化学必修 第二册实验活动7 化学反应速率的影响因素获奖教案
展开第二节 化学反应速率与限度
第1课时 化学反应速率
本节是必修二第六章第二节第一课时化学反应的速率。《普通化学课程标准(2017版)》对这一节的内容要求如下:体会从限度和快慢两个方面去认识和调控化学反应的重要性。了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态。知道化学反应平均速率的表示方法,通过实验探究影响化学反应速率的因素。认识化学变化是有条件的,学习运用变量控制方法研究化学反应,了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。
考虑到通过初中和高中的化学学习,学生对化学反应速率与反应条件相关,改变反应条件(如使用催化剂)可调控反应速率等知识已有所了解。教材中化学反应速率影响因素的内容,以新旧兼容、详略有别的方式编排。教材结合学生学过的相关知识,补充一些生活、生产中需要通过反应条件调控反应速率的实例,说明认识化学反应速率影响因素的重要性,并借此体现调控反应速率的意义和价值。在已知催化剂这一反应速率影响因素的基础上,通过“探究”,重点引导学生探讨反应温度和反应物浓度对化学反应速率的影响,并结合浓度影响因素,针对气体反应说明压强的影响。
“探究”中安排的两个实验和一个讨论,教材采取了学生自主参与度不同的设计。对反应温度的影响的探究给出了具体步骤,学生只需自主操作并观察、比较;对反应物浓度的影响的探究只给出探究设计提示,学生需要根据要求选择实验用品,设计并实施实验。“问题与讨论”则需要学生自主提出问题、进行假设、设计实验方案。这种探究水平的进阶式设计,意在体现一定探究性的前提下保证可操作性,同时也照顾到全国范围内化学教学的实际可行性。
除“探究”之外,教材还利用“思考与讨论”引导学生探讨得出影响化学反应速率的其他一些因素,如反应物颗粒大小、反应物接触面积等。这样将教材中提及的各种不同影响因素分层次处理,既突出浓度(压强)、温度、催化剂的影响因素等重点内容,又不局限于这几个因素,表明影响化学反应速率的因素还有很多。
【学习目标】
1、了解化学反应速率的概念和表示方法。
2、能够进行化学反应速率的简单计算。
3、理解影响化学反应速率的因素及规律。
【核心素养】
1、变化观念:认识反应条件对化学反应速率的影响(控制变量)。
2、模型认知:能用一定的理论模型说明外界条件改变对反应速率的影响。
重点:化学反应速率的概念及其影响因素;
难点:化学反应速率的影响因素。
多媒体、5%H2O2溶液、1ml/LFeCl3溶液、0.1ml/L盐酸、1ml/L盐酸、大理石碎块、冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。
【引入】
在化学反应的研究和实际应用中,人们除了选择合适的化学反应以实现所期待的物质转化或能量转化,还要关注化学反应进行的快慢和程度,以提高生产效率。
【思考与讨论】
在化学实验和日常生活中,我们经常观察到这样的现象:有的反应进行的快,有的进行的慢。你了解下图涉及的化学反应进行的快慢吗?反应的快慢程度与我们有什么关系?
不同的化学反应进行的快慢千差万别,快和慢是相对而言的,我们以上的判断方法都是定性地描述反应的快慢。而在科学研究和实际应用中,往往需要定量地描述一个反应的快慢。
什么是定性?什么是定量?
例如:我们学过物理都知道:
(1) 光的传播速度是很快的;
(2) 光在空气中的传播速度3×108 m/s。
【过渡】在物理中我们是如何定量地判断一个物体移动速度快慢的?用速度来描述:单位时间内物体移动的距离的大小。
那么化学上又是如何定量地判断一个化学反应的快慢的呢?
【讲解】
一、化学反应速率
1.定义
化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)表示。
2.计算公式
3.单位 ml·L-1·min-1或ml·L-1·s-1
4.实例
某反应的反应物A浓度在5 min内由6 ml·L-1变成了2ml·L-1,则v(A)= 。
【课堂练习】
1、在某一化学反应中,生成物B的浓度在5s内从0.5 ml/L变成2.0 ml/L,在这5s内B的化学反应速率为_______。
2、一个5L的容器中,盛入8.0 mL某气体反应物,5 min后,测得这种气体反应物还剩余6.8mL,这种反应物的化学反应速率为___________。
【思考与发现】
反应:N2(g)+3H2(g)eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3(g)在密闭的容器中进行,各物质浓度随时间变化如下:完成表格并求在2 s内的这个反应的平均率。
思考1:化学反应速率之比与方程式中它们的计量数之比有什么关系?
思考2 :这个反应用哪种物质表示时其速率最快?
【课堂练习】
3、 已知 4NH3+5O2=4NO+6H2O,则下列关系式正确的是( )
A. 4/5v(NH3)=v(O2) B.4/5v(NH3)=v(H2O)
C. 5/6v(O2)=v(H2O) D. 4/5v(O2)=v(NO)
4、反应 A + 3B = 2C + 2D 在四种不同条件下的化学反应速率为:
(1)v(A)=0.3ml/L·s (2)v(B)=0.6ml/L·s
(3)v(C)=0.4ml/L·s (4)v(D)=0.45ml/L·s
则该反应速率的快慢顺序为 。
【思考与讨论】
对于下列反应,你是希望其反应速率越快越好还是越慢越好?
■钢铁腐蚀 ■ 食物腐坏 ■ 炼钢 ■ 合成氨
调控化学反应速率常常是决定化学实验成败或化工生产成本的关键。有哪些因素能够影响化学反应速率呢?
【讲解】
二、影响化学反应速率的因素
【实验探究】
影响化学反应速率的因素
【问题】我们已经知道催化剂可以影响化学反应速率,此外,还有哪些反应条件会影响化学反应的速率?
【假设】影响化学反应速率的因素可能有反应温度、反应物浓度等。
【用品】5%H2O2溶液、1ml/LFeCl3溶液、0.1ml/L盐酸、1ml/L盐酸、大理石碎块、冷水、热水、试管、试管夹、烧杯。
(1) 反应温度的影响
在两支大小相同的试管中均加入2mL5%H2O2溶液,同时滴入2滴1ml/LFeCl3,溶液。待试管中均有适量气泡出现时,将其中一支试管放入盛有冷水的烧杯中,另一支试管放入盛有热水的烧杯中,观察现象并进行对比。
结论1:当其它条件不变时,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) 反应物浓度的影响
利用实验室提供的用品,设计实验方案并提请教师审阔,待教师同意后进行实验(提示:探究某影响因素时,需保持其他条件因素相同)。
步骤: 。
记录: 。
变量控制
科学研究中,对于多因素(多变量)的问题,常常采用只改变其中的某一个因素,控制其他因素不变的研究方法,使多因素的问题变成几个单因素的问题分别加以研究,最后再将几个单因素问题的研究结果加以综合。这种变量控制的方法是科学探究中常用的方法。例如,以上探究在比较不同温度对化学反应速率的影响时,控制浓度和其他影响因素相同;而比较不同浓度对化学反应速率的影响时,则控制温度和其他影响因素相同;最后综合得出影响化学反应速率的多种因素。
【实验探究】浓度对化学反应速率的影响
1、请预计大理石( CaCO3 )分别与0.1ml/L和1ml/L的盐酸反应的快慢。你能得出什么结论吗?
结论2:增大反应物的浓度反应速率加快,减小反应物的浓度反应速率减慢。
2、块状CaCO3、粉末状CaCO3与0.1 ml/L的盐酸反应谁快谁慢?为什么?
结论3:增大固体表面积可以加快反应速率(接触充分)。
【实验探究】催化剂对化学反应速率的影响
结论4:加入催化剂(正)能加快化学反应的速率。
【实验探究】压强对反应速率的影响
压强对反应速率的影响
有气体参加的反应,改变压强对反应速率的影响实质是改变体积,使反应物的浓度改变。
(1)压缩体积或充入气态反应物,使压强增大,都能加快化学反应速率。
(2)体积不变,充入不参与反应的气体。虽然总的压强增大,但反应物浓度不发生变化,故化学反应速率不变。
【总结】
【思考与讨论】
下列调控反应速率的措施或实验中,分别利用或体现了哪些影响反应速率的因素?
(1)向炉膛内鼓风,用煤粉代替煤块可以使炉火更旺。
(2)把食物存放在冰箱里,在糕点包装内放置除氧剂可以延长食品保质期。
(3)做化学实验时,为加速反应的进行,通常将块状或颗粒状的固体药品研细并混匀,或者将固体试剂溶于水配成溶液后再进行实验。
(4)铁在空气中和在纯氧中反应的剧烈程度明显不同。
科学·技术·社会
神奇的催化剂
催化剂是现代化学中关键而神奇的物质之一。据统计,有80%以上的化工生产过程(如氨、硫酸、硝酸的合成,乙烯、丙烯、苯乙烯的聚合,煤、石油、天然气的综合利用,等等)使用了催化剂,目的是增大反应速率,提高生产效率。在资源利用、能源开发、医药制造、环境保护等领域,催化剂有着广泛的应用。催化剂十分神奇,它能极大地提高化学反应速率(可使反应速率增大几个到十几个数量级),而自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和一些反应体系的关系就像钥匙与锁的关系,具有一定的选择性。
生物体内几乎所有的化学反应(如淀粉、脂肪、蛋白质的水解,DNA的复制等)都是由生物体内存在的特殊催化剂——酶所催化的。酶比一般的催化剂具有更高的选择性和催化效率,而且是在正常体温的条件下发生作用,反应条件温和。受酶的启示,科学家开牌了设计和合成催化剂的新途径,正在研制具有生物酶某些特性的化学酶,以期实现“仿酶催化”。催化剂的神奇面纱至今尚未完全揭开,对催化剂的研究是当代化学一个极具魅力和应用前景的重要课题。
【课堂练习】
1.下列关于化学反应速率的说法,不正确的是( )
A.化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B.化学反应速率的大小主要取决于反应物的性质
C.化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D.化学反应速率常用单位有ml·L-1·s-1和ml·L-1·min-1
2.一定条件下,分别对反应C(s)+CO2(g)2CO(g)进行如下操作(只改变该条件):①升高反应体系的温度;②增加反应物C的用量;③缩小反应体系的体积;④减少体系中CO的量。上述措施中一定能使反应速率显著变大的是( )
A.①②③④ B.①③④
C.①② D.①③
3.已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)eq \(,\s\up7(高温、高压),\s\d5(催化剂))2NH3(g),其浓度数据如下:
当用氨气浓度的增加来表示该化学反应的速率时,其速率为( )
A.0.2 ml·L-1·s-1 B.0.4 ml·L-1·s-1
C.0.6 ml·L-1·s-1 D.0.8 ml·L-1·s-1
4.把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2 ml·L-1盐酸的烧杯中,均加水稀释到50 mL,此时,X和盐酸缓慢地进行反应,其中反应最快的是( )
A.10 ℃ 20 mL 3 ml·L-1的X溶液
B.20 ℃ 30 mL 2 ml·L-1的X溶液
C.20 ℃ 10 mL 4 ml·L-1的X溶液
D.10 ℃ 10 mL 2 ml·L-1的X溶液
5.实验室用锌粒与2 ml·L-1硫酸溶液制取氢气,下列措施不能增大化学反应速率的是( )
A.用锌粉代替锌粒
B.改用3 ml·L-1硫酸溶液
C.改用热的2 ml·L-1硫酸溶液
D.向该硫酸溶液中加入等体积的水
本节课化学反应速率的概念和影响化学反应速率的因素是重点内容,而影响化学反应速率的因素的影响的开放性很强,要求学生自己设计实验进行探究。所以用实验引起学生的兴趣是让学生脑海中有初步印象的最佳方法。在教学活动中应该关注学生个体差异,发现与挖掘课堂教学资源。课堂实施过程中学会倾听、欣赏、微笑、等待。注意课堂组织,自己的语言简练、艺术些,学生的表达机会多些,活动丰富些。从而培养学生发展的核心素养。
时间
N2
H2
NH3
t=0 s
2 ml/L
6 ml/L
0 ml/L
t=2 s
2 ml/L
V(B)
不同温度环境
实验现象
冷水
热水
现象
结论
加入MnO2
加入FeCl3
不加其他试剂
影响因素
规律
内因
反应物本身的性质
反应物的化学性质越活泼,化学反应速率越快;反之化学反应速率越慢
外因
浓度
增大反应物的浓度,化学反应速率增大;减小反应物的浓度,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
一般地,使用催化剂能极大地加快反应速率
固体的表面积
增大固体反应物的表面积,化学反应速率加快
其他
光照、溶剂、形成原电池等,也能影响化学反应速率
N2
H2
NH3
起始浓度/ml·L-1
1.0
3.0
0
2 s末浓度/ml·L-1
0.6
1.8
0.8
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