2024-2025學年高中化學專題二化學反應速率與化學平衡第一單元第2課時影響化學反應速率的因素學案蘇教版選修4

PAGE16-第2課時影響化學反應速率的因素一、有效碰撞理論1．有效碰撞2．活化能和活化分子(1)活化分子：能夠發(fā)生有效碰撞的分子。(2)活化能：活化分子所多出的那部分能量(或一般分子轉(zhuǎn)化成活化分子所須要的能量)。3．化學反應的過程二、影響化學反應速率的因素1．內(nèi)因——反應物的性質(zhì)：影響化學反應速率的主要因素是反應物本身的性質(zhì)。例如金屬鈉與冷水猛烈反應，而鎂和沸水僅能微弱反應。2．外因——外界因素：(1)濃度(其他條件不變)①試驗②規(guī)律反應物濃度增大(減小)→反應速率增大(減小)③說明反應物濃度增大→單位體積活化分子數(shù)增多→單位時間內(nèi)有效碰撞增多→反應速率增大(反應物濃度減小，則與之相反)(2)壓強(針對有氣體參與的反應)①壓強變更引起濃度變更的圖示②規(guī)律③說明壓強增大→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(氣體體積減小,↓,反應物濃度增大))→反應速率加快(3)溫度①規(guī)律當其他條件不變時，②說明反之，降低溫度，反應速率減小。(4)催化劑①規(guī)律當其他條件不變時，運用催化劑，可以加快化學反應速率。(若不特殊指明，催化劑就是指正催化劑)②說明催化劑→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(變更反應的路徑，降低反應所需,活化能,↓,提高活化分子百分數(shù)→有效碰,撞幾率提高))→eq\a\vs4\al(反應速率,增大)(5)其他因素對化學反應速率的影響如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、強磁場、高速研磨、增大反應物接觸面積等，均會對化學反應速率產(chǎn)生影響。探究點一從有效碰撞理解化學反應速率一、有效碰撞理論1．化學反應的過程化學反應的過程就是反應物分子中的原子重新組合成生成物分子的過程，也就是反應物分子中化學鍵的斷裂，生成物分子中化學鍵的形成過程。2．發(fā)生化學反應的先決條件舊鍵的斷裂和新鍵的形成都是通過反應物分子(或離子)的相互碰撞來實現(xiàn)的，假如反應物的分子(或離子)相互不接觸、不碰撞，就不行能發(fā)生化學反應。因此，反應物分子(或離子)間的碰撞是反應發(fā)生的先決條件。但是，并不是全部的反應物分子的每次碰撞都能發(fā)生化學反應。3．有效碰撞與化學反應在某個化學反應中，反應物分子中的能量凹凸不同。并且，在通常狀況下，能量相對較高的分子所占的比例較小，能量相對較低的分子所占的比例較大。探討證明，只有能量達到某肯定值的分子，才能在碰撞以后有可能使原子間的化學鍵斷裂，從而導致化學反應的發(fā)生。我們把能夠發(fā)生化學反應的分子碰撞叫做有效碰撞，把能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化分子具有比一般分子(非活化分子)更高的能量。活化分子在碰撞后有可能使原子間的化學鍵斷裂，從而導致化學反應的發(fā)生。4．活化分子的碰撞取向與化學反應分子間的自由碰撞必定會有不同的碰撞取向。探討發(fā)覺，分子除了要有足夠的能量以外，還要有合適的碰撞取向才能發(fā)生化學反應。從分子能量的方面來看，只有活化分子才具備發(fā)生有效碰撞的條件。從分子碰撞取向的方面來看，活化分子的每一次碰撞不肯定能引發(fā)化學反應，若分子碰撞取向合適，就能發(fā)生化學反應；若分子碰撞取向不合適，則不能發(fā)生化學反應。也就是說，只有活化分子以合適的取向發(fā)生碰撞以后，才能使分子內(nèi)的化學鍵斷裂，從而引發(fā)化學反應。5．活化能為了把“有效碰撞”概念詳細化，人們把能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子，同時把活化分子所多出的那部分能量稱為活化能。如圖所示，E1是反應的活化能，E2是活化分子變成生成物分子時放出的能量，能量差E2－E1是反應熱。從這個圖中可以看出，活化能的大小雖然意味著一般分子成為活化分子的難易，但是卻對這個化學反應前后的能量變更不會產(chǎn)生任何影響。二、試運用有效碰撞理論說明外界條件對化學反應速率的影響規(guī)律運用有效碰撞理論說明濃度、壓強、溫度、催化劑等對化學反應速率的影響見下表：總結(jié)濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響，如圖所示：總的來說，反應條件屬于增大(指增大壓強、增大濃度、上升溫度)的，不管正反應還是逆反應，反應速率均增大。一般狀況下，催化劑變更速率程度最大，其次是溫度，最終是濃度。1．全部的物質(zhì)混合，在碰撞過程中都能發(fā)生化學反應嗎？提示：不同物質(zhì)之間能否發(fā)生化學反應，是由物質(zhì)本身的性質(zhì)確定的，并不是全部的物質(zhì)碰撞都能發(fā)生化學反應，那些不能發(fā)生化學反應的物質(zhì)再怎么碰撞也不會發(fā)生化學反應。2．一個反應的發(fā)生一般經(jīng)驗哪幾個過程？提示：如下圖3．為什么說活化能越低，化學反應速率越快？提示：在肯定條件下，活化分子所占的百分數(shù)是固定不變的?；罨肿拥陌俜謹?shù)越大，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多，單位時間內(nèi)有效碰撞的次數(shù)越多，化學反應速率就越快?；罨艿汀话惴肿右鬃兂苫罨肿印罨肿影俜謹?shù)大→有效碰撞次數(shù)多→反應速率快【例1】下列說法中有明顯錯誤的是()A．對有氣體參與的化學反應，增大壓強，體系體積減小，可使單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增加，因而反應速率增大B．活化分子間發(fā)生的碰撞肯定為有效碰撞C．上升溫度，一般可使活化分子的百分數(shù)增大，因而反應速率增大D．加入相宜的催化劑，可使活化分子的百分數(shù)大大增加，從而增大反應速率【思路分析】首先分析外界條件的變更是否引起了活化分子數(shù)或活化分子百分數(shù)的增加，然后推斷外界條件的變更對反應速率的影響。【解析】A√氣體體系，增大壓強，體積減小，引起單位體積內(nèi)分子總數(shù)增加，導致單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增加，有效碰撞次數(shù)增加，反應速率加快。B×活化分子間有合適取向的碰撞才是有效碰撞。C√升溫，一方面使分子獲得更高的能量，活化分子百分數(shù)提高，另一方面含有較高能量的分子間的碰撞頻率也隨之提高。兩方面都會增大反應速率。D√其他條件肯定時，運用催化劑可使反應途徑發(fā)生變更，從而降低了反應的活化能，使得活化分子的百分數(shù)增大，有效碰撞頻率增大，故化學反應速率增大?！敬鸢浮緽已知反應：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)ΔH＝－akJ·mol－1(a>0)，其反應機理如下：①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)快②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)慢下列有關(guān)該反應的說法正確的是(C)A．該反應的速率主要取決于①的快慢B．NOBr2是該反應的催化劑C．正反應的活化能比逆反應的活化能小akJ·mol－1D．增大Br2(g)的濃度能增大活化分子百分數(shù)，加快反應速率解析：反應速率主要取決于慢的一步，所以該反應的速率主要取決于②的快慢，故A錯誤；NOBr2是反應過程中的中間產(chǎn)物，不是該反應的催化劑，故B錯誤；由于該反應為放熱反應，說明反應物總能量高于生成物總能量，所以正反應的活化能比逆反應的活化能小akJ·mol－1，故C正確；增大Br2(g)的濃度，活化分子百分數(shù)不變，但單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)目增多，所以能加快反應速率，故D錯誤。探究點二正確理解和應用影響化學反應速率的因素外界因素對化學反應速率的影響1．增加反應物的量，反應速率肯定會增大嗎？提示：不肯定。對于固體或純液體，其濃度可視為常數(shù)，因而其物質(zhì)的量的變更，不會影響反應速率。2．運用催化劑反應速率都會增大嗎？提示：不肯定。催化劑對反應速率的變更包括增大或減小。增大反應速率的催化劑為正催化劑，減小反應速率的催化劑為負催化劑，通常所說的催化劑指正催化劑。3．為什么變更壓強對只有固體、液體參與的反應速率沒有影響？提示：壓強變更對反應速率的影響與濃度變更對反應速率的影響是一樣的。壓強的變更實質(zhì)引起了氣體的濃度變更，從而使反應速率發(fā)生變更。若反應物全部為固體、液體或溶液，由于壓強變更對其濃度幾乎無影響，故可認為反應速率不變，如2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑反應物中無氣體，生成物中有氣體，變更壓強，反應速率不變?！纠?】肯定量的鋅粉和6mol·L－1的過量鹽酸反應，當向其中加入少量的下列物質(zhì)時，能夠加快反應速率，但不影響產(chǎn)生H2的總量的是()①石墨粉②CuO③銅粉④鐵粉⑤濃鹽酸A．①②⑤B．①③⑤C．③④⑤D．①③④【解析】①加入石墨粉，構(gòu)成原電池，反應速率加快，不影響鋅粉的量，即不影響產(chǎn)生H2的總量；②加入CuO，CuO與鹽酸反應生成氯化銅，氯化銅與鋅反應生成銅，形成原電池，加快反應速率，但與鹽酸反應的鋅的量削減，故生成氫氣的總量削減；③加入銅粉，構(gòu)成原電池，反應速率加快，不影響鋅粉的量，即不影響產(chǎn)生H2的總量；④加入鐵粉，構(gòu)成原電池，反應速率加快，鋅反應完全后，鐵也可以與鹽酸反應生成氫氣，產(chǎn)生H2的總量增加；⑤加入濃鹽酸，氫離子濃度增大，反應速率加快，不影響鋅粉的量，即不影響產(chǎn)生H2的總量。本題選B。【答案】B等質(zhì)量的鐵與過量的鹽酸在不同的試驗條件下進行反應，測定在不同時間(t)產(chǎn)生氫氣體積(V)的數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)繪制圖，則曲線a、b、c、d所對應的試驗組別可能是(C)組別c(HCl)(mol/L)溫度(℃)狀態(tài)12.025塊狀22.530塊狀32.550粉末狀42.530粉末狀A．4－3－2－1 B．1－2－3－4C．3－4－2－1 D．1－2－4－3解析：影響反應速率的因素主要有溫度、濃度、接觸面積、催化劑，本題中只有溫度、濃度和接觸面積，三者兼顧分析才能得到正確答案。圖像中曲線a對應的試驗反應最快，故其濃度較大、溫度較高，應為粉末狀。探究點三可逆反應中化學反應速率的變更規(guī)律可逆反應是在相同條件下既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的化學反應，如3H2＋N2eq\o(,\s\up15(催化劑),\s\do15(高溫、高壓))2NH3?？赡娣磻莾蓚€具有反應方向不同的反應的組合體，這兩個不同的反應之間存在著互為反應物的不行分別關(guān)系。以哲學的觀點來說，可逆反應里的兩個反應的關(guān)系是對立統(tǒng)一關(guān)系。在化學反應中的能量變更關(guān)系方面，可逆反應的一個反應為放熱反應，其逆反應必定為吸熱反應。對于可逆反應，變更影響化學反應速率的條件，正反應的速率和逆反應的速率都會發(fā)生肯定程度的變更。下面以可逆反應2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(V2O5),\s\do15(500℃))2SO3為例分析某項條件變更后的瞬間內(nèi)，v正、v逆的變更狀況。1．溫度和氣體總體積保持不變，加入O2：則v正增大，v逆瞬時不變，v正增大引起c(SO3)增大，c(SO3)增大又引起v逆增大。即v正先增大，v逆后增大。2．溫度和氣體總體積保持不變，分別出SO3：則v逆減小，v正瞬時不變，v逆減小引起c(O2)、c(SO2)減小，c(O2)、c(SO2)減小又引起v正減小。即v逆先減小，v正后減小。3．氣體總物質(zhì)的量和溫度保持不變，縮小體積增大壓強：c(SO2)、c(O2)增大，v正增大，c(SO3)同時增大，v逆同時增大。由于c(SO2)增大的同時還有c(O2)增大，故v正>v逆。即v正、v逆同時增大，且v正>v逆。即氣體的系數(shù)和大的一側(cè)的速率增大的倍數(shù)多。4．氣體總物質(zhì)的量和溫度保持不變，擴大容積減小壓強：與3相反，即v正、v逆同時減小，且v正<v逆。即氣體系數(shù)和大的一側(cè)的速率減小的倍數(shù)多。5．在其他條件肯定時，上升溫度：v正增大，v逆同時也增大。由于正反應是放熱反應，逆反應是吸熱反應，故v正<v逆。即v正、v逆同時增大，且v正<v逆。即吸熱反應方向增大的多。6．在其他條件肯定時，降低溫度：與5的速率相反。即v正、v逆同時減小，且v正>v逆。即吸熱反應方向的速率減小的多。7．其他條件肯定時，加入催化劑：v正、v逆同時增大，且增大的倍數(shù)相同。即v正＝v逆?！纠?】在一個容積可變的密閉容器中發(fā)生反應：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)?；卮鹣铝袉栴}：(1)增加Fe的量，正反應速率________(填“增大”“不變”或“減小”，下同)。(2)將容器容積縮小一半，正反應速率________，逆反應速率________。(3)保持容器容積不變，充入N2使體系壓強增大，正反應速率________，逆反應速率________。(4)保持壓強不變，充入N2使容器容積增大，正反應速率________，逆反應速率________。【思路分析】先分析條件的變更是否導致與反應有關(guān)的氣體的濃度發(fā)生變更，若氣體的濃度發(fā)生變更，則反應速率發(fā)生變更，若氣體的濃度不發(fā)生變更，則反應速率不變?！窘馕觥?1)Fe為固體，因此增加Fe的量，反應速率不變。(2)將容器容積縮小一半，體系中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度均增大，正反應速率和逆反應速率都增大。(3)保持容器容積不變，充入N2使體系壓強增大，體系中各物質(zhì)的濃度不變，正反應速率和逆反應速率均不變。(4)保持壓強不變，充入N2使容器容積增大，體系中各氣態(tài)物質(zhì)的濃度均減小，正反應速率和逆反應速率均減小?！敬鸢浮?1)不變(2)增大增大(3)不變不變(4)減小減小可逆反應2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反應為放熱反應)，上升溫度對該反應產(chǎn)生的影響是(C)A．v(正)增大，v(逆)減小B．v(正)減小，v(逆)增大C．v(正)、v(逆)不同程度增大D．v(正)、v(逆)同等程度增大解析：上升溫度，v(正)、v(逆)均增大，但正反應為放熱反應，逆反應為吸熱反應，v(逆)增大的程度大于v(正)增大的程度。1．對于肯定條件下進行的化學反應：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，變更下列條件，可以提高反應物活化分子百分數(shù)的是(B)①增大壓強②上升溫度③加入催化劑④增大反應物濃度A．①②B．②③C．①②③D．①②④解析：活化分子比一般分子具有更高的能量，若想提高活化分子百分數(shù)，可實行的方法：一是上升溫度，使一部分原來能量較低的分子變成活化分子，從而提高活化分子百分數(shù)；二是加入催化劑，降低反應所需活化能，使更多的反應物分子成為活化分子，大大提高了反應物中活化分子百分數(shù)。2．變更外界條件可以影響化學反應速率。對于反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列操作能使活化分子百分數(shù)增加的是(D)①增大反應物濃度②增大氣體的壓強③上升體系的溫度④運用催化劑A．①②B．②③C．①④D．③④解析：增大反應物濃度、增大氣體的壓強，活化分子百分數(shù)均不變。3．某溫度下，恒容密閉容器中進行反應：X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)ΔH>0，下列敘述正確的是(C)A．加入少量W，v逆增大B．增大壓強(縮小容器體積)，v正增大，v逆減小C．上升溫度，v正、v逆都增大D．運用正催化劑，v正增大，v逆減小解析：因為固體物質(zhì)的濃度不變，所以固體量的增減不能影響化學反應速率；增大壓強或上升溫度時，正、逆反應速率都增大；運用正催化劑后，v正、v逆均增大。4．把在空氣中久置的鋁片5.0g投入盛有500mL0.5mol·L－1H2SO4溶液的燒杯中，該鋁片與硫酸反應產(chǎn)生氫氣的速率v與反應時間t的圖像可用下圖來表示，下列說法錯誤的是(C)A．O→a段不產(chǎn)生氫氣是因為鋁表面的氧化物隔離了鋁和H2SO4溶液B．b→c段產(chǎn)生氫氣的速率增大較快的主要緣由是溫度上升C．c時刻反應處于平衡狀態(tài)D．c時刻之后，產(chǎn)生氫氣的速率降低主要是因為溶液中c(H＋)降低解析：本題易錯之處是誤認為c時刻后產(chǎn)生氫氣的速率降低主要是因為溶液溫度降低，而錯選D。在空氣中久置的鋁片表面有一層氧化膜，故O→a段不產(chǎn)生氫氣是因為鋁表面的氧化物隔離了鋁和H2SO4溶液，故A項說法正確；該反應放熱，隨著反應的進行溫度上升，反應速率加快，故B項說法正確；c時刻反應速率最快，c時刻后速率減慢的主要緣由是隨著反應的進行反應物中c(H＋)降低，故D項說法正確；c時刻反應并不處于平衡狀態(tài)，故C項說法錯誤。5．在一密閉容器中充入1molH2和1molI2，壓強為p(Pa)，并在肯定溫度下使其發(fā)生反應H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列說法正確的是(D)A．保持容器容積不變，向其中加入1molH2，化學反應速率不變B．保持容器容積不變，向其中加入1molAr，化學反應速率增大C．保持容器內(nèi)氣體壓強不變，向其中加入1molAr，化學反應速率不變D．保持容器內(nèi)氣體壓