分析原因：________。
【答案】增大 无论是放热反应还是吸热反应，升高温度，分子的平均能量均增加，活化分子百分比增加，单位体积内活化分子数增加，单位时间内有效碰撞次数增加，反应速率增大
3．在有气体参与的反应中，①增大反应物浓度、②升高温度、③增大压强(压缩体积)、④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题(填序号)：
（1）降低反应活化能的是________。
（2）增加活化分子百分比的是________。
（3）未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是________。
（4）增加单位体积内活化分子数的是________。
【答案】（1）④ （2）②④ （3）①③ （4）①②③④
一、压强影响化学反应速率的几种情况
分析压强改变对反应速率的影响,关键是看参加反应的气体浓度是否有变化。若气体浓度有变化,则化学反应速率一定改变;若气体浓度无变化,则化学反应速率不改变。具体分为以下几种情况：
实践应用
1.对于反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)
（1）恒温恒容条件下，向反应体系中充入氮气，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，原因是___________________________________________________。
（2）恒温恒容条件下，向反应体系中充入氦气，反应速率________，原因是________________。
（3）恒温恒压条件下，向反应体系中充入氦气，反应速率________，原因是________________。
【答案】
（1）增大 增大反应物的浓度，化学反应速率增大
（2）不变 恒容条件下，充入氦气，反应物和生成物的浓度不变，化学反应速率不变
（3）减小 压强不变，充入氦气，容积增大，氮气、氢气的浓度减小，化学反应速率减小
2．在一密闭容器中充入1mlH2和1mlI2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH0，下列叙述正确的是
A．恒温，将容器的体积压缩，可增大单位体积内活化分子的百分数，有效碰撞几率提高
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．在容器中加入氩气，反应速率不变
【答案】D
【解析】A．增大压强，活化分子百分数不变，故A错误；B．W为固体，加入少量W，反应速率不变，故B错误；C．升高温度，正、逆反应速率都增大，故C错误；D．在容器中加入氩气，参加反应气体的浓度不变，则反应速率不变，故D正确；故选D。
14.在改变下列条件能使反应物中单位体积内活化分子数和活化分子百分数同时减小但反应的活化能不变的是
A．减小反应物的浓度B．降低温度C．使用负催化剂D．移去生成物
【答案】B
【解析】A．减小反应物的浓度，只能减小活化分子数，不能减小活化分子百分数，故A不选；B．降低温度既能减小活化分子数，又能减小活化分子百分数，但活化能不变，故B选；C．使用负催化剂要增大反应的活化能，故C不选；D．移去生成物，活化分子数目减少，活化分子百分数不变，故D不选。答案选B。
15．在容积不变的密闭容器中存在： 3H2(g) +3CO(g) =CH3OCH3(g) +CO2(g) ΔH