2.1 化学反应速率 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二章 化学反应与化学平衡 第一节 化学反应速率 1.掌握化学反应速率的概念和表达式，能进行有关化学反应速率的计算。 2.了解化学速率的常见测定方法，能比较化学反应速率的快慢。 学习目标： 某些自然过程的持续时间 一、化学反应速率 1、化学反应速率的表示： 通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。 单位：mol/(L·s) 或 mol/(L·min)等 注意：① 化学反应速率只取正值。 ② 该化学反应速率指一段时间的平均速率，而不是瞬时速率。 或mol·L-1·S-1 【高考真题】在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是(　　) A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率 B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率 C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X) D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入 催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示 3X(g), 讨论1：在某一化学反应里，反应物A的浓度在8 s内从5.0 mol/L变成1.0 mol/L。在这8 s内以A浓度的变化来表示，则该化学反应的速率为多少？ 讨论2：反应N2＋3H2 2NH3在2 L的密闭容器中充入1 mol N2、3 mol H2发生反应，5 min内NH3的量增加了1 mol，求v(NH3)、v(N2)、v(H2)？ 注意： 1、同一化学反应，用不同物质表示反应速率，虽意义相同，但数值可能不同，故化学反应速率必须指明具体的物质。 2、同一化学反应，用不同物质表示的速率值之比等于化学方程式中各种物质化学计量数之比（也等于浓度变化量之比） 3、固体物质和纯液体的浓度为常数，反应中浓度的变化为0，故不能用固体物质或纯液体浓度变化表示反应速率,一般用气体或溶液的浓度变化来表示反应速率。 方法 ： ①根据反应速率之比等于物质的计量数之比来判断。 ②将不同物质表示的反应速率换算成同一物质表示的反应速率来判断。 讨论3：可逆反应A(g)＋2B(g) C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行得最快的是(　　) A．v(A)＝0.15 mol/(L·min) B．v(B)＝0.6 mol/(L·min) C．v(C)＝0.4 mol/(L·min) D．v(D)＝0.02 mol/(L·s) ① 反应物是______，生成物是_______。 ② 反应方程式为：_____________________。 ③ 在t1min内，v (X)=______________。 讨论4：右图为一反应中各物质的物质的量随时间的变化情况。反应容器体积为V L。 据图回答： 1、已知某条件下，合成氨反应的数据如下： N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 起始浓度/mol·L-1 1.0 3.0 0.2 2 s末浓度/mol·L-1 0.6 1.8 1.0 4 s末浓度/mol·L-1 0.4 1.2 1.4 当用氨气浓度的增加来表示该反应的速率时，下列错误的是 （ ） A、2 s末氨气的反应速率=0.4mol/(L·s) B、前2 s时间内氨气的平均反应速率=0.4mol/(L·s) C、前4 s时间内氨气的平均反应速率=0.3mol/(L·s) D、2 s～4 s时间内氨气的平均反应速率=0.2mol/(L·s) 2、已知4NH3(g) + 5O2(g) === 4NO(g) + 6H2O(g)，若反应速率分别用 v(NH3)、v(O2)、v( NO)、v( H2O)表示，则正确的关系是（ ） A. 4v(NH3)＝5v(O2) B. 5v(O2)＝6v( H2O) C. 2v(NH3)＝3v( H2O) D. 4v(O2)＝5v( NO) 3、一定温度下，向一容积为2L的真空容器中加入1mol氮气，3mol氢气，3min后测得容器内的压强是起始时压强的0.9倍，在此时间内用氢气的变化来表示反应速率为 。 温度 浓度 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 二、影响化学反应速率的因素 固体表面积 物质本身 结构、性质 催化剂 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 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 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 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 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 Na2S2O3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 实验原理： Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 讨论1：把下列四种X溶液，分别加进四个盛有10mL、2mol/L的盐酸的烧杯中，并且均加水稀释至50mL，此时，X和盐酸缓缓地进行反应，其中反应速率最快的是（　　） A 10mL 2mol/L B 20mL 2mol/L C 10mL 4mol/L D 20mL 3mol/L 讨论2：恒温恒容的容器中进行反应N2O4(g) 若反应物浓度由0.1mol/L降到0.06mol/L需20s，那么，反应物浓度由0.06mol/L降到0.024mol/L，需反应的时间为（ ） A．等于18s B．等于12s C．大于18s D．小于18s 2NO2(g) △H＞0， 讨论3：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===2MnSO4＋K2SO4＋10CO2↑＋8H2O。某化学小组欲探究H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行了如下实验(忽略溶液体积变化)： 编号 0.01 mol·L－1酸性KMnO4溶液体积/mL 0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液体积/mL 水的体积/mL 反应温度/℃ 反应时间/min Ⅰ 2 2 0 20 2.1 Ⅱ V1 2 1 20 5.5 Ⅲ V2 2 0 50 0.5 下列说法不正确的是 A.V1＝1，V2＝2 B.设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对反应速率的影响 C.实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束 D.实验Ⅲ中用酸性KMnO4溶液的浓度变化表示的反应速率v(KMnO4)＝0.01 mol·L－1·min－1 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 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 Na2S2O3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 实验原理： Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O 讨论2：图为将Zn投入一定浓度一定体积的H2SO4中，解释图像的成因。 （纵坐标为H2的生成速率） 0-t1时速率加快是__________________ t1 后速率减慢是____________________ 讨论1：对于反应M+N→P，如果温度每升高10℃，反应速率增加为原来的3倍。在10℃时完成反应的10%需要54min，将温度提高到40℃完成反应的10%需要的时间为( ) A.2min B.3min C.6min 　 D.9min 实验试剂：5% H2O2溶液 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率？ 实验变量 1 mol/L FeCl3溶液、蒸馏水 影响因素 实验方案 现象比较 结论 催化剂 催化剂可 加快化学 反应速率 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 请以锌和稀硫酸反应为例，选择实验用品，设计定量实验探究影响化学反应速率的因素。 【固液型常温型发生装置】 刻度针筒收集等量H2 实验步骤： （1）检查装置气密性； （2）锥形瓶内放入2 g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/L （4 mol/L）的H2SO4溶液； （3）测量并记录收集10 mL H2所用时间； 设计方案 固定体积测时间 固定时间测体积 确定变量 控制不变的因素 硫酸的浓度 温度、压强、锌粒的质量、锌粒的表面积、溶液的体积 测定数据 猜想假设 设计实验 定性探究 定量探究 结果讨论 影响化学反应速率的因素 温 度 浓 度 催化剂 固体表面积 注意：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） 其他条件一定时，升高温度，化学反应速率增大（T↑，v↑） 其他条件一定时，增大反应物浓度，化学反应速率增大（c↑，v↑） 不同催化剂对同一反应催化效果不同 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） 其他条件一定时，固体表面积增大，化学反应速率增大 大量实验证明，温度每升高10℃，v 通常增大为原来的2~4倍 讨论1：在锌与某浓度的硫酸起反应的实验中，学生得到下面的结果： 则下列说法正确的是（ ） ① t1=75 s  ② t2>200>t3 ③ 单位时间内消耗的锌的质量 mF>mG>mB A. ① B. ①② C. 只有② D. 全部正确 A．OE段表示的平均反应速率最大 B．EF段，用盐酸表示该反应的平均速率为0.2 mol /（L·min） C．OE、EF、FG三段中，该反应用CO2表示的平均反应速率之比 为2︰6︰7 D．G点表示收集的CO2的量最多 讨论2：用纯净的CaCO3与100mL稀盐酸反应制取CO2，实验过程记录如图所示（CO2的体积已折算为标准状况下的体积）。下列分析正确的是（ ） A． 在0～50 min之间 ，pH＝2和pH＝7 时R的降解百分率相等 B． 溶液酸性越强 ， R的降解速率越小 C． R的起始浓度越小 ， 降解速率越大 D． 在20～25 min之间 ， pH＝ 10时R的 平均降解速率为0.04 mol ·L－1 ·min－1 讨论3：一定条件下 ， 溶液的酸碱性对TiO2光催化染料R降解反应 的影响如下图所示。 下列判断正确的是 ( ) 【注意】 a. 压强对固体和液体（溶液）间的反应无影响 b. 对于反应物和生成物都有气体的可逆反应， 增大压强，正、逆反应速率都增大； 减小压强，正、逆反应速率都减小 c. 注意“真”变和“假”变。若体系的压强变化而使反应物或生 成物的浓度发生变化即“真”变，否则是“假”变。 思考与讨论 （1）在恒容条件下，发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，向容器中通入氦气，化学反应速率如何变化？ （2）在恒压条件下，发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，向容器中通入氦气，化学反应速率如何变化？ 【小结】对于有气体参加的反应体系，有以下几种情况： ①恒温时： 增大压强 ②恒容时： a．充入气体反应物 b．充入“惰气” ③恒压时： 充入“惰气” 体积缩小 浓度增大 反应速率加快 浓度增大 反应速率加快 各物质浓度不变 反应速率不变 各物质浓度减小 反应速率减慢 体积增大 2.溶液中进行的反应A＋B→C＋D的反应速率，他们将A、B在一定条件下反应并测定反应中生成物C的浓度随反应时间的变化情况，绘制出如图所示的曲线。据此，请完成以下问题： (1)在0～t1 min、t1～t2 min、t2～t3 min各相同的时间段里，反应速率最大的时间段是__________，生成C的量最多的时间段是________。 (2)从反应速率的变化可看出该反应可能是________(填“放热”或“吸热”)反应。 1.等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系，其中正确的是（     ） 【课堂检测 】 3、反应C（s）＋H2O（g）=CO（g）＋H2（g）在一体积可变的容器中进行。下列条件的改变对其化学反应速率几乎没有影响的是： ①增加C的用量；②将容器体积缩小一半；③保持容器体积不变，充入氮气使容器内压强增大；④保持压强不变，充入氮气使容器的体积变大（ ） A．②④ B．①③ C．③④ D．①④ 4、将一定浓度的盐酸倒入碳酸钙中，若作如下改变的情况，其中能使最初的化学反应速率增大的是 （ ） A、盐酸的浓度不变，而使盐酸的用量一倍 B、盐酸的浓度增大一倍，而使盐酸的用量减少到原来的一半 C、盐酸的浓度和用量都不变，增加碳酸钙的量 D、盐酸和碳酸钙不变，增大压强一倍 E、加入CaCl2溶液 F、加入CaCl2固体 5、少量铁粉与100 mL 0.01 mol/L的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可用如下方法中的 (　　) 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(不计盐酸挥发) ⑧改用10 mL 0.1 mol/L盐酸 A．① ② ⑥⑦ B．③⑤⑧ C．③⑦⑧ D． ④ ⑤⑦⑧ A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，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 6.(2017·江苏，10改编)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。下列说法正确的是 （一）基元反应： 由反应物分子直接碰撞发生相互作用一步生成生成物分子的反应 基元反应过程中没有中间产物 非基元反应： 由两个或两个以上的基元反应组合而成的复杂反应。 通过实验方法可检测到中间产物，但中间产物在后续反应中被消耗 绝大多数化学反应为非基元反应 2HI→H2+2I∙ 2I∙→I2 例：2HI=H2+I2，实际上是经过下列两步反应完成： 基元反应 基元反应 反应历程（反应机理）： 基元反应构成的反应序列 自由基 三、活化能 资料卡片 讨论：利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除废气中的NO和NO2，生成两种无毒物质，其反应历程如图所示： (2)题述历程的总反应为____________________________________。 (3)由反应历程可知，[(NH4)(HNO2)]＋是该反应的___________。 (1)X是__________。 分子无规则高速运动 彼此碰撞（每秒约1028次） 有效碰撞 无效碰撞 发生反应 不发生反应 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞！ 力量不够 取向不好 有效碰撞 有效碰撞：能够引发化学反应的碰撞。 活化分子：能量较高、能够发生有效碰撞的分子。 ①反应物分子是活化分子。 ②发生合适取向的碰撞。 条件 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 反应热 活化分子变成生成物分子放出的能量 反应热 = E1 - E2 正反应的活化能 逆反应的活化能 （二）简单碰撞理论： 活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。 活化能 科学视野——过渡态理论 过渡态理论认为，当两个具有足够能量的反应物分子相互接近时，分子中的化学键要重排，能量重新分配。在反应过程中要经过一个中间的过渡态，先生成活化配合物，然后再分解为产物。 ΔH ΔH 一个化学反应由几个基元反应完成， 每一个基元反应都经历一个过渡态， 达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2) 基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态越不容易，该基元反应的速率就越慢。一个化学反应的速率取决于速率最慢的基元反应。 化学反应的速率大小 单位时间内有效碰撞的次数多少 单位体积内反应物中活化分子的多少 反应的活化能的大小 反应物的性质 内因 外界条件 外因 ①浓度、②压强、③温度、④催化剂、⑤其他：颗粒大小、溶剂等。 普通 分子 活化能 活化 分子 合理 取向的 碰撞 有效 碰撞 新物质 发生化学反应 活化分子百分数 = 活化分子数 反应物分子总数 ×100% （三）化学反应速率与活化能 1、浓度对化学反应速率的影响： ①规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；反之，反应速率减慢。 ②理论解释： 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大浓度 （四）运用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响 （1）反应物是纯液体或固体，其浓度是常数，因此改变它们的量 反应速率不变。 （2） 一般来说，固体反应物表面积越大，反应速率越大。 *增加水的量 ①若在稀水溶液中进行的反应，无论水是否参加反应，加水视为对其它反应物的稀释，速率减小。 ②以水蒸气形式或非水体系水参加的反应，增加其浓度，可加快反应速率。 【注意】 2、温度对化学反应速率的影响： ①规律：当其他条件不变时，升高温度，反应速率加快；反之，反应速率减慢。 ②理论解释： 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 升高温度 3、压强对化学反应速率的影响： ①规律：当其他条件不变时，对于有气体参加的反应，增大压强(减少容器的容积)相当于增大反应浓度，反应速率加快； 减小压强(增大容器的容积)相当于减小反应浓度，反应速率减慢。 ②理论解释： 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大压强 4、催化剂对化学反应速率的影响： ①规律：当其他条件不变时，使用适当的催化剂，较大程度地增大化学反应速率。 ②理论解释： 影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 使用催化剂 影响化学反应速率因素的解释 单位时间内、 单位体积内有效碰撞次数改变 改变化学反应速率 简单碰撞理论 浓度、压强 活化分子的 百分数增大 温度、催化剂 单位体积内活化分子数增多 单位体积内活化分子数增多 单位体积内 活化分子总数增加 【归纳小结】 ①活化分子数变，反应速率不一定变；但单位体积内活化分子数变，或者活化分子百分数变，则反应速率一定变。 ②对于可逆反应，升温、加压，加入催化剂既加快正反应速率又加快逆反应速率。 讨论2：已知Cl2(g)＋CO(g) COCl2(g)的速率方程v＝kc1/2(Cl2)·c(CO) (k为速率常数，只受温度影响)，该反应可认为经过以下反应历程： 第一步：Cl2 2Cl　快速反应 第二步：Cl＋CO COCl　快速反应 第三步：COCl＋Cl2 → COCl2＋Cl　慢反应 下列说法正确的是( ) A．第一步反应和第二步反应的活化能较高 B．c(CO)、c(Cl2)分别增大相同的倍数，对总反应速率的影响程度相同 C．该总反应的速率主要取决于第三步反应 D．第三步反应的有效碰撞频率较大 讨论3：平流层中氟氯烃对臭氧层的破坏是由于含氯化合物的催化作用改变了臭氧分解反应的历程，其反应过程的能量变化如图。 总反应：O3＋O―→2O2。 催化反应：①O3＋Cl―→O2＋ClO；②ClO＋O―→Cl＋O2。 下列说法正确的是 A.Ea＝Ea1＋Ea2 B.反应①为吸热反应，反应②为放热反应， 因此反应速率：反应①＜反应② C.对于加了催化剂的反应：反应速率 主要由反应①决定 D.对于总反应，反应物的键能之和大于 生成物的键能之和 讨论4：反应2NO（g）＋2H2（g） N2（g）＋2H2O（g）中， 每生成 7gN2放出166kJ的热量，该反应的速率表达式为： υ＝k·c m（NO）·cn（H2）（k、m、n待测），其反应包含下列两步： ①2NO＋H2=N2＋H2O2（慢）  ②H2O2＋H2=2H2O（快）  T℃时测得有关实验数据如下：  下列说法错误的是 A．该反应速率表达式：υ＝5000·c2（NO）·c（H2） B．整个反应速率由第①步反应决定 C．正反应的活化能：①＜② D．该反应的热化学方程式为 2NO（g）＋2H2（g）=N2（g）＋2H2O（g） △H＝－664kJ·mol－1 $$