2.1.1 化学反应速率及影响因素 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节 化学反应速率 第一课时 生活中的化学 第1课时 化学反应速率及其影响因素 1、了解化学反应速率的概念，会定量表示化学反应速率。 2、掌握化学反应速率的简单计算，学会化学反应速率的测定方法，学会比较化学反应速率的快慢。 3、理解浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。 01 化学反应速率 1.1 化学反应速率的描述 概 念 单位时间内，反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量。 表达式 1.1 化 学 反 应 速 率 微提醒 1.一般来说，化学反应不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。 2.化学反应速率无论是用反应物还是生成物表示，化学反应速率都为正值。 3.固体或纯液体的浓度视为常数，Δc = 0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。 1.2 化学反应速率的计算 方法一：公式法 v = △c △t 对于一个化学反应，其 v 可用任何一种物质的c 随时间的变化来表示。 mA + nB = pC + qD v (A) m = v (B) n v (C) p = v (D) q = v (A) : v (B) : v (C) : v (D) ＝ m : n : p : q 反应速率之比 ＝ 化学计量数 之比 1.2 化学反应速率的计算 【例题1】 在N2 + 3H2 2NH3在密闭的容器中进行，2s后，NH3的浓度增加了0.6mol/L，在这段时间内用H2表示的平均反应速率为____mol/(L·s) 高温、高压 催化剂 ＝0.45mol/(L·s) v(H2)＝ 3 2 v(NH3)＝ 3 2 × v(H2): v(NH3) ＝3:2 v(NH3)＝ （0.6)mol/L 2s ＝0.3mol/(L·s) 0.3mol/(L·s) △c(NH3)＝0.6mol/L △c(H2)：△c(NH3)=3：2 v(H2) = = △c(H2) △t △c(H2) = 3 2 × △c(NH3) = 0.9 mol/L （0.9)mol/L 2s ＝0.45mol/(L·s) 1.2 化学反应速率的计算 方法二：三段式 “三段式”计算一般步骤： 2) 写出各物质的起始量、变化量、某时刻量 转化量之比Δc = 化学计量数之比 转化率 1.2 ＝ 物质的浓度的变化量 之比 C起始 0.5 1.5 0 ΔC C2s末 0.2 0.2 0.1 0.3 0.4 1.2 等于系数比 【例2】在2L密闭容器中加入1molN2 和3molH2发生反应 ， 2s末时测得容器中含有0.4 moNH3， 求该反应的化学反应速率。 N2 + 3H2 2NH3 高温高压 催化剂 υ(N2) = Δc(N2) Δt = 0.1 mol/L 2 s = 0.05 mol/(L.s) 化学反应速率的计算 N2 + 3H2 2NH3 高温高压 催化剂 课堂检测 1.已知：4NH3+5O2=4NO+6H2O(g)，若反应速率分别用vNH3、vO2、vNO、vH2O [mol/(L·min)]表示，则正确的关系式是:（ ） A. vNH3=vO2 B. vO2=vH2O C. vNH3=vH2O D. vO2=vNO D 课堂检测 2.在密闭容器里，A与B反应生成C，其反应速率分别用v A、 v B、 v C表示，已知2 v B=3 v A、3 v C=2 v B，则此反应可表示为:（ ） A．A+3B=2C B．2A+3B=2C C．3A+B=2C D．A+B=C B 1.3 化学反应速率大小比较 【例2】反应 A(g) + 3B(g) = 2C(g) + 2D(g) 在四种不同条件下用物质A、B、C、D分别表示的化学反应速率为： (1)v(A)=0.3mol/(L·s ) (2) v(B)=0.6mol/(L·s) (3) v(C)=0.6mol/(L·min) (4) v(D)=0.45mol/(L·s) 则四种条件下反应速率的快慢顺序为:_____________________ (1)>(4)>(2)>(3) “一看”：看单位是否统一。 若不统一,换算成相同的单位。 “二化”： ①归一法：换算成同一物质表示的反应速率 ②比值法：化学反应速率的数值除以相应的化学计量数 “三比“：数值越大，表示反应速率越快 课堂检测 3.对于可逆反应4NH3+5O2 6H2O+4NO在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是:（ ） A. B. C. D. A v (H2O）= 0.05mol/(L∙S) v (O2）= 1mol/(L∙min) v (NO）= 1.6mol/(L∙min) v (NH3）= 1.2mol/(L∙min) 那么，如何比较化学反应过程进行的快慢呢？ 定性 定量 v(B)＝ Δc(B) Δt 影响化学反应速率的因素有哪些？ 物质本身 结构、性质 固体表面积 温度 浓度 催化剂 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？ 定性研究： 定量研究： 选择合适实验装置准确测量时间、气体体积、压强、pH等的变化。 选择实验现象明显的化学反应。通过观察冒气泡快慢；颜色变化；固体量减少；浑浊程度；温度变化等。 研究方法： 18 02 定性探究 影响化学反应速率的因素 如何设计实验来探究这些因素对化学反应速率的影响？ 实验方法：控制变量法 影响因素 设计思路 物质本身结构、性质 较难调控 固体表面积 温度 浓度 催化剂 比较块状、粉末状固体 比较冷水、热水条件下 比较不同浓度反应物 比较有无催化剂加入 【介绍】 控制变量法思想 如果有多个因素（变量）对实验结果存在影响，往往控制其他因素保持不变，而仅对其中的一个因素进行改变，并通过对比实验来明确该因素是否会产生影响并且如何影响。（定多议一） 实验方法：控制变量法 确定研究对象（某一化学反应） 明确研究问题（探究xx因素对化学反应速率的影响） 确定实验变量，并控制其他变量不变 记录结果随变量变化的情况 （xx增大/减小，化学反应速率增大/减小） 整理结果得出结论 如何设计实验来探究这些因素对化学反应速率的影响？ 实验方法：控制变量法 【问题探究】 根据反应原理：Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓+ SO2 ↑+ H2O 通过什么现象说明反应进行的快慢？ 【学生活动】 选择课本中药品，设计实验方案，探究浓度、温度、催化剂对反应速率的影响。 3.1 实验试剂：0.1 mol/L NaS2O3溶液 0.1 mol/L H2SO4溶液 实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O 根据产生浑浊的先后判断反应速率的大小 实验操作： 探究浓度对反应速率的影响 2.1 探究浓度对反应速率的影响 浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率？ 实验试剂：0.1 mol/L NaS2O3溶液 0.1 mol/L、0.5 mol/L H2SO4溶液 影响因素 实验方案 现象比较 结论 浓 度 实验变量 增大反应物浓度， 化学反应速率加快 2.2 实验试剂：0.1 mol/L NaS2O3溶液 0.1 mol/L H2SO4溶液 实验原理：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O 根据产生浑浊的先后判断反应速率的大小 实验操作： 探究温度对反应速率的影响 2.2 浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率？ 实验试剂：0.1 mol/L NaS2O3溶液 0.1 mol/L H2SO4溶液 冷水、热水 实验变量 影响因素 实验方案 现象比较 结论 温度 升高温度， 化学反应 速率加快 探究温度对反应速率的影响 2.3 实验试剂：5% H2O2溶液 实验变量 1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水 探究催化剂对反应速率的影响 实验原理： 2H2O2===2H2O＋O2↑，有无催化剂时产生气泡 的明显程度判断反应速率的大小 实验操作： 影响因素 实验步骤 实验现象比较 结论 催化剂 2H2O2 = 2H2O ＋ O2 ↑ 【实验原理】 ② + 0mL 的 1 mol/L FeCl3溶液 ① + 1mL 的 1 mol/L FeCl3溶液 2 mL 5% H2O2溶液 较多气泡产生 几乎无气泡 其他条件相同时， 催化剂可改变（加快）化学反应速率 不同的催化剂具有不同的催化效果。 微提醒 如对H2O2的催化效果：MnO2＞Fe3＋＞Cu2＋ 3.3 探究催化剂对反应速率的影响 实验变量 1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水 2.4 探究压强对反应速率的影响 【注意事项】 a、压强对反应速率的影响适用于有气体参加的反应。 b、由于固体、液体粒子间的空隙很小，增大压强几乎不能改变它们的浓度，因此对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对于反应速率的影响可以忽略不计。 c、反应若是可逆反应，增大压强，正、逆反应速率都加快，减小压强，正、逆反应速率都减小。 2.4 探究压强对反应速率的影响 压强对化学反应速率的影响 (1)恒温时： 缩小体积→压强增大→浓度增大→反应速率增大 (2)恒容时： a、充入气体反应物→反应物浓度增大→总压增大→反应速率增大； b、充入“无关气体”（如He、N2等）→引起总压增大，但各反应物的分压不变，各物质的浓度不变→反应速率不变 (3)恒压时： 充入“无关气体”（如He等）→引起体积增大，各反应物浓度减少→反应速率减慢。 总结：基于变量控制法测定化学反应速率的思路 明确探究问题：测定某条件下的化学反应速率 寻找变量：找与浓度相关、可测量、易操作变量 控制变量：控制其他变量相同 改变变量：测量与浓度相关的物理量 31 2.4 小结 影响化学反应速率的因素 温 度 浓 度 催化剂 固体表面积 其他条件一定时，升高温度，化学反应速率增大（T↑，v↑） 大量实验证明，温度每升高10℃，v 通常增大为原来的2~4倍 其他条件一定时，增大反应物浓度，化学反应速率增大（c↑，v↑） 其他条件一定时，加入催化剂可以改变化学反应速率 同一反应可以有不同催化剂（正催化剂、负催化剂） 不同催化剂对同一反应催化效果不同 其他条件一定时，固体表面积增大，化学反应速率增大 对于有气体参加的化学反应，改变压强同样可以改变化学反应速率（实际改变c） 课堂检测 1．向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列顺序正确的是(　　) 甲：在500℃时，SO2和O2各10 mol 反应 乙：在500℃时，用V2O5作催化剂，10 mol SO2和5 mol O2起反应 丙：在450℃时，8 mol SO2和5 mol O2反应 丁：在500℃时，8 mol SO2和5 mol O2反应 A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 C 【解析】影响化学反应速率的各因素，对反应速率影响程度大小的一般规律为：催化剂>温度>浓度，即有催化剂V2O5，温度高的化学反应速率快，所以反应速率由大到小顺序排列为乙、甲、丁、丙。 课堂检测 2.变量控制法是化学实验的常用方法之一。某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响，设计以下四组实验。 实验 方案 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 V1 0.2 5 0.2 10 ③ 35 5 0.1 10 0.1 5 ④ 35 5 0.2 5 0.2 V2 回答下列问题： (1)V1＝____，V2＝___。 (2)设计实验方案①和②的目的是______________________________________。 5 10 探究Na2S2O3的浓度对化学反应速率的影响 课堂检测 2.变量控制法是化学实验的常用方法之一。某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响，设计以下四组实验。 实验 方案 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 V1 0.2 5 0.2 10 ③ 35 5 0.1 10 0.1 5 ④ 35 5 0.2 5 0.2 V2 (3)设计实验方案②和④的目的是_____________________________。 (4)各实验方案中均需加入一定体积的水的原因：______________________________。 探究温度对化学反应速率的影响 各实验方案中混合液的体积均相等 课堂检测 3..H2O2分解制O2的实验中，在10% H2O2溶液中未加催化剂，试管口带火星的木条没有明显变化。加入MnO2粉末，溶液中迅速产生大量气泡，木条立刻复燃；若加入1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液，溶液中产生气泡比较快，木条复燃； 若加入1 mL 0.1 mol·L－1 CuCl2溶液，溶液中产生气泡比较慢，一段时间后木条复燃。 (1)___________________ 均可作为H2O2分解制O2的催化剂。 (2)由实验现象可知，三种物质的催化效果依次为__________________。 MnO2、FeCl3、CuCl2 MnO2>FeCl3>CuCl2 4.亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂，在常温不见光时可保存一年， 但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解： 5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O， 分解时加入硫酸刚开始反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2， 解释产生该现象可能的原因：______________________。 反应产生的Cl－起催化作用 A 相同时间产生气体 的体积 B 产生相同体积的气体 所需时间 C 相同时间溶液pH值的变化 D 相同时间溶液与固体总质量的减少量 如何更精确地比较化学反应的快慢呢？ 发现问题 化学反应速率定量测定 选择可观测 易操作的变量 气体 离子浓度 电导率 pH 颜色 浑浊度 颜色 体积 压强 离子浓度检测仪 pH计测溶液pH 读数：冷却至室温，上下移动右管使两液面(内外或左右)相平，视线与凹液面的最低处相切。 03 定量分析 浓度对反应速率的影响 3.1 定量分析浓度对化学反应速率的影响 加入试剂 反应时间 反应速率 结论 40 mL 1 mol·L－1硫酸 40 mL 4 mol·L－1硫酸 1. 锥形瓶内放入2g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/L的稀硫酸，测量并记录收集10 mL H2所用的时间。 【实验探究Ⅱ】 2. 用4 mol/L的稀硫酸代替1 mol/L的稀硫酸重复上述实验。 定量分析浓度对化学反应速率的影响 3.1 定量分析浓度对化学反应速率的影响 加入试剂 反应时间 反应速率 结论 40 mL 1 mol·L－1硫酸 40 mL 4 mol·L－1硫酸 1. 锥形瓶内放入2g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/L的稀硫酸，测量并记录收集10 mL H2所用的时间。 【实验探究Ⅱ】 2. 用4 mol/L的稀硫酸代替1 mol/L的稀硫酸重复上述实验。 长 短 慢 快 其他条件相同时， 反应物浓度大， 化学反应速率快 3.1 课堂检测 1.下列各组反应(表中物质均为反应物)刚开始时，放出H2速率最快的是：（ ） A 选项 金属(粉末状) 酸的浓度及体积 反应温度 A Mg，2.4g 3.0 mol/L硫酸100mL 25℃ B Zn，6.5g 6.0 mol/L硝酸100mL 30℃ C Fe，5.6g 18.4 mol/L硫酸100mL 25℃ D Zn，6.5g 6.0 mol/L盐酸100mL 25℃ 课堂检测 2.在下列影响化学反应速率的外界因素中，肯定能使化学反应速率加快的方法是:（ ） ①升高温度 ②使用催化剂 ③增大反应物浓度 ④将块状固体反应物磨成粉末 ⑤增大压强 A．①②③⑤ B．①②④⑤ C．①②④ D．①②③④ D 课堂检测 3.100 mL 6 mol·L－1的H2SO4溶液与足量的锌粉反应，在一定温度下，加入下列物质，试将对v (H2)和n(H2)的影响填入下表中： 加入物质 对v(H2)的影响 对n(H2)的影响 Na2CO3固体 K2SO4溶液 NaNO3固体 通入一定量 HCl气体 减小 减小 减小 不变 减小 减小 增大 增大 课堂检测 4.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，下图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是:(　　) A 课堂检测 5.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．将容器的体积扩大一倍 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 C 容器的体积缩小或增大均会改变浓度，浓度改变反应速率一定会改变 体积不变，充入N2体系总压强增大，但反应混合物浓度并未改变，反应速率不变 充入N2使容器体积增大，总压强不变，但反应混合物浓度同等程度变小，反应速率变慢。 化学反应速率 化学反应速率 v 化学反应速率的测定 “三段式”计算 单位时间内， 反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量。 通过测量 一定时间内 找出各物质的起始量、转化量、某时刻量； 根据已知条件列方程计算 释放出气体的体积 气体的压强变化 颜色的深浅 光的吸收 导电能力 课堂小结 不同化学反应的速率 同一化学反应的速率 内因：反应物本身性质 外因：外界条件 催化剂：一般使用催化剂， v增大 浓度：增大反应物的浓度，v 增大 温度：升高温度， v增大 接触面积：增大反应物的表面积， v增大 其他：压强、光照、溶剂、电磁波等 影响化学反应速率的因素 课堂小结 $$