选修四第二章第二 节影响化学反应速率的因素.docx
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选修四第二章第二节影响化学反应速率的因素
第二节 影响化学反应速率的因素
[学习目标定位] 1.了解活化能的含义,会用活化能理论解释化学反应速率的影响因素。
2.掌握外界条件(浓度、压强、温度、催化剂)对化学反应速率的影响规律及实质,并会用相应规律解决有关问题。
1.根据课本绪言部分试自学有关碰撞理论的知识。
(1)有效碰撞:
能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
(3)活化能:
活化分子比普通分子所多出的那部分能量。
活化能越小,普通分子就越容易变成活化分子。
如图所示:
反应的活化能是E1,反应热是E1-E2。
活化
去活化
(4)普通分子+活化能
活化分子。
(5)活化能与化学反应速率的关系:
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,化学反应速率越快。
活化能降低→普通分子变成活化分子→活化分子百分数增大→有效碰撞次数增多→反应速率加快。
2.影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,不同化学反应具有不同的反应速率。
外界条件对化学反应速率也产生影响。
探究点一 浓度、压强对化学反应速率的影响
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
褪色时间
褪色时间长
较0.1_mol·L-1_H2C2O4溶液褪色时间短
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。
(1)由于固体、液体粒子间的空隙很小,增大压强几乎不能改变它们的浓度,因此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忽略不计。
(2)对于反应N2+3H2
2NH3,不同条件下,压强对化学反应速率的影响
①恒温恒容密闭容器中
a.充入N2,压强增大,c(N2)增大,化学反应速率加快。
b.充入He(He与反应无关),压强增大,但c(N2)、c(H2)、c(NH3)都不变,化学反应速率不变。
②恒温恒压密闭容器中
充入He,体积增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)都减小,化学反应速率减小。
[归纳总结]
(1)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)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化学反应速率无影响。
[活学活用]
1.对于反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),其他条件不变时,下列措施不能改变化学反应速率的是( )
A.增大C(s)的量
B.增大H2O(g)的浓度
C.增大CO(g)或H2(g)的浓度
D.减小H2O(g)的浓度
答案 A
解析 改变浓度,可以改变化学反应速率,而改变固体物质的物质的量不能改变化学反应速率,因为固体物质的浓度可视为常数。
2.反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )
A.将容器的体积扩大一倍
B.将容器的体积缩小一半
C.保持体积不变,充入N2使体系压强增大
D.保持压强不变,充入N2使容器体积变大
答案 C
解析 容器的体积缩小或增大均会改变浓度,浓度改变反应速率一定会改变;体积不变,充入N2体系总压强增大,但反应混合物浓度并未改变,反应速率不变;充入N2使容器体积增大,总压强不变,但反应混合物浓度同等程度变小,反应速率变慢。
探究点二 温度对化学反应速率的影响
1.根据表中实验操作要求完成实验,观察实验现象,填写下表:
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
2.已知4H++4I-+O2===2I2+2H2O。
根据下列实验,回答问题:
(1)在两支试管中分别依次加入0.1mol·L-1H2SO4溶液5mL,1mol·L-1KI溶液5mL,3滴淀粉溶液。
将一支试管置于热水中,另一支试管置于冷水中。
实验中观察到的实验现象是两试管中都变蓝色,且热水中试管变蓝色比较快。
(2)由该实验得出的结论是升高温度,可加快反应速率。
[归纳总结]
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,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。
但前者是反应速率加快的主要原因。
[活学活用]
3.设C(s)+CO2(g)
2CO(g) ΔH>0,反应速率为v1,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,反应速率为v2,对于上述反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为( )
A.同时增大B.同时减小
C.v1增大,v2减小D.v1减小,v2增大
答案 A
解析 温度对反应速率的影响,对放热反应、吸热反应都适用。
升温,v吸、v放都增大;降温,v吸、v放都减小。
探究点三 催化剂对化学反应速率的影响
1.按下列实验步骤完成实验:
①向锥形瓶内加入10mL10%的H2O2;
②将插有短导管和漏斗的双孔胶塞塞到锥形瓶上;
③将带余烬的木条通过短导管插入锥形瓶,观察实验现象;
④经漏斗向锥形瓶内加入少量MnO2后,观察实验现象。
回答下列问题:
(1)实验中观察到的现象有哪些?
答案 加MnO2前带有余烬的木条没有明显的变化;加入MnO2后,迅速产生大量气泡,余烬木条复燃,火焰明亮。
(2)由实验得出的结论是什么?
答案 MnO2能加速H2O2的分解,MnO2作催化剂。
(3)写出反应的化学方程式。
答案 2H2O2
2H2O+O2↑。
2.完成下列实验,回答问题:
(1)在试管中先加入2mL5%的H2O2溶液,再加入1mL0.1mol·L-1FeCl3,观察到的实验现象是产生气泡比较慢。
(2)在试管中先加入2mL5%的H2O2溶液,再加入1mL0.1mol·L-1CuSO4,观察到的实验现象是产生气泡比较快。
(3)由上述
(1)和
(2)实验得出的结论是Fe3+、Cu2+对H2O2的分解都有催化作用,但Cu2+催化作用强。
[归纳总结]
(1)如图所示:
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,大大增加了单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数,从而使有效碰撞的几率提高,化学反应速率增大。
(2)对于一个化学反应,不同的催化剂,催化效果不同(如唾液对淀粉水解的催化作用比硫酸强)。
实验时应选用合适的催化剂。
[活学活用]
4.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右图所示。
曲线P表示使用了催化剂,曲线Q表示未使用催化剂。
从图中可知,催化剂可以____________,但不能__________。
答案 加快反应速率 提高SO3的质量分数
解析 曲线P比Q的拐点出现得早(先达到平衡),说明P的反应速率快,但最终P、Q在同一直线上,说明催化剂不能提高SO3的质量分数。
1.影响反应速率的因素
影响因素
口诀记忆方法:
要想反应快加速,增浓加压升温度;
催化增大表面积,反应也可加速度。
2.外界条件对反应速率影响的原因
条件变化
微观因素变化
化学反应速率变化
分子
总数
活化分子百分数
活化分子数目
分子平均运动速率
单位体积内活化分子数目
有效碰撞
浓度
增大
增加
不变
增加
不变
增加
增加
加快
压强
增大
不变
不变
不变
不变
增加
增加
加快
温度
增大
不变
增加
增加
增加
增加
增加
加快
催化剂
使用
不变
增加
增加
不变
增加
增加
加快
1.下列说法正确的是( )
A.增大反应物浓度,可增大单位体积内活化分子的百分数,从而使有效碰撞次数增多
B.有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的体积),可增大活化分子的百分数,从而使反应速率增大
C.升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是减小了反应物分子中活化分子的百分数
D.催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数,从而成千上万倍地增大反应速率
答案 D
解析 浓度和压强的变化是改变单位体积内分子的总数,活化分子的百分数不变,而单位体积内活化分子的数目与单位体积内分子总数成正比,也发生变化;温度、催化剂是改变活化分子的百分数,单位体积内分子总数不变。
2.同质量的锌与盐酸反应,欲使反应速率增大,选用的反应条件正确的组合是( )
①锌粒 ②锌片 ③锌粉 ④5%的盐酸 ⑤10%的盐酸 ⑥15%的盐酸 ⑦加热 ⑧用冷水冷却 ⑨不断振荡 ⑩迅速混合后静置
A.②⑥⑦⑩B.①④⑧⑩
C.③⑤⑦⑨D.③⑥⑦⑨
答案 D
解析 对于锌的选择,表面积越大反应越快;对于盐酸的选择,浓度越大反应越快;另外升高温度也可以加快反应速率,不断地振荡也可以增加反应物之间的接触面积,从而使反应速率增大。
3.NO和CO都是汽车尾气里的有害物质,它们能缓慢地起反应生成氮气和二氧化碳气体:
2NO+2CO===N2+2CO2。
对此反应,下列叙述正确的是( )
A.使用催化剂能加快反应速率
B.压强增大不影响化学反应速率
C.冬天气温低,反应速率降低,对人体危害减小
D.无论外界条件怎样改变,均对此化学反应的速率无影响
答案 A
解析 使用(正)催化剂能加快反应速率,A正确;增大压强反应速率增大,B错误;冬天气温低,反应速率降低,因为NO、CO都有毒,对人类危害增大,C错;改变温度、压强等外界条件,化学反应速率会改变,D错。
4.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.体积不变使压强减小
C.体积不变充入He使气体压强增大
D.使总压强不变,充入Ne
答案 A
解析 缩小体积使压强增大→反应物浓度增大→反应速率加快→A正确;压强减小,反应速率降低,B错误;体积不变充入He→反应物浓度不变→反应速率不变→C错误;压强不变充入Ne→反应物浓度减小→反应速率减小→D错误。
5.在下列事实中,什么因素影响了化学反应的速率?
(1)黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的矿粒__________;
(2)熔化的KClO3放出气泡很慢,撒入少量MnO2则很快产生气体________;
(3)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌粒和镁块,产生气体有快有慢____________;
(4)同样大小的石灰石分别在0.1mol·L-1的盐酸和1mol·L-1的盐酸中反应速率不同__________;
(5)夏天的食品易霉变,冬天就不易发生该现象______________________;
(6)葡萄糖在空气中燃烧时需要较高的温度,可是在人体正常体温(37℃)时就可以被氧化________________________________________________________________________。
答案
(1)反应物接触面积
(2)催化剂 (3)反应物本身的性质 (4)反应物的浓度
(5)反应温度 (6)催化剂
[基础过关]
一、反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素
1.决定化学反应速率的内因是( )
①温度 ②压强 ③催化剂 ④浓度 ⑤反应物本身的性质
A.①②③④⑤B.⑤
C.①④D.①②③④
答案 B
解析 决定化学反应速率大小的内因是反应物本身的性质,温度、压强、催化剂和浓度均为影响化学反应速率的外因,B正确。
2.下列说法不正确的是( )
A.具有较高能量的反应物分子称为活化分子
B.升高温度增大了活化分子百分数
C.催化剂能够改变化学反应途径
D.增大压强能提高活化分子的浓度
答案 A
解析 能量高不一定是活化分子,只有能量较高且能发生有效碰撞的分子才是活化分子;温度升高,可使一部分分子变成活化分子,增大了活化分子百分数;催化剂能降低反应所需活化能,所以改变了化学反应途径;增大压强,体积缩小,所以提高了活化分子浓度但不改变活化分子百分数。
二、影响化学反应速率的外界因素
3.在恒温恒容条件下,能使A(g)+B(g)
C(g)+D(s)反应速率加快的是( )
A.减少C或D的物质的量
B.增大D的物质的量
C.减少B的物质的量
D.增大A或B的物质的量
答案 D
解析 由于恒温恒容,通入气体反应物,增大了气体分子的浓度,化学反应速率加快。
4.四个试管中都装有5mL0.1mol·L-1Na2S2O3溶液,分别在不同温度下加入0.1mol·L-1硫酸和一定量水,最先出现浑浊的是( )
A.20℃,10mL硫酸
B.20℃,5mL硫酸和5mL水
C.30℃,10mL硫酸
D.30℃,5mL硫酸和5mL水
答案 C
解析 溶液混合后总体积相同,从温度角度分析,C、D中温度高,速率快;从浓度角度分析,A、C中浓度大,反应速率快。
综合两个角度,反应速率最快的是C。
5.其他条件不变时只改变下列条件,一定能使反应速率加快的是( )
①增加反应物的物质的量 ②升高温度 ③缩小反应容器的体积 ④加入生成物 ⑤加入MnO2
A.全部B.①②⑤C.②D.②③
答案 C
解析 ①增加反应物的物质的量,浓度不一定增加,对于固体或纯液体,增加反应物的物质的量,浓度不变,反应速率不变。
②升高温度,反应速率一定加快。
③对于有气体参加的反应,缩小反应容器的体积,浓度增大,反应速率加快。
④加入生成物,反应速率不一定改变。
⑤不是任何反应的催化剂都是MnO2,故加入MnO2反应速率不一定加快。
故选C。
6.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( )
A.对该反应体系加热
B.不用稀硫酸,改用98%的浓硫酸
C.向H2SO4中通入HCl气体
D.不用铁片,改用铁粉
答案 B
解析 加热、增大固体反应物的有效表面积,都能加快反应速率,排除A、D;浓硫酸能使铁发生钝化,阻止了进一步的反应,并且浓H2SO4与Fe反应也不生成H2;而选项C中,增大了H+浓度,加快化学反应速率。
三、外界条件对化学反应速率影响规律的应用
7.下列方法对2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)的反应速率没有影响的是( )
A.加入SO3B.容积不变,充入N2
C.压强不变,充入N2D.降低温度
答案 B
解析 容积不变,充入N2后没有引起反应体系中各物质浓度的变化,故反应速率不变。
8.把镁条直接投入到盛有盐酸的敞口容器中,产生H2的速率如右图所
示,在下列因素中,影响反应速率的因素是( )
①盐酸的浓度 ②镁条的表面积
③溶液的温度 ④Cl-的浓度
A.①④
B.③④
C.①②③
D.②③
答案 C
解析 Mg+2H+===H2↑+Mg2+,实质是镁与H+间的反应,与Cl-无关。
在镁条的表面有一层氧化膜,当将镁条投入盐酸中时,随着氧化膜的不断溶解,镁与盐酸接触的面积不断增大,产生H2的速率会加快;溶液的温度对该反应也有影响,反应放出热量,使温度升高,则反应速率会逐渐加快。
9.向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小顺序排列正确的是( )
甲.在500℃时,SO2和O2各10mol
乙.在500℃时,用V2O5作催化剂,10molSO2和10molO2
丙.在450℃时,8molSO2和5molO2
丁.在500℃时,8molSO2和5molO2
A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙D.丁、丙、乙、甲
答案 C
解析 甲、乙相比较,乙使用催化剂,反应速率乙>甲。
丙、丁相比较,丁温度高,反应速率丁>丙。
甲与丁相比较,甲反应物浓度大,反应速率甲>丁,故选C。
10.从下列实验事实所得出的相应结论不正确的是( )
选项
实验事实
结论
A
其他条件不变,0.01mol·L-1的酸性KMnO4溶液分别与0.1mol·L-1的H2C2O4溶液和0.2mol·L-1的H2C2O4溶液反应,后者褪色时间短
当其他条件不变时,增大反应物浓度可以使化学反应速率加快
B
其他条件不变,分别将等体积、等物质的量浓度的Na2S2O3溶液和H2SO4混合液放在冷水和热水中,放在热水中的混合液先出现浑浊
当其他条件不变时,反应体系的温度越高,化学反应速率越快
C
将少量MnO2粉末加入盛有10%双氧水的锥形瓶内,在化学反应前后,MnO2的质量和化学性质都没有发生改变
催化剂虽然可以加快化学反应的速率,但一定不参与化学反应过程
D
一定条件下,分别在容积为1L和容积为2L的两个密闭容器中加入等量的氢气和碘蒸气,发生如下反应:
H2(g)+I2(g)2HI(g),获得等量HI时需要的时间前者少
当其他条件不变时,气态反应体系的压强越大,化学反应速率越快
答案 C
解析 催化剂在化学反应前后化学性质和质量都保持不变,但不能得出催化剂一定不参与化学反应的结论,C错。
[能力提升]
11.反应3Fe(s)+4H2O(g)
Fe3O4(s)+4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,试回答:
(1)增加Fe的量,其反应速率________(填“增大”、“不变”或“减小”,下同)。
(2)将容器的体积缩小一半,其反应速率____________。
(3)保持体积不变,充入N2使体系压强增大,其反应速率____________。
(4)保持压强不变,充入N2使容器的体积增大,其反应速率____________。
答案
(1)不变
(2)增大 (3)不变 (4)减小
解析
(1)由于Fe是固体,改变Fe的量,反应物浓度不变,故反应速率不变。
(2)将容器体积缩小一半,则反应物浓度增大,故反应速率增大。
(3)容器体积不变,充入N2,反应物浓度不变,故反应速率不变。
(4)保持容器内压强不变,充入N2容器体积增大,即反应物和生成物浓度均减小,故反应速率减小。
12.某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时,将3支试管分别编号为①②③,并按下表中物质的量进行实验,记录下的时间数据是16s、28s、33s。
请将3个数据填入下面的适当位置,并写出实验结论。
试管编号
加3%Na2S2O3
加H2O
加H2SO4(1∶5)
出现浑浊时间
①
3mL
3mL
5滴
a
②
4mL
2mL
5滴
b
③
5mL
1mL
5滴
c
(1)将对应①、②、③的时间分别写出:
a____________,b__________,c__________。
(2)实验结论:
_______________________________。
(3)写出反应的化学方程式:
________________________________________。
答案
(1)33s 28s 16s
(2)反应物浓度越大,反应速率越快
(3)Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
解析 ①②③中最终溶液体积一样,而Na2S2O3的量③>②>①,所以c(Na2S2O3)是③>②>①;反应速率(v):
③>②>①;反应时间:
③<②<①。
[拓展探究]
13.下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据:
实验序号
金属质量/g
金属状态
c(H2SO4)/mol·L-1
V(H2SO4)/mL
溶液温度/℃
金属消失的时间/s
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
0.7
50
20
36
250
4
0.10
丝
0.8
50
20
35
200
5
0.10
粉末
0.8
50
20
36
25
6
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
7
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
8
0.10
丝
1.1
50
20
34
100
9
0.10
丝
1.1
50
30
44
40
据上表,回答下列问题:
(1)实验4和5表明:
__________对反应速率有影响,________反应速率越快,能表明同一规律的实验还有________(填实验序号)。
(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有________、________(填实验序号)。
(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有________,其实验序号是____________。
(4)实验中的所有反应,反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近,推测其原因:
________________________________________________________________________。
答案
(1)固体反应物的表面积 表面积越大 1和2
(2)1、3、4、6、8 2、5
(3)反应温度 6和7;8和9
(4)所有反应中,金属质量和硫酸溶液体积均相等,且硫酸过量,产生热量相等,所以溶液温度变化值相近
解析
(1)对比实验4和5,其反应条件的区别为金属的状态,实验4为丝状,实验5为粉末状。
这说明固体反应物的表面积对反应速率有影响。
从金属消失的时间可看出,固体反应物表面积越大,反应速率越快。
能表明同一规律的实验还有1和2。
(2)观察表中数据可看出实验1、3、4、6、8及实验2、5所选择的实验条件仅是反应物浓度不同,能表明反应物浓度对反应速率产生影响。
(3)观察6、7及8、9等实验,可见本实验中影响反应速率的因素
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- 选修四 第二章 第二 影响化学反应速率的因素 选修 影响 化学反应 速率 因素