2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率第3節(jié)第2課時影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素學(xué)案魯科版選擇性必修1

PAGEPAGE12第2課時影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素發(fā)展目標體系構(gòu)建1.通過試驗探究，了解溫度、濃度、壓強和催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，相識其一般規(guī)律。2.通過對化學(xué)反應(yīng)歷程的認知，相識基元反應(yīng)活化能對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。3.通過“外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率影響”等試驗活動，形成并發(fā)展限制變量法的試驗思想。1．濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)基本規(guī)律：其他條件不變時，增大反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率加快；減小反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率減慢。(2)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的定量關(guān)系①速率方程：對于反應(yīng)H2O2＋2HI=2H2O＋I2，其反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度間的關(guān)系v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中，k為反應(yīng)速率常數(shù)。②反應(yīng)速率常數(shù)(k)：k越大，反應(yīng)進行得越快。k與濃度無關(guān)，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。③反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度的關(guān)系式是試驗測定的結(jié)果，不能隨意依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式干脆寫出?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式是怎樣得到的？應(yīng)留意什么？提示：一個化學(xué)反應(yīng)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式是試驗測定的結(jié)果，不能隨意依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式干脆寫出。對于很多反應(yīng)，這種關(guān)系式中濃度的方次與化學(xué)方程式中各物質(zhì)化學(xué)式前的系數(shù)并無確定關(guān)系。2．壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)基本規(guī)律(對于氣體參與的反應(yīng))(2)說明壓強增大→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(氣體體積縮小,↓,反應(yīng)物濃度增大))→化學(xué)反應(yīng)速率加快；反之，壓強減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率肯定增大嗎？提示：不肯定，對于只涉及固體和液體的反應(yīng)，壓強的變更對化學(xué)反應(yīng)速率幾乎沒有影響。3．溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)基本規(guī)律(2)閱歷規(guī)律——范托夫規(guī)律：對于在溶液中發(fā)生的反應(yīng)，溫度每上升10K，反應(yīng)速率提高到原來的2～4倍。這個閱歷規(guī)律可以對一些化學(xué)反應(yīng)的速率做粗略的估計，但適用范圍有限。(3)過渡態(tài)及活化能①過渡態(tài)：一種舊鍵沒有完全斷裂、新鍵沒有完全形成的高能量的中間狀態(tài)。②活化能：a．定義：過渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量之間的差值。b．符號：Ea。c．單位：kJ·mol－1或J·mol－1。(4)說明：上升溫度可以提高反應(yīng)物分子的能量，增大反應(yīng)物之間的碰撞頻率，增大反應(yīng)物分子形成過渡態(tài)的比例，故上升溫度可以提高化學(xué)反應(yīng)的速率。4．催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)催化劑：能改變更學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。(2)催化原理：通過參與反應(yīng)變更反應(yīng)歷程、變更反應(yīng)的活化能來改變更學(xué)反應(yīng)速率。(3)催化劑的特點微點撥：催化劑不能改變更學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)，不能變更平衡轉(zhuǎn)化率。1．推斷對錯(對的在括號內(nèi)打“√”，錯的在括號內(nèi)打“×”。)(1)向一堆篝火中“鼓風(fēng)”，有利于它接著燃燒下去。()(2)二氧化錳在過氧化氫的分解前后質(zhì)量削減。()(3)上升溫度能加快吸熱反應(yīng)速率，減慢放熱反應(yīng)速率。()(4)反應(yīng)C2H4(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(→,\s\up8(催化劑))和C2H4(g)＋3O2(g)→2CO2＋2H2O(g)體現(xiàn)了催化劑的選擇性。()(5)化學(xué)反應(yīng)達到最大限度時，正、逆反應(yīng)速率也達到最大且相等。()提示：(1)√(2)×催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量不變。(3)×上升溫度，吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的反應(yīng)速率均加快。(4)√(5)×化學(xué)反應(yīng)達到最大限度時，正、逆反應(yīng)速率不肯定達到最大。2．在恒溫、恒容條件下，能使A(g)＋B(g)C(g)＋D(s)正反應(yīng)速率增大的措施是()A．減小C或D的濃度 B．再加入肯定量DC．減小B的濃度 D．增大A或B的濃度D[D為固體，減小D的量或增加D的量，對反應(yīng)速率無影響，故A、B錯誤；減小B的濃度，正反應(yīng)速率減小，C錯誤；增大A或B的濃度，都可以增大正反應(yīng)速率，D正確。]3．設(shè)反應(yīng)2NO2(g)N2O4(g)(ΔH＜0)的正、逆反應(yīng)速率分別為v1和v2，則溫度上升時，v1和v2的變更狀況為()A．v1增大，v2減小 B．v1減小，v2增大C．v1和v2均增大 D．v1和v2均減小C[上升溫度，化學(xué)反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率均增大，故C正確。]外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(素養(yǎng)養(yǎng)成——科學(xué)探究與創(chuàng)新意識)以下是投籃球的三種狀況：第一種，能量不夠；其次種，方向不合適；第三種，足夠的能量和合適的方向。化學(xué)反應(yīng)也有類似的狀況，碰撞理論認為變更外界條件可使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)變更，從而使反應(yīng)速率變更。1．為什么增大反應(yīng)物的濃度會影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？提示：其他條件不變，當增大反應(yīng)物的濃度時，單位體積中活化分子的數(shù)量增加，有效碰撞的頻率增大，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率增大。2．增大壓強肯定能增大反應(yīng)速率，減小壓強肯定能減小反應(yīng)速率嗎？為什么？如何理解“變更體系壓強可變更反應(yīng)速率”？提示：其他條件不變時，增大壓強不肯定增大反應(yīng)物的濃度，單位體積中活化分子的數(shù)量不肯定增加，有效碰撞的頻率不肯定增大，反應(yīng)速率不肯定增大。其他條件不變時，減小壓強不肯定減小反應(yīng)物的濃度，單位體積中活化分子的數(shù)量不肯定削減，有效碰撞的頻率不肯定減小，反應(yīng)速率不肯定減小。所以，只有變更了壓強，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度變更時，才能改變更學(xué)反應(yīng)速率。3．為什么溫度的變更會影響化學(xué)反應(yīng)速率？提示：在其他條件不變時，上升溫度，可以使反應(yīng)物分子能量增大，一部分原來能量較低的一般分子變成活化分子，使活化分子百分數(shù)增加，有效碰撞次數(shù)增多，化學(xué)反應(yīng)速率增大。4．催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響有何特點？提示：不同的催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的催化效果不同。1．純液體和固體的反應(yīng)速率的影響因素分析純液體和固體濃度視為常數(shù)，它們的量的變更不會影響化學(xué)反應(yīng)速率。但固體顆粒的大小導(dǎo)致接觸面積的大小發(fā)生變更，故影響反應(yīng)速率。2．壓強對化學(xué)反應(yīng)速率影響的分析(1)恒溫時增大壓強eq\o(→,\s\up8(引起))體積縮小eq\o(→,\s\up8(引起))反應(yīng)速率增大。(2)恒溫恒容時①充入反應(yīng)氣體eq\o(→,\s\up8(引起))該物質(zhì)濃度增大eq\o(→,\s\up8(引起))該反應(yīng)速率快速增大。②充入“無關(guān)氣體”(如He、Ne、Ar等不參與本反應(yīng)也不干擾本反應(yīng)的氣體，下同)eq\o(→,\s\up8(引起))總壓強增大，但反應(yīng)混合物的各組分濃度沒有變更，反應(yīng)速率不變。(3)恒溫恒壓時充入“無關(guān)氣體”eq\o(→,\s\up8(引起))體積增大eq\o(→,\s\up8(引起))反應(yīng)混合物各組分的濃度減小eq\o(→,\s\up8(引起))反應(yīng)速率減小。3．溫度對化學(xué)反應(yīng)速率影響的分析上升溫度，可以增加分子能量，增大活化分子百分數(shù)，且加快分子運動，增大分子的碰撞頻率，因此上升溫度可以加快化學(xué)反應(yīng)的速率。反之，降低溫度可以減小化學(xué)反應(yīng)的速率。4．催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)催化劑能同等程度地變更正、逆反應(yīng)速率，故能變更反應(yīng)達到平衡的時間，但催化劑不能變更反應(yīng)物的濃度和反應(yīng)的平衡常數(shù)，所以催化劑不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動，不能變更反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。(2)理論說明：運用催化劑→降低反應(yīng)所需的能量→更多的反應(yīng)物分子成為活化分子→大大增加單位體積內(nèi)的活化分子百分數(shù)→成千成萬倍地增大化學(xué)反應(yīng)速率。(3)用催化劑催化的反應(yīng)，由于催化劑只有在相宜的溫度下活性最大，反應(yīng)速率才能達到最大，故在很多工業(yè)生產(chǎn)中溫度的選擇還需考慮催化劑的活性溫度范圍。【例1】下列四支試管中，過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)速率最大的是()試管溫度過氧化氫濃度催化劑A室溫(25℃)12%有B水浴加熱(50℃)4%無C水浴加熱(50℃)12%有D室溫(25℃)4%無C[一般來說上升溫度、增大反應(yīng)物濃度和加入催化劑，都可使反應(yīng)速率增大，比較題中四個選項可知，C中化學(xué)反應(yīng)速率最大。]【例2】已知反應(yīng)2HI(g)H2(g)＋I2(g)的能量變更如圖所示。下列說法正確的是()A．常溫下，向體積為VL的容器中充入2molHI(g)充分反應(yīng)，可汲取12.5kJ的熱量B．加入催化劑，分子的能量不變，但單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，反應(yīng)速率加快C．其他條件不變，上升溫度，反應(yīng)速率加快，HI的分解率不變D．H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能為12.5kJ·mol－1B[該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，充入2molHI(g)充分反應(yīng)，反應(yīng)不能進行究竟，所以汲取的熱量小于12.5kJ，A錯誤；加入催化劑，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，有效碰撞增多，反應(yīng)速率加快，B正確；從題圖可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其他條件不變，上升溫度，反應(yīng)速率加快，平衡右移，HI的分解率增大，C錯誤；由題圖分析可知，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能Ea＝(185－12.5)kJ·mol－1＝172.5kJ·mol－1，D錯誤。]溫度、壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)變更溫度對正、逆反應(yīng)速率的影響是一樣的。對于一個放熱反應(yīng)，升溫時正、逆反應(yīng)速率同時加快，但是v(逆)增加的程度大于v(正)，使得v(逆)>v(正)，平衡左移，而不能誤認為v(逆)變大，v(正)減小(或不變)。(2)壓強的影響歸根究竟是對濃度的影響，假如增大壓強不會變更參與反應(yīng)物質(zhì)的濃度，則反應(yīng)速率不會增大，如恒溫恒容條件下，向容器中充入不參與反應(yīng)的惰性氣體，雖然壓強增大了，但反應(yīng)速率并沒有變更。1．對于某一可逆反應(yīng)，運用催化劑的作用在于()A．提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率B．同等程度地變更正、逆反應(yīng)速率C．增大正反應(yīng)速率，減小逆反應(yīng)速率D．變更平衡狀態(tài)B[催化劑不影響物質(zhì)的平衡轉(zhuǎn)化率，不影響化學(xué)平衡，只能同等程度地變更正、逆反應(yīng)速率。]2．Zn與足量鹽酸反應(yīng)，反應(yīng)速率隨時間的變更狀況如圖所示。下列關(guān)于反應(yīng)速率變更的緣由分析正確的是()A．AB段，因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，體系溫度上升，導(dǎo)致反應(yīng)速率增大；BC段，因為反應(yīng)汲取熱量，體系溫度降低，反應(yīng)速率下降B．BC段反應(yīng)速率下降是因為隨著反應(yīng)的進行，溶液中c(H＋)減小C．BC段反應(yīng)速率下降是因為溶液中的Cl－隨著反應(yīng)的進行被消耗，濃度降低D．B點反應(yīng)速率最大是因為此時的體系溫度最高，反應(yīng)物濃度最大B[AB段，因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，體系溫度上升，導(dǎo)致反應(yīng)速率增大；BC段，隨著反應(yīng)的進行，溶液中c(H＋)減小，導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。故B項正確。]可逆反應(yīng)的速率—時間(v-t)圖像(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據(jù)推理與模型認知)平衡體系條件變更速率變更平衡變更速率變更曲線任一平衡體系增大反應(yīng)物的濃度v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆)正向移動減小反應(yīng)物的濃度v(正)、v(逆)均減小，且v′(逆)＞v′(正)逆向移動增大反應(yīng)產(chǎn)物的濃度v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)逆向移動減小反應(yīng)產(chǎn)物的濃度v(正)、v(逆)均減小，且v′(正)＞v′(逆)正向移動正反應(yīng)方向為氣體體積增大的放熱反應(yīng)增大壓強或上升溫度v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)逆向移動減小壓強或降低溫度v(正)、v(逆)均減小，且v′(正)＞v′(逆)正向移動隨意平衡或反應(yīng)前后氣體系數(shù)和相等的平衡正催化劑或增大壓強v(正)、v(逆)同等倍數(shù)增大平衡不移動負催化劑或減小壓強v(正)、v(逆)同等倍數(shù)減小【例3】已知反應(yīng)X(g)＋Y(g)nZ(g)ΔH>0，將X和Y以肯定比例混合通入密閉容器中進行反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度隨時間的變更如圖所示。下列說法不正確的是()A．10min時，曲線發(fā)生變更的緣由是上升溫度B．10min時，曲線發(fā)生變更的緣由是增大壓強C．反應(yīng)方程式中n＝1D．0～5min內(nèi)，用X表示的反應(yīng)速率為v(X)＝0.08mol·L－1·min－1A[上升溫度，10min時反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物濃度不會瞬間同時增大，A錯誤；0～5min內(nèi)，用X表示的反應(yīng)速率v(X)＝eq\f(0.4mol·L－1,5min)＝0.08mol·L－1·min－1，用Z表示的反應(yīng)速率v(Z)＝eq\f(0.4mol·L－1,5min)＝0.08mol·L－1·min－1，依據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比可知，反應(yīng)方程式中n＝1，C、D正確；正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，則增大壓強，各物質(zhì)的濃度均增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，B正確。]v-t圖像中，若v(正)和v(逆)中有一個在原平衡點連續(xù)漸變，則肯定為變更反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物之一濃度引起的速率變更；若v(正)和v(逆)都在原平衡點向平衡線同側(cè)突變，則肯定為變更溫度或壓強引起反應(yīng)速率的變更。1．反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0已達到平衡，在其他條件不變時，下列操作與圖像不符的是(O～t1：v正＝v逆；t1時變更條件，t2時重新建立平衡)()A．增加氧氣的濃度B．增大壓強(減小反應(yīng)器的體積)C．上升溫度D．加入催化劑C[分析時要留意變更條件瞬間v(正)、v(逆)的變更。增加O2濃度的瞬間，v(正)增大，v(逆)不變，A項正確；減小反應(yīng)器的體積、增大壓強的瞬間，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的程度大于v(逆)，B項正確；上升溫度的瞬間，v(正)、v(逆)都增大，C項錯誤；加入催化劑，v(正)、v(逆)同時、同等倍數(shù)增大，D項正確。]2．肯定條件下，在一體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2A(g)＋B(g)3C(g)ΔH＝akJ·mol－1。圖為反應(yīng)體系中反應(yīng)速率隨時間變更的狀況，且t2、t3、t4各變更一種不同的條件。(1)t3時變更的條件為________，t4時變更的條件為________。(2)a________0(填“>”或“<”)。[解析]該反應(yīng)前后是氣體物質(zhì)的量相等的反應(yīng)，故變更壓強對化學(xué)平衡無影響。由圖像變更分析可知：t3時刻變更的條件是減小壓強(或運用負催化劑)，可同程度地減小正、逆反應(yīng)速率；t4時刻平衡正向移動，且v(正)、v(逆)出現(xiàn)跳動，則應(yīng)是上升溫度，結(jié)合v(正)>v(逆)可知正反應(yīng)吸熱，ΔH>0。[答案](1)減小壓強(或運用負催化劑)上升溫度(2)>外界條件對試驗室用鋅和稀硫酸反應(yīng)制取H2時反應(yīng)速率的影響：試驗用品：錐形瓶、雙孔塞、分液漏斗、直角導(dǎo)氣管、50mL注射器、鐵架臺、秒表、鋅粒、鋅粉、1mol·L－1的H2SO4溶液、4mol·L－1的H2SO4溶液、CuSO4溶液、熱水。試驗要求：測量收集10mLH2所需時間。試驗方案：設(shè)計如下表。試驗編號T/K鋅的規(guī)格H2SO4溶液的濃度①298鋅粒1mol·L－1H2SO4溶液②298鋅粒4mol·L－1H2SO4溶液③298鋅粉1mol·L－1H2SO4溶液④298鋅粒1mol·L－1H2SO4與少量CuSO4混合液⑤348鋅粒1mol·L－1H2SO4溶液留意事項：(1)鋅粒的質(zhì)量和表面積力求相同。(2)每次試驗取用20mLH2SO4溶液。1．該試驗方案主要探究哪些外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響？提示：濃度、溫度、固體反應(yīng)物的表面積、Zn－Cu原電池。2．該試驗方案中哪一方面最難做到？提示：鋅粒的表面積相同。通過本情境素材中對試驗室用鋅和稀硫酸制氫氣反應(yīng)速率的影響因素的探究，提升了“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的學(xué)科素養(yǎng)。培育了利用“限制變量法”探究問題的實力。1．對于反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)ΔH＜0，下列措施能加快反應(yīng)速率但不變更反應(yīng)放出的熱量的是()A．上升溫度 B．減小壓強C．加入CO D．加入催化劑D[該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，上升溫度反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，反應(yīng)放出的熱量削減，A項錯誤；該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，減小壓強平衡不移動，反應(yīng)放出的熱量不變，但反應(yīng)速率降低，B項錯誤；加入CO，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)放出的熱量增加，C項錯誤；加入催化劑平衡不移動，反應(yīng)放出的熱量不變，反應(yīng)速率增大，D項正確。]2．下列條件的變更可使活化分子百分數(shù)增大的是()①增大反應(yīng)物的濃度②增大氣體的壓強③上升體系的溫度④運用催化劑A．①② B．②③C．①④ D．③④D[增大反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增大，沒有變更活化分子百分數(shù)，故①錯誤；增大壓強，相當于增大反應(yīng)物的濃度，單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增大，沒有變更活化分子百分數(shù)，故②錯誤；上升溫度使分子獲得更高的能量，活化分子百分數(shù)增大，故③正確；加入催化劑，降低了反應(yīng)活化能，活化分子百分數(shù)增大，故④正確，D項符合題意。]3．肯定量的鋅粉和6mol·L－1的過量鹽酸反應(yīng)，當向其中加入少量的下列物質(zhì)時，能夠加快反應(yīng)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．①②⑤ B．①③⑤C．③④⑤ D．①③④B[①加入石墨粉，構(gòu)成原電池，反應(yīng)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(yīng)生成氯化銅，氯化銅與鋅反應(yīng)生成銅，形成原電池，加快反應(yīng)速率，但與鹽酸反應(yīng)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(yīng)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(yīng)速率加快，鋅反應(yīng)完全后，鐵也可以與鹽酸反應(yīng)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(yīng)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。]4．(雙選)下列關(guān)于反應(yīng)速率與參與反應(yīng)物