2.3.1化学反应速率 课件-2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

第3节 化学反应的快慢和限度 第2章 化学键 化学反应规律 LOGO 稍纵即逝的烟花 剧烈爆炸 数万年形成的溶洞 缓慢锈蚀的铜钟 你了解这些图片涉及的化学反应进行的快慢吗？如何衡量反应快慢？ LOGO 2 化学反应速率 【思考】常温常压下，2H2(g) +O2(g)=2H2O(l)化学平衡常数(K )数量级高达1083，表明该条件下，该反应正向进行的趋势极大。但是为什么在常温、常压下，即使经过几千年，氢气和氧气的混合气也不会发生反应生成水，而将混合气点燃时反应却在爆鸣声中瞬间完成。 氢气和氧气混合气体的爆炸反应 这说明，在研究化学反应时只关注反应的方向和限度是不够的，还要考虑化学反应的速率 LOGO 3 化学反应速率 1. 定义：描述化学反应快慢的物理量 2. 表示方法：单位时间里某反应物浓度的减少量或某生成物的增加量表示。 3. 数学表达式： 4. 单位： 反应物表示 生成物表示 浓度的变化量 mol·L-1·s-1 或者mol·L-1·min-1 LOGO 4 化学反应速率 注：①∆c浓度的变化量（注意气体和溶液都可以用此表示浓度） 固体或纯液体的浓度视为常数，Δc=0，一般不用纯液体或固体表示反应速率 ②∆t单位时间，平均速率 ③各物质化学反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比 a A(g)＋b B(g) ⇌ c C(g)＋d D(g) v(A)：v(B)：v(C)：v(D) = a∶b∶c∶d 为统一起见，将化学反应速率定义为： LOGO 5 化学反应速率 判断正误 (1)反应速率是指某反应在某时刻的瞬时速率( ) (2)可以用任何物质表示化学反应速率( ) (3)反应速率的单位通常为mol·s-1或mol·min-1( ) (4)反应速率越大，则反应现象越明显( ) (5)对同一个化学反应，用不同物质表示的化学反应速率，其数值越大，则表示化学反应速率越快( ) (6)可以用单位时间某气体生成物的体积变化来表示该反应的反应速率( ) (7)同一反应同一时间段用不同物质表示的化学反应速率不同，表示反应速率的意义相同 比较反应速率时，要统一用同一物质、同一单位表示 浓度变化值 × × × × × × √ LOGO 6 化学反应速率 5.计算模型：三段式 ①写出有关反应的化学方程式； ②找出各物质的起始量、转化量、某时刻量； ③根据已知条件列方程式计算。 = v(B) = mol·L-1·s-1 α(B) = ×100% ts时刻 转化率 LOGO 7 化学反应速率 【变式】将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合，并在一定条件下发生如下反应：2A(g)＋B(g)⇌2C(g)，若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L－1，现有下列几种说法： ①用物质C表示反应的平均速率为0.3 mol·L－1·s－1 ②用物质B表示反应的平均速率为0.6 mol·L－1·s－1 ③2 s时物质A的转化率为70% ④2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L－1 其中正确的是 ①④ B LOGO 8 化学反应速率 2H2(g) +O2(g) 2H2O(l) 点燃 催化剂 总反应 反应历程(反应机理) 每一步反应称为基元反应 化学反应是有历程的 微粒H·、·OH和O·存在未成对电子，它们称为自由基（H·和O·也称为自由原子）。自由基的反应活性很强，寿命极短。 H2 2H· H· + O2 ·OH + O· O· + H2 ·OH + H· ·OH + H2 H2O + H· 点燃或催化剂 快 ①大多数的总反应是由几个基元反应组成的，也称复杂反应。 ②也有一些化学反应是反应物一步直接转化为反应产物的，其总反应就是基元反应，这类反应又称为简单反应，如：H+ + OH－=H2O LOGO 9 化学反应速率 反应物结构 反应条件 反应历程 化学反应速率 事实上，反应不同，反应历程就不相同；同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。反应物的结构和反应条件决定着一个反应的反应历程，而反应历程的差别又造成了化学反应速率的不同。 化学反应是有历程的 LOGO 10 化学反应速率 资 料 在 线 飞秒化学 化学反应实质上就是旧化学键的伸长、断裂和新化学键的生成过程,是反应物获得能量形成过渡态,再生成反应产物的过程。其中每一个过程所用时间大都在皮秒和飞秒量级。  哈迈德·泽维尔首先使用飞秒超快“摄像机”一超短脉冲激光技术对化学反应过程进行研究，为化学反应的动态过程“拍照”，使人们能像观看“慢动作”那样观察处在化学反应过程中的原子和分子的转变。 LOGO 11 影响化学反应速率的因素 LOGO 12 影响化学反应速率的因素 【思考】浓度越大，反应速率一定越快吗？增加反应物速率一定加快吗？ ①浓度 其他条件不变时，增大反应物浓度，反应速率增大。 固体/纯液体 Fe+H2SO4 B 不一定 （2）影响反应速率的外界因素（外因） （1）决定因素（内因） 反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要原因。 LOGO 13 影响化学反应速率的因素 在298K时，实验测得溶液中的反应H2O2+2HI=2H2O＋I2在不同浓度时的速率。 找出化学反应速率与H2O2浓度、HI浓度之间的关系，并尝试写出相应的数学表达式。 v=kc(H2O2)c(HI) 反应速率常数 反应速率方程： LOGO 14 影响化学反应速率的因素 反应速率常数——k 1.含义：单位浓度下的化学反应速率 2.意义：反应速率常数越大，反应进行得越快。 3.影响因素：与浓度无关，受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。 结论：根据化学反应速率与反应物浓度的关系式，可以清楚地判断反应物浓度的改变对化学反应速率的影响。 一般：增大反应物的浓度，化学反应速率增大，减小反应物的浓度，化学反应速率减小。 a A(g)＋b B(g) ⇌ c C(g)＋d D(g) LOGO 15 影响化学反应速率的因素 一些化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系（了解） 说明：一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。 H2＋Cl2=2HCl v=kc(H2)c0.5(Cl2) H2＋I2=2HI（气体反应） v=kc(H2)c(I2) CO＋NO2=CO2+NO v=kc2(NO2) a A(g)＋b B(g) ⇌ c C(g)＋d D(g) 结论：1.增大不同反应物的浓度，对反应速率的影响不一定相同； 2.对有些反应，增大某一反应物的浓度对反应速率可能没影响。 LOGO 16 影响化学反应速率的因素 C D LOGO 17 影响化学反应速率的因素 ②压强 影响有气体参与的反应 相同温度下，压强增大，单位体积内反应物物质的量增大，反应物浓度增大，反应速率增大 压强改变 体积改变 浓度改变 （本质） 速率改变 1)恒温，增大压强（缩小容器体积）→ 2)恒温恒容，充入气体反应物→ 恒温恒容，充入惰性气体→ 3)恒温恒压，充入惰性气体→ 体积减小→浓度增大→反应速率加快 浓度增大→反应速率加快 反应物浓度不变→反应速率不变 体积增大→反应物浓度减小→反应速率减慢 LOGO 18 影响化学反应速率的因素 ③温度 其他条件不变时，温度升高，反应速率增大。 温度升高，吸热反应速率 ；温度升高，放热反应速率 。 增大 增大 【思考】若绝热容器发生以上反应，速率如何变化？ A 范托夫(J.van’t Hoff)近似规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10K，反应速率提高到原来的2~4倍。利用次经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计。 LOGO 19 影响化学反应速率的因素 温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率。因此，可以通过研究温度对反应速率常数的影响来了解温度对化学反应速率的影响。 2.升高相同温度，对不同化学反应的反应速率的影响程度一样吗? 1.温度对化学反应速率有怎样的影响? LOGO 20 影响化学反应速率的因素 1.温度对化学反应速率有怎样的影响? 2.升高相同温度，对不同化学反应的反应速率的影响程度一样吗? 温度对化学反应速率的影响是多种多样的。 对于大多数反应，温度升高化学反应速率加快，但加快的程度不同。 不同的化学反应，温度对反应速率的影响不同。 为什么？ LOGO 21 影响化学反应速率的因素 1889年，阿伦尼乌斯在大量实验的基础上，提出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式∶ 式中∶k为反应速率常数;A为比例系数;e为自然对数的底;R为理想气体常数;Ea为活化能，单位为J·mol-1或kJ·mol-1。 该经验公式表明，当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之提高。由该公式还可知，Ea值越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大，这就是升高相同温度时，不同化学反应的速率提高的倍数不同的原因。 阿伦尼乌斯公式 LOGO 22 影响化学反应速率的因素 基元反应碰撞理论认为，化学反应之所以能发生，是反应物分子碰撞的结果，但只有能量超过某一限度Ec（相当于活化能）并满足一定方向要求的活化分子间的碰撞，才是真正发生反应的有效碰撞。这个理论解释了温度、活化能对化学反应速率的影响。例如，低温时，活化分子少，有效碰撞少，化学反应速率就低;高温时，活化分子多，有效碰撞多，化学反应速率就高。又如，活化能高，能量超过活化能的活化分子少，有效碰撞少，化学反应速率就低。 基元反应过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。 AB＋C → [A…B…C] →A＋BC 反应物 过渡态 产物 过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。实验研究已证实过渡态确实存在。 LOGO 23 影响化学反应速率的因素 基元反应H2＋Cl·=HCl＋H·活化能示意图 过渡态 活化能 H-H键断裂 H-Cl键形成 活化能：过渡态的能量与反应物的能量之差 意义：化学反应通常需要获得一定能量（活化能）才能实际发生。 影响：不同反应活化能不同，反应速率不同 活化能越高，反应越困难。 LOGO 24 力量(能量)不够 取向不好 好球！有效碰撞 H H Cl H H Cl H H H H Cl H H Cl H H Cl H H Cl H H Cl H Cl H H2 + Cl• = HCl +H• LOGO 25 影响化学反应速率的因素 分子 运动 相互 碰撞 分子具有 足够能量 (活化分子) 有合适的取向 有效碰撞 化学反应 n活=n总×活化分子百分数 化学反应速率快慢取决于有效碰撞的次数 LOGO 26 碰撞理论解释 浓度对反应速率的影响 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 百分数 活化分子数 增大浓度 增加 不变 增加 增加 zxxk 加快 LOGO 27 碰撞理论解释 压强对反应速率的影响 zxxk 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 百分数 活化分子数 增大压强(P↑V↓) 增加 不变 增加 增加 加快 LOGO 28 碰撞理论解释 温度对反应速率的影响 zxxk 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 百分数 活化分子数 升高温度 不变 增大 增加 增加 加快 LOGO 29 影响化学反应速率的因素 ④催化剂 一般催化剂会加快化学反应速率 一些化学反应使用催化剂前后的活化能及反应速率常数之比 总结：使用催化剂可以降低反应的活化能，增大化学反应的速率常数。 LOGO 30 影响化学反应速率的因素 观察臭氧分解反应的历程，思考催化剂是如何降低反应活化能，改变反应速率常数的？ 催化剂改变反应历程 降低反应活化能 加快化学反应速率 LOGO 31 影响化学反应速率的因素 催化剂：能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。 催化原理： ①由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变，反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应，又包括使催化剂再生成的反应。 ②催化剂通过参与反应改变反应历程、降低反应的活化能来提高化学反应速率。 ③催化剂可同等程度的改变正、逆化学反应速率。 催化剂特点： ①选择性：某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定具有催化作用。 ②高效性：催化剂可以较大幅度地降低反应的活化能，从而非常有效地提高化学反应速率。 ③局限性：不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。 LOGO 32 影响化学反应速率的因素 同一反应使用不同的催化剂 5%H2O2 5%H2O2+MnO2 5%H2O2+FeCl3 结论： 同一反应，使用不同的催化剂，反应历程不同，活化能不同，反应速率不同。 观察现象，你能得出什么结论？ 催化剂中毒 温度不是催化剂作用的合适温度 杂质与催化剂作用 催化剂加入化学反应中是否永久有效？ LOGO 33 碰撞理论解释 zxxk 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 百分数 活化分子数 加催化剂 (活化能降低） 不变 增大 增加 增加 加快 催化剂对反应速率的影响 LOGO 34 影响化学反应速率的因素 变化结果 条件变化　 活化能 单位体积分子总数 活化分子百分数 单位体积活化分子数 有效碰撞次数 反应速率 增加反应物的浓度 不变 增多 不变 增多 增多 加快 增大压强 不变 增多 不变 增多 增多 加快 升高温度 不变 不变 增多 增多 增多 加快 使用催化剂 降低 不变 增多 增多 增多 加快 相互关系 单位体积活化分子数＝单位体积分子总数×活化分子百分数 LOGO 35 影响化学反应速率的因素 1.增大反应物的浓度使反应速率加快的主要原因（ ） 2.对于气体参与体系增大压强使反应速率加快的主要原因是( ) 3.升高温度使反应速率加快的主要原因是（ ） 4.使用催化剂使反应速率加快的主要原因是（ ） A、活化分子百分数不变，但提高单位体积内活化分子的总数 B、 增大分子的运动速率而使有效碰撞次数增加 C、 升高反应物分子的能量，使活化分子的百分数增加 D、降低反应所需的能量，使活化分子百分数增加 A A BC D LOGO 36 小结 影响化学反应 速率的因素 内因 浓度 温度 压强 催化剂 物质本身性质 增大反应物的浓度加快化学反应速率，减小反应物的浓度减慢化学反应速率。 有气体参加的反应，增大压强加快反应速率，减小压强减慢反应速率。 升高温度，加快反应速率，降低温度，减慢反应速率。 使用催化剂，降低反应活化能，加快反应速率。 外因 其他因素：增大接触面积，反应速率增大。光波、超声波、电磁波等也能影响化学反应速率。 研究影响化学反应速率因素的方法——控制变量法 LOGO 37 课堂练习 BC LOGO 38 课堂练习 D LOGO 39 第一章测评卷 D LOGO 40 D LOGO 41 D LOGO 42 B LOGO 43 D LOGO 44 AD LOGO 45 4.48 LOGO 46 Lavf58.28.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 1．(双选)下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca(A)·cb(B)的叙述中，正确的是(　　) A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都不变的常数 B．a、b是化学方程式中A和B的系数 C．对于某个特定的化学反应，k与反应物质的浓度无关 D．v＝kca(A)·cb(B)需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出 $$