鲁科版 (2019)选择性必修1第3节 化学反应的速率第2课时学案设计

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第2课时　影响化学反应速率的因素发 展 目 标体 系 构 建1.通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。2.通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。3.通过“外界条件对化学反应速率影响”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。1．浓度对化学反应速率的影响(1)基本规律：其他条件不变时，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)反应速率与反应物浓度的定量关系①速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中，k为反应速率常数。②反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越快。k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。 ③反应速率与参与反应的物质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。　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。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→→化学反应速率加快；反之，压强减小，化学反应速率减慢。　增大压强，化学反应速率一定增大吗？提示：不一定，对于只涉及固体和液体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。3．温度对化学反应速率的影响(1)基本规律(2)经验规律——范托夫规律：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。这个经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计，但适用范围有限。(3)过渡态及活化能①过渡态：一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。②活化能：a．定义：过渡态的能量与反应物的平均能量之间的差值。b．符号：Ea。c．单位：kJ·mol－1或J·mol－1。(4)解释：升高温度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，故升高温度可以提高化学反应的速率。4．催化剂对化学反应速率的影响(1)催化剂：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)催化原理：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)催化剂的特点微点拨：催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)向一堆篝火中“鼓风”，有利于它继续燃烧下去。(　　)(2)二氧化锰在过氧化氢的分解前后质量减少。(　　)(3)升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。(　　)(4)反应C2H4(g)＋O2(g)和C2H4(g)＋3O2(g)―→2CO2＋2H2O(g)体现了催化剂的选择性。(　　)(5)化学反应达到最大限度时，正、逆反应速率也达到最大且相等。(　　)提示：(1)√(2)×　催化剂在反应前后质量不变。(3)×　升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率均加快。(4)√(5)×　化学反应达到最大限度时，正、逆反应速率不一定达到最大。2．在恒温、恒容条件下，能使A(g)＋B(g)C(g)＋D(s)正反应速率增大的措施是(　　)A．减小C或D的浓度　　 B．再加入一定量DC．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度D　[D为固体，减小D的量或增加D的量，对反应速率无影响，故A、B错误；减小B的浓度，正反应速率减小，C错误；增大A或B的浓度，都可以增大正反应速率，D正确。]3．设反应2NO2(g)N2O4(g)(ΔH＜0)的正、逆反应速率分别为v1和v2，则温度升高时，v1和v2的变化情况为(　　)A．v1增大，v2减小   B．v1减小，v2增大C．v1和v2均增大 D．v1和v2均减小C　[升高温度，化学反应的正、逆反应速率均增大，故C正确。]外界条件对化学反应速率的影响(素养养成——科学探究与创新意识)以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。1．为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？提示：其他条件不变，当增大反应物的浓度时，单位体积中活化分子的数量增加，有效碰撞的频率增大，导致化学反应速率增大。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，单位体积中活化分子的数量不一定增加，有效碰撞的频率不一定增大，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，单位体积中活化分子的数量不一定减少，有效碰撞的频率不一定减小，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．为什么温度的变化会影响化学反应速率？提示：在其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使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。4．催化剂对化学反应速率的影响有何特点？提示：不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。1．纯液体和固体的反应速率的影响因素分析纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。2．压强对化学反应速率影响的分析(1)恒温时增大压强体积缩小反应速率增大。(2)恒温恒容时①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同) 总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。(3)恒温恒压时充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。3．温度对化学反应速率影响的分析升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞频率，因此升高温度可以加快化学反应的速率。反之，降低温度可以减小化学反应的速率。4．催化剂对化学反应速率的影响(1)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间，但催化剂不能改变反应物的浓度和反应的平衡常数，所以催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。(2)理论解释：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。(3)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。【例1】　下列四支试管中，过氧化氢分解产生氧气的化学反应速率最大的是(　　)试管温度过氧化氢浓度催化剂A室温(25 ℃)12%有B水浴加热(50 ℃)4%无C水浴加热(50 ℃)12%有D室温(25 ℃)4%无C　[一般来说升高温度、增大反应物浓度和加入催化剂，都可使反应速率增大，比较题中四个选项可知，C中化学反应速率最大。]【例2】　已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)A．常温下，向体积为V L的容器中充入2 mol HI(g)充分反应，可吸收12.5 kJ的热量B．加入催化剂，分子的能量不变，但单位体积内活化分子数增多，反应速率加快C．其他条件不变，升高温度，反应速率加快，HI的分解率不变D．H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能为12.5 kJ·mol－1B　[该反应为可逆反应，充入2 mol HI(g)充分反应，反应不能进行到底，所以吸收的热量小于12.5 kJ，A错误；加入催化剂，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞增多，反应速率加快，B正确；从题图可知，该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡右移，HI的分解率增大，C错误；由题图分析可知，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能Ea＝(185－12.5)kJ·mol－1＝172.5 kJ·mol－1，D错误。]温度、压强对化学反应速率的影响(1)改变温度对正、逆反应速率的影响是一致的。对于一个放热反应，升温时正、逆反应速率同时加快，但是v(逆)增加的程度大于v(正)，使得v(逆)>v(正)，平衡左移，而不能误认为v(逆)变大，v(正)减小(或不变)。(2)压强的影响归根到底是对浓度的影响，如果增大压强不会改变参加反应物质的浓度，则反应速率不会增大，如恒温恒容条件下，向容器中充入不参与反应的惰性气体，虽然压强增大了，但反应速率并没有改变。1．对于某一可逆反应，使用催化剂的作用在于(　　)A．提高反应物的平衡转化率B．同等程度地改变正、逆反应速率C．增大正反应速率，减小逆反应速率D．改变平衡状态B　[催化剂不影响物质的平衡转化率，不影响化学平衡，只能同等程度地改变正、逆反应速率。]2．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。]可逆反应的速率—时间(v­t)图像(素养养成——证据推理与模型认知)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增大反应物的浓度v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆)　正向移动减小反应物的浓度v(正)、v(逆)均减小，且v′(逆)＞v′(正)　逆向移动增大反应产物的浓度v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)　逆向移动减小反应产物的浓度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)　正向移动任意平衡或反应前后气体系数和相等的平衡正催化剂或增大压强v(正)、v(逆)同等倍数增大平衡不移动负催化剂或减小压强v(正)、v(逆)同等倍数减小【例3】　已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g)　ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)A．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度B．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强C．反应方程式中n＝1D．0～5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L－1·min－1　A　[升高温度，10 min时反应物和反应产物浓度不会瞬间同时增大，A错误；0～5 min内，用X表示的反应速率v(X)＝＝0.08 mol·L－1·min－1，用Z表示的反应速率v(Z)＝＝0.08 mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于系数之比可知，反应方程式中n＝1，C、D正确；正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，各物质的浓度均增大，平衡向正反应方向移动，B正确。]v­t图像中，若v(正)和v(逆)中有一个在原平衡点连续渐变，则一定为改变反应物或反应产物之一浓度引起的速率变化；若v(正)和v(逆)都在原平衡点向平衡线同侧突变，则一定为改变温度或压强引起反应速率的变化。 1．反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0已达到平衡，在其他条件不变时，下列操作与图像不符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)(　　)A．增加氧气的浓度   B．增大压强(减小反                    应器的体积)C．升高温度　　　 D．加入催化剂C　[分析时要注意改变条件瞬间v(正)、v(逆)的变化。增加O2浓度的瞬间，v(正)增大，v(逆)不变，A项正确；减小反应器的体积、增大压强的瞬间，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的程度大于v(逆)，B项正确；升高温度的瞬间，v(正)、v(逆)都增大，C项错误；加入催化剂，v(正)、v(逆)同时、同等倍数增大，D项正确。]2．一定条件下，在一体积不变的密闭容器中发生反应2A(g)＋B(g)3C(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。图为反应体系中反应速率随时间变化的情况，且t2、t3、t4各改变一种不同的条件。(1)t3时改变的条件为________，t4时改变的条件为________。(2)a________0(填“>”或“<”)。[解析]　该反应前后是气体物质的量相等的反应，故改变压强对化学平衡无影响。由图像变化分析可知：t3时刻改变的条件是减小压强(或使用负催化剂)，可同程度地减小正、逆反应速率；t4时刻平衡正向移动，且v(正)、v(逆)出现跳跃，则应是升高温度，结合v(正)>v(逆)可知正反应吸热，ΔH>0。[答案]　(1)减小压强(或使用负催化剂)　升高温度　(2)>外界条件对实验室用锌和稀硫酸反应制取H2时反应速率的影响：实验用品：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50 mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、锌粉、1 mol·L－1的H2SO4溶液、4 mol·L－1的H2SO4溶液、CuSO4溶液、热水。实验要求：测量收集10 mL H2所需时间。实验方案：设计如下表。实验编号T/K锌的规格H2SO4溶液的浓度①298锌粒1 mol·L－1H2SO4溶液②298锌粒4 mol·L－1H2SO4溶液③298锌粉1 mol·L－1H2SO4溶液④298锌粒1 mol·L－1H2SO4与少量CuSO4混合液⑤348锌粒1 mol·L－1H2SO4溶液注意事项：(1)锌粒的质量和表面积力求相同。(2)每次实验取用20 mL H2SO4溶液。1．该实验方案主要探究哪些外界条件对化学反应速率的影响？提示：浓度、温度、固体反应物的表面积、Zn－Cu原电池。2．该实验方案中哪一方面最难做到？提示：锌粒的表面积相同。通过本情境素材中对实验室用锌和稀硫酸制氢气反应速率的影响因素的探究，提升了“科学探究与创新意识”的学科素养。培养了利用“控制变量法”探究问题的能力。1．对于反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)　ΔH＜0，下列措施能加快反应速率但不改变反应放出的热量的是(　　)A．升高温度 B．减小压强C．加入CO  D．加入催化剂D　[该反应为放热反应，升高温度反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，反应放出的热量减少，A项错误；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，减小压强平衡不移动，反应放出的热量不变，但反应速率降低，B项错误；加入CO，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，反应放出的热量增加，C项错误；加入催化剂平衡不移动，反应放出的热量不变，反应速率增大，D项正确。]2．下列条件的改变可使活化分子百分数增大的是(　　)①增大反应物的浓度　②增大气体的压强　③升高体系的温度　④使用催化剂A．①②   B．②③C．①④ D．③④D　[增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故①错误；增大压强，相当于增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故②错误；升高温度使分子获得更高的能量，活化分子百分数增大，故③正确；加入催化剂，降低了反应活化能，活化分子百分数增大，故④正确，D项符合题意。]3．一定量的锌粉和6 mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，能够加快反应速率，但不影响产生H2的总量的是(　　)①石墨粉　②CuO　③铜粉　④铁粉　⑤浓盐酸A．①②⑤   B．①③⑤C．③④⑤ D．①③④B　[①加入石墨粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；②加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，加快反应速率，但与盐酸反应的锌的量减少，故生成氢气的总量减少；③加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；④加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，锌反应完全后，铁也可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增加；⑤加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量。本题选B。]4．(双选)下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca(A)·cb(B)的叙述中，正确的是(　　)A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都不变的常数B．a、b是化学方程式中A和B的系数C．对于某个特定的化学反应，k与反应物质的浓度无关D．v＝kca(A)·cb(B)需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出CD　[在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k是反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快，对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。由此可见，A、B项均错误。]5．可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g)　ΔH＞0速率图像如图所示。导致t′时刻的速率图线变化的原因可能是(　　)A．增大了A的浓度B．使用了催化剂C．增大了压强D．升高了温度B　[因为在t′时刻v′(正)和v′(逆)同等倍数的增大，又因该反应为气体体积缩小的反应，所以只有使用催化剂符合题意。]6．在500 ℃时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0的体系中，只改变下列条件，请把影响结果填入表中。 改变条件正反应速率逆反应速率(1)增大O2的浓度  (2)增大SO2的浓度  (3)减小SO3的浓度  (4)压缩体积增大压强  (5)升高温度  (6)加入催化剂  (7)体积不变充入氖气  [解析]　增大反应物或反应产物的浓度，正、逆反应速率均增大，减小反应物或反应产物的浓度，反应速率均减小；压缩体积增大压强、升高温度、使用催化剂均会使反应速率增大。[答案]　改变条件正反应速率逆反应速率(1)增大O2的浓度增大增大(2)增大SO2的浓度增大增大(3)减小SO3的浓度减小减小(4)压缩体积增大压强增大增大(5)升高温度增大增大(6)加入催化剂增大增大(7)体积不变充入氖气不变不变