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[名校联盟]江苏省邳州市第二中学高二化学选修四第二章《2-2 影响化学反应速率的因素》课件


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?第二节 影响化学反应速率的因素

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? 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.学会比较反应的快慢以及如何通过改变外界条件改变 化学反应速率。

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? 一、浓度对反应速率的影响 ? 在其他条件相同时,增大反应物的浓度,化学反应速率 ________;减小反应物浓度,化学反应速率________。反 应物浓度增大,活化分子数________,有效碰撞的几率 ________,反应速率________。

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? 二、压强对反应速率的影响
? 在其他条件不变时,一定质量的气体所占的体积与 ________成反比。对于有气体参加的反应,增大压强(或 缩小反应容器的体积)相当于增大_____________________, 反应速率________;减小压强(或增大反应容器容积)相当 于________,反应速率________。
z..x..x..k

? 由于固体、液体粒子间的________,增大压强几乎不能改 变它们的________,因此可以认为对只有固体或液体参加 的反应,压强的变化对于反应速率的影响可以________。

Page ?4

? 三、温度对反应速率的影响
? 其他条件相同时,升高温度,反应速率________;降低温 度,反应速率________。

? 当其他条件相同时,升高温度的作用可归纳为两个方面: 一方面是通过升高温度使分子________;另一方面是含有 较高能量的分子间的________也随之提高。这两方面都使 分子间________的几率提高,反应速率因此也________。

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? 四、催化剂对反应速率的影响 ? 写出H2O2分解的化学方程式:___________________。

? MnO2能_______H2O2的分解,是H2O2分解的________。选 用适当的催化剂可以提高反应速率。

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? 结论:一般地,使用催化剂,可以________化学反应速率。
? 使用适当的催化剂是改变反应速率的常用有效方法之一。 由于催化剂可以________化学反应所需的________,使发 生反应所需的________降低,也就等于提高了 __________________________,从而提高了 ____________________。除此之外,对于给定条件下反应 物之间能够同时发生多个反应的情况,理想的催化剂还具 有大幅度提高目标产物在最终产物中的比率。

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? 影响化学反应速率的外界条件除浓度、压强、温度、催化 剂外,还有很多因素可以改变反应速率。如________、 ________、________、________、________、________、 ________、__________________________________、 ________、________等等。总之,向反应体系输入能量, 都________改变化学反应速率。
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? 答案:

? 一、加快 减慢 增多 增加 增大
? 二、压强 反应物的浓度 慢 ? 三、加快 减慢 ? 获得更高的能量 碰撞频率 有效碰撞 加快 加快 减小反应物的浓度 减

? 空隙很小 浓度 忽略不计

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? 四、 ? 2H2O2 2H2O+O2↑ ? 加快 催化剂

? 加快
? 降低 活化能 率 能量 活化分子的百分数 有效碰撞的频

? 光辐照 放射线辐照 超声波 电弧 激光 强磁场 高 速研磨 反应物颗粒大小 扩散速率 溶剂 有可能

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? 1.人类能否控制影响化学反应速率的主要因素? ? 提示:化学反应速率与分子间的有效碰撞有关,因此所有 改变内能、运动速率以及碰撞几率的条件,都可改变反应 速率。如加热、搅拌、增大反应物浓度,都是我们常用的 方法。

? 2.改变固体或纯液体的用量对化学反应速率有何影响? 改变溶液的用量对化学反应速率有何影响?

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? 提示:对于固体或纯液体物质,一般情况下其浓度可视为 常数,因此改变固体或纯液体的用量对化学反应速率无影 响。但固体物质的表面积的大小会影响化学反应速率,一 般地,固体的颗粒越细,表面积就越大,反应速率就越快。 改变溶液的用量时,由于浓度不变,因此对化学反应速率 无影响。

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影响 规律 结 微 释

其他条件相同时,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 在其他条件不变时,对某一反应而言,反应物分 子中活化分子百分数是一定的,即活化分子浓度 与反应物浓度成正比反应物浓度增大→单位体积 内活化分子数增多→活化分子数增多→单位时间 内有效碰撞的次数增多→化学反应速率加快 ①一般情况下,在一定温度下固体或纯液体的浓 度是常数,因此改变其物质的量,对速率无影响 ②固体物质的反应速率与接触面积有关,颗粒越 小,表面积越大,反应速率越快
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实验
论的

观解

注意 事项

? ●案例精析

? 【例1】 下列不同条件下的化学反应A+B=C+D,反 应速率由大到小的顺序正确的一组是 ( )
? ①常温下20 mL含A和B各0.001 mol

? ②常温下100 mL含A和B各0.01 mol
? ③常温下0.05 mol/LA,B溶液各10 mL再加入蒸馏水20 mL ? ④常温下100 mL含A0.01 mol和20 mL含B 0.001 mol ? A.①②③④ ? C.②④①③ B.④③②① D.②①④③

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? [解析] 根据题意可知,其他条件相同,只有A,B的浓度 不同。根据浓度对反应速率的影响,浓度越大,反应速率 越快。将题目给出的A,B不同的量转化为物质的量浓度 进行比较。 ? ①中A,B物质的量浓度均为0.05 mol/L;②中A,B物质的 量浓度均为0.1 mol/L;③中A,B物质的量浓度均为0.0125 mol/L;④中A物质的量浓度为0.1 mol/L,B物质的量浓度 为0.05 mol/L。即浓度的大小顺序为②>④>①>③,其 速率顺序与之相同,C选项符合题意。 ? [答案] C

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? [点评] 对化学反应速率的影响这里是指物质的量浓度, 而不是指物质的量或反应物的总量,进行比较时,应注意 将物质的量转化为物质的量浓度。

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? 用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施不能使氢气生 成速率加大的是 ( )
.z…x..x..k.

? A.加热 ? B.不用稀硫酸,改用98%的浓硫酸

? C.增大稀硫酸的用量
? D.不用铁片,改用铁粉

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? [解析] 本题旨在考查影响化学反应速率的因素。影响化 学反应速率的因素有温度、浓度,还有固体的表面积等。 温度升高,浓度增大,固体表面积增大,都会使反应速率 增大。从稀硫酸改用98%的浓硫酸,浓硫酸使铁钝化而不 能产生氢气。选项C虽然增大了稀硫酸的用量,但没有增 大硫酸的浓度,故反应速率不变。
z.x.x.k

? [答案] BC

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? [点拨] 在化学中“量的改变可能引起性质的改变”,如, 浓硫酸和稀硫酸,与金属反应前者可以生成SO2,后者可 以生成H2;浓硝酸和稀硝酸,与金属反应前者可以生成 NO2,后者可以生成NO;浓盐酸和稀盐酸,与MnO2反应 前者可以生成Cl2,后者不可以。

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? 把下列四种X溶液分别加入四个盛有10 mL 2mol/L盐酸的 烧杯中,均匀加水稀释到50 mL。此时X和盐酸缓缓地进 行反应。其中反应速率最大的是 ( ) ? A.20 mL 3 mol/L 的X溶液

? B.20 mL 2mol/L 的X溶液
? C.10 mL 4mol/L的X溶液 ? D.10mL 2mol/L的X溶液

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? [解析] 考查物质的量浓度的计算及浓度对化学反应速率 的影响。 ? 四个烧杯中盐酸的浓度相等。选项A、B、C、D中X的浓 度分别为:

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? 则四个烧杯中X的浓度关系是

? c(X)A>c(X)B=c(X)C>c(X)D
? [答案] A ? [点评] X浓度越大,反应速率越快,利用溶质物质的量 不变原理求X浓度大小,比较分析通常是解此类题的方法。

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影 响规律 微观 解释

对气体反应而言,增大压强(减少容器容积),相 当于增大反应物的浓度,反应速率加快;减小压 强(增大容器容积),相当于减小反应物的浓度, 反应速率减慢
增大压强→单位体积内活化分子数增多→有效碰 撞次数增多→化学反应速率加快;反之,化学反 应速率减慢 ①若是参加反应的物质是固体、液体或溶液,由 于压强的变化对它们的浓度几乎无影响,可以认 为反应速率不变 ②像Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑的反应,生成物中 有气体,反应物中无气体,增大压强或减少压强, 化学反应速率不变
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注意 事项

? 说明:压强对化学反应速率的影响的几种情况

? 改变压强,对化学反应速率的影响的根本原因是引起浓度 改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起 压强改变的原因。 ? (1)对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强时,反应 物浓度变化很小,可忽略不计,因此对化学反应速率无影 响。 ? (2)对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:
? ①恒温时,压缩体积 反应速率加快。 压强增大 反应物浓度增大

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? ②恒温时,对于恒容密闭容器: ? a.充入气体反应物 总压强增大―→反应物浓度未改 变―→反应速率不变。 ? b?充入“惰气” 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“惰气” 体积增大 气体反应物浓度减小

? 反应速率减小。

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? ●案例精析
? 【例2】 对于反应:N2+O2? ? 2NO,在密闭容器中进 行,下列条件能加快反应速率的是 ( )

? A.缩小体积使压强增大
? B.体积不变充入N2使压强增大 ? C.体积不变充入He使压强增大 ? D.压强不变,充入气体Ne

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? [解析] 缩小体积使浓度增大,反应速率加快,A符合; 体积不变充入N2,可使c(N2)增大,反应速率增大,B符合; 充入He后,由于体积不变,故对反应速率无影响,C不正 确;压强不变时,充入气体Ne,则气体体积变大,各物质 浓度变小,使反应速率减小,故D不正确。

? [答案] AB

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? 两个极易导热的密闭容器a和b,容器a体积恒定,容器 b体 积可变,在温度、压强、体积相同条件下往a和b中分别充 入等物质的量的二氧化氮,发生反应: ? 2NO2 N2O4(正反应为放热反应) ? 反应起始时两容器内的反应速率υa和υb的关系为________。 反应过程中两容器内的反应速率υa和υb的关系为: ________。

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? [解析] 反应开始时,温度、压强、容器体积相同,NO2 的物质的量也相同,即a和b两容器内的NO2浓度相同,所 以速率相等。故υa=υb。

? 当反应开始后,两容器内分子总的物质的量不断减少, 2NO2→N2O4,由于容器a体积恒定,所以a容器内NO2的物 质的量浓度不断减小,反应速率逐渐减慢。而容器b体积 可变,它的体积随反应的进行而变小,所以在反应过程中 b容器内的NO2物质的量浓度比a容器中的NO2的物质的量 浓度大,故υb>υa。
? [答案] 反应开始时:υa=υb。反应过程中υa<υb

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? 在C(s)+CO2(g)? ? 2CO(g)反应可使反应速率增大的措 施是 ( ) ? ①增大压强;②增加碳的量;③通入CO2;④恒压下充入 N2;⑤恒容下充入N2;⑥通入CO

? A.①③⑤
? C.①③⑥

B.②④⑥
D.③⑤⑥

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? [解析] 改变压强需要引起浓度的变化才能使反应速率改 变。固体反应物的量的变化,相当于增长(或缩短)反应时 间,不能改变反应速率。 ? [答案] C

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影响规 当其他条件不变时,升高温度可使化学反应速率 律 加快,降低温度可使化学反应速率减小 当浓度一定时,升高温度,反应物分子的能量增 加(如图)→活化分子的百分数增加→有效碰撞次 数增多→化学反应速率加快 释 微观解

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①温度对反应速率的影响规律不受反应热效应的 限制,吸热反应、放热反应均适用。升温时,吸 热反应的化学反应速率比放热反应的化学反应速 率增加的程度大②经验规则:温度每升高10℃, 注意事项 反应速率通常增大到原来的2~4倍。若原来温度 为t1℃,升温后温度为t2 ℃,原来反应(速率为υ1, 升温后反应速率为υ2,则υ2=υ1×(2~4)

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? ●案例精析 ? 【例3】 10℃时,0.1 mol/ LNa2S2O3溶液和0.1 mol/L H2SO4溶液等体积混合,4 min后有浑浊,若温度每升高 10℃,化学反应速率增大到原来的2倍,则温度升高到 40℃时,________s后可出现浑浊。

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? [解析] 考查温度对化学反应速率的影响及升高温度反应 速率是原来的多少倍
? 经验公式,即: ? 由υ(s)= 知△c(s)=υ(s)△t,当浑浊开始出现时有: υ(s)1 △t1 =υ(s)2 △t2。当温度由10℃ 升高到40℃时υ(s)2= 23υ(s)1=8υ(s)1。 ? 故△t= ? [答案] 30 =30 s

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? 设C+CO2=2CO吸热反应;反应速率为υ1,N2+3H2 ? 放热反应,反应速率为υ2。对于上述反 应,当温度升高时,υ1和υ2的变化情况为 ? A.同时增大 ? C.υ1增大υ2减小 B.同时减小 D.υ1减小υ2增大 ( )

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? [解析] 增大反应物浓度或增大生成物浓度都将增大反应 速率;温度、压强(对有气体参加的反应有影响)、催化剂 的影响是广泛的,不论反应吸热、放热,温度升高都将增 大反应速率(反应物能量升高、活化分子百分数升高); 不论 气体体积增大还是缩小的反应,增大压强都将增大反应速 率(反应物浓度增大、活化分子总数增大);正催化剂将增 大反应速率,负催化剂减小反应速率。 ? [答案] A

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? 下列各组实验中溶液最先浑浊的是 ( )

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组 号

A B C D E

反应 温度 (℃) 10 10 30

Na2S2O3

H2SO4

H2O

(mL) 5 5 5 5 10

(mol·L-1) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1

(mL) 10 5 5 5 10

(mol·L-1) (mL) 0.1 0.1 0.1 0.2 0.1 5 10 10 10 5

30 0

[答案] D

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影响规律 一般地,催化剂可以加快化学反应速率

微观解释

由于催化剂可以降低化学反应的活化能(如图)→ 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
注意事项 催化剂不能改变反应,不能改变生成物的量,也 不能使本来不能发生的反应变为可能
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? 除了改变浓度、压强、温度或使用催化剂以外,还有很多 行之有效的改变化学反应速率的方法。例如,增大反应物 的表面积(如块状改为粉末状等),可以加快反应速率;通 过光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研 磨等,改变化学反应速率。总之,向反应体系输入能量, 都有可能改变化学反应速率。

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? ●案例精析 ? 【例4】 下列关于催化剂的说法,正确的是 ( )

? A.催化剂能使不起反应的物质发生反应
? B.催化剂在化学反应前后,化学性质和质量都不变 ? C.催化剂能改变化学反应速率 ? D.任何化学反应,都需要催化剂

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? [解析] 催化剂能改变反应速率的原因是它能改变反应历 程,在化学反应过程中,催化剂参与反应,经过一系列变 化之后,催化剂又恢复到原来的状态;有些反应的反应速 率很大,不一定需要催化剂。
? [答案] BC

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? 把0.1 mol MnO2粉末加入50 mL过氧化氢的溶液里(ρ=1.1 g·L-1),在标准状况下,放出气体的体积y和时间t的关系 曲线如图所示。

? (1)实验时放出气体总体积是________。
? (2)放出一半气体所需的时间约为________。 ? (3)A、B、C、D各点反应速率快慢的顺序是________。 ? (4)过氧化氢溶液的初始物质的量浓度为________。
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? [解析] 用作图法求解(1),曲线水平时,对应y轴体积是 60 mL,即放出气体的总体积。
? (2)60 mL的一半是30 mL,30 mL对应的时间约是1 min。

? (3)法一:开始时,反应物浓度大,反应速率快,故四点中, D点最快,A点最慢。法二:曲线的斜率代表了曲线的反 应速率,斜率越大,反应速率越大。
? (4)先求H2O2的物质的量

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? 2 mol

22.4 L

? n(H2O2)

0.060 L

? n(H2O2)=0.0054 mol ? c(H2O2)=0.0054 mol/ 0.05L=0.11 mol/L。 ? [答案] (1)60 mL mol/L (2)1 min (3)D>C>B>A (4)0.11

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? (2004·上海)将ag 块状碳酸钙跟足量盐酸反应,反应物损 失的质量随时间的变化曲线如图的实线所示,在相同的条 件下,将b g(a>b)粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应,则相 应的曲线(图中虚线所示)正确的是 ( )

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? [解析] 粉末状CaCO3的表面积比块状CaCO3的表面积大。 故在相同条件下,与相同浓度的盐酸反应时化学反应速率 快,即单位时间损失的CaCO3的质量大,可排除A、B。由 于a>b,且粉末状碳酸钙的消耗速度大于块状碳酸钙,故 当粉末状CaCO3完全消耗时,块状CaCO3尚有剩余,此后, 单位时间内块状CaCO3的损失量又大于粉末状CaCO3的损 失量。故正确答案为C。
? [答案] C

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? 化学反应速率中的图象 ? 1.图象类型

? (1)例如:化学反应:CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O

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其他条件一定, 随着反应时间 其他条件一定, 反应速率随 的延长,c(HCl) 变 反应速率随温 逐渐减小,反 c(HCl)的增大 度升高而增大 的条件 而增大 应速率减小

所改

Page ?53

图象

Page ?54

? (2)例如:化学反应:2H2S(g)+SO2(g)=3S(s)+2H2O(l) 其他条件一 定,增大气 态反应物的 所改变 压强(缩小 气体容器的 的条件 容积),反 应速率随压 强增大而增 大 温度、容 其他条 分别在低温 积一定, 件一定, (T1)和高温(T2) 随着时间 增大反 下反应,气态 的增加, 应体系 反应物的压强 SO2、H2S 的体积, 都逐渐增大, 的物质的 反应速 反应速率随着 量逐渐减 率随体 压强的增大而 小,气体 积的增 增大,随着温 压强减小, 大而减 度的升高而增 反应速率 小 大 减小

Page ?55

图象

Page ?56

? 2.运用物理思维解决化学问题 ? 在物理学中有s=υt,s表示位移,t表示时间,υ表示速率。 公式可变形为υ= ?Δc=υt,即时间t内的浓度变化相当 于图中阴影部分所占的面积。

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? 3.分析化学反应速率图象的方法 ? 分析化学反应速率图象,要注意分析图象的变化趋势,分 清影响化学反应速率的因素。一般要从以下几个方面分析: ? (1)明确坐标含义:首先要知道横坐标和纵坐标所代表的化 学物理量 ? (2)分析起点:分清反应物或生成物,浓度或物质的量减少 的是反应物,浓度或物质的量增大的是生成物。反应物以 高于原点为起点,生成物多以原点为起点。 ? (3)分析变化趋势:如升温或降温,加压或减压等,注意浓 度、温度、压强的改变等对化学反应速率的影响。

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? (4)分析终点:确定反应物消耗的浓度或生成物增大的浓度。

? (5)分析时间:如速率图象中的拐点、突变点等。注意分析 曲线的连续或跳跃所代表的含义。
? 【例1】 把除去氧化膜的镁条投入到盛有少量稀盐酸的 试管中,发现氢气发生的速率变化情况如图所示。其中 t1~t2速率变化的主要原因是________;t2~t3速率变化的 主要原因是____________________________________。

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? [解析] Mg与HCl溶液的反应是放热反应,反应过程中, 反应物的浓度不断减小,因此,该反应中并存两个影响化 学反应速率的外因:一是反应放出的热能使反应体系温度 升高,化学反应速率加快;二是反应使HCl物质的量浓度 减小,化学反应速率减慢。由图像可知,在t1~t2的时间内 温度变化是影响化学反应速率的主要外因,在t2~t3的时间 内,HCl物质的量浓度的变化是影响化学反应速率的主要 外因。

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? [答案] 反应是放热反应,使温度升高,所以反应速率加 快 随着反应的进行,H+浓度减小,反应速率逐渐减慢。 ? [点评] 解题时注意图像的变化趋势,分清影响化学反应 速率的因素。

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? 【例2】 反应:2SO2+O2?? 2SO3进行的时间(t)和反 应混合气中SO3的质量分数的关系如图所示。曲线P表示 使用了催化剂,曲线Q表示未使用催化剂。从图可知,催 化剂可以________,但不能 ___________________________。

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? [解析] 曲线P比Q的拐点出现早,说明P的反应速率快, 但最终P、Q在同一条直线上。 ? [答案] 加快反应速率 提高SO3的质量分数 ? [点评] 催化剂能同等倍数地增大正反应速率和逆反应速 率。

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