高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第2课时导学案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第2课时导学案，共18页。
eq \a\vs4\al(浓度、压强对化学反应速率的影响)
[情境素材1]
在298 K时，实验测得溶液中的反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2在不同浓度时的反应速率如下表：
(1)对比实验1、2、3组数据可知，在c(H2O2)相同时，增大c(HI)，测定的化学反应速率增大；对比实验1、4、5组数据可知，在c(HI)相同时，增大c(H2O2)，测定的化学反应速率增大；由此可以得知，在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。
(2)对比实验1、4组数据可知，在c(HI)一定时，c(H2O2)增大一倍，测定的化学反应速率提高一倍；对比实验1、2组数据可知，在c(H2O2)一定时，c(HI)增大一倍，测定的化学反应速率提高一倍。
[情境探究]
1．对比实验2、4组数据和实验3、5组数据，由4组数据可知，在c(HI)和c(H2O2)乘积相同时，测定的化学反应速率有何关系？由此你能得出反应速率与c(HI)和c(H2O2)的关系吗，你能否用一个表达式来表示？
提示：c(HI)和c(H2O2)乘积相同时，测定的化学反应速率基本相等；反应速率与c(HI)和c(H2O2)的关系可以表示为v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中k是常数。
2．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各物质化学式前的系数并无确定关系。
[情境素材2]
在一密闭容器中充入1 ml H2和1 ml I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图)。
[情境探究]
1．对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强有何关系？向下压缩该活塞，该反应的气体浓度和反应速率将如何变化？
提示：对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。向下压缩活塞，压强增大，气体体积缩小，气体浓度增大，化学反应速率加快。
2．增大压强一定能增大反应速率，减小压强一定能减小反应速率吗？为什么？如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？
提示：其他条件不变时，增大压强不一定增大反应物的浓度，反应速率不一定增大；其他条件不变时，减小压强不一定减小反应物的浓度，反应速率不一定减小。所以，只有改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。
3．对于固体和液体反应体系，增大压强，反应速率如何变化？
提示：由于固体、液体粒子间的空隙很小，增大压强几乎不能改变它们的浓度，因此对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对其化学反应速率的影响可以忽略不计。
1．浓度对化学反应速率的影响
(1)一般规律
对于很多反应来说，其他条件不变，增大反应物的浓度可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度可以减小化学反应速率。
(2)定量关系
①反应速率方程
a．意义：反应速率方程可定量地表示化学反应速率与反应物浓度的关系。
b．实例：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率方程为v＝kc(H2O2)·c(HI)，其表示该反应的反应速率与反应物H2O2、HI的浓度成正比。
②反应速率常数(k)
③一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
2．压强对化学反应速率的影响
(1)基本规律(对于气体参与的反应)
(2)解释
压强增大→eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\c1(气体体积缩小, ↓,反应物浓度增大))→化学反应速率加快；
反之，压强减小，化学反应速率减慢。
[名师点拨]
(1)对于固体或纯液体物质，一般情况下其浓度可视为常数，因此改变固体或纯液体物质的用量对化学反应速率无影响。
(2)改变溶液的用量时，由于浓度不变，因此对化学反应速率无影响。
(3)如果压强的改变对气体物质的浓度没有影响，则化学反应速率不发生变化。
1．在室温下，同种规格的铝片分别与下列物质混合，化学反应速率最大的是( )
A．0.1 ml·L－1盐酸15 mL
B．0.2 ml·L－1盐酸12 mL
C．0.15 ml·L－1硫酸8 mL
D．18 ml·L－1浓硫酸15 mL
解析：选C 铝放入盐酸或稀硫酸中发生化学反应的离子方程式均为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，A、B、C三个选项中，C中c(H＋)最大，反应最快；D项中的浓硫酸使铝钝化。
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的用量
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
解析：选B 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，但反应物的浓度并未改变，反应速率不变；充入Ar使容器的容积增大，总压强不变，但反应物的浓度变小，反应速率减小。
eq \a\vs4\al(温度对反应速率的影响)
[情境素材]
温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率。下表列出了一些反应在298 K和308 K时反应速率常数之比。
[情境探究]
1．根据不同反应的eq \f(k（308 K）,k（298 K）)的数值可以看出温度对化学反应速率有怎样的影响？
提示：从eq \f(k（308 K）,k（298 K）)的数值可以看出，升高温度，k增大，化学反应速率增大。
2．升高相同温度，对不同化学反应的反应速率的影响程度是否相同？
提示：不相同。不同反应的eq \f(k（308 K）,k（298 K）)的数值表明，温度由298 K 升高至308 K时，二者比值不同。
3．根据上述讨论，你认为化学反应速率和温度之间有何种关系？
提示：一定条件下的化学反应：升高温度，加快化学反应速率；降低温度，减慢化学反应速率。
化学反应速率与温度的定量关系
1．一般规律
对于大多数反应，当其他条件不变时，升高温度，化学反应速率增大，降低温度，化学反应速率减小。
2．经验规律
(1)范托夫近似规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率提高到原来的2～4倍。利用这个经验规律，可以对一些化学反应的速率做粗略的估计。
(2)阿伦尼乌斯经验公式：k＝Ae－eq \f(\a\vs4\al(Ea),RT)，式中k为反应速率常数，Ea为活化能，由该式可知，当Ea＞0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之增大。
3．活化能
(1)活化分子
活化分子是能量超过某一数值而能发生化学反应的分子，是普通分子吸收能量后形成的。
(2)活化能：过渡态的能量与反应物的平均能量之差Ea称为基元反应的活化能；可以理解为普通反应物分子形成活化分子所吸收的能量。
(3)实例
如图是基元反应H2＋Cl·===HCl＋H·的活化能示意图。
活化能Ea是过渡态的能量与反应物的平均能量之差。
4．活化能对反应速率的影响
不同的基元反应活化能大小不同，因此化学反应速率不同。活化能越高，反应越难发生，反应速率越慢。
5．温度影响反应速率的理论解释
在其他条件不变时，升温可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例。因此，升高温度可以提高化学反应的速率。
1．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
解析：选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。
2．下列说法中，不正确的是( )
A．催化剂能够改变化学反应途径
B．升高温度，增大了活化分子百分数
C．具有较高能量的反应物分子称为活化分子
D．对于有气体作为反应物的体系，压缩容器容积来增大压强能提高活化分子的浓度
解析：选C 催化剂能够改变化学反应途径，A项正确；升高温度，增大了单位体积内活化分子百分数，B项正确；不同化学反应的活化分子的能量差距很大，具有较高能量的分子不一定是活化分子，C项错误；对于有气体作为反应物的体系，压缩容器容积来增大压强可以增大活化分子的浓度，D项正确。
eq \a\vs4\al(催化剂对反应速率的影响)
1．催化剂的定义
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．下表是一些化学反应使用催化剂前后的活化能及反应速率常数之比
根据表格可以得出，使用催化剂时反应的活化能显著降低，反应速率常数显著增大，则化学反应速率变大。
3．催化剂的催化原理
(1)由于催化剂的质量和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。
(2)催化剂通过参与反应改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。
(3)催化剂的催化原理可表示为
使用催化剂―→改变反应的历程―→降低反应的活化能(如图)―→使更多的反应物分子成为活化分子―→增加单位体积内的活化分子百分数―→加快化学反应速率。
4．催化剂的特点
催化剂对化学反应速率的影响是通过改变反应速率常数来实现的，且与其他因素相比，影响程度较大。
(1)选择性：只对某一反应或某类反应起催化作用。不同的反应有不同的催化剂，且催化剂具有一定的活性温度，催化剂不同，活性温度不同。
(2)高效性：可以大幅度降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
5．其他因素对化学反应速率的影响
如光辐射、放射线辐射、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．下列关于催化剂的说法，正确的是( )
A．催化剂能使不起反应的物质发生反应
B．催化剂在化学反应前后，化学性质和质量都不变
C．催化剂不能改变化学反应速率
D．电解水时，往水中加少量NaOH，可使电解速率明显加快，所以NaOH是这个反应的催化剂
解析：选B 催化剂能改变化学反应速率的原因是它能改变反应途径，在化学反应过程中，催化剂参与反应，经过一系列变化之后，催化剂又恢复原来的状态，其化学性质和质量都不变；在电解水中加入少量NaOH可增大水中的离子浓度，加快了离子的移动速率，NaOH并没有改变反应机理，故不是催化剂。
2．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。下图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是( )
解析：选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做催化剂，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项。
3．漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)在常温且黑暗处可保存一年，亚氯酸不稳定可分解，反应的离子方程式为5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O(HClO2为弱酸)。向NaClO2溶液中滴加H2SO4，开始时HClO2分解反应缓慢，随后反应迅速加快，其原因是( )
A．溶液中的Cl－起催化作用
B．溶液中的H＋起催化作用
C．ClO2逸出，使反应的生成物浓度降低
D．在酸性条件下，亚氯酸钠的氧化性增强
解析：选A 由题目信息可知，NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后反应突然加快，这说明分解生成的产物中的某种物质起了催化剂的作用。
eq \a\vs4\al(化学反应速率 图像分析)
化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中以图的形式表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。认识和应用化学反应速率图像时，要立足化学方程式，应用化学反应速率变化的规律，分析图像的涵义。
1．化学反应速率图像的种类
(1)例如，化学反应CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
①其他条件一定时，反应速率随着c(HCl)的增大而增大，如图1所示。
②其他条件一定时，反应速率随着温度的升高而增大，如图2所示。
③随着反应时间的延长，c(HCl)逐渐减小，化学反应速率逐渐减小，如图3所示。
(2)例如，化学反应2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)
①其他条件一定时，增大反应体系的压强(缩小容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大，如图4。
②其他条件一定时，减小反应体系的压强(扩大容器的容积)，反应速率随着容积的增大而减小，如图5。
③温度、容器的容积都一定时，随着时间的增加，SO2、H2S物质的量逐渐减少，气体的压强逐渐减小，反应速率逐渐减小，如图6。
④分别在较低温度T1和较高温度T2下反应，反应体系的压强逐渐增大(缩小容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大及随着温度的升高而增大，如图7。
2．速率—时间图像
速率—时间图像定性揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对速率的影响)而变化的规律，体现了外界条件改变对可逆反应速率的影响，以及由此引发的平衡移动。
1．可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH0.5 (2)显色时间太短，不易测量
(3)7.5 保证每次实验溶液总体积相等 1 保证淀粉溶液的用量相同 72.0 s(54.0 s～72.0 s)
(4)反应速率与反应物浓度成正比例关系(或反应物浓度越大，反应速率越快)
[分级训练·课课过关]________________________________________________________
1．下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是( )
A．Cu能与浓硝酸反应，而不与浓盐酸反应
B．Cu与浓硝酸反应比稀硝酸反应快
C．N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应
D．Cu与浓H2SO4能反应，而不与稀H2SO4反应
解析：选A 要想说明反应物本身的性质是影响化学反应速率的决定性因素，则该实验事实应区别在反应物本身而不是外界因素如浓度、压强、温度、催化剂等。其中选项B、D为浓度不同所致，选项C为反应条件不同所致，唯有选项A是因浓硝酸与浓盐酸本身性质不同所致。
2．对于可逆反应A＋BC，下列条件的改变一定能使化学反应速率加快的是( )
A．增加A的物质的量 B．升高体系温度
C．增大体系的压强 D．减少C的物质的量
解析：选B 如果A是固体，增加固体A的物质的量不会引起化学反应速率的变化，故A错误；升高体系的温度，所有化学反应的反应速率均加快，故B正确；若该反应为固体或液体之间的反应，改变压强不会引起化学反应速率的变化，故C错误；如果C是固体，减少固体C的物质的量不会引起化学反应速率的变化，故D错误。
3．把下列四种X溶液，分别加进四个盛有10 mL浓度为2 ml·L－1的盐酸的烧杯中，并都加水稀释至50 mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应速率最大的是( )
A．10 mL、2 ml·L－1 B．20 mL、2 ml·L－1
C．10 mL、4 ml·L－1 D．20 mL、3 ml·L－1
解析：选D 因溶液均加水稀释到50 mL，则可计算X的物质的量，物质的量越大，浓度越大，反应速率越大，A中n(X)＝0.01 L×2 ml·L－1＝0.02 ml，B中n(X)＝0.02 L×2 ml·L－1＝0.04 ml，C中n(X)＝0.01 L×4 ml·L－1＝0.04 ml，D中n(X)＝0.02 L×3 ml·L－1＝0.06 ml，则X的物质的量最大的是D，则D中反应速率最大，故选D。
4．可逆反应2X(g)＋Y(s)2Z(g)在t1时刻达到平衡状态。当增大平衡体系压强(减小容器容积)时，下列有关正、逆反应速率(v)随时间变化的图像正确的是( )
解析：选C 因反应前后气态物质系数之和相等，则达到平衡状态后，增大平衡体系的压强，正、逆反应速率仍相等，但由于压强增大，所以反应速率都增大。
5．某同学在实验室中准备利用Na2S2O3溶液和稀H2SO4来验证浓度、温度对反应速率的影响。
[实验药品及仪器]0.1 ml·L－1Na2S2O3溶液、0.1 ml·L－1稀H2SO4、热水、冷水、蒸馏水、量筒、烧杯、试管(若干)、胶头滴管等。
[实验步骤]
(1)写出反应的化学方程式：__________________________________________________。
(2)验证浓度对反应速率的影响
该同学想通过改变Na2S2O3的浓度来验证浓度对反应速率的影响。为了得到令人信服的实验结果，你认为他在实验中必须做到一致的因素
①___________________________________________________________；
②______________________________________________________(可不填满，也可补充)。
(3)验证温度对反应速率的影响
该同学在两个烧杯中放入了等量的适量的热水和冷水，为了得到令人信服的实验结果，你认为他在实验中必须做到一致的因素
①________________________________________________________________________；
②_________________________________________________________(可不填满，也可补充)。
解析：(1)Na2S2O3和H2SO4反应生成硫酸钠、硫单质、二氧化硫和水。(2)通过改变Na2S2O3的浓度来验证浓度对反应速率的影响，除Na2S2O3的浓度不同外，所取硫酸溶液体积、溶液总体积必须完全相同，且两组溶液必须同时混合。(3)验证温度对反应速率的影响，需要设置对照试验，所以两个烧杯中除了温度不同以外，其他条件必须完全相同。
答案：(1)Na2S2O3＋H2SO4===S↓＋Na2SO4＋H2O＋SO2↑
(2)①所取稀硫酸的体积 ②溶液的总体积(或③两组溶液必须同时混合)
(3)①所取稀硫酸的体积 ②所取Na2S2O3溶液的体积(或③两组溶液必须同时混合)
明课程标准
扣核心素养
1.能运用变量控制的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问题。
2.能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。
4.针对典型案例，能从速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
1.宏观辨识与微观探析：通过实验，从宏观上认识浓度、压强、温度、催化剂等外界因素影响化学反应速率的规律及原因，知道反应速率常数、活化能的含义，能根据相应规律解决实际问题。
2.证据推理与模型认知：建立分析探究外界因素影响化学反应速率的思维模型，即“实验现象→影响规律→理论解释”，促进“证据推理”核心素养的发展。
实验编号
1
2
3
4
5
c(HI)/(ml·L－1)
0.100
0.200
0.300
0.100
0.100
c(H2O2)/(ml·L－1)
0.100
0.100
0.100
0.200
0.300
v/(ml·L－1·s－1)
0.007 60
0.015 3
0.022 7
0.015 1
0.022 8
含义
表示单位浓度下的化学反应速率
单位
不同反应速率方程中k的单位不同
意义
通常反应速率常数k越大，反应进行得越快
影响因素
与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响
化学反应
eq \f(k（308 K）,k（298 K）)
NO＋O3===NO2＋O2
1.15
H2＋I2===2HI(气体反应)
8.99
NH4CNO===(NH2)2CO
3.58
化学反应
催化剂
Ea/(kJ·ml－1)
eq \f(k（催）,k（无）)
无催化剂
有催化剂
C12H22O11(蔗糖)＋H2O===C6H12O6(葡萄糖)＋C6H12O6(果糖)
蔗糖酶
107
36
9.2×1011(310 K)
2HI===H2＋I2
金
184
105
1.6×108(503 K)
CH3CHO===CH4＋CO
碘
210
136
7.5×104(793 K)
2H2O2===2H2O＋O2
过氧化氢酶
75
25
5.8×108(298 K)
平衡
体系
条件变化
速率变化
平衡
变化
速率变化曲线
任一平
衡体系
①增大反应物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且
v(正)>v(逆)
正向
移动
②减小反应物浓度
v(正)、v(逆)均减小，且
v(逆)>v(正)
逆向
移动
③增大反应产物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且
v(逆)>v(正)
逆向
移动
④减小反应产物浓度
v(正)、v(逆)均减小，且
v(正)>v(逆)
正向
移动
正反应
方向为
气体体
积增大
的放热反应
⑤增大压强或升高温度
v(正)、v(逆)均增大，且
v(逆)>v(正)
逆向
移动
⑥减小压强或降低温度
v(正)、v(逆)均减小，且
v(正)>v(逆)
正向
移动
任一平
衡或有
气体参
加的
平衡
⑦加入催化剂
v(正)、v(逆)均增大相同倍数
平衡
不移
动
实验序号
反应温度/℃
参加反应的物质
Na2S2O3
H2SO4
H2O
V/mL
c/(ml·L－1)
V/mL
c/(ml·L－1)
V/mL
A
20
10
0.1
10
0.1
0
B
20
5
0.1
10
0.1
5
C
20
10
0.1
5
0.1
5
D
40
5
0.1
10
0.1
5
编号
T/K
大理石规格
HNO3浓度
①
298
粗颗粒
2.00 ml·L－1
②
298
粗颗粒
1.00 ml·L－1
③
308
粗颗粒
2.00 ml·L－1
④
298
细颗粒
2.00 ml·L－1
实验
序号
试剂体积V/mL
显色时
间t/s
K2S2O8
溶液
KI
溶液
水
Na2S2O3
溶液
淀粉
溶液
①
10
10
0
4
1
26.8
②
5
10
5
4
1
54.0
③
2.5
10
V1
4
1
108.2
④
10
5
5
4
1
53.8
⑤
5
7.5
7.5
4
V2
t1