高中化学 第二章 第二节 影响化学反应速率的因素学案 新人教版选修4.docx
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高中化学第二章第二节影响化学反应速率的因素学案新人教版选修4
影响化学反应速率的因素
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂)对化学反应速率的影响,认识其一般规律。
2.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。
3.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。
4.了解催化剂在生产、生活和科学领域中的重大作用。
知识点一 有效碰撞理论 浓度和压强对化学反应速率的影响
一、活化分子与有效碰撞(绪言)
阅读教材P2~P3,思考并填空。
1.有效碰撞
(1)反应物分子间能发生反应的碰撞。
(2)发生条件
2.活化分子与活化能
(1)活化分子:
能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能:
活化分子比普通分子多出的那部分能量。
(3)解释化学反应的过程
二、浓度和压强对化学反应速率的影响
阅读教材P20~P21,思考并填空。
取决于
主要有浓度、压强、温度、催化剂等
1.浓度
(1)实验探究
原理
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4===K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
实验
步骤
实验
现象
KMnO4溶液褪色
KMnO4溶液褪色
褪色
时间
加入0.2mol/LH2C2O4溶液比加入0.1mol/LH2C2O4溶液褪色时间短
结论
若其他条件相同,H2C2O4浓度越大,KMnO4溶液褪色越快,反应速率也越快;反之,H2C2O4浓度越小,反应速率越慢
(2)规律
反应物浓度增大→反应速率加快;反应物浓度减小→反应速率减慢。
(3)解释
反应物浓度增大→单位体积活化分子数增多→单位时间内有效碰撞次数增加→反应速率加快。
2.压强
(1)影响规律
对于有气体参与的反应,在相同温度下,
(2)微观解释
对于有气体参与的反应,在相同温度下,增大压强→反应物浓度增大→反应速率增大;反之,减小压强→反应速率减小。
对于无气体参与的化学反应,改变压强对反应速率无影响。
1.判断正误
(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低的能量。
( )
(4)化学反应的实质是原子的重新组合。
( )
(5)化学反应的实质是活化分子有合理取向的有效碰撞。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)√
2.把下列4种X的溶液分别加入到4个盛有10mL2mol·L-1盐酸的烧杯中,并加水稀释到50mL,此时X与盐酸缓慢地进行反应,其中反应速率最大的是( )
A.20mL 3mol·L-1 B.20mL 2mol·L-1
C.10mL 4mol·L-1D.10mL 2mol·L-1
解析:
选A。
本题中反应速率的大小是由混合后反应物浓度的大小决定的,由于最后溶液体积相同,所以混合前X的物质的量越大,混合后其浓度越大,反应速率越快。
3.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.增加C的量
B.将容器的容积缩小一半
C.保持容积不变,充入H2O(g)使体系压强增大
D.保持压强不变,充入Ne使容器容积增大
解析:
选A。
A项中C为固态反应物,增加固体的量对反应速率无影响;B项将容器的容积缩小一半,压强增大,反应速率加快;C项中充入H2O(g),使体系压强增大,反应物浓度增大,反应速率增大;D项中保持恒压充入Ne,使容器的容积增大,参加反应的各种气体的浓度减小,反应速率减小。
浓度和压强对化学反应速率影响的理解
1.浓度
(1)固体或纯液体的浓度为常数,所以增加其用量时,化学反应速率不变。
(2)增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂,能增大化学反应速率。
(3)增大反应物浓度,即增大了单位体积内活化分子的数目,但活化分子的百分数没有增大。
2.压强
压强对反应速率的影响,是通过改变气体的浓度来实现的,故一般意义上的增大压强是指压缩气体的体积。
(1)对无气体参加的化学反应,改变压强时,化学反应速率基本不变。
如MgO+2HCl===MgCl2+H2O。
(2)对有气体参加的反应,压强对化学反应速率的影响可简化理解如下:
压强改变→
常见的形式有以下几种情况:
①恒温时
增大压强
体积缩小
反应速率增大。
②恒温恒容时
充入反应气体
该物质浓度增大
反应速率迅速增大;
充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体,下同)
总压强增大,但反应混合物的各组分浓度没有改变,反应速率不变。
在一个容积可变的密闭容器中发生反应:
3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g)。
回答下列问题:
(1)增加Fe的量,正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)将容器容积缩小一半,正反应速率________,逆反应速率________。
(3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,正反应速率______,逆反应速率______。
(4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,正反应速率________,逆反应速率________。
[解析]
(1)Fe为固体,因此增加Fe的量,反应速率不变。
(2)将容器容积缩小一半,体系中各气态物质的浓度均增大,正反应速率和逆反应速率都增大。
(3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,体系中各物质的浓度不变,正反应速率和逆反应速率均不变。
(4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,体系中各气态物质的浓度均减小,正反应速率和逆反应速率均减小。
[答案]
(1)不变
(2)增大 增大 (3)不变 不变 (4)减小 减小
(1)压强对化学反应速率是否产生影响,取决于是否改变反应物、生成物的浓度。
(2)增加物质的量不等同于增加物质的浓度。
浓度对化学反应速率的影响
1.100mL6mol/L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
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度,产生H2的物质的量受参加反应的H+的物质的量影响。
加入Na2CO3固体时,消耗部分H2SO4,减小了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
,NO
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+的物质的量和浓度。
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
2.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20mL含A和B各0.001mol的混合溶液
②常温下100mL含A和B各0.01mol的混合溶液
③常温下0.05mol·L-1A、B溶液各10mL混合,再加入蒸馏水20mL
A.①②③B.③②①
C.②①③D.②③①
解析:
选C。
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的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0.05mol·L-1;②中A、B物质的量浓度均为0.1mol·L-1;③中A、B物质的量浓度均为0.0125mol·L-1。
即浓度的大小顺序为②>①>③,其速率大小顺序与之相同,C选项符合题意。
压强对化学反应速率的影响
3.(2016·三门峡高二模拟)在一定条件下的密闭容器中存在下列四个平衡体系,增大容器的体积对化学反应速率没有影响的是( )
A.2SO2+O22SO3
B.CO+H2O(g)CO2+H2
C.CO2+H2OH2CO3
D.Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
解析:
选D。
增大容器的体积相当于减小压强,压强只对有气体参加或生成的反应的反应速率有影响,对于没有气体参加或生成的反应的反应速率无影响,D项正确。
4.压强改变,反应速率是否一定改变?
答案:
不一定。
①对于固体和纯液体参加的反应,压强对其体积的影响很小,固体和纯液体的浓度可看作不变。
压强对无气体参加的化学反应的速率无影响;②一定温度下,对于有气体物质参与的化学反应,若保持反应容器体积不变,充入与反应无关的气体,体系压强增大,但原有气体物质的浓度不变,化学反应速率不变。
知识点二 温度和催化剂对化学反应速率的影响
阅读教材P21~P24,思考并填空。
1.温度
(1)实验
原理
Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O
实验
操作
实验
现象
混合后,两组均出现浑浊,但加热的一组首先出现浑浊
结论
当其他条件相同时,升高温度反应速率增大,降低温度反应速率减小
(2)规律
温度升高,反应速率加快;温度降低,反应速率减慢。
(3)解释
升高温度→活化分子百分数提高→有效碰撞的次数增多→化学反应速率加快。
2.催化剂
(1)实验
原理
2H2O2
2H2O+O2↑
实验
操作
实现
现象
①未加入MnO2时,带余烬的木条无明显变化
②加入MnO2后,锥形瓶内立即产生大量气泡,并且带余烬的木条复燃
结论
MnO2能加快H2O2的分解
(2)规律
使用合适的催化剂,可加快化学反应速率。
(3)解释
使用合适的催化剂→降低反应所需的活化能→活化分子百分数提高→有效碰撞次数增加→化学反应速率加快。
1.下列各组溶液,同时开始反应,出现浑浊最早的是( )
A.20℃时5mL0.05mol/LNa2S2O3溶液与5mL0.1mol/L硫酸混合
B.20℃时5mL0.1mol/LNa2S2O3溶液与5mL0.1mol/L硫酸混合
C.10℃时5mL0.05mol/LNa2S2O3溶液与5mL0.1mol/L硫酸混合
D.10℃时5mL0.1mol/LNa2S2O3溶液与5mL0.1mol/L硫酸混合
解析:
选B。
温度越高,反应速率越快;浓度越大,反应速率越快,故选B。
2.过氧化氢在酶催化作用下的分解反应速率随温度的变化关系如图所示,请解释其曲线变化原因。
。
答案:
酶对H2O2的分解起催化作用,反应开始阶段,催化剂起主要作用而使反应速率加快;随反应的进行,反应物浓度减小,反应速率变慢。
温度和催化剂对化学反应速率影响的理解
1.温度
(1)温度对反应速率的影响规律对吸热反应、放热反应都适用,且不受反应物状态的限制。
升温时,化学反应速率增大;降温时,化学反应速率减小。
(2)对于可逆反应来说,升高温度,正、逆反应速率均增大,只是增大的程度不同;同理,降低温度,正、逆反应速率均减小,只是减小的程度不同。
(3)许多实验表明:
温度每升高10℃,反应速率通常增大到原来的2~4倍。
2.催化剂
(1)催化剂有正、负之分,正催化剂能加快反应速率,负催化剂减慢反应速率,不特别指明的条件下,均指正催化剂。
(2)催化剂只有在一定温度下,才能最大限度地发挥其催化作用。
(3)催化剂的催化效率比较
①H2O2分解实验中,FeCl3和CuSO4均有催化作用,但FeCl3催化效果更好。
②KMnO4与H2C2O4反应实验中,常用MnSO4作催化剂。
③淀粉水解实验中,H2SO4和淀粉酶均有催化作用,但淀粉酶催化效果更好。
等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应,测定在不同时间(t)产生氢气体积(V)的数据,根据数据绘制图,则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是( )
组别
c(HCl)(mol/L)
温度(℃)
状态
1
2.0
25
块状
2
2.5
30
块状
3
2.5
50
粉末状
4
2.5
30
粉末状
A.4-3-2-1 B.1-2-3-4
C.3-4-2-1D.1-2-4-3
[解析] 影响反应速率的因素主要有温度、浓度、压强、接触面积、催化剂等,本题中只有温度、浓度和接触面积,三者兼顾分析才能得到正确答案。
图像中曲线a对应的实验反应最快,故其浓度较大、温度较高,应为粉末状。
[答案] C
解答化学反应速率图像题的方法
温度和催化剂对反应速率的影响
1.对于反应M+N===P,如果温度每升高10℃,反应速率增加为原来的3倍。
在10℃时完成反应的10%需要54min,将温度提高到40℃完成反应的10%,需要的时间为( )
A.2min B.3min
C.6minD.9min
解析:
选A。
因为温度每升高10℃,反应速率增加为原来的3倍,如升高的温度为Δt,则反应速率增加为原来的3
倍,温度由10℃升到40℃,反应速率增加为原来的33倍,完成反应的10%所需时间为原来的
,即
=2min。
2.下列关于催化剂的说法中,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是因为催化剂不参与该化学反应
C.催化剂能改变化学反应速率
D.电解水时,往水中加少量NaOH,可使电解速率明显加快,所以NaOH是这个反应的催化剂
解析:
选C。
催化剂能改变化学反应速率的原因是改变了反应历程,改变了反应的活化能。
但经过一系列变化之后,催化剂又重新生成。
在电解水时,加少量NaOH可增大水中离子浓度,加快电荷移动速率,NaOH并没有改变反应历程,故不是催化剂。
外界因素对反应速率的综合影响
3.(2016·苏州实验中学测试)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反应
乙:
在500℃时,用V2O5作催化剂,10molSO2和5molO2反应
丙:
在450℃时,8molSO2和5molO2反应
丁:
在500℃时,8molSO2和5molO2反应
A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丙、丁
C.乙、甲、丁、丙D.丁、丙、乙、甲
解析:
选C。
催化剂、温度对化学反应速率影响程度较大,其中催化剂影响程度最大,浓度、压强影响程度相对较小,同温时乙中速率最快;无催化剂时,甲中浓度大于丁中浓度,故甲>丁;丙温度最低,速率最慢,故C正确。
4.(2016·衡水四调)硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
实验
反应温度/℃
Na2S2O3溶液
稀H2SO4
H2O
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
c/(mol·L-1)
V/mL
A
25
5
0.1
10
0.1
5
B
25
5
0.2
5
0.2
10
C
35
5
0.1
10
0.1
5
D
35
5
0.2
5
0.2
10
解析:
选D。
反应的温度越高,反应速率越快;反应物的浓度越大,反应速率越快。
反应速率越快,出现的反应现象就越快。
D组实验的反应温度最高,且c(Na2S2O3)、c(H2SO4)最大。
有关化学反应速率的图像、图表及实验
5.把在空气中久置的铝片5.0g投入盛有500mL0.5mol·L-1稀硫酸的烧杯中,该铝片与稀硫酸反应产生氢气的速率与反应时间可用如图所示的曲线来表示,回答下列问题:
(1)曲线由O→a段不产生氢气的原因是________________________________,有关的化学方程式为___________________________________________________。
(2)曲线由a→c段,产生氢气的速率增加的主要原因是___________________________。
(3)曲线由c以后,产生氢气的速率逐渐下降的主要原因是________________。
解析:
(1)在空气中久置的铝片表面有氧化铝薄膜,因此,稀硫酸首先和氧化铝反应,不产生氢气;
(2)a→c段,虽然稀硫酸的浓度减小,但是该反应是放热反应,使温度升高,温度升高起主导作用,故化学反应速率增大;(3)曲线由c以后,稀硫酸的浓度减小,成为影响化学反应速率的主要因素,因此化学反应速率逐渐减小。
答案:
(1)久置的铝片表面有氧化铝薄膜
Al2O3+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2O
(2)该反应是放热反应,使温度升高,化学反应速率加快
(3)硫酸的浓度减小,化学反应速率逐渐下降
6.某实验小组以H2O2分解为例,研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如下方案完成实验。
实验
编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液+少量HCl溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
⑤
10mL5%H2O2溶液+少量NaOH溶液
1mL0.1mol/LFeCl3溶液
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是_______________________。
(2)实验①和②的目的是_____________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论;资料显示,通常条件下H2O2较稳定,不易分解,为了达到实验目的,你对原实验方案的改进是______________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验③、④、⑤中,测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示:
分析上图能够得出什么实验结论?
________________________________________________________________________。
解析:
(1)加入催化剂能使化学反应速率加快,其原因是加入催化剂降低了反应的活化能,使更多的普通分子变为活化分子,增大了活化分子的碰撞几率,使活化分子的有效碰撞增多,从而加快反应速率。
(2)实验①和②的区别是①中H2O2的浓度小,②中H2O2的浓度大,所以实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响。
为了能够通过实验①和②探究浓度对反应速率的影响,对原实验方案进行改进,可向反应物中加入等量同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中观察实验现象。
(3)由图像知实验⑤反应速率最快,实验④反应速率最慢,说明碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率。
答案:
(1)降低了反应的活化能
(2)探究反应物的浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(3)碱性环境能增大H2O2分解的速率,酸性环境能减小H2O2分解的速率
重难易错提炼
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,增浓加压升高温度;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
有效碰撞次数
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
升高
不变
增加
增加
增大
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
课后达标检测
[基础巩固]
1.下列说法正确的是( )
①升高温度会加快反应速率,原因是增加了活化分子的有效碰撞次数
②增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多
③使用催化剂能提高反应速率,原因是提高了分子的能量,使有效碰撞频率增大
A.①② B.①③
C.②③D.①②③
解析:
选A。
使用催化剂改变反应历程,降低反应的活化能,增大活化分子百分数,使有效碰撞频率增大,提高反应速率,③错误。
2.(2016·成都高二检测)下列反应中产生气泡速率最快的是( )
选项
温度
浓度
催化剂
A
25℃
2mL5%H2O2
0.1mol·L-1FeCl32滴
B
35℃
2mL8%H2O2
MnO2粉末
C
25℃
2mL5%H2O2
MnO2粉末
D
25℃
2mL8%H2O2
0.1mol·L-1CuCl22滴
解析:
选B。
反应速率的大小与温度、浓度和催化剂有关,在都使用催化剂的条件下,温度越高、浓度越大,反应速率越大。
3.(2016·温州高二质检)下列有关化学反应速率的说法正确的是( )
A.用铁片和稀硫酸反应制取氢气时,改用98%的浓硫酸可以加快产生氢气的速率
B.100mL2mol/L的盐酸跟锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率减小
C.SO2的催化氧化是放热反应,所以升高温度,v逆增大,v正减小
D.相同条件下,Mg和Fe分别与0.1mol·L-1的盐酸反应的速率相同
解析:
选B。
常温下,铁遇浓硫酸发生钝化,加热条件下,二者反应生成二氧化硫气体,不会生成氢气,故A错误;加入氯化钠溶液,盐酸浓度减小,反应速率减小,故B正确;升高温度,正、逆反应速率都增大,故C错误;Mg比Fe活泼,与盐酸反应的速率快,故D错误。
4.(2016·烟台高二月考)一定温度下,在固定体积的密闭容器中发生下列反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g)。
若c(HI)由0.1mol·L-1降到0.07mol·L-1需要15s,那么c(HI)由0.07mol·L-1降到0.05mol·L-1所需的时间( )
A.等于5sB.等于10s
C.大于10sD.小于10s
解析:
选C。
随着反应的进行,c(HI)逐渐减小,v正逐渐减小。
所以,c(HI)由0.07mol·L-1降到0.05mol·L-1所用时间应大于10s。
5.(2016·福州八县联考)常温下,分别将四块形状相同,质量均为9g的铁块同时投入下列四种溶
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