2.1.2影响化学反应速率的因素 导学案 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

2.1.2影响化学反应速率的因素 　 课标定向 　　1.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。(科学探究与创新意识) 　　2.掌握外界条件(浓度、压强、温度、催化剂等)对化学反应速率的影响规律及实质,并会用相应规律解决有关问题。(变化观念与平衡思想) 【教材认知·内化必备知识】 　影响化学反应速率的因素 1.内因——主要影响因素 反应速率是由反应物的组成、结构和性质等因素决定的。 2.外因——浓度、压强、温度、催化剂等 浓度 在一般情况下,当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大;降低反应物浓度,化学反应速率减小 温度 升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减小。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 压强 对于有气体参加的化学反应,增大压强,化学反应速率增大 催化剂 改变化学反应速率,一般是加快反应速率 其他 反应物间的接触面积、光辐照、超声波等 　[思考]将灼热的碳与水蒸气反应可制得水煤气,在密闭容器中发生如下反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。向体系中加入C(s)化学反应速率如何变化?将C研成粉末呢? 提示:向体系中加入C(s)化学反应速率不变,C(s)研成粉末增大了反应物的表面积,可以加快反应速率。 【质疑辨析】 (1)升高温度时,不论正反应是吸热还是放热,正、逆反应的速率都增大。(√) 提示:升高温度时,不论正反应是吸热还是放热,正、逆反应的速率都增大。 (2)对于2SO2+O22SO3,减小SO3的浓度可增大正反应的速率。(×) 提示:生成物浓度减小,反应物浓度会随着减小,正反应速率也会减小。 (3)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大。(√) 提示:增大压强,对有气体参加的反应而言化学反应速率增大。 (4)100 mL 2 mol·L-1盐酸与锌片反应,加入适量的氯化钠溶液,反应速率不变。(×) 提示:加入氯化钠溶液相当于加水稀释盐酸,化学反应速率减慢。 【合作探究·形成关键能力】 探究任务一:影响化学反应速率的因素 【导学探究】 探究点一:定性研究影响化学反应速率的因素 1.探究浓度对反应速率的影响 实验 原理 Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 实验 步骤 实验 现象 两支试管中的溶液均变浑浊,滴加0.5 mol·L-1 H2SO4溶液的试管先变浑浊 实验 结论 其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大 2.探究温度对反应速率的影响 实验 原理 Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 实验 步骤 烧杯中装热水 烧杯中装冷水 实验 现象 两支试管中的溶液均变浑浊,烧杯中装热水的试管先变浑浊 实验 结论 其他条件相同时,升高温度,化学反应速率增大 3.催化剂对反应速率的影响 实验原理 2H2O2 2H2O+O2↑ 实验步骤 实验现象 滴有蒸馏水的H2O2溶液产生气泡不明显,而滴有FeCl3溶液的H2O2溶液产生大量气泡 实验结论 当其他条件相同时,催化剂可以加快化学反应速率 探究点二:定量研究影响化学反应速率的因素 【实验操作】 (1)按如图所示安装装置,在锥形瓶内放入2 g锌粒,通过分液漏斗加入 40 mL 1 mol·L-1的稀硫酸,测量收集10 mL H2所用的时间。 (2)用4 mol·L-1的稀硫酸代替1 mol·L-1的稀硫酸重复上述实验。 【实验记录及结论】 加入试剂 反应时间 反应速率 备注 40 mL 1 mol·L-1 硫酸 t1 v1(H2)= t1>t2, 则v1(H2)<v2(H2) 40 mL 4 mol·L-1 硫酸 t2 v2(H2)= 【实验结论】其他条件相同时,反应物的浓度越大,化学反应速率越快。 【归纳总结】 外界条件对反应速率的影响的深化理解 (1)若某物质的浓度变化改变了其性质,反应实质可能发生改变,要具体分析反应速率的变化(如铁与硫酸反应,随着硫酸浓度变大,铁遇浓硫酸钝化)。纯液体、固体的量多少不影响反应速率。 (2)温度对反应速率的影响适用于任何反应,无论是放热反应还是吸热反应,升高温度,反应速率都增大,降低温度,反应速率都减小。 (3)催化剂只能改变化学反应速率,不能改变反应方向,也不能改变反应热的大小。 (4)对于有气体参加的化学反应,增大压强可加快反应速率,但要注意改变压强是通过改变气体的浓度引起的。 ①对于没有气体参与的化学反应,改变压强,对化学反应速率无影响。 ②对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况 Ⅰ.恒温恒容时: a.充入气体反应物总压强增大浓度增大反应速率加快。 b.充入“无关气体(如He、Ne、Ar、N2等不参与本反应也不干扰本反应的气体,下同)”总压强增大,但各反应物浓度不变,则反应速率不变。 Ⅱ.恒温恒压时: a.同等程度地充入相应的气体反应物体积增大,但各反应物浓度不变,则反应速率不变。 b.充入“无关气体”体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢。 [易错提醒]外界条件对可逆反应v正、v逆的影响 (1)增大c(反)时v正增大,v逆此时不变。 (2)增大p时,v正、v逆均增大,但气体体积减小的方向速率增大倍数较大。 (3)升高T时,v正、v逆均增大,但吸热方向的速率增大倍数较大。 (4)使用催化剂,可同倍数增大v正、v逆。 【针对训练】 (2024·汕头高二检测)对于100 mL 1 mol·L-1盐酸与铁片的反应,采取下列措施: ①升高温度;②改用100 mL 3 mol·L-1盐酸;③用300 mL 1 mol·L-1盐酸;④用等量铁粉代替铁片;⑤改用98%的硫酸。其中能使反应速率加快的是(　　) A.①③④　　　 B.①②④ C.①②③④ D.①②③⑤ 【解析】选B。盐酸与铁片的反应的实质是Fe+2H+===Fe2++H2↑。①升高温度,化学反应速率加快,①符合题意;②改用100 mL 3 mol·L-1盐酸,c(H+)增大,化学反应速率加快,②符合题意;③用300 mL 1 mol·L-1盐酸,由于c(H+)不变,反应速率不变,③不符合题意;④用等量铁粉代替铁片,固体表面积增大,反应物接触面积增大,反应速率加快,④符合题意;⑤改用98%的硫酸,由于浓硫酸具有强氧化性,在室温下铁遇浓硫酸会发生钝化,使铁不能进一步与硫酸反应,因此反应产生氢气的速率减小,⑤不符合题意;综上所述可知:能够加快反应速率措施的序号是①②④,合理选项是B。 [借题发挥](1)对该反应进行加压,化学反应速率如何变化? 提示:没有影响。因为反应物中没有气体,所以加压对化学反应速率没有影响。 (2)向溶液中再加入一定量铁片,化学反应速率如何变化? 提示:不变。铁片为固体,加入铁片,化学反应速率几乎无影响。 【补偿训练】 　　某同学设计Fe与1 mol·L-1的H2SO4溶液反应的下列实验,探究反应速率的影响因素。 序号 铁的质 量/g 铁的形状 温度 /℃ 铁完全溶于 酸的时间/s Ⅰ 2 粉末 20 108 Ⅱ 2 薄片 20 t1 Ⅲ 2 薄片 15 t2 下列说法正确的是(　　) A.t1>t2 B.t2<108 C.单位时间内消耗的铁的质量:Ⅱ<Ⅲ D.初始反应速率:Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ 【解析】选D。对比Ⅱ和Ⅲ,温度越高,反应速率越快,铁完全溶于酸的时间越短,t1<t2,A项错误;对比Ⅰ和Ⅱ,温度越高,反应速率越快,铁完全溶解于酸的时间越短,则t2>108,B项错误;反应Ⅱ的速率快,单位时间内消耗铁的质量:Ⅱ>Ⅲ,C项错误;固体的接触面积越大,反应速率越快,温度越高,反应速率越快,故初始反应速率:Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ,D项正确。 探究任务二:“控制变量法”在速率中的应用 【归纳总结】 “控制变量法”解题思维模板 【针对训练】 研究外界因素对反应2X(g)Y(g)+Z(g)的化学反应速率的影响,在不同条件下进行4组实验,Y、Z起始浓度为0,反应物X的浓度随反应时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.比较实验②、④得出:升高温度,化学反应速率加快 B.比较实验①、②得出:增大反应物浓度,化学反应速率加快 C.若实验②、③只有一个条件不同,则实验③可能使用了催化剂 D.在0~10 min内,实验②的平均化学反应速率v(Y)=0.04 mol·L-1· min-1 【解析】选D。实验②、④中反应物浓度相同,温度不同,④的化学反应速率较大,则可得出:升高温度,化学反应速率加快,A正确;①、②温度相同,反应物浓度不同,①中反应物浓度较大,化学反应速率较快,可得出增大反应物浓度,化学反应速率加快,B正确;②、③中反应物温度、浓度相同,最终c(X)也相同,③的化学反应速率较大,可能加入了催化剂,C正确;在0~10 min内,实验②中X的浓度变化为 0.2 mol·L-1,则v(Y)=v(X)=×=0.01 mol·L-1·min-1,D错误。 【补偿训练】 　　某同学在实验室研究化学反应快慢的影响因素。 研究催化剂对化学反应快慢的影响,实验步骤如下: Ⅰ.向3支大小相同的试管a、b、c中各加入2 mL 5%H2O2溶液; Ⅱ.向试管a中加入少量MnO2粉末,向试管b中滴加1~2滴1 mol·L-1 FeCl3溶液。实验后,得出结论:MnO2与FeCl3均能加快H2O2的分解,且前者的催化效率更高。 ①步骤Ⅰ中分别向3支试管中加入相同体积的溶液的目的是____________。  ②设计试管c的目的是____________。  ③若继续用上述实验药品研究温度对H2O2分解快慢的影响,为了便于观察,选择的催化剂是________;原因是__________________。  【解析】①步骤Ⅰ中向3支试管中加入相同量的H2O2溶液,作为相同条件以便于后面实验的可靠性,即目的是控制变量; ②c中不加入其他试剂用来与前两支试管作比较,作用是作空白对照实验; ③MnO2作催化剂反应激烈,不适合观察反应速率,选择FeCl3作催化剂,原因是FeCl3作催化剂反应快慢适中,有利于观察反应进行的快慢。 答案:①控制变量　②作空白对照实验　③FeCl3溶液　FeCl3作催化剂反应快慢适中,有利于观察反应进行的快慢 【链接高考·明晰高考方向】 【真题示例】 【典例】(2021·辽宁选择考)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是(　　) A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大 B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大 C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1 D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min [解题思维]解答本题的思维流程如下: 提取 关键点 (1)反应物浓度与催化剂浓度及时间关系; (2)反应物消耗一半所需的时间称为半衰期 转化 知识点 (1)催化剂浓度与反应速率的关系; (2)反应物浓度越大化学反应速率不一定越快 排除 障碍点 (1)明确催化剂参与反应; (2)结合信息了解半衰期的计算 【解析】选B。A.由题干图中曲线①②可知,其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应所需要的时间越短,故反应速率越大,A正确;B.由题干图中曲线①③可知,其他条件相同时,降冰片烯浓度①是③的两倍,所用时间①也是③的两倍,反应速率相等,故说明反应速率与降冰片烯浓度无关,B错误;C.由题干图中数据可知,条件①,反应速率v===0.012 mol·L-1·min-1,C正确;D.反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,由题干图中数据可知,条件②,降冰片烯起始浓度为 3.0 mol·L-1时,半衰期为125 min÷2=62.5 min,D正确。 【对点演练】 1.(2023·东安高二检测)用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M。为研究降解效果,设计如下对比实验探究温度、浓度、pH、催化剂对降解速率和效果的影响,实验测得M的浓度与时间关系如图所示。 实验编号 温度/℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 7 下列说法不正确的是(　　) A.实验①在0~15 min内M的平均降解速率为1.33×10-5 mol·L-1·min-1 B.若其他条件相同,实验①②说明升高温度,M降解速率增大 C.若其他条件相同,实验①③证明pH越高,越不利于M的降解 D.实验①④说明M的浓度越小,降解的速率越快 【解析】选D。A.由图可知0~15 min内M的浓度变化Δc=(0.10-0.30)× 10-3 mol·L-1=-2.00×10-4 mol·L-1,则v(M)=-≈1.33×10-5mol·L-1· min-1,A正确;B.由表中数据可知,实验①②只有温度不同,结合图中曲线可知,实验②中M的降解速率较大,则升高温度,M的降解速率增大,B正确;C.由图中曲线变化可知,对比实验①③,①中M的降解速率较大,由表中数据可知,其他条件相同,实验③的pH大于实验①的pH,则溶液的pH越高越不利于M的降解,C正确;D.由表中数据可知,实验①④中溶液的pH不同,由图中曲线变化可知,实验①④中溶液的浓度不同,出现两个变量,不能根据实验①④分析浓度对降解速率的影响,D错误。 2.H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。 下列说法错误的是(　　) A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越大,其分解速率越快 B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越大,H2O2分解速率越快 C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快 D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大 【解析】选C。A.图甲表明,pH=13的碱性溶液中,其他条件相同时,H2O2的浓度越大,其分解速率越快,A项正确;B.图乙表明,H2O2浓度相同时,溶液碱性越强,pH越大,H2O2的分解速率越快,B项正确;C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液的pH对H2O2分解速率有影响,0.1 mol·L-1NaOH溶液中H2O2分解速率快于1.0 mol·L-1 NaOH溶液,C项错误;D.图丙和图丁表明,H2O2浓度相同时,pH=13的碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大,D项正确。 【课堂检测·诊断学习效果】 1.溶液中的反应:2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4===5Fe2(SO4)3+2MnSO4+ K2SO4+8H2O,下列措施一定能使反应速率提高的是(　　) A.加水 B.加入同浓度的FeSO4溶液 C.向溶液中滴加稀硫酸 D.加入少量的高锰酸钾固体 【解析】选D。A项,加水,浓度减小,反应速率减慢;B项,加入同浓度的FeSO4溶液,溶液体积增大,使KMnO4、H2SO4浓度减小,反应速率减慢;C项,向溶液中滴加稀硫酸,反应物KMnO4、FeSO4浓度减小,所以反应速率不一定加快;D项,加入少量的高锰酸钾固体,KMnO4的浓度增大,FeSO4、H2SO4的浓度不变,所以反应速率一定加快。 2.某研究人员通过测定不同条件下的化学反应速率得到以下两组数据(Ea为反应活化能) 第1组: 实验 Ea/(kJ·mol-1) T1/K→T2/K v(318 K)/v(298 K) A 100 298→318 14.0 第2组: 实验 Ea/(kJ·mol-1) v(A)/v(B) A 100 3 205 B 120 基于数据分析和平衡原理认识错误的是(　　) A.该实验的目的是对比温度和活化能对化学反应速率的影响程度 B.其他条件相同时,温度升高,化学反应速率加快 C.对于吸热反应,温度升高对放热方向的反应速度影响较大 D.一般离子反应的活化能接近于零,所以反应速率很快 【解析】选C。A.第1组实验中温度不同,温度高的反应速率更大,第2组实验中活化能不同,活化能低的反应速率更大,A正确;B.从第1组的实验结果可知,温度升高,反应速率增大,B正确;C.对于吸热反应,温度升高,对吸热方向的反应速率的影响更大,C错误;D.离子反应中,离子已经是活化离子,其活化能几乎为零,所以反应速率很快,D正确。 【补偿训练】 　　在一个容积可变的密闭容器中发生反应:3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+4H2(g),请回答下列问题。 (1)增加Fe的量,反应速率___________(填“增大”“不变”或“减小”,下同)。  (2)将容器容积缩小一半,反应速率______。  (3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,反应速率___________。  (4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,反应速率___________。  【解析】(1)Fe为固体,因此增加Fe的量,反应速率不变。(2)将容器容积缩小一半,体系中各气态物质的浓度均增大,反应速率增大。(3)保持容器容积不变,充入N2使体系压强增大,体系中其他各气态物质的浓度不变,反应速率不变。(4)保持压强不变,充入N2使容器容积增大,体系中其他各气态物质的浓度均减小,反应速率减小。 答案:(1)不变　(2)增大　(3)不变　(4)减小 学科网（北京）股份有限公司 $$