第二章第一节 化学反应速率 课件2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

化学反应速率与化学平衡 第1课时　化学反应速率 第一节　化学反应速率 CHEMICAL REACTION RATE AND CHEMICAL EQUILIBRIUM 第二章 在化学实验和日常生活中，我们经常观察到这样的现象：有的反应进行的快，有的进行的慢。 【思考与讨论】 你了解下图涉及的化学反应进行的快慢吗？反应的快慢程度与我们有什么关系？ 很快 较快 较慢 很慢 【思考与讨论】 不同的化学反应进行的快慢千差万别，快和慢是相对而言的，我们以上的判断方法都是定性地描述反应的快慢。而在科学研究和实际应用中，往往需要定量地描述一个反应的快慢。 什么是定性？什么是定量？ 例如：我们学过物理都知道： (1) 光的传播速度是很快的； (2) 光在空气中的传播速度3×108m/s。 定性描述 定量描述 【课堂练习】 那么化学上又是如何定量地判断一个化学反应的快慢的呢？ 在物理中我们是如何定量地判断一个物体移动速度快慢的？ 用速度来描述：单位时间内物体移动的距离的大小 v ＝ △s △t 化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。通常用 单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)表示。 一、化学反应速率 1.定义: 2.计算公式: 3.常用单位: mol/(L·min) 或 mol/(L·s) 或mol·L-1·min-1 v (x) = —— = —— Δc(x) Δ t Δ t Δn(x) V —— Δc 表示反应物浓度或生成物浓度的变化； Δt 表示反应时间的变化； ν 表示反应速率（取正值）。 (3)同一反应用不同物质来表示速率，需要指明具体物质，如v(A)。 (4)一般不用纯固体或纯液体表示反应速率(其浓度视为常数)；常用于气体或溶液。 (1)由公式v＝ 计算得到的速率是指平均速率，不是瞬时速率。 (2)同一化学反应: aA＋bB = cC＋dD，有V(A)︰V(B)︰V(C)︰V(D)＝a︰b︰c︰d。 4、化学反应速率的注意事项 (5)Δc表示指定物质反应前后的浓度变化量，均取正值; (6)Δt 为一段时间，故υ表示平均反应速率 例1：在某一化学反应里，反应物A的浓度在20 s内从8.0 mol/L变成3.0 mol/L。试求在这20 s内该反应的化学反应速率为多少？ ∆t (A)＝ ∆c(A) = （8.0-3.0） mol/L 20 s ＝0.25 mol/(L·s) 注意：反应速率指这20 s内的平均速率 【课堂练习】 5、 对一个化学反应: mA＋nB = pC＋qD，可用任一种物质的物质的量浓度随时间的变化来表示该化学反应的速率。 化学反应速率之比==化学计量数之比(系数之比） ==物质的量变化之比 ==物质的量浓度变化之比 （2）比值法：比较化学反应速率与化学计量数的比值，如在反应aA + bB == cC + dD中，v (A)/a与 v (B)/ b ，若v (A)/a〉 v (B)/ b ，则A的速率大于B的速率。。 6、比较大小： （1）归一法：若单位不统一，则要换算成相同的单位，并换算成相同物质的化学反应速率后，再比较大小。1mol/(L·min) = 1/60mol/(L·s) 1mol/(L·s)=60mol/(L·min) 例：反应 A + 3B = 2C + 2D 在四种不同条件下的化学反应速率为： (1)v (A)=0.3mol/L·s (2)v(B)=0.6mol/L·s (3)v (C)=0.4mol/L·s (4)v (D)=0.45mol/L·s 则该反应速率的快慢顺序为 。 (1)>(4)>(2)=(3) 例2、 已知 4NH3+5O2=4NO+6H2O,则下列关系式正确的是( ) 4/5v(NH3)=v(O2) B.4/5v(NH3)=v(H2O) C. 5/6v(O2)=v(H2O) D. 4/5v(O2)=v(NO) D α(A)= A的变化量 A的起始量 ×100% 7、“三段式”计算化学反应速率和转化率 　　　　　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始浓度/(mol·L－1) a b 0 0 变化浓度/(mol·L－1) mx nx px qx 终态浓度/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx 速率计算 转化率计算 例3.根据下图回答： （1）反应物是__________； （2）2min内A的平均速率是____________； （3）写出化学方程式________________。 2.5mol/(L·s) 5A + 4B⇌4C A、B 例4. 在2L的密闭容器中，加入1mol N2和3mol H2，发生N2＋3H2 2NH3 ，在2s末时，测得生成0.4mol NH3，求该反应的化学反应速率。 解： N2 ＋ 3H2 2NH3 起始量（mol）： 1 3 0 变化量（mol）： 0.2 0.6 0.4 2s末量（mol）： 0.8 2.4 0.4 则 v (N2)＝0.2/(2×2)＝0.05 mol/(L·s) v (H2)＝0.6/(2×2)＝0.15 mol/(L·s) v (NH3)＝0.4/(2×2)＝0.1 mol/(L·s) 例5：在2 L的密闭容器中，加入1 mol N2和3 mol H2，发生 N2+3H2   2NH3 ，在2 s末时，测得容器中含有0.4 mol的NH3，求该反应的化学反应速率。 起始浓度(mol/L) 2 s末浓度(mol/L) 变化浓度(mol/L) 三段法 0.5 1.5 0 0.2 0.2 0.3 0.1 0.4 1.2 （NH3)= ∆c(NH3) ∆t ＝ =0.10 mol/(L·s) 0.2 mol/L 2s 三段式 1.定性描述:（根据实验现象） 二、化学反应速率的测定 ①通过明显的实验现象。如：观察产生气泡的快、慢；反应的剧烈程度；固体消失或气体充满所需的时间长短。 ②观察试管中剩余锌粒的质量的多、少 ③用手触摸试管，感受试管外壁温度的高、低 测定原理：利用化学反应中任何一种与物质浓度有关的可观测量进行测定。 单位时间内： ①测定气体的体积; ②测定物质的物质的量的变化; ③测定物质或离子的浓度变化; ④测定体系的温度或测定反应的热量变化。 二、化学反应速率的测定 2.定量描述：（根据实验测量） （1）直接观察测定： （2）科学仪器测定： 二、化学反应速率的测定 3.测量化学反应速率的常见方法 如释放出气体的体积和体系的压强。 如反应体系颜色的变化。在溶液中，当反应物或生成物本身有较明显的颜色时，可利用颜色变化和 浓度变化间的比例关系来跟踪反应的过程和测量反应速率。 反应原理Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ 怎样测反应速率？ 化学反应速率的测量——实验 1. 单位时间内收集氢气的体积； 2. 收集相同体积氢气所需要的时间 3. 用pH计测相同时间内pH变化，即△c(H＋)。 4. 用传感器测△c(Zn2＋)变化。 5. 测相同时间内△m(Zn)。 6. 相同时间内恒容压强变化； 7. 相同时间内绝热容器中温度变化。 例6：一定温度下，在2 L密闭容器中，A、B、C三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列说法正确的是( ) A.a点时，υ(A) =υ(B) B.反应开始到5min，B的物质的量增加了0.2 mol C.反应的化学方程式为：3A 2B＋C D.反应开始到5min，υ(C) =0.04 mol/(L·min) C 例7．用大理石(杂质不与稀盐酸反应)与稀盐酸反应 制CO2，实验过程记录如右图所示，下列有关 说法正确的是 (　　) A．OE 段表示的反应速率最快 B．EF 段表示的反应速率最快，收集的CO2最多 C．FG 段表示的收集的CO2最多 D．OG 段表示随着时间的推移，反应速率逐渐增大 B 课堂小结 CLASS SUMMARY 向奋斗在一线的老师致敬 影响化学反应速率的因素 第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节　化学反应速率 第2课时 二、影响化学反应速率的因素 不同化学反应的速率 反应物本身性质（内因） 同一化学反应的速率 外界条件 （外因） 温度、浓度（压强）、催化剂、接触面积等 反应物组成、结构和性质等 二、影响化学反应速率的因素 探究： 定性与定量研究影响化学反应速率的因素 烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、秒表。 【提出问题】 浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率？如何测定化学反应速率？ 【实验探究】 选择实验用品，设计实验探究影响化学反应速率的因素。 实验用品： 0.1 mol/L Na2S2O3溶液、 0.1 mol/L H2SO4溶液、 0.5 mol/L H2SO4溶液、5% H2O2溶液、1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、热水。 实验原理 二、影响化学反应速率的因素 实验探究的整体设计 Na2S2O3＋H2SO4 Na2SO4＋SO2 ＋S ＋H2O 2H2O2 2H2O ＋ O2 设计思路 1. 选取同一个反应，探究不同因素产生的影响。 2. 选取不同的反应，探究同一因素产生的影响。 二、影响化学反应速率的因素 1. 浓度对化学反应速率的影响 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 出现浑浊 的快慢 反应温度 浓度/(mol/L) 体积/mL 浓度/(mol/L) 体积/mL 1 室温 2 室温 0.1 5 5 0.1 5 0.1 5 0.5 浑浊较快 浑浊较慢 实验设计 Na2S2O3＋H2SO4 Na2SO4＋SO2 ＋S ＋H2O 浓度：其他条件相同时， 增大反应物浓度，反应速率加快；减小反应物浓度，反应速率减慢。 二、影响化学反应速率的因素 2. 温度对化学反应速率的影响 实验设计 Na2S2O3＋H2SO4 Na2SO4＋SO2 ＋S ＋H2O 编号 水浴 温度/℃ 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液的体积/mL 0.5 mol/L H2SO4 溶液的体积/mL 出现浑浊 的时间/s 1 2 5 5 5 5 20 70 87 16 温度：其他条件相同时，升高温度化学反应速率增大，降低温度反应速率减小。实验证明：每升高10℃，速率增大2—4倍。 二、影响化学反应速率的因素 3. 催化剂对化学反应速率的影响 实验设计 催化剂：其他条件相同时，使用催化剂可以改变（加快）化学反应速率。 编号 5%H2O2溶液 1 mol/L FeCl3溶液 蒸馏水 相同时间出现 气泡的多少 反应温度 1 2 mL 室温 2 2 mL 室温 1 mL 0 mL 0 mL 1 mL 较多 较少 2H2O2 2H2O ＋ O2 二、影响化学反应速率的因素 4. 接触面积对化学反应速率的影响 触面积: 增大反应物的接触面积可以增大反应速率。 结论： 二、影响化学反应速率的因素 气 体 结论 : 对于有气体参加的反应，当其他条件不变时， 增大气体压强（缩小容器体积），化学反应速率加快； 减小气体压强（增大容器体积），化学反应速率减慢。 注意; 恒温恒容，充入惰性气体---速率不变 恒温恒压，充入惰性气体---速率减慢 ----会导致压强增大，反应物浓度不变，所以速率不变 ----会导致体积增大，反应物浓度减小，所以速率减慢 5、压强对反应速率的影响（只针对有气体参加的反应） 二、影响化学反应速率的因素 6. 其他因素 光辐射、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等， 总之，向反应体系输入能量，都有可能影响化学反应速率。 二、影响化学反应速率的因素 问题：定量测定Zn和H2SO4化学反应的速率。 2g Zn 40mL 加入试剂 收集10mLH2时间/min 反应速率mol/(L●min) 1mol/L H2SO4 4mol/L H2SO4 短 长 定量研究 实验探究Ⅱ P26 快 慢 结论：可以根据产生相同体积的氢气所需要的时间来判断化学反应速率的快慢。 二、影响化学反应速率的因素 1．反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。 5．使用合适的催化剂，能加快化学反应的速率。 2．其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓 度，反应速率减小。 3．其他条件不变时，升高温度，反应速率加快；降低温度，反应速率减慢。 4．对于有气体参加的化学反应，增大压强(减小容器的体积)，反应速率增 大；减小压强(增大容器的体积)，反应速率减小。 活化能 第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节　化学反应速率 第3课时 一、活化能、有效碰撞理论 思考： 反应物中旧化学键的断裂，生成物中新化学键的形成 1、化学反应的本质是什么？ 2、如何才能引起化学键的断裂和形成呢？ 【资料卡片】 1918年，路易斯提出了化学反应速率的简单碰撞理论。该理论认为，反应物分子间的碰撞是化学反应的先决条件。反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。 【构建简单碰撞理论模型】 2HI→H2+2I· 大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。 例如：2HI = H2+I2 实际上是经过下列两步反应完成的： 2I·→I2 带有单电子的原子或原子团。 自由基： 基元反应： 每一步反应都称为基元反应。 反应机理：这两个先后进行的基元反应反映了化学反应 的反应历程，反应历程 又称反应机理。 一、活化能、有效碰撞理论 注意: 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。 1、基元反应： 2、有效碰撞 思考：是不是所有的碰撞都能发生反应呢？ 不是，要有效碰撞才能发生化学反应。我们把能够发生化学反应的碰撞叫做 有效碰撞 一、活化能、有效碰撞理论 （1）碰撞时的能量不足 （2）碰撞时的取向不合适 （3）有效碰撞 注：（1）有效碰撞的条件： ①具有足够能量 ②具有合适的取向 （2）有效碰撞与反应速率的关系：碰撞的频率越高，反应速率越快。 3、能发生有效碰撞的分子称为活化分子。 4、活化分子具有的平均能量与反应物分子的平均能量之差称之为活化能。 一、活化能、有效碰撞理论 5、反应物、生成物的能量与活化能之间的关系图 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 反应热 反应热 = E1 - E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 活化能 一、活化能、有效碰撞理论 6、一个反应要发生一般要经历那些过程？ 化学反应的过程： 结论: 活化能越低，单位体积内活化分子数越多，单位时间单位体积内有效碰撞的次数就越多，化学反应速率就会越快。 一、活化能、有效碰撞理论 反应速率加快 1.浓度对化学反应速率的影响 单位体积内有效碰撞次数增加 二、有效碰撞理论解释影响化学反应速率因素的解释 反应物的浓度增大 ： 增大压强（压缩体积）： 单位体积内分子总数增多 活化分子百分数不变 单位体积内活化分子数增多 反应速率加快 2.温度对化学反应速率的影响 单位体积内有效碰撞次数增加 二、有效碰撞理论解释影响化学反应速率因素的解释 升高温度 加催化剂 低能量分子获得能量变成活化分子 单位体积内活化分子百分数增多 （活化分子数增多） 能量 反应过程 生成物 反应物 反应热 E1 E2 活化分子 加了催化剂 没加催化剂 二、有效碰撞理论解释影响化学反应速率因素的解释 3. 催化剂对化学反应速率的影响 反应速率加快 有效碰撞次数增加 加催化剂 降低活化能 活化分子百分数增多 （活化分子数增多） 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 升高 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 小结： 影响化学反应速率的因素 二、有效碰撞理论解释影响化学反应速率因素的解释 小结： 影响化学反应速率的因素 二、有效碰撞理论解释影响化学反应速率因素的解释 课堂练习 1．反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进， 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．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入H2O(g)使体系压强增大 D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大 A 课堂练习 解析 C为固态反应物，增加其用量对反应速率几乎没有影响，A项符合题意；容器体积缩小一半相当于压强增大一倍，浓度增大，反应速率增大，B项不符合；充入H2O(g)，体积不变，H2O的浓度增大，反应速率加快，C项不符合；压强不变，充入N2，体积增大，气体的浓度变小，反应速率减小，D项不符合。 答案：A 课堂练习 2．已知CO2＋C===2CO是吸热反应，反应速率为v1；N2＋3H2===2NH3是 放热反应，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 A 课堂练习 3．对于在一密闭容器中进行的反应：C(s)＋O2(g) CO2(g)，下列说法中错误的是(　　) A．将木炭粉碎成粉末状可以加快化学反应速率 B．升高温度可以加快化学反应速率 C．用空气代替O2可以加快化学反应速率 D．增加木炭的量不能加快化学反应速率 C 课堂练习 解析 A项，粉碎木炭增加了表面积，可增大反应速率； B项，升高温度，反应速率增大； C项，空气代替O2，使O2浓度变小，反应速率变小； D项，固体物质在参加反应时，其浓度可看作一定值，故加入木炭对反应速率无影响。 答案：C 课堂小结 CLASS SUMMARY 向奋斗在一线的老师致敬 $$