第2章 第1节 第2课时 影响化学反应速率的因素 活化能（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第2课时　影响化学反应速率的因素　活化能 课程标准 核心素养目标 1.通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。 2．知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。 3．能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响。能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。 1.证据推理与模型认知：建构分析外界因素影响化学反应速率的碰撞理论模型，促进“证据推理”化学学科核心素养的发展。 2．科学探究与创新意识：通过定性与定量研究影响化学反应速率的因素，提高学生设计探究方案、进行实验探究的能力。 [对应学生用书P23] 一、影响化学反应速率的因素 1．影响化学反应速率的主要因素(内因) 在相同条件下，不同的化学反应的反应速率首先是由反应物的组成、结构和性质等因素决定的。 2．定性与定量研究影响化学反应速率的因素(教材探究) (1)探究实验 Ⅰ ：定性探究影响化学反应速率的外界因素 ①实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O、2H2O22H2O＋O2↑。 ②实验方案设计： 影响因素 实验步骤 实验现象比较 结论 浓度 试管1、2均产生黄色浑浊，试管2出现浑浊更快 其他条件相同，增大反应物浓度，化学反应速率增大 温度 混合后均产生黄色浑浊，但70 ℃热水一组先产生浑浊 其他条件相同，升高温度，化学反应速率增大 催化剂 试管1中无明显现象，试管2中出现大量气泡 其他条件相同，使用催化剂，可增大化学反应速率 (2)实验探究 Ⅱ ：通过实验测定并比较下列化学反应的速率。 ①实验步骤： i.按右图所示组装实验装置，在锥形瓶内放入2 g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/L H2SO4溶液，测量并记录收集10 mL H2所用时间。 ii.若用4 mol/L H2SO4溶液代替1 mol/L H2SO4溶液重复上述实验，测量收集10 mL H2所用时间。 ②实验现象：锌与稀硫酸反应产生气泡(写现象)，收集10 mL 气体，ii所用时间比i所用时间短。 ③实验结果： 加入试剂 反应时间长短 反应速率大小 40 mL 1 mol/L 硫酸 长 小 40 mL 4 mol/L 硫酸 短 大 ④实验结论：4 mol/L硫酸与锌反应的速率比1 mol/L硫酸与锌反应的速率大。 3．浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响规律(其他条件相同) 外界条件 反应速率变化 浓度 增大反应物浓度 增大 降低反应物浓度 减小 温度 升高温度 增大 降低温度 减小 催化剂 加入催化剂 改变 压强(有气体参加的化学反应) (缩小体积)增大压强 增大 (扩大体积)减小压强 减小 [微点归纳]　大量实验证明，温度每升高10 ℃，化学反应速率通常增大为原来的2～4倍。这表明温度对反应速率的影响非常显著。 二、活化能 1．基元反应和反应历程 (1)基元反应：大多数化学反应往往经过多个反应步骤才能实现，每一步反应都称为基元反应。基元反应反映了反应历程。反应历程又称反应机理。 例如，2HI===H2＋I2依次经过两步基元反应完成：2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2。 (2)基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。 2．有效碰撞理论 (1)基本定义 术语 基本定义 有效碰撞 能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞 活化分子 发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫做活化分子 活化能 活化分子具有的平均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 (2)活化能与反应热的关系 3．用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 条件 影响结果及分析 浓度 其他条件相同时，反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小 温度 其他条件相同时，升高温度→反应物分子的能量增加→活化分子的百分数增加→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小 压强 对于有气体参加的化学反应，其他条件相同时，增大压强→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大；反之，化学反应速率减小 催化剂 其他条件相同时，使用催化剂→改变了反应历程→反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大 ◆名师点拨 浓度对化学反应速率的影响 (1)固体和液体纯物质的浓度视为常数，改变其物质的量，化学反应速率不变。 (2)固体物质的反应速率与其表面积有关，颗粒越小，表面积越大，反应速率越大，但不能通过增加固体的量来增大表面积。 (3)对于离子反应，只有实际参加反应的离子浓度变化，才会引起化学反应速率的改变。 例如，FeCl3溶液和KSCN溶液反应：Fe3＋＋3SCN－⥫⥬Fe(SCN)3，加入少量KCl固体，反应速率不变。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆特别提醒 温度对化学反应速率的影响 (1)温度对化学反应速率的影响规律对放热反应、吸热反应都适用，且不受反应物状态的限制。 (2)对于可逆反应，温度对正、逆反应速率的影响具有“一致性”，即升高温度，正、逆反应速率均增大，反之，则减小。 ◆名师点拨 催化剂对化学反应速率的影响 (1)催化剂只改变化学反应速率，不能改变反应热(ΔH)。 (2)对于可逆反应，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，即正、逆反应速率增大(或减小)的倍数相同。 ◆拓展延伸 压强对化学反应速率的影响 对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。如图所示： 由图可知，其他条件相同时，增大压强，气体体积缩小，浓度增大，化学反应速率增大。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆深度剖析 有效碰撞的条件 HI分解反应中分子碰撞示意图如下： (1)有效碰撞的条件：①反应物分子必须具有足够能量(活化分子)；②碰撞要有合适的取向。 (2)有效碰撞的实质：能使化学键断裂，从而发生化学反应。 ◆易错警示 (1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子发生的碰撞不一定都是有效碰撞，只有具有合适取向的碰撞才是有效碰撞。 (2)改变浓度和压强，不能改变活化分子百分数，改变温度或使用催化剂，才能改变活化分子百分数。 (3)对于有气体参与的反应，改变压强，气体体积改变，气体的浓度改变，从而引起化学反应速率的变化。 ◆要点图解 化学反应经历的过程 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P26] 探究一 反应条件对化学反应速率的影响 某化学小组为了探究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验： [实验原理]　2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O [实验内容及记录] [问题设计] (1)实验①②所探究反应速率的影响因素是什么？ 提示：实验①②中H2C2O4溶液的浓度不同，其他条件相同，探究的是浓度对反应速率的影响。 (2)探究温度对化学反应速率的影响，应选择哪两组实验？V应是多少？为什么？ 提示：应选择实验②③，V应为3.0，保证H2C2O4、H2SO4的浓度相等。 1．反应条件对化学反应速率的影响及分析 (1)分析反应特点，看是否有气体、固体或纯液体参与反应。若有气体参与反应，则压强对反应速率有影响；若有固体或纯液体参与反应，改变其物质的量，反应速率不变。 (2)基于“控制变量法”，分析反应条件对化学反应速率的影响： 2．充入非反应气体(如He)对化学反应速率的影响 对于反应aA(g)＋bB(g)⥫⥬cC(g)，恒温条件下，向反应体系中充入少量氦气，利用“模型法”分析化学反应速率的变化，思维流程如下： 【例1】 某温度下，恒容密闭容器中进行反应：X(g)＋Y(g)⥫⥬Z(g)＋W(s)　ΔH>0，下列叙述错误的是(　　) A．向容器中充入少量氩气，反应速率不变 B．加入少量W，逆反应速率不变 C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．加入催化剂，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增大 C　解析：向恒容密闭容器中充入少量氩气，原反应体系中各物质的浓度不变，故反应速率不变，A正确；W是固体，增大W的用量，反应速率不变，B正确；升高温度，活化分子百分数增大，正、逆反应速率都增大，C错误；加入催化剂，降低反应的活化能，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增加，化学反应速率增大，D正确。 解答本题的思路如下： (1)分析反应的特点W是固体，ΔH＞0。 (2)结合反应条件对反应速率的影响及规律，分析温度、催化剂、非反应气体等对反应速率的影响。 1．下列增大化学反应速率的措施合理的是(　　) A．大理石与盐酸反应制取CO2时，将盐酸改为等浓度的硫酸 B.往工业合成氨的恒容容器中通入He，以增大体系压强 C．Zn与稀盐酸反应制取H2时，在反应容器中加入少量CuSO4溶液 D．将H2O2与KMnO4溶液置于100 ℃恒温反应器中进行反应 C　解析：由于硫酸与碳酸钙反应生成微溶物硫酸钙，覆盖在大理石表面阻止反应继续进行，故大理石与盐酸反应制取CO2时，将盐酸改为等浓度的硫酸，不能增大反应速率，A错误；往工业合成氨的恒容容器中通入He以增大体系压强，反应体系各物质的浓度不变，反应速率不变，B错误；Zn与稀盐酸反应制取H2时，在反应容器中加入少量CuSO4溶液，Zn置换出铜附在Zn上形成微小原电池反应，从而增大反应速率，C正确；将H2O2与KMnO4溶液置于100 ℃恒温反应器中进行反应，由于H2O2在高温条件下分解，导致H2O2浓度减小甚至完全分解，反应速率不一定增大，D错误。 探究二 建构碰撞理论模型，解释反应条件对速率的影响 化学反应中分子(或离子)之间的碰撞类似于篮球场上运动员的投篮： 在(1)中，运动员没有提供足够的能量，球没有落入篮筐；在(2)中，球虽然具有足够的能量，但没有合适的取向，球也没有落入篮筐；在(3)中，球具有足够的能量和合适的取向，球落入篮筐。 [问题设计] (1)结合图中信息，引发化学反应，分子(或离子)的碰撞必须具备哪些条件？ 提示：①具有足够的能量(活化分子)；②碰撞有合适的取向。 (2)基于有效碰撞理论，分析升高温度和使用催化剂对反应速率影响的异同点。 提示：相同点：升高温度或使用催化剂，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大； 不同点：升高温度，分子具有能量增加，活化分子百分数增大，而使用催化剂，降低活化能，活化分子百分数增大。 运用有效碰撞理论，解释反应条件对化学反应速率的影响 【例2】 某反应在有无催化剂条件下的能量变化如下图所示，下列说法不正确的是(　　) A．反应过程a无催化剂参与 B．该反应为放热反应，热效应等于ΔH C．有催化剂条件下，反应的活化能等于E1－E2 D．使用催化剂可改变该反应的活化能，增加单位体积内反应物分子中活化分子的数目，但是不能改变反应的ΔH C　解析：使用催化剂能降低反应的活化能，根据图像可知，反应过程b使用了催化剂，反应过程a无催化剂参与，A正确；根据图像可知，反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，该反应为放热反应，在中学阶段一般认为热效应等于ΔH，B正确；E1、E2分别代表反应过程中各步反应的活化能，整个反应的活化能为能量高的E1，C错误；催化剂能改变反应历程，可改变反应的活化能，一般加入催化剂，降低反应的活化能，增加单位体积内反应物分子中活化分子的数目，ΔH在一定条件下，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，D正确。 2．下列说法有错误的是(　　) A．对有气体参加的化学反应，增大压强，可使单位体积内活化分子数增加，因而反应速率增大 B.活化分子之间发生的碰撞一定是有效碰撞 C．升高温度，一般可使活化分子的百分数增大，因而反应速率增大 D．加入适宜的催化剂，可使活化分子的百分数增加，从而增大反应速率 B　解析：增大压强体系体积减小，对于有气体参加的反应，可使单位体积内活化分子数增加，反应速率增大，A正确；活化分子之间的碰撞分为有效碰撞和无效碰撞，B错误；升高温度，反应体系中物质的能量升高，一般可使活化分子的百分数增大，因而反应速率增大，C正确；适宜的催化剂可使反应的活化能减小，使活化分子的百分数增加，从而增大化学反应的速率，D正确。 [对应学生用书P28] 1．对于反应C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能改变化学反应速率的是(　　) A．增大CO(g)或H2(g)的浓度 B．增大H2O(g)的浓度 C．增大C(s)的量 D．减小H2O(g)的浓度 C　解析：增大CO(g)或H2(g)的浓度，反应速率增大，A不符合题意；增大H2O(g)的浓度，反应速率增大，B不符合题意；增大C(s)的量，由于C为纯固体，所以反应速率不变，C符合题意；减小H2O(g)的浓度，反应速率减小，D不符合题意。 2．对于一定条件下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，改变下列条件，可以增大反应物分子中活化分子百分数的是(　　) ①增大压强(缩小容器的容积)　 ②升高温度 ③使用催化剂　 ④增大反应物浓度 A．②③ B．①② C．①②③ D．①②④ A　解析：升高温度，普通分子获得能量变成活化分子，活化分子百分数增大；使用催化剂，降低活化能，普通分子变成活化分子，活化分子百分数增大。 3．亚氯酸盐(如NaClO2)可作漂白剂，在常温、不见光条件下可保存一年，在酸性条件下发生反应：5ClO＋4H＋===4ClO2↑＋Cl－＋2H2O，开始时，反应非常慢，一段时间后，反应速率变大。对于该反应速率变大的原因，下列猜测最合理的是(　　) A．ClO起催化作用 B．H＋起催化作用 C．Cl－起催化作用 D．ClO2的逸出 C　解析：反应开始时溶液中就有ClO，但是反应却非常慢，说明ClO不起催化作用，A错误；反应开始时溶液中就有H＋，但反应非常慢，说明H＋不起催化作用，B错误；随着反应的进行，反应产生Cl－，使溶液中Cl－浓度逐渐增大，反应速率增大，故可说明可能是Cl－对化学反应起催化作用，C正确；ClO2的逸出会导致物质浓度减小，不会出现反应速率突然增大的现象，D错误。 4．某实验小组用0.1 mol/L Na2S2O3溶液和0.1 mol/L硫酸为反应物，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验记录如下表。 已知：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O 实验 序号 温度 Na2S2O3 溶液 硫酸 H2O 出现沉淀所 需的时间 Ⅰ 0 ℃ 5 mL 5 mL 10 mL 12 s Ⅱ 0 ℃ 5 mL 10 mL 5 mL t s Ⅲ 0 ℃ 5 mL 7 mL a mL 10 s Ⅳ 30 ℃ 5 mL 5 mL 10 mL 4 s 下列说法不正确的是(　　) A．实验 Ⅱ 中10<t<12 B．实验 Ⅲ 中a＝8 C．对比实验 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 可得：温度相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大 D．对比实验 Ⅰ 、Ⅳ可得：浓度保持不变时，升高温度，化学反应速率增大 A　解析：实验 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 是在相同温度下进行，且实验 Ⅱ 的硫酸浓度比实验 Ⅰ 、 Ⅲ 的浓度大，反应速率大，则t<10，A错误；对比表格中数据可知，0.1 mol/L Na2S2O3溶液体积不变，只有硫酸和水的体积在变，为了保证实验的准确性，硫酸和水的体积之和都是15 mL，则a＝15－7＝8，B正确；从表格中的数据可知，温度相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大，C正确；对比实验 Ⅰ 、Ⅳ可知，溶液的体积都相同，只有温度不同，实验Ⅳ的温度高于实验 Ⅰ 的温度，而且实验Ⅳ所用时间远小于实验 Ⅰ 的时间，故浓度保持不变时，升高温度，化学反应速率增大，D正确。 5．氢气在氧气中燃烧主要经历以下四步基元反应：①H2―→2H·(慢反应)；②H·＋O2―→·OH＋O·(快反应)；③O·＋H2―→·OH＋H·(快反应)；④·OH＋H2―→H2O＋H·(快反应)。下列说法正确的是(　　) A．第①步反应中H2分子的碰撞仅部分有效 B．在这四步反应中，第①步反应的活化能最低 C．第②步反应中H·与O2的每一次碰撞都为有效碰撞 D．H·和O·是反应的中间产物，能在体系中稳定存在 A　解析：第①步是慢反应，则H2分子的碰撞仅部分有效，A正确；这四步反应中，第①步反应为慢反应，其余均为快反应，活化能越高反应速率越小，故第①步反应的活化能最高，B错误；能够发生化学反应的分子碰撞才是有效碰撞，第②步反应中H·与O2的碰撞并不是每一次碰撞都为有效碰撞，C错误；由题干信息可知，反应②③④均为快反应，说明H·和O·是反应的中间产物，不能在体系中稳定存在，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$