高中化学选修四第二章化学反应速率与化学反应平衡知识点

高中化学-选修四-第二章化学反应速率与化学反应平衡-知识点1/10化学反应速率【学习目标】1、了解化学反应速率的定量表示方法，初步了解测定某些化学反应速率的实验方法；2、通过实验事实和思考，掌握化学反应速率的表示方法。【要点梳理】要点一、化学反应速率1、化学反应速率的概念化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的物理量。2、化学反应速率的表示方法化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。符号为v，单位为mol/(L·min)、mol/(L·s)或mol/(L·h)。3、化学反应速率的表达式4、化学反应速率的计算规律同一化学反应中，用不同物质的浓度变化表示的化学反应速率之比等于化学反应方程式中相应物质的化学计量数之比。这是有关化学反应速率的计算或换算的依据。如对于化学反应aA(g)+bB(g)==cC(g)+dD(g)，有下列恒等式：()()()()::::::vAvBvCvDabcd=5、有关化学反应速率的注意事项①化学反应速率均为正值，没有负值。②化学反应速率通常指的是某物质在某一时间内化学反应的平均速率，而不是在某一时刻的瞬时速率。③由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯液体或纯固体参加的反应一般不用纯液体或纯固体来表示化学反应速率。化学反应速率与表面积大小有关，而与物质的量的多少无关。通常是通过增大物质的表面（如粉碎成细小颗粒、充分搅拌、振荡等）来加快化学反应速率。④对于同一个化学反应，在相同的反应时间内，用不同的物质来表示其反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的反应速率。因此，表示化学反应速率时，必须指明是用反应体系中的哪种物质作为标准。要点二、化学反应速率的测量1、基本思路化学反应速率是通过实验测定的。因为化学反应中发生变化的是体系中的化学物质（包括反应物和生成物），所以与其中任何一种化学物质的浓度（或质量）相关的性质在测量反应速率时都可加以利用。2、用于化学反应速率测量的基本性质3、实验测量锌与硫酸反应速率实验用品：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、1mol/L的硫酸、4mol/L的硫酸。实验步骤：①取一套装置，加入40mL1mol/L的硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。高中化学-选修四-第二章化学反应速率与化学反应平衡-知识点2/10②取另一套装置，加入40mL4mol/L的硫酸，测量收集10mLH2所用的时间。实验现象：锌跟硫酸反应产生气泡，②收集10mL气体所用时间比①所用时间短。实验结果：加入试剂反应时间/min反应速率/(mL·min－1)1mol/LH2SO4长小4mol/LH2SO4短大实验结论：4mol/L的硫酸与锌反应比1mol/L的硫酸与锌反应速率快。注意事项：a．锌的颗粒（即表面积）大小要基本相同；b．40mL的硫酸溶液要迅速加入；c．装置气密性要好，且计时要迅速准确。要点三、化学反应速率的计算及比较1、化学反应速率的计算——三段式法①求解化学反应速率计算题的一般步骤：a．写出有关反应的化学方程式。b．找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。c．根据已知条件列方程式计算。②计算中应注意以下量的关系：a．对反应物：c(起始)－c(转化)=c(某时刻)b．对生成物：c(起始)+c(转化)=c(某时刻)c．()100%()cc转化转化率=起始2、化学反应速率的比较①选用同种物质作标准换算成用同一物质、同一单位表示的化学反应速率，再比较其数值大小。②比较化学反应速率与化学计量数的比值：如反应aA+bBcC，要比较v(A)与v(B)的相对大小，可比较()vAa与()vBb的大小，若()()vAvBab，则A的反应速率比B的反应速率大。要点四、测定化学反应速率的物理方法测定化学反应速率的关键是测定某一时间间隔内反应体系中某物质浓度的变化。由于物质的某些物理性质（如压强、体积、吸光度、电导率等）与其物质的量或浓度存在函数关系，因此人们常用物理方法准确而快速地测定反应物或生成物浓度的变化来确定其化学反应速率。常用于测定化学反应速率的物理方法有以下几种：1、量气法对于反应2H2O2==2H2O+O2↑，可测量反应中唯一的气体产物氧气在一定温度、压强时的体积变化。2、比色法由于不同浓度的物质对特定波长的光的吸收性能不同，因此可以通过吸光度来测定反应物浓度。例如，在丙酮的溴化反应中：CH3COCH3+Br2—→CH3COCH2Br+HBr有色反应物Br2吸收波长为450mm的光波，因此可用分光光度计测量溶液对该波长光波的吸光度，据此计算化学反应速率。3、此外，激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定。要点五、关于化学反应速率的特别说明高中化学-选修四-第二章化学反应速率与化学反应平衡-知识点3/101、化学反应速率表述的共同之处：①都有一个确定的起点（速率为0）；②都有一个与速率大小相匹配的时间单位；③都有能说明体系某种变化的可计量的性质（如质量、体积、压强、浓度等）。2、一个确定的化学反应涉及反应物和生成物等多种物质，在中学化学里，通常所说的化学反应速率的快慢，往往是对整个化学反应而言的。例如H2+F2==2HF反应很快、CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O反应很慢等；定量地表示化学反应速率是对某种具体物质而言的，例如在N2+3H22NH3中v(N2)=0.5mol/(L·min)等。3、由于在一定时间内的化学反应，有关物质的物质的量浓度是连续变化的，所以化学反应速率有平均速率和即时（或瞬时）速率之分。4、在中学化学里，通常所说的化学反应速率一般是指平均速率。在速率一时间图像中经常出现瞬时速率，如锌粒与0.1mol·L－1盐酸反应，在一定温度下的反应速率与反应时间的关系如图所示，图像中A点表示的就是在反应过程中t1时刻的瞬时反应速率。要点六、有效碰撞理论1、有效碰撞要点诠释：化学反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生碰撞。反应物分子之间的碰撞只有少数碰撞能导致化学反应的发生，多数碰撞并不能导致反应的发生，是无效碰撞。碰撞的频率越高，则化学反应速率就越大。研究发现，只有既具有足够的能量又有合适的碰撞取向的分子碰撞，才是有效碰撞。2、活化分子和活化能①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化分子之间之所以能够发生有效碰撞，是由于它们的能量高，发生碰撞时，能够克服相撞分子之间的排斥力，破坏分子内部原子之间的“结合力”，从而导致反应物分子的破坏，重新组合成生成物分子，发生化学反应。②活化能：活化分子所多出的那部分能量（或普通分子转化成活化分子所需的最低能量）。右图所示的E1是反应的活化能，E2是活化分子变成生成物分子放出的能量，能量差E2－E1是反应热。活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。普通分子+活化能活化去活化活化分子活化能的大小虽然意味着普通分子成为活化分子的难易，但是对这个化学反应前后的能量变化并不产生任何影响。③活化能与化学反应速率：在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。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，化学反应速率就越快。活化能低→普通分子易变成活化分子→活化分子百分数大→有效碰撞次数多→反应速率快利用有效碰撞理论可以解释外界条件（浓度、压强、温度、催化剂）对化学反应速率的影响。影响化学反应速率的因素【学习目标】1、知道化学反应速率的定量表示方法，并初步了解测定某些化学反应速率的实验方法；2、通过实验探究浓度、压强、温度和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律；3、使学生知道活化能的概念及其对化学反应速率的影响；4、通过催化剂实际应用的事例，认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。【要点梳理】要点一、浓度对反应速率的影响1．为了定量地表示出反应速率与浓度的关系，给出了反应速率表达式。定量地描述反应速率与反应物浓度之间关系的数学表达式称为反应速率方程，形式一般为反应速率等于反应速率常数与浓度项的乘积。例如，对于化学反应H2O2+2HI==2H2O+I2，其反应速率表达式为v=kc(H2O2)c(HI)，k称为反应速率常反应物分子间的碰撞能够发生化学反应的碰撞不能发生化学反应的碰撞有效碰撞无效碰撞高中化学-选修四-第二章化学反应速率与化学反应平衡-知识点4/10数，其物理意义为单位浓度下的反应速率。通常，速率常数越大，反应速率越高。速率常数与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。必须注意的是，某一化学反应的反应速率表达式是实验测定的结果，不能根据化学方程式直接写出，反应速率表达式中浓度项的方次与化学方程式中的系数无确定的关系。2．压强对化学反应速率的影响：对于气态反应，在温度、体积一定的条件下，压强与浓度成正比，因此在反应速率方程中的浓度可以用分压来表示。对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。3．可逆反应中，增大反应物浓度，v正增大，v逆随之增大，减小反应物浓度，v正减小，随反应进行，v逆也减小。相反，若增大生成物浓度，v逆增大，随反应的进行，v正也增大。总之，可逆反应中增大反应物（或生成物）浓度，最终v正、v逆都增大；减小反应物（或生成物）浓度，最终v正和v逆都减小。要点诠释：a．对于纯液体或固体物质，可认为其浓度为“常数”，它们的量的改变不会影响化学反应速率。b．固体反应物颗粒的大小能影响化学反应速率。固体颗粒越小，其表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，有效碰撞次数越多，所以能增大化学反应速率。要点二、温度对反应速率的影响1．经验规律。（1）范托夫近似经验规律温度每升高10K，反应速率增加2～4倍。利用这个经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计，但这个规律适用范围有限。（2）阿伦尼乌斯经验公式：aERTkAe−=式中：k为反应速率常数；A为比例系数；e为自然对数的底；R为摩尔气体常量；E。为活化能，单位为J·mol－1或kJ·mol－1。该经验公式表明，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。2．活化能Ea。活化能是普通分子形成活化分子所吸收的能量，活化能越高，反应越难进行，反应速率常数越小。不同的反应，活化能差值很大，由经验公式可知，Ea值越大，改变温度对化学反应速率的影响程度越大，这就是升高相同温度，不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因。要点诠释：a．上述结论，对吸热反应和放热反应均适用。b．一般地，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，是实验室最常用的增大化学反应速率的方法。要点三、催化剂对化学反应速率的影响1．催化剂通过参与反应改变反应历程降低反应的活化能来提高化学反应速率。2．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。3．催化剂具有选择性，某催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。4．研制高效催化剂来提高相关化学反应的速率对化工生产意义重大。说明（1）有的化学反应不需要催化剂；有的化学反应需要催化剂；有的化学反应需要催化剂但尚未找到合适的催化剂；有的催化剂对多个化学反应都有催化作用；有的催化剂只能对一个化学反应有催化作用，如酶。（2）有的催化剂能加快化学反应速率，有的催化剂能减慢化学反应速率。能加快化学反应速率的催化剂叫做正催化剂；能减慢化学反应速率的催化剂叫做负催化剂。如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。（3）催化剂中毒：催化剂的催化性能往往因接触少量杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫做催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒而把原料进行净化除去毒物。（4）催化剂只有在一定温度下才能最大限度地显示其催化作用，不同的催化剂对温度的要求不一定相同。（5）研制开发新的催化剂，研究的主要目标之一是含有过渡元素的物质。要点四、外界条件对化学反应速率的影响规律条件变化活化分子的量的变化速率变化浓度增大单位体积内总数目增多，百分数不变增大减小单位体积内总数目减小，百分数不变减小高中化学-选修四-第二章化学反