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)-【精讲精练】2024-2025学年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 [学习目标]　1.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。2.初步运用有效碰撞理论和活化分子等知识解释外界条件对化学反应速率的影响。认识化学反应是有历程的及认识基元反应活化能对化学反应的影响。3.初步学会设计“对照实验”，比较条件的改变对化学反应速率快慢的影响。 知识点一　浓度对反应速率的影响 1．内因 化学反应速率首先是由反应物的组成、结构和性质等因素决定。 2．浓度对反应速率的影响 (1)实验探究 原理 Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O 实验操作 实验 现象 三组实验溶液均出现浑浊，产生浑浊的由快到慢顺序A>B>C 结论 当其他条件相同时，反应物浓度越大，反应速率越快 (2)规律 其他条件不变时 3．理论解释 (1)碰撞理论——化学反应的微观条件 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用碰撞理论理解化学反应的过程 ④有效碰撞与化学反应速率的关系 有效碰撞的频率越高，则反应速率越快。 (2)基元反应 ①概念 为了简化化学反应研究的模型，我们重点考查最简单的化学反应，即反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，也称为基元反应。 ②基元反应的活化能与反应速率的关系 每个基元反应都有对应的活化能，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，故化学反应速率越小。 (3)浓度对化学反应速率的微观解释 反应物浓度增大→单位体积内活化分子数目增多→单位时间内有效碰撞几率增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。 1．固体和纯液体的“物质的量”变化，化学反应速率改变吗？ 提示　不改变。因固体或纯液体的浓度可视为常数。 2．对于以下三个反应： (1)Zn和10 mL 0.1 mol·L－1的盐酸 (2)同样的Zn和20 mL 0.1 mol·L－1的盐酸 (3)Zn粉和20 mL 0.1 mol·L－1的盐酸 反应速率是否一样？为什么？ 提示　不一样。(1)和(2)相等，都小于(3)的反应速率，因为对于固体来说，其浓度为常数，其反应速率与表面积大小有关；另外对化学反应速率影响的是物质的量的浓度，而不是物质的质量或反应物的总量。 浓度对化学反应速率的影响 其他条件不变，增大反应物浓度，反应速率增大；反之，反应速率减小。 (1)固态或纯液体的浓度是常数，则有： ①增加固体用量时，化学反应速率不变； ②增大固体表面积或将固体溶于溶剂中，化学反应速率增大。 (2)随着化学反应的进行，反应物的浓度会逐渐减小，因此一般反应速率也会逐渐减小。　 1．常温下，反应A＋B===AB，按以下情况进行： ①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol ②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol ③0.1 mol·L－1的A、B溶液各10 mL ④0.5 mol·L－1的A、B溶液各50 mL 四者反应速率大小关系是(　　) A．②＞①＞④＞③　 B．④＞③＞②＞① C．①＞②＞④＞③ D．①＞②＞③＞④ 解析　①中c(A)＝c(B)＝＝0.5 mol·L－1，②中c(A)＝c(B)＝＝1 mol·L－1，③中c(A)＝c(B)＝＝0.05 mol·L－1，④中c(A)＝c(B)＝＝0.25 mol·L－1。 在其他条件一定的情况下，浓度越大，反应速率越大，所以反应速率由大到小的顺序为②＞①＞④＞③。 答案　A 2．1918年，Lewis提出化学反应碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞。 图Ⅰ 图Ⅱ (1)图Ⅰ是HI分解反应中HI分子之间的几种碰撞示意图，其中属于有效碰撞的是________(填“A”“B”或“C”)。 (2)20世纪30年代，化学家们在碰撞理论的基础上提出了过渡状态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。图Ⅱ是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：___________________________________________________________。 (3)下列叙述正确的是________。 ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 ②所有的化学反应都是经历几步基元反应完成的 ③增大反应物的浓度，虽然活化分子百分比未变，但单位体积内分子总数增加，使单位体积内活化分子总数增加，化学反应速率加快 解析　(1)有效碰撞是发生化学反应的碰撞，即有新物质生成的碰撞，显然C符合。(2)当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，反之吸热，注意热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态。 答案　(1)C　(2)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1　(3)③ 知识点二　压强对反应速率的影响 研究对象——气体模型的理解 1．影响规律 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： 2．规律 对于有气体参加的化学反应，在相同温度下， 3．微观解释 增大压强→气体体积缩小→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几率增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。 1．对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (1)恒温恒容条件下，向反应体系中充入氮气，反应速率如何变化？原因是什么？ (2)恒温恒容条件下，向反应体系中充入氦气，反应速率如何变化？原因是什么？ (3)恒温恒压条件下，向反应体系中充入氦气，反应速率如何变化？原因是什么？ (4)恒温条件下，增大容器体积，反应速率如何变化？原因是什么？ 提示　(1)反应速率增大。容积不变，充入氮气，反应物氮气浓度增大，反应速率增大。 (2)反应速率不变。容积不变，充入氦气，反应物氮气、氢气浓度均未变，反应速率不变。 (3)反应速率减小。压强不变，充入氦气，容积增大，反应物氮气、氢气浓度减小，反应速率减小。 (4)反应速率减小。容积增大，反应物氮气、氢气浓度减小，反应速率减小。 2．压强改变，反应速率一定改变吗？ 提示　不一定。只有压强改变引起气体反应物浓度改变，反应速率才会发生变化。 压强对反应速率的影响 对于有气体参加的反应而言，改变压强，对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变所致。所以，在讨论压强对反应速率的影响时，应区分引起压强改变的原因。 对于气体反应体系，有以下几种情况： (1)恒温时： 增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快。 (2)恒容时： ①充入气体反应物浓度增大总压增大反应速率加快； ②充入“惰气”总压增大，但各气体的分压不变，即各气体的浓度不变，反应速率不变。 (3)恒压时： 充入“惰气”体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。 1．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(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．把铁屑改为颗粒更细的还原铁粉 B．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 D．保持压强不变，充入N2使容器体积增大 解析　A项增大了固体反应物质的表面积，加快了反应速率；容器体积缩小一半，即压强增大，H2O(g)和H2的物质的量浓度都增大，正反应速率和逆反应速率都增大；体积不变充入N2，容器内总压强增大，但N2不参与反应，容器内H2O(g)和H2的物质的量浓度并没有增大或减小，因此正反应速率和逆反应速率都基本不变；充入N2，总压强虽然不变，但容器体积增大，容器内H2O(g)和H2的物质的量浓度都减小，正反应速率和逆反应速率都变小。 答案　C 2．反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变使其反应速率增大的是(　　) A．增加C(s)的量 B．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大 解析　A项，C为固体，增加其用量，不影响反应速率；B项，加压能使反应速率增大；C项，保持体积不变，充入N2后各反应物的浓度不变，不影响反应速率；D项，保持压强不变充入N2，容器体积增大，反应物浓度减小，使反应速率减小。 答案　B 知识点三　温度、催化剂对反应速率的影响 1．温度对化学反应速率的影响 (1)实验探究 实验操作 实验现象 溶液紫红色褪去所需时间长短：甲＞丙＞乙 实验结论 反应物的温度越高，反应速率越快 (2)影响规律：其他条件相同时，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小。经验规律，温度每升高10 K，反应速率增大至原来的2～4倍。 (3)微观解释 反之，反应速率减慢。 2．催化剂对化学反应速率的影响 (1)实验探究 原理 2H2O22H2O＋O2↑ 实验 操作 产生气泡快慢 A＞B＞C 结论 对比①与②和③可知：催化剂加快反应速率，不同催化剂的效率不同 (2)影响规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率加快。 (3)用过渡态理论解释催化剂加快化学反应速率 ①过渡状态理论简介：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。如图所示：Ea是正反应的活化能，Ea′是逆反应的活化能。 ②过渡态理论对催化剂影响化学反应速率的解释 使用催化剂→改变了反应的路径(如下图)，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→反应速率加快。 1．升高温度，对可逆反应的速率有何影响？ 提示　升高温度，可逆反应的正、逆速率均加快，只是加快的程度不同。 2．催化剂对化学反应的速率的影响有何特点？ 提示　不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。 1．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，对吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。升温时，化学反应速率增大；降温时，化学反应速率减小。 (2)对于可逆反应来说，升高温度，正、逆反应速率均增大，只是增大的程度不同；同理，降低温度，正、逆反应速率均减小，只是减小的程度不同。 (3)许多实验表明：温度每升高10 ℃，反应速率通常增大到原来的2～4倍。 (4)一般情况下，温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大，也更易控制。 2．催化剂对化学反应速率的影响 (1)有的催化剂能加快化学反应速率，有的催化剂能减慢化学反应速率，能加快化学反应速率的催化剂叫正催化剂；能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂。若不特别说明，凡是提到的催化剂均指正催化剂。 (2)可逆反应中催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率。 (3)催化剂具有选择性和高效性。 1．下列四个试管中发生如下反应：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑，产生H2的反应速率最小的是(　　) 试管 盐酸浓度 温度 锌的状态 A 0.5 mol·L－1 30 ℃ 块状 B 0.5 mol·L－1 30 ℃ 粉末状 C 1 mol·L－1 35 ℃ 块状 D 1 mol·L－1 35 ℃ 粉末状 解析　对于反应Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑来说，盐酸浓度越大，反应温度越高，固体的表面积越大，则反应速率越大，反之越小。 答案　A 2．已知反应：A2(g)＋B2(g)2AB(g)　ΔH＝＋59.0 kJ·mol－1该反应的能量变化曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．使用催化剂只提高了单位体积的活化分子数，未提高活化分子的百分数 B．曲线Ⅰ未使用催化剂，每生成2 mol AB(g)，吸收b kJ热量 C．曲线Ⅱ使用了催化剂，使该反应的ΔH>59.0 kJ·mol－1 D．曲线Ⅰ未使用催化剂，该反应正反应的活化能为(b＋59)kJ 解析　加入催化剂更多的分子成为活化分子，分子总数不变，则活化分子的百分数增大，故A错误；反应热ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能，所以反应热ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1，则每生成2 mol AB(g)，吸收(a－b) kJ热量，故B错误；使用催化剂不可以改变反应的焓变，故C错误；反应热ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能，该反应正反应的活化能为(b＋59)kJ，故D正确。 答案　D 1．设C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＞0的反应速率为v1，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0的反应速率为v2，对于这两个反应，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 解析　升高温度时，不论吸热反应还是放热反应，反应速率都增大。 答案　A 2．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，可增大单位体积内活化分子的百分数，有效碰撞次数增大 解析　A中Ar气增大了压强，但对反应体系内的分压无影响，反应速率不变，A正确；W为固体，其变化对速率无影响，升温，正逆反应速率均增加；压缩容器浓度增大，单位体积内活化分子数目增加活化分子百分数不变；B、C、D错误。 答案　A 3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　) 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 A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 解析　结合选项知混合液的体积都为20 mL，但选项D中反应温度高、反应物Na2S2O3的浓度大，其反应速率最快，故最先出现浑浊(有硫单质生成)，选D。 答案　D 4．一定温度下，反应H2＋Cl2===2HCl中的某一基元反应为H2＋Cl===HCl＋H，其能量变化如图所示。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。 答案　21.5　7.5 5．已知①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，反应速率为v1；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH＞0，反应速率为v2。 对于上述两个可逆反应，当改变条件时，试判断v1、v2的变化。(填“增大”“减小”或“不变”) (1)保持体积不变，反应①通入N2，反应②分离出I2(g)，v1________，v2________。 (2)保持压强不变，反应①②通入He， v1________，v2________。 (3)反应①、反应②均压缩体积， v1________，v2________。 (4)保持体积不变，反应①②通入He， v1________，v2________。 (5)其他条件不变，反应①②均升温， v1________，v2________。 (6)其他条件不变，反应①②均加入正催化剂， v1________，v2________。 答案　(1)增大　减小　(2)减小　减小　(3)增大　增大　(4)不变　不变　(5)增大　增大　(6)增大　增大 学科网（北京）股份有限公司 $$