2.1.2 影响化学反应速率的因素（优选课件）-【教学新思维】2024-2025学年高二化学同步讲透教材（人教版2019选择性必修1）

兹韦勒的主要研究领域是化学反应动力学，研究化学反应的过程和基理。他用超快激光脉冲研究化学反应的中间过程，从分子层次上探索基元反应，通过超快光谱观察反应的过渡态，揭示化学反应的本质。他把一束脉宽为若干飞秒(10-15s）的激光分成两束，一束用于激发反应，另一束用于在反应开始后的不同时刻检测，或用其他仪器探测反应中间体。通过这一方法，真正实现对化学反应的“实时”检测。同时从理论上去计算分子在整个过程中的变化，进而认识化学反应的全过程。 1999年获得诺贝尔化学奖。 日常生活中，用冰箱保存食物、糕点盒装小包除氧剂？ 实验中，通常要搅拌、增大反应物浓度、使用催化剂？ 工业生产中，需将固体粉碎、高温生产、使用催化剂？ 知识回顾 工业上用氮气与氢气反应合成氨，反应条件如何？ 知识回顾 影响化学反应速率的因素 学习目标 反应物的性质 内因 01 浓度 温度 压强 催化剂 其他 外因 02 5 影响化学反应的根本因素是什么？ 钾与水的反应 铷与水的反应 反应物的组成、结构和性质 反应物的性质 内因 1 决定因素 一辆汽车行驶速率的决定因素是什么？ 影响因素是什么？ 汽车的性能，如功率等 天气 路况 燃料质量 司机的驾驶水平和经验 …… 问题解决 影响化学反应速率的外界因素有哪些？ 知识回顾 粉碎 催化剂 浓度 压强 温度 催化剂 定性研究影响化学反应速率的因素 资料在线 提出问题 收集化学 事实和信息 实验探究 得出结论 设计 实验方案 提出假设 感受﹒ 理解 收集化学 事实和信息 提出假设 Na与水的反应比Mg与水的反应剧烈 夏天食物变质快 食物真空保存变质慢 向H2O2中加入MnO2后会迅速分解产生气泡 将等质量的铁片与铁粉放入稀硫酸中,铁粉产生气泡较快 反应物本身的性质 温度 反应物的浓度 催化剂 接触面积 内因 外因 交流讨论 变量控制法 研究影响化学反应速率的方法 化学反应 自变量 (如浓度、压强、温度、催化剂等) 因变量 (反应速率) 改变 单一变量 确定因变量(反应速率)的观测指标 结论 设计实验证明外界条件对化学反应速率的影响，应满足什么条件？ 问题解决 浓度 压强 温度 催化剂 控制变量 单一变量 控制其他条件不变，而只改变浓度一个条件。 反应有明显现象 设计 实验方案 问题解决 任务1 任务2 任务3 待研究的变量 需控制不变的量 温度 催化剂 浓度 温度、浓度等 温度、催化剂等 催化剂、浓度等 在探究某一条件对化学反应速率的影响时，要保证其他条件完全相同，即采用“变量控制法”。 思考：如何借助反应现象来体现化学反应速率？ 颜色变化快慢，产生气泡快慢，产生浑浊快慢，固体减少快慢等 问题探究 研究外界条件对化学反应速率的影响，对选择的反应有何要求？ Na2S2O3 ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 ＋ SO2 ＋ S↓＋ H2O 2H2O2 2H2O ＋ O2 ↑ 催化剂 实验探究外界条件对化学反应速率的影响 问题探究 烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、秒表 仪器 试剂 0.1 mol/L Na2S2O3溶液、 0.1 mol/L H2SO4溶液、 0.5 mol/L H2SO4溶液、 5% H2O2溶液、 1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水、热水 任务1 任务2 任务3 待研究的变量 需控制不变的量 探究的反应 观察的现象 温度 浓度 温度、压强、催化剂等 浓度、压强、催化剂等 Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O 2H2O2 = O2↑ + 2H2O 产生浑浊快慢 产生气泡快慢 催化剂 温度、浓度、压强等 实验探究一 实验目的： 探究浓度对化学反应速率的影响 实验原理： Na2S2O3 ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 ＋ SO2 ＋ S↓＋ H2O 实验探究 影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论 浓度 2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液 2 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液 2 mL 0.5 mol/L H2SO4溶液 增大反应物浓度，化学反应速率增大 均出现浑浊， 但后者 出现浑浊更快 定量研究影响化学反应速率的因素 知识回顾 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 长 短 慢 快 其他条件相同时，增大反应物浓度， 化学反应速率增大 1. 原理：Zn＋H2SO4==ZnSO4＋H2↑ 2. 实验操作：按如图所示安装两套装置A、B，在锥形瓶内各盛大小相同的2 g锌粒，通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L－1和40 mL 4 mol·L－1的硫酸溶液。 3. 实验记录及结论(记录收集10 mL H2所用的时间) 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 ①固体和纯液体的浓度视为常数，改变其量，对速率无影响。 ②对于离子反应，实际参加反应的离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。 ③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（如铁与稀硫酸反应，在一定浓度范围内反应速率与浓度有关，但常温下铁遇浓硫酸钝化）。 你学会了吗？ 把下列4种X的溶液分别加入4个盛有10 mL 2 mol·L－1盐酸的烧杯中，并加水稀释到50 mL，此时X与盐酸缓慢地进行反应，其中反应速率最大的是 A. 20 mL 3 mol·L－1 B. 20 mL 2 mol·L－1 C. 10 mL 4 mol·L－1 D. 10 mL 2 mol·L－1 本题中反应速率的大小是由混合后反应物浓度的大小决定的，由于最后溶液体积相同，所以混合前X的物质的量越大，混合后其浓度越大，反应速率越快。 压强改变，液体、固体的浓度有无改变？ 气体呢？ 压强对化学反应速率有何影响？ 问题探究 恒温 缩小容器体积 感受▪理解 恒温 缩小容器体积 其他条件不变时 p (V ) c v 感受▪理解 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 2 有气体参加的反应， 压强 其他条件不变时， 增大体系的压强，反应速率会加快 固体或纯液体，其浓度视为“定值” 改变固体或纯液体的物质的量，不影响反应速率 容积不变，充入参加反应的气体 感受▪理解 压强增大 浓度增大 速率变大 容积不变，充入不参加反应的气体 感受▪理解 压强增大 浓度不变 速率不变 总压 浓度 反应速率 恒温 容器体积不变，即恒容容器 感受▪理解 看谁做得既准又快 反应N2(g)＋O2(g)＝2NO(g)在一密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是 A. 增大体积使压强减小 B. 保持体积不变，充入N2使压强增大 C. 保持体积不变，充入氦气使压强增大 D. 保持压强不变，充入氦气 A项，增大体积引起各物质的浓度减小，反应速率减小； B项，体积不变，充入N2，N2的浓度增大，反应速率增大； C项，体积不变，充入氦气，各物质的浓度并没有改变，反应速率不变； D项，保持压强不变，充入氦气，体积增大，各物质的浓度减小，反应速率减小。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 食品放入冰箱可延长保存时间 压力锅可使食物熟的快 生活中的化学 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 2 3 有气体参加的反应， 压强 温度 其他条件不变时， 增大体系的压强，反应速率会加快 实验探究二 实验目的： 探究温度对化学反应速率的影响 实验原理： Na2S2O3 ＋H2SO4 ＝ Na2SO4 ＋ SO2 ＋ S↓＋ H2O 实验探究 影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论 温度 2 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液 冷水 热水 2 mL 0.1 mol/LH2SO4溶液 升高温度，化学反应速率增大 均出现浑浊， 但后者 出现浑浊更快 知识梳理 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 2 3 有气体参加的反应， 压强 温度 其他条件不变时， 增大体系的压强，反应速率会加快 其他条件不变时， 升高温度， 反应速率增大 降低温度， 反应速率减少 经验规律： 温度每升高10℃，其反应速率增加2～4倍。 温度对反应速率的影响适用于除电化学反应外的绝大多数化学反应，如升高温度，不论吸热反应还是放热反应，不论正反应速率还是逆反应速率，均加快。 催化剂 观察与思考 实验探究三 实验目的： 探究催化剂对化学反应速率的影响 实验原理： 2H2O2 ＝ 2H2O ＋ O2↑ 实验探究 影响因素 实验步骤 实验现象 实验结论 催化剂 2mL 5%H2O2溶液 2mL 5%H2O2溶液 3滴 FeCl3溶液 催化剂，能加快化学反应速率 前者无气泡， 但后者 出现大量气泡 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 2 3 4 有气体参加的反应， 压强 温度 催化剂 其他条件不变时， 增大体系的压强，反应速率会加快 其他条件不变时， 升高温度， 反应速率增大 降低温度， 反应速率减少 其他条件不变时， 使用催化剂， 一般能加快反应速率 使用催化剂，能够成千上万倍的改变反应速率 工业的关键在于催化剂的使用 ！ 在奥斯特瓦尔德那个时代，人们都认为化学品可以显著改变反应速率的想法是荒唐可笑的。可是奥斯特瓦尔德坚持不懈地努力，终于设计成功一个将氨转变为硝酸的程序，向世人证明了催化剂的巨大作用。1909年他被授予诺贝尔化学奖。 化学趣史 化学与生活 牛刀小试 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，分解时刚加入硫酸反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2，这是因为________________________。 溶液中的Cl－ 起催化作用 由题给信息可知，NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应加快，这说明分解生成的产物中某种物质起了催化剂的作用且该物质反应前不存在。 感受﹒ 理解 在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，其中①加入MnO2催化，②不加MnO2催化。如图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 由图像知，横坐标为时间，纵坐标为V(O2)，只要H2O2的量相同，两种情况下最终产生O2的体积相同，①中加入MnO2作催化剂，加快了H2O2的分解速率，在相同时间内产生O2的体积比②大，反应结束时所用时间短，故选A。 归纳与整理 增大反应物的浓度 使用催化剂 增大压强 升高温度 _____反应速率 加快 粉碎 观察与思考 外界条件对反应速率的影响 2 1 其他条件不变时， 浓度 反应速率增大 增大反应物的浓度， 减少反应物的浓度， 反应速率减少 2 3 4 5 有气体参加的反应， 压强 温度 催化剂 固体粉碎 光照 搅拌 逆流吸收 其他 其他条件不变时， 增大体系的压强，反应速率会加快 其他条件不变时， 升高温度， 反应速率增大 降低温度， 反应速率减少 其他条件不变时， 使用催化剂， 一般能加快反应速率 其他因素对化学反应速率的影响 光辐照 电弧 放射线辐照 强磁场 超声波 高速研磨 总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率 这节课我学到了什么？ （用一句话表示） 还有什么疑问？ 课堂小结 影响因素 变化规律 注意事项 课堂小结 影响反应速率四大因素 在温度、浓度、催化剂等影响反应速率的因素中，各因素对反应速率的影响程度不同，催化剂为主要因素，其次是温度，最后是浓度。 易错问题防范 1 2 温度对反应速率的影响具有一致性，升高温度，v正、v逆都增大，降低温度，v正、v逆都减小。 影响因素 变化规律 注意事项 增大 υ 增大 固体或纯液体为常数，改变其用量，υ 不变 减小 υ 减小 增大 υ 增大 通常是指容器的体积改变，而引起的压强改变 减小 υ 减小 升高 υ 增大 通过温度升高10℃ ，速率增大为原来的2～4倍 降低 υ 减小 υ 增大 催化剂具有选择性，专一性 课堂小结 影响反应速率四大因素 规律方法点拨 变量控制→对照实验→定性观察或定量测定→科学归纳 实验探究的科学方法及思路 变量控制法测定化学反应速率的思路 确定变量 1 2 审好题，明确目的，理清影响实验探究结果的因素有哪些，即变量。 定多变一 确定不变的因素，只变化一种因素，认识此因素与探究的问题存在怎样的关系。 确定一种因素后，再确定另一种因素，分析每种因素与所探究问题之间的关系。 3 数据有效 注意选择的数据或设置的实验要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。 看谁做得既准又快 　　1．增加少量固体反应物的质量，化学反应速率增大 　　2．100 mL 2 mol·L－1的盐酸与锌片反应，加入适量的NaCl溶液，反应速率不变 　　3．升高温度，吸热反应速率会加快而放热反应速率会减慢 　 4．恒容体系发生反应：2SO2＋O2 2SO3　ΔH＜0，升高温度，v正增大，v逆减小 催化剂 控制变量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。 牛刀小试 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＝____。 5 10 控制变量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。 牛刀小试 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： （2）设计实验方案①和②的目的是：______________________________。 探究Na2S2O3的浓度对化学反应速率的影响 5 控制变量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。 牛刀小试 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： （3）设计实验方案②和④的目的是：______________________________。 探究温度对化学反应速率的影响 5 某实验小组利用0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液与0.2 mol·L－1H2SO4溶液反应研究外界条件对化学反应速率的影响。设计实验如表： 编号 温度/℃ V(Na2S2O3)/mL V(H2SO4)/mL V(H2O)/mL 出现浑浊时间/s ① 20 5.0 10.0 0 t1 ② 20 5.0 5.0 a t2 ③ 50 5.0 10.0 0 t3 下列说法不正确的是 A．实验②中a＝5.0 B．t2＞t1＞t3 C．实验①、②、③均应先将溶液混合好后再置于不同温度的水浴中 D．实验探究了浓度和温度对化学反应速率的影响 看我七十二变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 对点训练 由控制变量法可知，溶液总体积相同，则实验②中加入H2O的体积为5.0 mL，才能保持c(Na2S2O3)与实验①一致，故A正确； 温度越高、浓度越大，反应速率越快，实验①中硫酸的浓度大，实验③中的温度又比①高，因此反应速率③＞①＞②，则出现浑浊需要的时间t2＞t1＞t3，故B正确； 由控制变量法可知，实验①、②、③中需要将各组实验H2SO4溶液和Na2S2O3溶液置于一定温度的水浴中，再将H2SO4溶液迅速滴入Na2S2O3溶液中实验，故C错误；实验①②中硫酸浓度不同，实验①③中温度不同，可以探究温度和浓度对化学反应速率的影响，故D正确。 控制变量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。 牛刀小试 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： （4）各实验方案中均需加入一定体积的水的原因： ________________________________。 各实验方案中混合液的体积均相等 考考你自己 某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。实验②的反应物应为 A. 5 mL 2% H2O2溶液 B. 10 mL 2% H2O2溶液 C. 10 mL 5% H2O2溶液 D. 5 mL 10% H2O2溶液 实验编号 反应物 催化剂 ① 10 mL 2% H2O2溶液 无 ②   无 ③ 10 mL 5% H2O2溶液 MnO2固体 本实验的目的是运用控制变量法，探究浓度、催化剂对反应速率的影响，表中已有数据中，实验①和③中有两个反应条件不同，二者无法达到实验目的； 实验②和③中，应是探究催化剂对反应速率的影响，所以实验②中双氧水浓度和体积必须与实验③相同，即反应物为10 mL 5% H2O2溶液； 实验①和②中都没有使用催化剂，可以探究双氧水浓度对反应速率的影响，实验②的反应物为10 mL 5% H2O2溶液，C正确。 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，刚加入硫酸，反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2，这是因为 A. 酸使亚氯酸的氧化性增强 B. 溶液中的H＋起催化作用 C. 溶液中的Cl－起催化作用 D. 逸出的ClO2使反应生成物的浓度降低 考考你的智慧 碳酸钙与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的量与反应时间的关系如图所示，下列结论错误的是 A. 反应开始2 min内平均反应速率最大 B. 反应速率先增大后减小 C. 反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大 D. 反应在2～4 min内以CO2的物质的量变化表示的反应速率为 v(CO2)＝0.1 mol·min－1 看谁做得既准又快 Lavf58.33.100 Lavf56.40.100 $$