人教版 (2019)选择性必修1第一节 化学反应速率导学案

影响化学反应速率的因素、活化能

【学法指导】

1．了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。

2．知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。

【基础梳理】

①       定性和定量研究影响化学反应速率的因素

实验探究1：探究浓度对化学反应速率的影响

实验探究2：探究温度对化学反应速率的影响

实验探究3：探究催化剂对化学反应速率的影响

注意：正催化剂加快化学反应速率，负催化剂减慢化学反应速率(不说明指正催化剂）

综上结论：

外界条件对反应速率的影响规律：

浓度——增大反应物浓度，化学反应速率增大；减小反应物浓度，化学反应速率减小

温度——升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小

催化剂——催化剂可以改变化学反应速率（可以提高化学反应速率，也可以降低化学反应速率）

☂名师点拨

外界条件对化学反应速率影响的深度理解

 1.浓度对化学反应速率影响的注意事项

（1）固体和纯液体的浓度可视为常数，改变其物质的量，对反应速率无影响。

（2）若某物质的浓度变化改变了其性质，反应实质可能发生改变，要具体分析反应速率的变化（如铁与稀硫酸反应，在一定浓度范围内反应速率与浓度有关，但常温下铁遇浓硫酸钝化）。

（3）固体物质的反应速率与其表面积有关，颗粒越小，表面积越大，反应速率就越快，故块状固体可通过研磨来增大表面积，从而加快反应速率。

（4）对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。

 2.温度对化学反应速率影响的注意事项

（1）温度对反应速率的影响适用于任何反应，无论是放热反应还是吸热反应，升高温度，反应速率都增大，降低温度，反应速率都减小。

（2）对于可逆反应，升高温度，正、逆反应速率都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度更大；降低温度，正、逆反应速率都减小，但吸热反应方向的反应速率减小的程度更大。

（3）大量实验证明，温度每升高10℃，化学反应速率通常增大为原来的2~4倍，利用这一规律可以对一些化学反应速率进行粗略估算。

3.催化剂对化学反应速率影响的注意事项

（1）催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应方向，也不能改变反应热的大小。

（2）同一催化剂能同等程度地改变化学反应的正、逆反应速率。

实验探究4：测定锌与硫酸溶液反应速率的大小

①实验操作：按如图所示安装两套装置A、B，在锥形瓶内各盛大小相同的2 g锌粒，通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol/L和40 mL 4 mol/L的硫酸溶液。

②实验记录及结论（记录收集10 mL H2所用的时间）

③问题与讨论

上述实验探究中，你用到了哪些科学方法？

④总结归纳

在锌和不同浓度稀硫酸反应的实验中，比较反应速率快慢的方法有：

(1)定性描述——通过实验现象来判断反应的快慢

(2)定量描述——通过实验测量来判断反应的快慢

【典例1】下列反应条件的改变对反应的化学反应速率的影响正确的是(   )

A.增大浓度能加快化学反应速率 B.减小的浓度能加快化学反应速率

C.升高温度能减慢化学反应速率 D.添加催化剂对化学反应速率无影响

答案：A

解析：对于反应来说，增大压强、增大反应物和生成物浓度、升高温度以及使用催化剂，都可增大反应速率。

【典例2】已知反应，某同学按下表进行实验，最先出现浑浊的是(   )

A.A B.B C.C D.D

答案：C

解析：通过题表中数据知，C与A硫酸浓度相同，但温度C高于A，因此C中化学反应速率大于A中化学反应速率；B与D硫酸浓度相同，但温度D高于B，所以D化学反应速率大于B；C与D温度相同，但硫酸浓度C大于D，所以C化学反应速率大于D；则最先出现浑浊的是C。

【典例3】已知1 mol分解放出热量98 kJ，在含少量的溶液中，分解的机理如下：

①      慢

②     快

下列有关该反应的说法正确的是(   )

A.当该反应放出98 kJ的热量时会生成0.5 mol

B.的分解速率主要是由反应②决定的

C.是该反应的催化剂

D.催化剂的加入改变了该反应的反应热

答案：A

解析：当反应放出98 kJ的热量时消耗1 mol，会生成0.5 mol ，A正确；化学反应速率由慢反应决定，的分解速率主要由反应①决定，B错误；该反应的催化剂是，C错误；催化剂降低反应的活化能，使活化分子百分数增大，从而加快化学反应速率，但不影响反应热，D错误。

二、活化能

1、基元反应与反应历程

基元反应：一个化学反应往往经过           步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应。

反应历程：与          的一组基元反应反映了该反应的反应历程，反应历程又称反应机理。

例如：的反应历程为：

自由基：像上述反应历程中的I•一样，带有单电子的原子或原子团叫自由基，如O•自由基。

2、有效碰撞与活化能

(1)碰撞特点：碰撞次数非常巨大；不是每次碰撞都能发生化学反应。

(2)有效碰撞

 概念：能够发生化学反应的碰撞。

以为例

a.碰撞时的能量不足  b.碰撞时的取向不合适  c.有效碰撞

条件：反应分子必须具有             ；有                    。

实质：有效碰撞能使化学键          ，             可以重新组合形成新的化学键，从而发生化学反应。

3、活化分子和活化能

(1)活化分子：发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。

(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。

(3)活化能与反应热：

如上图所示：

E1表示反应的                ；

E2表示活化分子变成生成物分子                       ；

E1－E2表示                        。

解释化学反应的过程：

(4)活化能与化学反应速率的关系：

在一定条件下，活化分子所占的百分数是          的。活化分子的           越大，单位体积内                      越多，单位时间内                的次数越多，化学反应速率            。

可简化为：活化能降低→普通分子变成活化分子→活化分子百分数增大→有效碰撞次数增多→反应速率加快。

4、运用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响

(1)运用有效碰撞理论解释浓度对化学反应速率的影响：

①规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；反之，反应速率减慢。

②理论解释：

(2)运用有效碰撞理论解释温度对化学反应速率的影响：

①规律：当其他条件不变时，升高温度，反应速率加快；反之，反应速率减慢。

②理论解释：

☂名师点拨

    本质原因：升高温度，一部分非活化分子吸收能量转化为活化分子，使得活化分子百分数提高，活化分子间的有效碰撞频率变大，故反应速率增大。

(3)运用有效碰撞理论解释催化剂对化学反应速率的影响：

①规律：当其他条件不变时，使用适当的催化剂，较大程度地增大化学反应速率。

②理论解释：

(4)运用有效碰撞理论解释压强对化学反应速率的影响：

①规律：当其他条件不变时，对于有气体参加的反应，增大压强(减少容器的容积)相当于增大反应浓度，反应速率加快；减小压强(增大容器的容积)相当于减小反应浓度，反应速率减慢。

②理论解释：

③压强对反应速率影响的几种情况

对于反应N2＋3H22NH3，不同条件下，压强对化学反应速率的影响

(1)恒温恒容密闭容器

①充入N2，压强          ，c(N2)           ，化学反应速率            。

②充入He(注He与反应无关)，压强          ，但c(N2)、c(H2)、c(NH3)都           ，化学反应速率              。

(2)恒温恒压密闭容器

充入He，体积           ，c(N2)、c(H2)、c(NH3)都           ，化学反应速率           。

☂名师点拨

对于气体有下列几种情况的规律：

1、恒温时：增大压强→体积减少→浓度增大→反应速率增大

2、恒容时：

A.充入气体反应物→反应物浓度增大→总压增大→反应速率增大；

B.充入“无关气体”（如He等）→引起总压增大，但各反应物的浓度不变→反应速率不变

3、恒压时：充入“无关气体”（如He等）→引起体积增大→各反应物浓度减少→反应速率减慢。

【典例4】改变以下条件，能增加反应物分子中活化分子百分数的是(   )

①升高温度 ②增加浓度 ③缩小反应容器体积  ④使用催化剂

A.①③ B.①④ C.②③ D. ①③④

答案：B

解析：增大压强或增大反应物浓度，可使单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数不变；升高温度或加入催化剂可增大反应物分子中的活化分子百分数。

【典例5】下列说法正确的是(   )

A.活化能接近零的反应，当反应物相互接触时，反应瞬间完成，而且温度对其反应速率几乎没有影响

B.升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来加快化学反应速率的

C.人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，把活化分子具有的能量叫做活化能

D.活化能的大小不仅意味着一般分子成为活化分子的难易，也会对化学反应前后的能量变化产生影响

答案：A

解析：活化能接近零的反应，分子基本是活化分子，只要接触就可迅速反应，温度对其反应速率影响不大，A正确；增大压强是增加了单位体积内活化分子的数目，不改变活化分子百分数，B错误；活化能指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，C错误；活化能的大小对化学反应前后的能量变化无影响，D错误。

【典例6】下列说法正确的是(   )

A.增大反应物浓度可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增多

B.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），可增加活化分子的百分数，从而使反应速率增大

C.升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数

D.催化剂不影响反应的活化能，但能增大单位体积内活化分子的百分数，从而增大反应速率

答案：C

解析：增大反应物浓度，单位体积内分子总数增多，而活化分子的百分数没有发生变化，A项错误；在有气体参加的化学反应中，通过缩小反应容器的体积来增大压强，可使气体反应物的浓度增大，但活化分子的百分数没有发生变化，B项错误；催化剂降低了反应的活化能，从而增大了单位体积内活化分子的百分数，D项错误。

☂名师点拨

影响化学反应速率因素的总结

【典例7】某反应过程中的能量变化如图所示，下列说法正确的是(   )

A.改变催化剂，可改变该反应的活化能 B.该反应为吸热反应，反应热等于

C.a反应过程有催化剂参与       D.在催化剂作用下，该反应的活化能等于

答案：A

解析：使用不同的催化剂，对该反应活化能的影响不同，故A项正确；该反应反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，故B项错误；b反应过程有催化剂参与，故C项错误；分别代表b反应过程中各步反应的活化能，整个反应的活化能为能量较高的，故D项错误。

【课后练习】

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.在糕点包装袋内放置小包除氧剂

D.工业上燃烧硫铁矿制取时，先将硫铁矿粉碎

2.在反应中，下列操作能减小化学反应速率的是(   )

A.降低温度 B.升高温度 C.增大的浓度 D.加入少量

3.关于反应的化学反应速率的说法正确的是(   )

A.化学反应速率为时一定比化学反应速率为时大

B.不能根据气体颜色变化来确定该反应进行的快慢

C.恒温恒容条件下，充入，压强增大，但正、逆反应速率都不变

D.升温或加压都能增大反应物活化分子百分数，从而加快化学反应速率

4.常温下，分别将四块形状相同、质量均为7 g的铁块同时投入足量下列四种溶液中。铁块最快溶解完的是(   )

A.250.0 mL 2盐酸 B.150.0 mL 2溶液

C.40.0 mL 5盐酸 D.20.0 mL18.4溶液

5.我国研究人员合作设计的一种“松果结构”铂金属催化剂，可用于电解法制备氢气，在制氢效果不变的情况下，将铂金属的用量降低到了传统商业催化剂的。下列说法错误的是(   )

A.使用催化剂可以增加活化分子的百分数

B.催化剂与反应物接触面积的大小会影响反应的焓变

C.该研究说明催化剂的催化效果与结构有关系

D.催化剂与反应物接触面积的大小会影响化学反应速率

6.下列说法正确的是(   )

①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应   ②非活化分子间的碰撞能发生化学反应   ③活化分子的能量比非活化分子的能量高   ④化学反应的实质是原子的重新组合   ⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成   ⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞

A.①③④⑤ B.①②③⑥ C.③④⑤⑥ D.②③④⑤

7.下列说法正确的是(   )

A.活化分子具有的能量是活化能 B.活化分子的总数越多，反应速率越快

C.某一反应的活化分子的百分数是定值 D.单位时间内有效碰撞次数越多，反应速率越快

8.实验测得某反应在不同pH下产物A的浓度随时间变化的关系如图所示（其他条件相同）。则下列说法不正确的是(   )

A.若增大压强，该反应的反应速率可能不变

B.pH=7.5时，随着反应的进行反应速率逐渐增大

C.一定pH范围内，溶液中浓度越大，反应速率越快

D.可采取调节pH的方法使反应停止

9.下列各项不能用下图表示的是(   )

A.A B.B C.C D.D

10.研究反应的化学反应速率的影响因素，在不同条件下进行4组实验，Y、Z起始浓度为0，反应物X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是(   )

A.比较实验②、④得出：升高温度，化学反应速率加快

B.比较实验①、②得出：增大反应物浓度，化学反应速率加快

C.若实验②、③只有一个条件不同，则实验③可能使用了催化剂

D.在0~10 min内，实验②的平均化学反应速率

11.我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞；发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫做活化分子；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。下列说法不正确的是(   )

A.图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能

B.图乙中HI分子发生了有效碰撞

C.盐酸和氢氧化钠溶液的反应活化能接近于零

D.增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加

12.用氢气还原氮氧化物的反应为，该反应的化学反应速率与反应物浓度之间满足关系：，其中k是一个常数，m、n的值可由实验测定。某科研团队测定了该反应在不同投料关系时的起始化学反应速率，数据如下表。下列说法正确的是(   )

A.、

B.实验2中NO的平均化学反应速率约为

C.增大反应物浓度，活化分子百分数增大，单位时间内有效碰撞次数增大

D.与相比，NO浓度的变化对化学反应速率影响更为显著

13.甲、乙两个实验小组利用酸性溶液与溶液反应研究影响反应速率的因素。设计实验方案如下（实验中所用溶液均已加入）：

甲组：通过测定单位时间内生成气体体积的大小来比较化学反应速率的大小。某同学进行实验，实验装置如图。其中A、B的成分见下表：

（1）该反应的离子方程式为_________________，实验结束后读数前需要移动量气管，使两个量气管的液面相平。

乙组：通过测定溶液褪色所需的时间来比较化学反应速率的大小。为了探究溶液与溶液浓度对反应速率的影响，某同学在室温下完成以下实验：

（2）______________，4号实验中始终没有观察到溶液褪色，你认为可能的原因是_______________。

（3）2号实验中，用表示的反应速率为_______________（反应后溶液的总体积变化忽略不计）。

（4）在实验中发现酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液反应时，开始一段时间反应速率较慢，溶液褪色不明显；但不久突然褪色，反应速率明显加快。某同学认为是反应放热导致溶液温度升高，再次进行3号实验，测定反应过程中不同时间溶液的温度，结果如下表：

①结合实验目的与表中数据，你得出的结论是_______________。

②从影响化学反应速率的因素看，你认为还可能是____________的影响。若用实验证明你的猜想，除了酸性高锰酸钾溶液和草酸溶液外，还需要选择的试剂最合理的是_______________。

a.硫酸钾 b.水 c.二氧化锰 d.硫酸锰

答案及解析

1.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；在食品中添加适量防腐剂，可减小食品腐败的速率；在糕点包装袋内放置小包除氧剂，可减缓糕点被氧化的速率；将硫铁矿粉碎后，固体表面积增大，反应速率增大。

2.答案：A

解析：降低温度，化学反应速率减小，A正确；升高温度，化学反应速率加快，B错误；增大反应物浓度，化学反应速率加快，C错误；二氧化锰可以作该反应的催化剂，加入二氧化锰化学反应速率加快，D错误。

3..答案：C

解析：同一化学反应中，用不同物质表示的化学反应速率不能直接比较，应该转化为同种物质表示的化学反应速率，再比较，A错误；二氧化氮为红棕色，四氧化二氮为无色，可根据单位时间内颜色变化的快慢确定反应进行的快慢，B错误；恒温恒容条件下，充入，压强增大，但反应物的浓度不变，正、逆反应速率都不变，C正确；增大压强，反应物的浓度增大，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数不变，D错误。

4.答案：B

解析：铁与盐酸、稀硫酸反应的实质为，铁块相同，浓度越大，反应速率越快，注意常温下铁遇浓硫酸发生钝化。A项，浓度为2；B项，浓度为4 ；C项，浓度为5；D项为浓硫酸，常温下铁遇浓硫酸发生钝化。C中铁反应的速率最快，但HCl的物质的量只有0.2 mol，不能完全溶解7 g铁，所以铁与2，溶液反应最快溶解完。

5.答案：B

解析：催化剂可降低反应的活化能，所以使用催化剂可以增加活化分子的百分数，A正确；使用催化剂不能改变反应的焓变，B错误；使用“松果结构”铂金属催化剂，在制氢效果不变的情况下，将铂金属的用量降低到了传统商业催化剂的，说明催化剂的催化效果与结构有关系，C正确；催化剂与反应物接触面积的大小会影响反应速率，D正确。

6.答案：C

解析：只有能引起化学反应的碰撞才是有效碰撞，而只有活化分子才可能发生有效碰撞，有效碰撞是发生化学反应的充要条件，所以①②是错误的。

7.答案：D

解析：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活化能，A项错误；单位体积内活化分子总数越多，单位时间内有效碰撞次数越多，反应速率越快，B项错误；在不同条件下，活化分子的数目不一定相同，活化分子的百分数不一定相同，C项错误。

8.答案：B

解析：图像没有给出压强对反应速率的影响，因此增大压强，反应速率可能不变，A正确；pH=7.5时，随着反应的进行，曲线斜率先逐渐增大，后逐渐减小，说明反应速率先增大后减小，B错误；由图像可知，一定pH范围内，溶液中浓度越大，反应速率越快，C正确；当pH=8.8时，反应速率接近0，所以可采取调节pH的方法使反应停止，D正确。

9.答案：C

解析：镁条与溶液的反应为放热反应，所以随着反应的进行，溶液温度会升高，当反应结束，溶液温度又会降低，图像符合；酶在适当的温度下，温度越高催化效果越好，但温度过高会使酶失去活性，所以随着温度的升高，反应速率先增大后减小，图像符合；0.1 mol/L盐酸滴加到同浓度溶液中，沉淀逐渐增多，后不变，则图像不符合；和的反应为吸热反应，则反应物的总能量低于生成物的总能量，图像符合。

10.答案：D

解析：实验②、④中反应物起始浓度相同，温度不同，④的化学反应速率较大，则可得出：升高温度，化学反应速率加快，A正确；①、②温度相同，反应物浓度不同，①中反应物浓度较大，化学反应速率较快，可得出增大反应物浓度，化学反应速率加快，B正确；②、③中反应物温度、浓度相同，最终也相同，③的化学反应速率较大，可能加入了催化剂，C正确；在0~10 min内，实验②中X的浓度变化为，则，D错误。

11.答案：B

解析：催化剂可降低反应的活化能，A正确；能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞，由图乙可知碰撞后没有生成新物质，即没有发生化学反应，不是有效碰撞，B错误；盐酸和氢氧化钠溶液反应的实质是氢离子与氢氧根离子反应生成水，在溶液中氢离子与氢氧根离子已经处于活跃状态，因此盐酸和氢氧化钠溶液反应的活化能接近于零，C正确；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增多，单位时间内有效碰撞次数增加，D正确。

12.答案：D

解析：由实验1、2可知，可得，由实验3、4可知，可得，A错误；实验2中NO的平均化学反应速率为，B错误；增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增加，单位时间内有效碰撞次数增大，化学反应速率加快，C错误；由n大于m可知，与相比，NO浓度的变化对化学反应速率影响更为显著，D正确。

13.答案：（1）

（2）5；溶液过量

（3）0.006 25 mol/（L•s）

（4）①温度不是反应速率突然加快的原因；②催化剂；d

解析：（1）酸性溶液与溶液反应生成二氧化碳、硫酸锰和水。

（2）探究浓度对反应速率的影响时，溶液的总体积都为20 mL，据此判断x的值；由于4号实验中高锰酸钾溶液过量，溶液最终没有褪色。

（3）根据计算出反应物的物质的量，计算可知高锰酸钾量不足，用高锰酸钾的物质的量来计算反应消耗的草酸的物质的量，最后根据计算出用表示的反应速率。

（4）①根据题表数据知，温度升高不明显，对反应速率影响不大，说明温度不是反应速率突然加快的原因。②酸性溶液与溶液反应生成了锰离子，锰离子有催化作用，所以还可能是催化剂的影响，要想验证锰离子的催化作用，在做对照实验时同时加入硫酸锰观察反应速率是否有变化。