2.1.2影响化学反应速率的因素（讲义）-2024-2025学年高二化学同步教学课件+讲义（人教版2019选择性必修1）

2.1.2影响化学反应速率的因素 【学习目标】 1、掌握影响化学反应速率的主要因素 2、理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响 【知识回顾】 1．影响化学反应速率的主要因素——内因 不同的化学反应，具有 的反应速率，因此， 是决定化学反应速率的主要因素。 2、影响化学反应速率的外界因素——外因 （1）浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以 化学反应速率；减小反应物的浓度，可以 化学反应速率 （2）压强：对于气体反应，当其他条件不变时，增大压强，气体体积 ，浓度 ，化学反应速率 ；减小压强，气体体积 ，浓度 ，化学反应速率 对于压强的改变，只有引起反应体系中反应物 变化，才对反应速率产生影响。改变压强，其实是改变了 。 问题思考：充入惰性气体如何影响反应速率？ 。 。 （3）温度：当其他条件不变时，升高温度，可以 化学反应速率；降低温度，可以 化学反应速率，温度对反应速率的影响不受反应物聚集状态的限制，不论是 还是 ，升高温度都能 化学反应速率。实验测定，温度每升高10oC，化学反应速率通常增大到原来2～4倍 （4）催化剂：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率 。 【探索新知】 如何理解浓度、压强、温度和催化剂对反应速率的影响呢？ 一、活化能与简单碰撞理论 1、基元反应与反应历程 (1)基元反应：大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中 都称为基元反应 如：2HI===H2＋I2的2个基元反应为2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2 (2)反应机理：先后进行的 反映了化学反应的反应历程，反应历程又称 。 (3)许多化学反应都不是基元反应，而是由两个或多个基元步骤完成的。假设反应：A2＋B===A2B是分两个基元步骤完成的 第一步 A2―→2A (慢反应) 第二步 2A+B―→A2B (快反应) 对于总反应来说，决定反应速率的肯定是第一个基元步骤，即这种前一步的产物作为后一步的反应物的连串反应的。决定速率的步骤是最 （快/慢）的一个基元步骤 如：过氧化氢H2O2在水溶液中把溴化氢HBr氧化为溴Br2的反应：H2O2 + 2H+ +2Br－―→Br2 + 2H2O 反应机理为 H2O2＋H+＋Br－―→HOBr＋H2O (慢反应) HOBr＋Br－＋H+ ―→Br2＋H2O (快反应) 决定速率的就是第一个反应，且这个反应中HBrO不是最终产物，称为反应的 。 (4)基元反应发生的先决条件：基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生 ，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应 2、有效碰撞与活化能 (1)化学反应与有效碰撞（见教材28页） HI的分解反应：2HIH2＋I2，可能有以下几种碰撞 在(1)中，HI分子没有足够的能量，因此碰撞过轻，两个分子又彼此弹离；在(2)中，由于碰撞没有合适的取向，因此两个分子也彼此弹离；在(3)中，分子具有足够的能量且碰撞取向合适，因此导致H—I键的断裂及H—H键和I—I键的形成，即发生分解反应，生成了H2和I2 在某个化学反应中，那么多的反应物分子，其能量高低各不相同。并且，在通常状况下，能量相对较高的分子所占的比例较小，能量相对较低的分子所占的较大。研究证明，只有 的分子，才能在碰撞以后有可能使原子间的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。我们把能够发生化学反应的分子碰撞叫做 ，把能够发生有效碰撞的分子叫做 。(但是活化分子也并不是每次碰撞都能引起化学反应的发生) (2)有效碰撞 ①概念：把能够发生化学反应的碰撞叫做 ②条件：具有足够的 ；具有合适的 ③与反应速率的关系：碰撞的频率越高，则反应速率越快 (3)活化能和活化分子 ①活化分子：把能够发生 的分子叫做活化分子 ②活化能：活化分子具有的 与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的 ③活化分子的特点：活化分子具有比普通分子(非活化分子)更高的能量，活化分子在碰撞后有可能使原子间的化学键断裂从而导致化学反应的发生 ④反应物、生成物的能量与活化能的关系图 E1：正反应的活化能 E2：活化分子变成生成物分子放出的能量，也可认为是逆反应的活化能 E1－E2：反应热，即ΔH＝ 。 若继续讨论上述反应中的细节，我们还可以把常见的化学反应与具体的反应条件联系起来。 图（a）所示的反应，是一个放热反应，并且活化能Ea极小，几乎为0，这样的反应在室温下相遇就能迅速发生。如:H2+F2==2HF, H++OH— =H2O的反应等。图（b）所示的反应，是一个放热反应，室温条件并足以克服活化能对反应的阻碍，需要一个推动力才能发生，不过活化能Ea小于该反应放出的热量，因此反应一旦启动其自身的热效应就足以供给后续反应的进行，不需要外界持续提供能量，常见的反应有2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g), H2＋Cl2===2HCl等。图（c）所示的反应，是一个放热反应，但是该反应活化能Ea大于该反应放出的热量，因此反应启动后，仍需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如铜和浓硫酸的反应、H2＋I2===2HI等。图（d）所示的反应，是一个吸热反应，需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如碳酸钙的分解,水的电解等。 (4)基元反应发生经历的过程 3、基元反应过渡状态理论 (1)基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个 状态，这个状态称为 AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC 反应物　　过渡态　　 　产物 (2)过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。如：一溴甲烷与NaOH溶液反应的历程可以表示为： CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH 反应物　　 过渡态　　 　 产物 【课堂练习1】 1、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　 　) A．反应过程可表示为 B．E1为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能 C．正反应的热效应为ΔH=E1−E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应 D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应 2、一定温度下，反应H2＋Cl2===2HCl中的某一基元反应H2＋Cl===HCl＋H，其能量变化如下图所示。H…H…Cl表示反应物分子旧化学键没有完全断裂、新化学键没有完全形成的过渡态。该基元反应的活化能为 kJ·mol－1，ΔH为 kJ·mol－1 二、利用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 1、影响化学速率的内因：反应物本身的性质（活化能大小不同所致） 活化能 的化学反应速率快，活化能 的反应速率慢，活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的(改变外界条件也可以改变反应的活化能，如：加入催化剂)，即反应物自身的性质影响着化学反应所需的活化能，从而影响化学反应速率的大小。 如：活化能 →普通分子容易变成活化分子→活化分子百分数 →单位体积内活化分子数 →单位时间、单位体积内有效碰撞次数多→化学反应速率大(内因对化学反应速率的影响) 2、反应物的浓度与有效碰撞次数 在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子在反应物分子中所占的 是一定的，因此，单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物的分子的总数成 ，也就是和反应物的浓度呈 。如：原来每单位体积里有100个反应物分子，其中只有15个活化分子，活化分子百分数为15%，如果每单位内的反应物分子增加到200个，其中必定有30个活化分子，那么单位时间内有效碰撞次数也相应增多，化学反应速率就增大。因此，增大反应物浓度可以增大化学反应速率 3、化学反应速率与分子间的有效碰撞频率有关，所有能够改变内能、运动速率，以及碰撞几率的方法，都可以用来改变、控制反应的速率，即活化分子百分数和单位体积活化分子数增大时，化学反应速率也就增大 ， (1)浓度对化学反应速率影响的微观解释 反应物浓度增大→反应物分子总数增多→由于活化分子百分数不变→活化分子总数增多→单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞几率 →反应速率 ；反之，反应速率 。 【注意】并非所有反应的速率都与浓度有关，除了纯固体或纯液体的反应不受浓度变化影响外。生物体内一些酶催化的反应，还有一些表面催化的反应(如NH3在金属钨表面热分解: ，它们的反应速率就与反应物的浓度无关。 (2)压强对化学反应速率影响的微观解释 增大压强→气体体积缩小→活化分子总数不变→活化分子百分数不变→但单位体积内活化分子数 ， →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ；反之，反应速率 · 即压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响 (3)温度对化学反应速率影响的微观解释 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→活化分子总数增多→活化分子的百分数 →单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ；反之，反应速率 (4)催化剂对化学反应速率影响的微观解释（阅读教材29页，完成下列填空） 使用催化剂→改变了反应的历程(如教材29页图)，反应的活化能 →活化分子总数增多→活化分子的百分数 →单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的几率 →反应速率 。 现代化学工业中，催化剂的应用十分普遍，近年来，就化工生产和技术发展而言，催化剂成为技术改造和更新的关键，生命现象中也存在大量的催化作用，催化剂的研究一直是高科技领域的重要作用。 【总结】 外界因素 活化能 分子 总数 活化分 子总数 活化分子百分数 单位体积 活化分子数 有效碰撞次数 反应速率 增大反应 物的浓度 增大反应物的压强 升高反应 物的温度 使用催化剂 除了改变浓度、温度、压强和选用催化剂等，还有很多改变反应速率的方法，如光辐射，超声波，强磁场、高速研磨等，总之，向反应体系中 ，都有可能改变反应速率。 【课堂练习2】 1、下列说法不正确的是(　　) A．增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 B．增大压强，单位体积内气体的活化分子数增多，有效碰撞次数增多 C．升高温度，活化分子百分数增加，分子运动速度加快，有效碰撞次数增多 D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞次数增多 2、下列说法错误的是(　　) ①当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应 ②发生有效碰撞的分子一定是活化分子 ③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 ④活化分子间每次碰撞都发生化学反应 ⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量 A．①④ B．③④ C．④⑤ D．②⑤ 3、已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下 ①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)　快 ②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A． 该反应的速率主要取决于①的快慢 B． 增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 C． NOBr2是该反应的催化剂 D．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 4、有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　) A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞就一定能发生化学反应 B．增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 5、某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)　ΔH＞0，下列叙述正确的是(　　) A．在容器中加入氩气，反应速率不变 B．加入少量W，逆反应速率增大 C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大 三、化学反应速率图像 1、全程速率—时间图 (1)Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化如图所示。 AB段： 。 BC段： 。 (2)H2C2O4溶液中加入酸性KMnO4溶液，随着反应的进行，反应速率随时间的变化如图所示 反应方程式 2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = K2SO4 +MnSO4 +10CO2 ↑+8H2O AB段：反应产生的 。 BC段：随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，化学反应速率逐渐减小 2、速率—温度图 其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大 其他条件一定，反应速率随着温度的降低而减小 3、速率—压强图 其他条件一定，增大气态反应物的压强(缩小容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大；其他条件一定，减小气态反应物的压强(增大容器的容积)，反应速率随着压强的减小而减小 【课堂练习3】 1、在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，其中①加入MnO2催化，②不加MnO2催化。下图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是(　　) 2、把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题： (1) 曲线O→a段，不产生氢气的原因是 ，有关反应的化学方程式为 。 (2)曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是 。 (3)曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是 。 【课后作业】 1．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．保持压强不变，充入N2使容器的体积增大 B．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入H2O(g) D．增加C的量 2．在一定温度下，某反应达到了化学平衡，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法不正确的是 A．该反应达平衡后，升高温度平衡逆向移动 B．该反应为放热反应， C．所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量 D．使用催化剂可以降低反应的焓变和活化能 3．下列说法不正确的是 A．化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 B．普通分子也能发生碰撞 C．增大反应物浓度会加快反应速率的原因是增加了单位体积内活化分子的百分数 D．升高温度会加快反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大 4．反应4NH3+5O2=4NO+6H2O（g）在5L密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率Vx为（） A．VO2=0.01mol•L-1•s-1 B．VNO=0.008mol•L-1•s-1 C．VH2O=0.002mol•L-1•s-1 D．VNH3=0.002mol•L-1•s-1 5．某小组为了探究影响溶液与溶液在酸性条件下反应速率的因素，设计如表所示的实验方案。 实验 () () () () /mL 褪色时间t/min 1 3.0 2.0 1.0 0.0 2.0 8 2 3.0 2.0 2.0 0.0 a 6 3 4.0 2.0 2.0 0.0 0.0 4 4 3.0 2.0 1.0 0.5 b 3 下列说法不正确的是 A．a=1.0，b=1.5 B．溶液的酸碱性会影响该反应的化学反应速率 C．该反应的离子方程式为 D．需先将、、、混合后，再与溶液混合、计时 6．甲硫醇是一种重要的原料和化工试剂，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法中不正确的是 A．过程①S-H键断裂为放热过程 B．过程⑤形成了O-H键和C-H键 C．催化剂可有效提高反应速率 D．硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应类型为取代反应 7．合成氨是目前最有效工业固氮的方法，可解决数亿人口生存问题。科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。下列说法错误的是    A．合成氨总反应正反应的活化能高于逆反应的活化能 B．该历程的决速步为 C．合成氨总反应的反应热为 D．铁触媒能使反应物活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 8．为了探究不同因素对反应：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S↓+H2O的反应速率影响，设计了以下实验。关于实验设计说法错误的是 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 ① 25 5 0.1 10 0.1 5 ② 25 5 0.2 5 0.2 10 ③ 35 5 0.1 10 0.1 5 ④ 35 5 0.2 5 0.2 10 A．实验①和③探究了温度对反应速率的影响 B．实验①和②探究了Na2S2O3和H2SO4浓度对反应速率的影响 C．实验④最先出现浑浊 D．H2O的作用是保证溶液总体积相同 9．我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。 下列说法不正确的是 A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂 C．①→②吸收能量并形成了C—C键 D．该催化剂不能提高反应物的平衡转化率 10．某同学为了探究锌与盐酸反应过程中速率变化,他在100ml稀盐酸中加足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如表所示（累计值）： 时间/min 1 2 3 4 5 氢气体积/ml 50 120 232 290 310 ①哪一时间段（指0～1、1～2、2～3、3～4、4～5min）反应速率最大？ ②哪一时间段的反应速率最小 ，原因是 。 ③求2～3 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率是 。 ④如果反应太激烈，为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液： A．蒸馏水、B．NaCl溶液、C．NaNO3溶液、D．ZnSO4溶液、E．Na2CO3溶液， 你认为可行的是 （填字母）。 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.1.2影响化学反应速率的因素 【学习目标】 1、掌握影响化学反应速率的主要因素 2、理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响 【知识回顾】 1．影响化学反应速率的主要因素——内因 不同的化学反应，具有 不同 的反应速率，因此， 参加反应的物质的性质 是决定化学反应速率的主要因素。 2、影响化学反应速率的外界因素——外因 （1）浓度：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以 增大 化学反应速率；减小反应物的浓度，可以 减小 化学反应速率 （2）压强：对于气体反应，当其他条件不变时，增大压强，气体体积 减小 ，浓度 增大 ，化学反应速率 增大 ；减小压强，气体体积 增大 ，浓度 减小 ，化学反应速率 减小 。对于压强的改变，只有引起反应体系中反应物 浓度 变化，才对反应速率产生影响。改变压强，其实是改变了 反应物的浓度 。 问题思考：充入惰性气体如何影响反应速率？ 恒容：充入惰性气体体系总压增大，但体积不变，即各反应物质的浓度 不变，故反应速率不变 。 恒压：充入惰性气体体积 增大各反应物浓度 减小 反应速率 减慢 。 （3）温度：当其他条件不变时，升高温度，可以 增大 化学反应速率；降低温度，可以 降低 化学反应速率，温度对反应速率的影响不受反应物聚集状态的限制，不论是 吸热反应 还是 放热反应 ，升高温度都能 增大 化学反应速率。实验测定，温度每升高10oC，化学反应速率通常增大到原来2～4倍 （4）催化剂：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率 增大 。 【探索新知】 如何理解浓度、压强、温度和催化剂对反应速率的影响呢？ 一、活化能与简单碰撞理论 1、基元反应与反应历程 (1)基元反应：大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中 每一步 都称为基元反应 如：2HI===H2＋I2的2个基元反应为2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2 (2)反应机理：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 (3)许多化学反应都不是基元反应，而是由两个或多个基元步骤完成的。假设反应：A2＋B===A2B是分两个基元步骤完成的 第一步 A2―→2A (慢反应) 第二步 2A+B―→A2B (快反应) 对于总反应来说，决定反应速率的肯定是第一个基元步骤，即这种前一步的产物作为后一步的反应物的连串反应的。决定速率的步骤是最 慢 （快/慢）的一个基元步骤 如：过氧化氢H2O2在水溶液中把溴化氢HBr氧化为溴Br2的反应：H2O2 + 2H+ +2Br－―→Br2 + 2H2O 反应机理为 H2O2＋H+＋Br－―→HOBr＋H2O (慢反应) HOBr＋Br－＋H+ ―→Br2＋H2O (快反应) 决定速率的就是第一个反应，且这个反应中HBrO不是最终产物，称为反应的中间产物或中间体。 (4)基元反应发生的先决条件：基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生 碰撞 ，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应 2、有效碰撞与活化能 (1)化学反应与有效碰撞（见教材28页） HI的分解反应：2HIH2＋I2，可能有以下几种碰撞 在(1)中，HI分子没有足够的能量，因此碰撞过轻，两个分子又彼此弹离；在(2)中，由于碰撞没有合适的取向，因此两个分子也彼此弹离；在(3)中，分子具有足够的能量且碰撞取向合适，因此导致H—I键的断裂及H—H键和I—I键的形成，即发生分解反应，生成了H2和I2 在某个化学反应中，那么多的反应物分子，其能量高低各不相同。并且，在通常状况下，能量相对较高的分子所占的比例较小，能量相对较低的分子所占的较大。研究证明，只有能量高度达到某一定值的分子，才能在碰撞以后有可能使原子间的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。我们把能够发生化学反应的分子碰撞叫做有效碰撞，把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。(但是活化分子也并不是每次碰撞都能引起化学反应的发生) (2)有效碰撞 ①概念：把能够发生化学反应的碰撞叫做 有效碰撞 ②条件：具有足够的 平均能量 ；具有合适的 碰撞取向 ③与反应速率的关系：碰撞的频率越高，则反应速率越快 (3)活化能和活化分子 ①活化分子：把能够发生 有效碰撞 的分子叫做活化分子 ②活化能：活化分子具有的 能量 与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能 ③活化分子的特点：活化分子具有比普通分子(非活化分子)更高的能量，活化分子在碰撞后有可能使原子间的化学键断裂从而导致化学反应的发生 ④反应物、生成物的能量与活化能的关系图 E1：正反应的活化能 E2：活化分子变成生成物分子放出的能量，也可认为是逆反应的活化能 E1－E2：反应热，即ΔH＝ E1－E2 若继续讨论上述反应中的细节，我们还可以把常见的化学反应与具体的反应条件联系起来。 图（a）所示的反应，是一个放热反应，并且活化能Ea极小，几乎为0，这样的反应在室温下相遇就能迅速发生。如:H2+F2==2HF, H++OH— =H2O的反应等。图（b）所示的反应，是一个放热反应，室温条件并足以克服活化能对反应的阻碍，需要一个推动力才能发生，不过活化能Ea小于该反应放出的热量，因此反应一旦启动其自身的热效应就足以供给后续反应的进行，不需要外界持续提供能量，常见的反应有2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g), H2＋Cl2===2HCl等。图（c）所示的反应，是一个放热反应，但是该反应活化能Ea大于该反应放出的热量，因此反应启动后，仍需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如铜和浓硫酸的反应、H2＋I2===2HI等。图（d）所示的反应，是一个吸热反应，需要外界持续提供能量反应才能持续进行，如碳酸钙的分解,水的电解等。 (4)基元反应发生经历的过程 3、基元反应过渡状态理论 (1)基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态 AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC 反应物　　过渡态　　 　产物 (2)过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。如：一溴甲烷与NaOH溶液反应的历程可以表示为： CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH 反应物　　 过渡态　　 　 产物 【课堂练习1】 1、某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是(　D　) A．反应过程可表示为 B．E1为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能 C．正反应的热效应为ΔH=E1−E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应 D．此图中逆反应的热效应为ΔH=E1−E2，逆反应为吸热反应 答案：D。【解析】A选项，反应时BC断键，A∙∙∙B形成化学键，因此过程可表示为A + BC,（反应物）— →[A∙∙∙B∙∙∙C],（过渡态）— →AB + C,（生成物），故A正确；B选项，E1为反应物的总能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，故B正确；C选项，正反应的热效应是反应物活化能减去生成物活化能，因此ΔH = E1 – E2 < 0，所以正反应为放热反应，故C正确；D选项，此图中逆反应的热效应ΔH = E2 - E1 > 0，，所以逆反应为吸热反应，故D错误。 2、一定温度下，反应H2＋Cl2===2HCl中的某一基元反应H2＋Cl===HCl＋H，其能量变化如下图所示。H…H…Cl表示反应物分子旧化学键没有完全断裂、新化学键没有完全形成的过渡态。该基元反应的活化能为 21.5 kJ·mol－1，ΔH为 +7.5 kJ·mol－1 二、利用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 1、影响化学速率的内因——反应物本身的性质（活化能大小不同所致） 活化能 小的化学反应速率快，活化能大的反应速率慢，活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的(改变外界条件也可以改变反应的活化能，如：加入催化剂)，即反应物自身的性质影响着化学反应所需的活化能，从而影响化学反应速率的大小。 如：活化能小→普通分子容易变成活化分子→活化分子百分数大→单位体积内活化分子数多→单位时间、单位体积内有效碰撞次数多→化学反应速率大(内因对化学反应速率的影响) 2、反应物的浓度与有效碰撞次数 在其他条件不变时，对某一反应来说，活化分子在反应物分子中所占的 百分数 是一定的，因此，单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物的分子的总数成 正比 ，也就是和反应物的浓度呈 正比 。如：原来每单位体积里有100个反应物分子，其中只有5个活化分子，活化分子百分数为5%，如果每单位内的反应物分子增加到200个，其中必定有10个活化分子，那么单位时间内有效碰撞次数也相应增多，化学反应速率就增大。因此，增大反应物浓度可以增大化学反应速率 3、化学反应速率与分子间的有效碰撞频率有关，所有能够改变内能、运动速率，以及碰撞几率的方法，都可以用来改变、控制反应的速率，即活化分子百分数和单位体积活化分子数增大时，化学反应速率也就增大 ， (1)浓度对化学反应速率影响的微观解释 反应物浓度增大→反应物分子总数增多→由于活化分子百分数不变→活化分子总数增多→单位体积内活化分子数 增多 →单位时间内有效碰撞几率 增加 →反应速率 增大 ；反之，反应速率 增大 【注意】并非所有反应的速率都与浓度有关，除了纯固体或纯液体的反应不受浓度变化影响外。生物体内一些酶催化的反应，还有一些表面催化的反应(如NH3在金属钨表面热分解: ，它们的反应速率就与反应物的浓度无关。 (2)压强对化学反应速率影响的微观解释 增大压强→气体体积缩小→活化分子总数不变→活化分子百分数不变→但单位体积内活化分子数 不变 →单位时间内有效碰撞的次数 增加 →反应速率 增大 ；反之，反应速率 减小 · 即压强对化学反应速率的影响，可转化成浓度对化学反应速率的影响 (3)温度对化学反应速率影响的微观解释 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→活化分子总数增多→活化分子的百分数 增加 →单位体积内活化分子数增加 →单位时间内有效碰撞的次数 增加 →反应速率 增大 ；反之，反应速率减小 (4)催化剂对化学反应速率影响的微观解释（阅读教材29页，完成下列填空） 使用催化剂→改变了反应的历程(教材29页图)，反应的活化能降低→活化分子总数增多→活化分子的百分数增加 →单位体积内活化分子数 增加 →单位时间内有效碰撞的几率 增加 →反应速率 增大 现代化学工业中，催化剂的应用十分普遍，近年来，就化工生产和技术发展而言，催化剂成为技术改造和更新的关键，生命现象中也存在大量的催化作用，催化剂的研究一直是高科技领域的重要作用。 【总结】 外界因素 活化能 分子 总数 活化分 子总数 活化分子百分数 单位体积 活化分子数 有效碰撞次数 反应速率 增大反应 物的浓度 不变 增多 增多 不变 增多 增多 加快 增大反应物的压强 不变 不变 不变 不变 增多 增多 加快 升高反应 物的温度 不变 不变 增多 增多 增多 增多 加快 使用催化剂 降低 不变 增多 增多 增多 增多 加快 除了改变浓度、温度、压强和选用催化剂等，还有很多改变反应速率的方法，如光辐射，超声波，强磁场、高速研磨等，总之，向反应体系中输入能量，都有可能改变反应速率 【课堂练习2】 1、下列说法不正确的是(　　) A．增大反应物浓度，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 B．增大压强，单位体积内气体的活化分子数增多，有效碰撞次数增多 C．升高温度，活化分子百分数增加，分子运动速度加快，有效碰撞次数增多 D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞次数增多 答案：A。【解析】A项，增大反应物浓度，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变。 2、下列说法错误的是(　　) ①当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应 ②发生有效碰撞的分子一定是活化分子 ③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 ④活化分子间每次碰撞都发生化学反应 ⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量 A．①④ B．③④ C．④⑤ D．②⑤ B。解析：活化分子间的碰撞有适当的取向时，才能发生有效碰撞；活化分子间只有发生有效碰撞时，才能发生化学反应。 3、已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下 ①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)　快 ②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A． 该反应的速率主要取决于①的快慢 B． 增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 C． NOBr2是该反应的催化剂 D．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 答案：D【解析】反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故B错误。NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故C错误；由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1，故D正确； 4、有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　) A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞就一定能发生化学反应 B．增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞的几率增大，反应速率增大 A。解析：活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应，如果不是有效碰撞，则不能发生反应，故A项错误；增大反应物的浓度，活化分子的浓度增大，有效碰撞次数增多，反应速率增大，故B项正确；升高温度，活化分子的百分数增大，从而使有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，故C项正确；催化剂能降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，反应速率增大，故D项正确。 5、某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)　ΔH＞0，下列叙述正确的是(　　) A．在容器中加入氩气，反应速率不变 B．加入少量W，逆反应速率增大 C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大 A。解析：在容器中加入氩气，压强增大，但参与反应的物质的浓度不变，所以反应速率不变，A项正确；W是固体，所以加入少量W，正、逆反应速率均不变，B项不正确；升高温度，正、逆反应速率均增大，C项不正确；将容器的体积压缩，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增多，反应速率加快，但活化分子的百分数不变，D项不正确。 三、化学反应速率图像 1、全程速率—时间图 (1)Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化如图所示。 AB段：Zn与盐酸反应是放热反应，随着反应进行，溶液的温度升高，化学反应速率逐渐增大。 BC段： 随着反应的进行，盐酸浓度逐渐减小，化学反应速率逐渐减小。 (2)H2C2O4溶液中加入酸性KMnO4溶液，随着反应的进行，反应速率随时间的变化如图所示 反应方程式 2KMnO4 +5H2C2O4 +3H2SO4 = K2SO4 +MnSO4 +10CO2 ↑+8H2O AB段：反应产生的Mn2＋对该反应起催化作用 BC段：随着反应的进行，反应物的浓度逐渐减小，化学反应速率逐渐减小 2、速率—温度图 其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大 其他条件一定，反应速率随着温度的降低而减小 3、速率—压强图 其他条件一定，增大气态反应物的压强(缩小容器的容积)，反应速率随着压强的增大而增大；其他条件一定，减小气态反应物的压强(增大容器的容积)，反应速率随着压强的减小而减小 【课堂练习3】 1、在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，其中①加入MnO2催化，②不加MnO2催化。下图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是(　A　) 答案：A【解析】由图象知，横坐标为时间，纵坐标为V(O2)，只要H2O2的量相同，两种情况下最终产生O2的体积相同，①中加人MnO2作催化剂，加快了H2O2的分解速率，在相同时间内产生O2的体积比②大,反应结束时所用时间短，故选A。 2、把在空气中久置的铝片5.0 g投入盛有500 mL 0.5 mol·L－1 H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与H2SO4反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题： (1)曲线O→a段，不产生氢气的原因是久置的铝片表面有氧化铝薄膜，会先与H2SO4反应，有关反应的化学方程式为Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O (2)曲线a→b段，产生氢气的速率增大的主要原因是该反应是放热反应，体系温度升高，化学反应速率增大 (3)曲线上b点之后，产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是随着反应的进行，HSO:溶液的浓度减小，化学反应速率逐渐减小. 【课后作业】 1．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．保持压强不变，充入N2使容器的体积增大 B．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入H2O(g) D．增加C的量 【答案】D 【详解】A．保持压强不变，充入N2使容器体积增大，气体浓度减小，反应速率减小，故A不符合题意； B．将容器的体积缩小一半，压强增大，气体浓度增大，反应速率增大，故B不符合题意； C．保持体积不变，充入H2O(g)    ，相对于增大水蒸气浓度，反应速率增大，故C不符合题意； D．反应中C为固体，故增加C的量，C的浓度不变，对反应速率几乎无影响，故D符合题意； 答案选D。 2．在一定温度下，某反应达到了化学平衡，其反应过程对应的能量变化如图。下列说法不正确的是    A．该反应达平衡后，升高温度平衡逆向移动 B．该反应为放热反应， C．所有活化分子的平均能量高于所有分子的平均能量 D．使用催化剂可以降低反应的焓变和活化能 【答案】D 【详解】A．由于该反应为放热反应，达平衡后，升高温度，逆反应的速率加快的幅度大于正反应速率加快的幅度，平衡逆向移动，故A正确； B．反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，反应的焓变等于正反应的活化能与逆反应的活化能之差，即ΔH=Ea−，B正确； C．在相同温度下，分子的能量并不完全相同，活化分子的能量较高，所以活化分子的平均能量大于所有分子的平均能量，C正确； D．催化剂可以降低反应的活化能，但是不能改变反应热，D错误； 答案选D。 3．下列说法不正确的是 A．化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞 B．普通分子也能发生碰撞 C．增大反应物浓度会加快反应速率的原因是增加了单位体积内活化分子的百分数 D．升高温度会加快反应速率，原因是提高了分子的能量，使有效碰撞频率增大 【答案】C 【详解】A．化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞，故A正确； B．分子在不断的运动，故普通分子也能发生碰撞，故B正确； C．增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内分子数目增多，活化分子百分数不变，故C错误； D．升高温度会加快反应速率，原因是提高了分子自身的能量，使部分普通分子转化为活化分子，故增加了活化分子的数目，从而增加有效碰撞次数，使有效碰撞频率增大，故D正确； 故选C。 4．反应4NH3+5O2=4NO+6H2O（g）在5L密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率Vx为（） A．VO2=0.01mol•L-1•s-1 B．VNO=0.008mol•L-1•s-1 C．VH2O=0.002mol•L-1•s-1 D．VNH3=0.002mol•L-1•s-1 【答案】D 【详解】在5L的密闭容器中进行，半分钟后NO的物质的量增加了0.3mol，则v(NO)==0.002 mol/(L) ,故B错误；根据化学反应中速率之比就等于化学反应计量数之比，所以v(O2)= v(NO)=0.0025 mol/(Ls)，故A错误；v(H2O)=v(NO)=0.003 mol/(L)，故C错误；v(NH3)=v(NO)=0.002 mol/(L)，故D正确； 所以本题答案：D。 5．某小组为了探究影响溶液与溶液在酸性条件下反应速率的因素，设计如表所示的实验方案。 实验 () () () () /mL 褪色时间t/min 1 3.0 2.0 1.0 0.0 2.0 8 2 3.0 2.0 2.0 0.0 a 6 3 4.0 2.0 2.0 0.0 0.0 4 4 3.0 2.0 1.0 0.5 b 3 下列说法不正确的是 A．a=1.0，b=1.5 B．溶液的酸碱性会影响该反应的化学反应速率 C．该反应的离子方程式为 D．需先将、、、混合后，再与溶液混合、计时 【答案】C 【详解】A．探究实验方案两两之间应保持单一变量，则四组实验的溶液总体积相等，利用混合溶液褪色时间判断变量对反应速率的影响。据题意可知，4组实验溶液总体积应相同，则a=1.0，b=1.5，故A正确； B．由实验1，2可知，变量是混合后硫酸的浓度不一致，导致褪色时间不一致，即反应速率不一致，故酸的浓度(溶液的酸性)会影响该反应化学反应速率，故B正确； C．是弱酸的酸式酸根离子，不能拆写，该反应的离子方程式为，故C错误； D．需先将、、、混合后，再与溶液混合，反应开始，开始计时，故D正确； 故选C。 6．甲硫醇是一种重要的原料和化工试剂，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图。下列说法中不正确的是 A．过程①S-H键断裂为放热过程 B．过程⑤形成了O-H键和C-H键 C．催化剂可有效提高反应速率 D．硫化氢与甲醇合成甲硫醇的反应类型为取代反应 【答案】A 【分析】通过催化过程可以看出，硫化氢加入催化剂后将硫化氢中的氢硫键断开形成-SH和氢原子，加入甲醇后，甲醇分子吸附在催剂表面，将氢氧键断开，-SH取代了-OH的位置形成了甲硫醇和水。 【详解】A．化学键的断裂需要吸收能量，因此过程①S-H键断裂为吸热过程，A错误； B．过程⑤中，生成了CH3SH和H2O，结合图示，由分析可知，O—H键和C—H键是新形成的，B正确； C．催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率，C正确； D．取代反应是指化合物或有机物分子中任何一个原子或原子团被试剂中同类型的其它原子或原子团所替代的反应，该反应中-SH取代了-OH的位置形成了甲硫醇和水，属于取代反应，D正确； 故选A。 7．合成氨是目前最有效工业固氮的方法，可解决数亿人口生存问题。科学家研究利用铁触媒催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。下列说法错误的是    A．合成氨总反应正反应的活化能高于逆反应的活化能 B．该历程的决速步为 C．合成氨总反应的反应热为 D．铁触媒能使反应物活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多 【答案】A 【分析】反应活化能指分子从常态转变为容易发生反应的活跃状态所需的能量。 【详解】A．根据反应历程图像可知合成氨为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，故反应物到活跃状态需要的能量少，生成物到反应活跃状态需要的能量多，则合成氨总反应N2+3H22NH3正反应的活化能小于逆反应的活化能，A错误； B．能量壁垒最大步决定反应速率，根据反应历程图可知该历程的决速步为Nad+3Had=NHad+2Had  △H=+106kJ⋅mol−1，B正确； C．根据反应历程图可知，mol氮气完全反应生成氨气放热46 kJ，则1mol氮气完全反应生成氨气放热92kJ，合成氨总反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H=−92kJ⋅mol−1，C正确； D．铁触媒催化剂，能降低正反应的活化能，使反应物活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，D正确； 故答案为：A。 8．为了探究不同因素对反应：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S↓+H2O的反应速率影响，设计了以下实验。关于实验设计说法错误的是 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 ① 25 5 0.1 10 0.1 5 ② 25 5 0.2 5 0.2 10 ③ 35 5 0.1 10 0.1 5 ④ 35 5 0.2 5 0.2 10 A．实验①和③探究了温度对反应速率的影响 B．实验①和②探究了Na2S2O3和H2SO4浓度对反应速率的影响 C．实验④最先出现浑浊 D．H2O的作用是保证溶液总体积相同 【答案】B 【详解】A．实验①和③中Na2S2O3溶液的浓度、体积，稀H2SO4的浓度、体积，H2O的体积均相同，只有温度不同，则探究了温度对反应速率的影响，A正确； B．实验①和②中Na2S2O3溶液起始浓度分别为、，H2SO4溶液浓度分别为=0.05mol/L、，即实验①和②中Na2S2O3浓度不同，温度、硫酸的浓度均相同，能探究Na2S2O3浓度对反应速率的影响，不能探究H2SO4浓度对反应速率的影响，B错误； C．实验①和③其它条件相同，温度不同，温度高的实验即③反应速率最快；实验②和④其它条件相同，温度不同，温度高的实验即④反应速率最快；实验③和④中Na2S2O3溶液起始浓度分别为、，H2SO4溶液浓度分别为=0.05mol/L、，即实验③和④中Na2S2O3浓度不同，温度、硫酸浓度相同，Na2S2O3浓度大的即④反应速率更快，综上所述，实验④反应速率最快，最先出现浑浊(S)，C正确； D．各组实验溶液总体积均为20mL，H2O的作用是保证溶液总体积相同，D正确。 答案选B。 10．某同学为了探究锌与盐酸反应过程中速率变化,他在100ml稀盐酸中加足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气，实验记录如表所示（累计值）： 时间/min 1 2 3 4 5 氢气体积/ml 50 120 232 290 310 ①哪一时间段（指0～1、1～2、2～3、3～4、4～5min）反应速率最大？ ②哪一时间段的反应速率最小 ，原因是 。 ③求2～3 min时间段以盐酸的浓度变化来表示的该反应速率是 。 ④如果反应太激烈，为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液： A．蒸馏水、B．NaCl溶液、C．NaNO3溶液、D．ZnSO4溶液、E．Na2CO3溶液， 你认为可行的是 （填字母）。 【答案】 2～3min 4～5 min H+浓度降低（盐酸浓度降低） 0.1mol·L-1·min-1 ABD 【详解】(1)在0～1、1～2、2～3、3～4、4～5min时间段中，产生气体的体积分别为50mL、70mL、112mL、68mL、20mL，由此可知反应速率最大的时间段为2～3 min； (2)反应速率最小的时间段是4～5min时间段，此时温度虽然较高，但H+浓度小； (3)在2～3min时间段内，n(H2)==0.005mol，根据2HCl～H2，计算消耗盐酸的物质的量为0.01mol，则υ(HCl)==0.1 mol/(L•min)； (4)A．加入蒸馏水，H+浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量，故A正确；B．加入NaCl溶液，H+浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量，故B正确；C．加入NaNO3溶液，H+浓度减小，但酸性溶液里NO3-有强氧化性，无氢气生成，故C错误；D．加入ZnSO4溶液，H+浓度减小，反应速率减小且不减少产生氢气的量，故D正确；E．加入Na2CO3溶液，生成CO2气体，影响生成氢气的量，故E错误；故答案为ABD。 15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$