高二選修4-2.2 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素

第二章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡第二節(jié)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素一、影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)部條件1、內(nèi)因(主要因素)2、外因(次要因素)反應(yīng)物質(zhì)本身的性質(zhì)。例1、決定化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素是A、反應(yīng)時(shí)的溫度B、反應(yīng)物的性質(zhì)C、反應(yīng)物的濃度D、容器內(nèi)的壓強(qiáng)B如：與水反應(yīng)時(shí)，K比Na劇烈；與H2反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)2比Cl2劇烈。物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)速率大小的決定因素分析同一反應(yīng)分析不同反應(yīng)討論影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素內(nèi)因：外因：反應(yīng)物本質(zhì)屬性有哪些？是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的？日常生活中改變速率的方法有∶加熱、攪拌、增大反應(yīng)物的濃度、使用催化劑、汽車加大油門、爐膛安裝鼓風(fēng)機(jī)、把煤塊粉碎后使用、用冰箱保存食物、糕點(diǎn)盒裝小包除氧劑等等?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與分子間的有效碰撞頻率有關(guān)。所有能夠改變內(nèi)能、運(yùn)動(dòng)速率、以及碰撞幾率的方法，都可以用來(lái)改變、控制反應(yīng)的速率。有效碰撞條件：能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞叫有效碰撞；不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞叫無(wú)效碰撞。①有足夠的能量使舊鍵斷裂②碰撞時(shí)要有合理的取向能夠發(fā)生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化分子特點(diǎn)：具有較高的能量，能量不足的分子獲取能量后才能變成活化分子活化分子百分?jǐn)?shù)：（活化分子數(shù)/反應(yīng)物分子數(shù)）×100%能量反應(yīng)過(guò)程生成物反應(yīng)物反應(yīng)熱E1E2活化分子討論單位體積內(nèi)活化分子百分?jǐn)?shù)或單位體積內(nèi)活化分子數(shù)與濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑的關(guān)系活化能越低，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)越多，化學(xué)反應(yīng)速率就會(huì)越快?；瘜W(xué)反應(yīng)的歷程普通分子活化能活化分子合理取向的碰撞有效碰撞新物質(zhì)能量思考：濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑的變化對(duì)有效碰撞的頻率有何影響？實(shí)驗(yàn)2-2濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響0.01mol/L的KMnO4溶液0.1mol/LH2C2O4溶液0.2mol/LH2C2O4溶液快慢2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2

↑+8H2O結(jié)論：其它條件相同時(shí)，增加反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率加快；反之，降低反應(yīng)物的濃度（含稀釋），反應(yīng)速率減慢。濃度的一般討論對(duì)象為氣體或溶液，對(duì)于純液體和固體，一般情況下其濃度是定值。二、影響化學(xué)反應(yīng)速率的外部條件（一）、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響用碰撞理論來(lái)解釋外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響（一）、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度增大單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目增大（活化分子百分比不變，分子總數(shù)增大）分子發(fā)生有效碰撞次數(shù)增多化學(xué)反應(yīng)速率增大原因：在其他條件不變時(shí)，對(duì)某一反應(yīng)來(lái)說(shuō)，活化分子百分?jǐn)?shù)是一定的，即單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)與反應(yīng)物的濃度成正比。所以當(dāng)反應(yīng)物的濃度增大時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，活化分子數(shù)也相應(yīng)的增多，反應(yīng)速率也必然增大。規(guī)律：其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，可以增大反應(yīng)速率；減小反應(yīng)物的濃度，可以減小化學(xué)反應(yīng)的速率。注意：a、此規(guī)律只適用于氣體或溶液的反應(yīng)，對(duì)于純固體或液體的反應(yīng)物，一般情況下其濃度是常數(shù)，因此改變它們的量不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)速率。b、氣體或溶液濃度的改變與反應(yīng)速率的關(guān)系并不是一概如此，若隨著濃度的改變，物質(zhì)的本質(zhì)發(fā)生了變化，那么反應(yīng)速率的含義也不同了。如：硫酸與鐵的反應(yīng)任務(wù)一：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證0.2mol/L和0.1mol/LH2C2O4溶液與0.005mol/LKMnO4酸性溶液反應(yīng)的速率快慢，并計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。1.取2支試管，各加入4mL0.005mol/LKMnO4酸性溶液；2.取2支試管，各加入4mL0.2mol/L和0.1mol/LH2C2O4溶液；3.將兩支試管中的草酸溶液分別加入1中的兩支試管中，加入同時(shí)按下秒表；4.觀察至溶液恰好褪色，記錄時(shí)間。并填寫下表。試劑(mol/L)自變量(mol/L)因變量(mol·L-1·s-1

)測(cè)量數(shù)據(jù)(s)計(jì)算數(shù)據(jù)KMnO40.005H2C2O40.2H2C2O40.1反應(yīng)速率(mol·L-1·s-1

)時(shí)間反應(yīng)速率(mol·L-1·s-1

)實(shí)驗(yàn)14mL4mL實(shí)驗(yàn)24mL4mLH2C2O40.2╳4/8H2C2O40.1╳4/8KMnO40.005╳4/(8t)KMnO40.005╳4/(8t)任務(wù)二：如果給出的試劑只有0.005mol/LKMnO4酸性溶液、0.2mol/LH2C2O4溶液和蒸餾水，完成不同草酸濃度（0.2mol/L和0.1mol/L）對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響實(shí)驗(yàn)。如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？試劑(mol/L)自變量(mol/L)因變量(mol·L-1·s-1

)測(cè)量數(shù)據(jù)(s)計(jì)算數(shù)據(jù)KMnO40.005H2C2O40.2蒸餾水反應(yīng)速率(mol·L-1·s-1

)時(shí)間反應(yīng)速率(mol·L-1·s-1

)實(shí)驗(yàn)14mL4mL0mL實(shí)驗(yàn)24mL2mL2mLH2C2O40.2╳4/8H2C2O40.2╳2/8KMnO40.005╳4/(8t)KMnO40.005╳4/(8t)方案：先取出4mL和2mL草酸溶液于兩支試管中，然后在第二支試管中加入蒸餾水2mL（先配出不同濃度的草酸溶液，再將其跟同濃度同體積的高錳酸鉀溶液混合）充分認(rèn)識(shí)蒸餾水對(duì)調(diào)整溶液體積一致有重大作用。要明白V（最終溶液）對(duì)c（最終溶液）的影響，理解幾種溶液混合時(shí)，某種溶液的濃度并不再是初始給出數(shù)據(jù)，而是混合稀釋后的濃度。（二）、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響分析：對(duì)氣體來(lái)說(shuō)，若其他條件不變，增大壓強(qiáng)，就是增加單位體積的反應(yīng)物的物質(zhì)的量，即增加反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，因而可以增大化學(xué)反應(yīng)的速率。結(jié)論：對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，若其他條件不變，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快；減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減慢。壓強(qiáng)增大濃度增大單位體積內(nèi)n活↑有效碰撞↑→→→注意：壓強(qiáng)影響，只適用于討論有氣體參加的反應(yīng)，當(dāng)然并不一定全部是氣體。如果反應(yīng)物是固體、液體、溶液時(shí)，改變壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率沒(méi)有影響。壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的影響本質(zhì)上是濃度的影響。當(dāng)用不同的方法改變體系的壓強(qiáng)時(shí)，應(yīng)從本質(zhì)出發(fā)，具體分析。壓強(qiáng)增大氣體的體積縮小濃度增大化學(xué)反應(yīng)速率增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增大有效碰撞次數(shù)增多用碰撞理論來(lái)解釋外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響N2H2Ar討論1：取一個(gè)容積固定的密閉容器，充入Ar后，對(duì)速率如何影響？總氣壓增大N2、H2濃度不變這種做法絕不是教材中所說(shuō)“增壓”范疇，（教材中的增壓必須縮容）速率不變N2H2Ar討論2：向容積可變的容器中充入惰性氣體，分析速率變化情況注意：壓強(qiáng)的“真變”與“假變”

注意：改變壓強(qiáng)就是改變單位體積內(nèi)氣體的濃度，如果系統(tǒng)的壓強(qiáng)雖然發(fā)生了變化，但是單位體積內(nèi)氣體的濃度并不發(fā)生改變時(shí)，反應(yīng)速率也不改變。小結(jié)：惰性氣體對(duì)反應(yīng)速率的影響（1）如果保持恒溫恒容，加入惰性氣體后，反應(yīng)物的濃度

，因此對(duì)反應(yīng)速率

。（2）如果恒溫恒壓，加入惰性氣體后，反應(yīng)體系體積

，反應(yīng)物的濃度

，因此反應(yīng)速率會(huì)

。結(jié)論：1、恒容時(shí)“假變”：加入稀有氣體使壓強(qiáng)增大，反應(yīng)物和生成物的濃度都沒(méi)有變化，所以化學(xué)反應(yīng)速率不變。2、恒壓時(shí)“真變”：加入稀有氣體使體積增大，反應(yīng)物和生成物的濃度都減小，所以化學(xué)反應(yīng)速率減小。壓強(qiáng)對(duì)速率的影響是通過(guò)改變氣體的濃度來(lái)改變的；若壓強(qiáng)變化之后，氣體的濃度未變，其化學(xué)反應(yīng)速率不變。例3、在一固定體積的密閉體系中發(fā)生反應(yīng)：N2＋3H22NH3。現(xiàn)采取下列措施：（1）往體系中充入一定量的氫氣；（2）往體系中充入一定量的氮?dú)猓唬?）往體系中充入一定量的He；（4）壓縮容積使體積變小。哪些措施能夠使反應(yīng)速率增大？為什么？答案：（1）、（2）、（4）能夠使反應(yīng)速率增大。因?yàn)樗鼈兌际狗磻?yīng)物濃度增大，因而加快反應(yīng)速率。要點(diǎn)：（1）、（2）只是使個(gè)別反應(yīng)物的濃度增大，此時(shí)，我們是從濃度變化的角度討論它對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。（4）是使全體反應(yīng)物的濃度同時(shí)發(fā)生改變，我們是從壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響的角度討論。后面當(dāng)我們討論化學(xué)平衡的時(shí)侯，也是同樣處理的，這是本節(jié)、也是本章教材的難點(diǎn)之一，務(wù)必加以注意。問(wèn)題：（1）、（2）使反應(yīng)物的濃度增大，與（4）使反應(yīng)物的濃度增大，有什么不同？例：密閉容器中通入1molH2和1molI2(氣體)，壓強(qiáng)為P（Pa）在一定溫度下使其發(fā)生以下反應(yīng)：H2（g）+I2(g)=2HI(g)△H<0①體積不變，加入1molH2，速率

。②體積不變，加入1molN2，速率

。③壓強(qiáng)不變，加入1molN2，速率

。④壓強(qiáng)不變，加入1molH2、1molI2速率

。⑤升高溫度，速率

。增大增大減小不變不變實(shí)驗(yàn)2-3溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響5mL0.1mol/L的H2SO4+5mL0.1mol/LNa2S2O3熱水冷水快慢Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2

↑+S↓+H2O結(jié)論：其它條件相同時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率加快；反之，降低溫度，反應(yīng)速率減慢。(三)、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響結(jié)論：其他條件不變時(shí)，升高溫度，可以增大反應(yīng)速率，降低溫度，可以減慢反應(yīng)速率。升高溫度，一部分非活化分子吸收能量轉(zhuǎn)化為活化分子，使得活化分子百分?jǐn)?shù)提高，活化分子間的有效碰撞頻率變大，故反應(yīng)速率增大。原因：(1)活化分子數(shù)增加，有效碰撞次數(shù)增加（主）：濃度一定時(shí)，升高溫度，反應(yīng)物分子的能量增加，使原來(lái)一部分原來(lái)能量較低的分子變成活化分子，從而增加了活化分子的數(shù)量，使有效碰撞次數(shù)增多，反應(yīng)速率增大。(2)分子運(yùn)動(dòng)速率加快（次）：溫度升高，使分子運(yùn)動(dòng)的速度加快，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物分子間的碰撞次數(shù)增加，反應(yīng)速率也會(huì)相應(yīng)的加快。也是一個(gè)原因。用碰撞理論來(lái)解釋外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響（三）、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響升高溫度分?jǐn)?shù)增加活化分子百化分子數(shù)增加單位體積內(nèi)活有效碰撞次數(shù)增加反應(yīng)速率加快特別提醒：1、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，無(wú)論是放熱反應(yīng)，還是吸熱反應(yīng)都適用。2、溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響，無(wú)論固體、液體、氣體都適用。每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速率通常增大到原來(lái)的2～4倍?？茖W(xué)探究已知:4H++4I-+O2=2I2+2H2O現(xiàn)有1mol/LKI溶液、0.1mol/LH2SO4溶液和淀粉溶液，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溶液出現(xiàn)藍(lán)色的時(shí)間與溫度的關(guān)系？【結(jié)論】其它條件相同時(shí)，溫度高，出現(xiàn)藍(lán)色的時(shí)間短；溫度低，出現(xiàn)藍(lán)色的時(shí)間長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，溫度每升高10℃，反應(yīng)速率增大到原來(lái)的2～4倍。實(shí)驗(yàn)2-4催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響2H2O22H2O+O2↑MnO2【結(jié)論】其它條件不變時(shí)，選用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢愿淖兎磻?yīng)速率；正催化劑使反應(yīng)速率加快，負(fù)催化劑使反應(yīng)速率減慢。（四）催化劑對(duì)化學(xué)