化学反应原理专题2第一单元第2课时

第2课时影响化学反应速率的因素[目标导航]1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。3.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。4.了解通过改变外界条件改变反应速率的方法和意义。一、有效碰撞理论1．有效碰撞2．活化分子与活化能3．化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。议一议1．根据图示回答E1、E2、E1－E2的含义分别是什么？答案E1是指该反应的活化能，E2是活化分子变成生成物分子所放出的能量，E1－E2是该反应的反应热。2．为什么活化能越低，化学反应速率越快？答案活化能越低，普通分子就越容易变成活化分子，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，反应速率加快。3．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应()(2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应()(3)活化分子比普通分子具有较高的能量()(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过程()(6)化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√解析(3)指代不明确，某种普通分子所具有的能量可能比另一种活化分子的能量高。二、外界因素对化学反应速率的影响1．浓度反应物浓度增大→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→反应速率加快；反之，反应物浓度减小，则与之相反。(注意：浓度改变引起了活化分子浓度的改变，而活化分子百分数不变。)2．压强对于有气体参加的化学反应，若其他条件不变，增大压强，体积减小，反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞次数增多，反应速率加快；减小压强，反应速率减慢。压强对无气体参加的反应的反应速率无影响。3．温度在浓度一定时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增大了反应物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增多，因而使反应速率增大。此外，由于温度升高，会使分子的运动速率加快，这样单位时间里反应物分子间的碰撞次数增加，反应速率也会相应地加快。但前者是反应加快的主要原因。4．催化剂如图所示：(1)催化剂能够增大化学反应速率的原因是它可使反应途径发生改变，降低反应活化能，使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数，从而可以成千上万倍地增大化学反应速率。(2)对于一个化学反应，不同的催化剂，催化效果不同。实验时应选用合适的催化剂。议一议1．为什么固体、纯液体的“物质的量”改变而化学反应速率不改变？答案固体或纯液体物质的浓度可视为常数，故其反应速率只与表面积的大小和其扩散的速率有关，而与其用量多少无关。2．对于以下三个反应。(1)Zn和10mL0.1mol·L－1的盐酸(2)同样的Zn和20mL0.1mol·L－1的盐酸(3)Zn粉和20mL0.1mol·L－1的盐酸反应速率是否一样？为什么？答案不一样。(1)和(2)相等，都小于(3)的反应速率，因为对于固体来说，其浓度为常数，其反应速率与表面积大小有关；另外对化学反应速率影响的是物质的量的浓度，而不是物质的质量或反应物的总量。3．为什么改变压强对只有固体、液体参与的反应的反应速率没有影响？答案压强改变对化学反应速率的影响是通过对气体浓度的改变而实现的。若反应物全部为固体、液体或溶液，由于压强变化对其浓度几乎无影响，故可认为反应速率不变。4．温度是怎样影响放热反应、吸热反应的反应速率的？是否受反应状态的限制？答案温度对反应速率的影响规律，对于放热反应、吸热反应都适用。升温，速率均增大；降温，速率均减小，且不受反应物状态的限制。5．对于可逆反应，温度是怎样影响正、逆反应速率的？答案升高温度，正逆反应速率均增大，但增大的程度不同，其中吸热反应速率增大程度大；降低温度，正、逆反应速率均降低，但降低的程度也不同，其中放热反应速率降低程度小。一、外界条件对反应速率的影响1．浓度对化学反应速率的影响按表中实验步骤完成实验，观察实验现象，填写下表：原理2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O实验步骤实验现象KMnO4酸性溶液褪色KMnO4酸性溶液褪色褪色褪色时间长较0.1mol·L－1H2C2O4溶液褪色时间短时间结论H2C2O4溶液浓度越大，KMnO4酸性溶液褪色越快，反应速率也越快；反之H2C2O4溶液浓度越小，反应速率越慢微观解释反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢2.压强对化学反应速率的影响对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。如图所示：结论：增大压强，体积缩小，浓度增大，化学反应速率加快。微观解释：增大压强→体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。思考压强的改变是否一定会引起有气体参与的反应的化学反应速率发生变化？试分析说明。答案不一定，分析压强改变对速率的影响，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。(1)恒温时，压缩体积――→引起压强增大――→引起反应物浓度增大――→引起反应速率加快。(2)恒温时，对于恒容密闭容器：①充入气体反应物――→引起压强增大，气体反应物浓度也增大――→引起反应速率加快。②充入“惰性气体”――→引起总压强增大―→反应物浓度未改变―→反应速率不变。(3)恒温恒压时，充入“惰性气体”――→引起体积增大――→引起气体反应物浓度减小――→引起反应速率减小。3．温度对化学反应速率的影响实验原理Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O实验操作实验现象混合后均出现浑浊，但70℃热水一组首先出现浑浊实验结论升高温度，化学反应速率增大微观解释温度升高，有效碰撞增加，反应速率加快特别提示温度对化学反应速率影响的总结(1)实验测得：温度每升高10K，化学反应速率通常增大到原来的2～4倍。(2)上述结论对吸热反应和放热反应均适用。(3)一般来说，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易于控制，升高温度是实验室最常用的加快化学反应速率的方法。4．催化剂对反应速率的影响实验探究：实验原理：2H2O2=====MnO22H2O＋O2↑实验过程：实验操作实验现象①未加入MnO2时，余烬无明显变化；②加入MnO2后，锥形瓶内立即产生大量气泡，且余烬复燃，火焰明亮结论MnO2能催化H2O2的分解，增大了H2O2的分解速率实验总结：(1)影响规律催化剂可以改变化学反应的速率。在不加说明时，催化剂一般是指能使反应速率加快的正催化剂。(2)催化剂影响化学反应速率的原因：在其他条件不变时，使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量，会使更多的反应物分子成为活化分子，大大增加了活化分子的百分数，因而使反应速率加快。5．影响化学反应速率的其他因素其他因素如光照、反应物固体颗粒的大小、电磁波、超声波、溶剂的性质等，也会对化学反应的速率产生影响。例1已知①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，反应速率为v1；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)ΔH＞0，反应速率为v2。对于上述两个可逆反应，当改变条件时，试判断v1、v2的变化(填“增大”、“减小”或“不变”)。(1)保持体积不变，反应①通入N2，反应②分离出I2(g)，v1v2(2)保持压强不变，反应①②通入“He”气，v1v2(3)反应①、反应②均压缩体积v1v2(4)保持体积不变，反应①②通入“He”气v1v2(5)其它条件不变，反应①②均升温v1v2(6)其它条件不变，反应①②均加入正催化剂v1v2答案(1)增大减小(2)减小减小(3)增大增大(4)不变不变(5)增大增大(6)增大增大变式训练1100mL6mol·L－1的H2SO4溶液与足量的锌粉反应，在一定温度下，加入下列物质，试将对v(H2)和n(H2)的影响填入下表中：加入物质对v(H2)的影响对n(H2)的影响Na2CO3固体K2SO4溶液NaNO3固体通入一定量HCl气体答案加入物质对v(H2)的影响对n(H2)的影响Na2CO3固体减小减小K2SO4溶液减小不变NaNO3固体减小减小通入一定量HCl气体增大增大解析解答此题的关键是要弄清反应的实质，以及影响v(H2)的因素。具体分析如下：H2SO4和Zn反应的离子方程式为2H＋＋Zn===Zn2＋＋H2↑，H＋浓度的变化影响反应速率，产生H2的物质的量受参与反应的H＋的物质的量影响。加入Na2CO3固体时，消耗部分H2SO4，减少H＋的物质的量和浓度；加入K2SO4溶液时，相当于加水稀释，H＋的物质的量不变，但浓度减小；加入NaNO3固体时，引入NO－3，NO－3在H＋的存在下与Zn反应，不生成H2；通入HCl时，HCl===H＋＋Cl－，增大了H＋的物质的量浓度和物质的量。二、依据v－t图像理解外界条件对反应速率的影响1．非可逆反应全程速率—时间图像Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况出现如图情况。原因是：AB段，因反应为放热反应，随反应进行，温度升高，导致反应速率增大；BC段，则主要因为随反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。2．可逆反应的速率—时间图像平衡体系条件变化速率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′减小反应物的浓度v正、v逆均减小，且v逆′v正′增大生成物的浓度v正、v逆均增大，且v逆′v正′减小生成物的浓度v正、v逆均减小，且v正′v逆′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′减小压强或降低温度v正、v逆均减小，且v正′v逆′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逆同等倍数增大负催化剂或减小压强v正、v逆同等倍数减小关键提醒浓度、温度和压强图像的特点(1)浓度图像特点：改变单一物质浓度后，只使v′正或v′逆之一改变，另一速率从原平衡点发生变化。(2)温度图像特点：改变温度后，v′正和v′逆同时改变，且均离开原平衡点一段距离。(3)压强图像特点：改变压强后，v′正和v′逆同时改变，且均离开原平衡点一段距离。①反应前后气体体积发生改变的反应，改变压强后，v′正≠v′逆，平衡发生移动。②反应前后气体体积不变的反应，改变压强后，v′正＝v′逆，仍为水平线，平衡不移动。例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＝akJ·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(填“”或“”)0。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(或取出部分混合气体)，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，ΔH0。答案(1)减小压强或取出部分混合气体升高温度(2)反思感悟化学反应速率与化学平衡解题时要注意(1)一看条件：如恒温、恒容，恒温、恒压，恒容、绝热等。(2)二看方程式特点：状态变化，气体系数变化等。(3)三联想规律：外界条件对化学反应速率的影响及对化学平衡的影响规律。变式训练2对于①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH0②2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH0其中v－t图像为(1)反应①t1时刻改变的条件为。t2时刻改变的条件为。(2)反应②t1时刻改变的条件为。t2时刻改变的条件为。答案(1)增大压强降