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

第2课时　影响化学反应速率的因素 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，认识其一般规律。 2．通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。 3．通过“外界条件对化学反应速率的影响”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。 1.宏观辨识与微观探析：通过实验，从宏观上认识浓度、压强、温度、催化剂等外界因素影响化学反应速率的规律及原因。 2．变化观念与平衡思想：形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对化学反应速率的影响，能运用化学反应原理分析影响化学反应速率的因素，初步学会运用控制变量的方法研究化学反应。 [对应学生用书P51] 一、碰撞理论 1．有效碰撞 2．基元反应 基元反应：反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应。 3．活化分子和活化能 (1)活化分子：化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子。 (2)活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差。 (3)化学反应的过程中的活化能 4．化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系 反应的活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。 二、影响化学反应速率的因素 1．内因——反应物的性质 影响化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质。例如金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。 2．外因——外界因素 (1)浓度 ①规律：其他条件相同时，增加反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。 ②解释： (2)压强 ①规律：对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强，反应速率增大；减小压强，反应速率减小。 ②解释： 如图所示： (3)温度 ①规律：其他条件相同时，升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小。 ②解释： (4)催化剂 ①过渡态理论要点 a．反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。 b．Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能。化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。正反应的ΔH＝Ea－Ea′。 ②催化剂对反应速率的影响 a．催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率的。有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，则反应速率较大；没有催化剂参与的反应，活化能(Ea2)较大，则反应速率较小。 b．使用催化剂同时降低了正反应和逆反应的活化能，但反应的ΔH不变。 (5)其他因素对化学反应速率的影响 如光、电磁波、超声波、增大反应物间的接触面积等，均会对化学反应速率产生影响。 [对应学生用书P53] 探究一 影响化学反应速率的因素 以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使化学反应速率改变。 [问题设计] (1)为什么增加反应物的浓度会影响化学反应速率？ 提示：其他条件不变，当增加反应物的浓度时，单位体积中活化分子的数目增多，有效碰撞的次数增多，导致化学反应速率增大。 (2)增大压强一定能增大化学反应速率，减小压强一定能减小化学反应速率吗？为什么？如何理解“改变体系压强可改变化学反应速率”？ 提示：其他条件不变时，增大压强不一定增加反应物的浓度，单位体积中活化分子的数目不一定增多，有效碰撞的次数不一定增多，反应速率不一定增大。其他条件不变时，减小压强不一定减小反应物的浓度，单位体积中活化分子的数量不一定减少，有效碰撞的频率不一定减小，反应速率不一定减小。所以，只有改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。 (3)为什么改变温度会影响化学反应速率？ 提示：在其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使活化分子百分数增多，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大。 (4)催化剂改变化学反应速率时是否改变化学反应的焓变？ 提示：催化剂通过改变化学反应的活化能改变化学反应的反应速率，但不能改变化学反应的焓变。 (5)锌与100 mL 2 mol·L－1盐酸反应，下列措施如何改变化学反应速率？你是如何进一步理解浓度对反应速率的影响？ ①加入NaCl固体　②加入NaCl溶液 ③加入2 mol·L－1盐酸　④加入硫酸钠固体　⑤将锌片换成锌粒 提示：①加入NaCl固体不影响； ②加入NaCl溶液，稀释，氢离子浓度减小，反应速率减小； ③加入2 mol·L－1盐酸，氢离子浓度不变，反应速率不变；④加入硫酸钠固体不影响；⑤将锌片换成锌粒增大接触面积，化学反应速率增大。 浓度对反应速率的影响是实际参加反应离子浓度的变化。固体的多少不影响化学反应速率，但固体的表面积增大，化学反应速率增大。 (6)在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图)。分析下列问题，同时体会压强对化学反应速率的影响。 ①向下压缩活塞，各物质浓度怎样变化，反应速率怎样变化？ 提示：压缩体积，H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度均增大，反应速率增大。 ②如果保持温度和容器容积不变，向其中充入稀有气体He，增大压强，反应速率怎样变化？ 提示：容积不变，则H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度不变，化学反应速率不变。 ③保持温度和容器内压强不变，向其中充入稀有气体He，H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度怎样变化？化学反应速率怎样变化？ 提示：温度、压强不变，充入He，必然要增大容器体积，使H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度减小，化学反应速率减小。 1．纯液体和固体对反应速率的影响因素分析 纯液体和固体的浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率，但固体颗粒的大小影响接触面积的大小，故影响反应速率。 2．压强对化学反应速率影响的分析 (1)恒温时 增大压强体积缩小气体浓度增大化学反应速率增大。 (2)恒温恒容时 ①充入反应气体该物质浓度增大化学反应速率增大。 ②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar 等不参与原反应也不干扰原反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，化学反应速率不变。 (3)恒温恒压时 充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小化学反应速率减小。 3．温度对化学反应速率影响的分析 升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞次数，因此升高温度可以增大化学反应速率。反之，降低温度可以减小化学反应速率。 4．催化剂对化学反应速率影响的分析 (1)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间。 (2)理论解释：使用催化剂→降低化学反应所需的活化能→更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→显著增大化学反应速率。 (3)催化剂只有在适宜的温度下活性才能达到最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。 【例1】 (2024·江苏镇江高二质检)不足量的锌粉与100 mL 0.1 mol·L－1 的稀硫酸反应，反应的速率太小。为了增大此反应的速率而不改变H2 的产量，可以使用如下方法中的(　　) ①加H2O　②加NaOH 固体　③滴入几滴浓盐酸　④加CH3COONa固体　⑤加NaCl 溶液　⑥滴入几滴硫酸铜溶液　⑦升高温度　⑧改用10 mL 1 mol·L－1 硫酸 A．①②⑥⑦ B．③⑤⑧ C．③⑦⑧ D．④⑤⑦⑧ C　解析：根据题意可知，要增大化学反应速率但不能改变H2 的产量，即与稀硫酸反应的锌的量不能改变，故排除⑥；从影响化学反应速率的外界因素考虑，升高温度和增大H＋ 的浓度，都能增大该反应的速率，③⑦⑧正确，而①②④⑤均是减小硫酸的浓度，C正确。 外界条件对化学反应速率影响的理论解释 影响化学反应速率的外界条件主要有温度、浓度、压强和催化剂，其影响归纳如下： (1)有效碰撞理论 (2)过渡态理论 1．(2023·福建龙岩高二期末)在C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)的反应中，现采取下列措施：①缩小体积，增大压强　②增加炭的量　③恒容下通入CO2　④恒容下充入N2　⑤恒压下充入N2，其中能够使反应速率增大的措施是(　　) A．①④ B．②③⑤ C．①③ D．①②④ C　解析：①该反应为有气体参加的反应，增大压强，反应速率增大；②增加固体物质的量不影响化学反应速率；③恒容下通入CO2，反应物浓度增大，反应速率增大；④恒容下充入N2，反应物的浓度不变，反应速率不变；⑤恒压下充入N2，反应体系体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小，C正确。 探究二 控制变量法研究对化学反应速率的影响 结合下列反应： Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O 2H2O2===2H2O＋O2↑ 设计实验探究外界条件不同对化学反应速率的影响。 表一：浓度对化学反应速率的影响 编号 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液 蒸馏水 0.1 mol· L－1硫酸 出现浑浊 的快慢 反应 温度 1 5 mL 0 mL 5 mL 室温 2 3 mL V mL 5 mL T 表二：温度对化学反应速率的影响 编号 水浴温 度/℃ 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液 的体积/mL 0.5 mol·L－1 硫酸的体 积/mL 出现 浑浊的 时间/s 1 20 V 5 87 2 70 5 5 16 表三：催化剂对化学反应速率的影响 编号 5%H2O2 溶液 1 mol·L－1 FeCl3溶液 蒸馏水 相同时间出现 气泡的多少 反应 温度 1 2 mL 1 mL 0 mL 较多 室温 2 V1 mL 0 mL V2 mL 较少 室温 [问题设计] (1)表一中V、T分别为多少？为什么？ 提示：Na2S2O3溶液浓度不同，硫酸浓度相同，因此V＝2，T是室温。 (2)表二中，V为多少？为什么？ 提示：V＝5。温度不同，浓度必须相同。 (3)表三中，V1、V2分别是多少？为何都是室温条件？ 提示：V1＝2，V2＝1。催化剂不同，其余条件必须相同。 “控制变量”实验探究及解题思路 (1)确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。 (2)定多变一：在探究时，应该先确定其他因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。 (3)数据有效：解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。 【例2】 (2023·江苏连云港高二质检)影响化学反应速率的因素有很多，某课外兴趣小组用实验的方法对其进行探究。 (1)实验一：取3 mol·L－1的H2O2溶液各10 mL分别进行下列实验，实验报告如下表所示。 实验序号 V(过氧 化氢溶 液)/mL V(氯 化铁溶 液)/mL 二氧化锰 质量/g 反应温 度/℃ V(水)/ mL 结论 1 10 2 0 50 8 2 10 2 0 30 8 3 10 0 1 30 a ①实验1、2研究的是 对H2O2分解速率的影响。 ②表中数据a的值应该为 ；实验2、3研究的是 对H2O2分解速率的影响。 ③如果实验3中30 s时共收集到气体的体积为11.2 mL(已折算成标准状况下)，则用过氧化氢表示的0～30 s的平均反应速率为 mol·L－1·min－1。 (2)实验二：已知Cu2＋对H2O2分解也具有催化作用，为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，该小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。回答相关问题。 ①装置甲：通过观察气泡产生的速率，比较二者的催化效果。但小组某同学提出将硫酸铜改为氯化铜更好，其理由可能是 。 ②通过装置乙也能比较二者的催化效果。同温同压下，均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略。则实验中还需要测量的数据是 。 (3)实验三：取等量的氯酸钾分别加入A、B两试管中，直接加热试管A中的氯酸钾，基本无气体产生；向试管B中再加入少量高锰酸钾，生成气体体积与时间的关系如图所示。不考虑温度的影响，分析：图中t1 min前，B试管中产生气体的速率较慢且量少的原因可能为 ，t1 min后，B试管中产生气体的速率较快且量多的原因可能为 。 答案：(1)①温度　②10　催化剂　③0.2 (2)①用氯化铜溶液，只有金属离子不同，得到的实验结论更可靠　②测定产生相同体积的气体所用的时间 (3)氯酸钾自身受热分解化学反应速率较慢　试管B中加热产生的二氧化锰对氯酸钾的分解有催化作用 解析：(1)①由实验目的及实验表中的数据分析，实验1、2研究的是温度对化学反应速率的影响；②实验2、3研究的是催化剂对化学反应速率的影响，催化剂种类不同，其余条件应相同，则a＝10；③由速率概念0～30 s的平均反应速率为0.2 mol·L－1·min－1。 (2)①用氯化铜溶液，只有金属离子不同，可排除阴离子对实验的影响，得到的实验结论更可靠。 ②比较催化效果，可测定产生相同体积的气体所用的时间。 (3)试管A中化学反应速率较慢；试管B中加热高锰酸钾产生的二氧化锰对氯酸钾的分解有催化作用。 2．(2023·福建莆田高二质检)为探讨化学反应速率的影响因素，设计的实验方案如下表。(已知I2＋2S2O===S4O＋2I－，其中Na2S2O3溶液浓度均相等且足量) (1)该实验进行的目的是 ； 淀粉溶液的作用是 。 (2)表中Vx＝ ，通过比较t1、t2、t3的大小，试推测该实验结论： 。 答案：(1)探究反应物(Na2S2O3)的浓度对化学反应速率的影响　作为显色剂，检验I2的存在 (2)4.0　其他条件不变，反应物浓度越大，化学反应速率越大 解析：(1)根据表中数据可知三次实验中实际改变的是硫代硫酸钠的浓度，故该实验的目的是探究反应物(Na2S2O3)的浓度对化学反应速率的影响。由于淀粉遇碘显蓝色，从反应原理看，可以采用淀粉作显色剂，根据碘水的淀粉溶液蓝色完全褪去所需时间来测定反应速率。 (2)为保持其他量相同，溶液的总体积是16.0 mL，所以表中Vx＝16.0－6.0－2.0－4.0＝4.0。 [对应学生用书P56] 1．对于反应4A＋2B⥫⥬3C，下列说法正确的是(　　) A.某温度时，化学反应速率无论用A、B、C中任何物质表示，其数值都相同 B．其他条件不变时，降低温度，化学反应速率减小 C．其他条件不变时，增大压强，化学反应速率一定加快 D．若增大或减小A的物质的量，化学反应速率一定会发生明显的变化 B　解析：对于该反应，用不同的反应物或生成物表示的反应速率，其数值不相同，A错误；如果反应物、生成物都不是气体，则增大压强对化学反应速率无影响，C错误；若A是固体或纯液体，增大或减小A的物质的量，对化学反应速率没有明显影响，D错误。 2．在恒温、恒容条件下，能使A(g)＋B(g)⥫⥬C(g)＋D(s)正反应速率增大的措施是(　　) A．减小C或D的浓度 B．再加入一定量D C．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度 D　解析：D为固体，减小D的量或增加D的量，对反应速率无影响，A、B错误；减小B的浓度，正反应速率减小，C错误；增大A或B的浓度，都可以增大正反应速率，D正确。 3．设反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)　ΔH＜0的正、逆反应速率分别为v1和v2，则温度升高时，v1和v2的变化情况为(　　) A．v1增大，v2减小　　　 B．v1减小，v2增大 C．v1和v2均增大 D．v1和v2均减小 C　解析：升高温度，化学反应的正、逆反应速率均增大，C正确。 4．某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减少的方法，研究影响反应速率的因素。所用硝酸浓度为1.00 mol·L－1、2.00 mol·L－1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验硝酸用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。 请完成以下实验设计表。 实验 编号 T/K 大理石 规格 硝酸浓度/ (mol·L－1) 实验目的 ① 298 粗颗粒 2.00 ( Ⅰ )实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响； ( Ⅱ )实验①和③探究温度对该反应速率的影响； ( Ⅲ )实验①和④探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响 ② ③ ④ 答案：②298　粗颗粒　1.00　③308　粗颗粒　 2．00　④298　细颗粒　2.00 解析：实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响，其他条件应相同而HNO3浓度不同，故实验②HNO3浓度应为1.00 mol·L－1。实验①和③探究温度对反应速率的影响，除了温度不同，其他条件要保持相同。实验①和④探究大理石规格(粗、细)对反应速率的影响，因此要求二者大理石的规格不同，一个用粗颗粒，另一个用细颗粒。 学科网（北京）股份有限公司 $$