第2章 第3节 第2课时 浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步Word教案（鲁科版2019）

第2课时　浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响 课标要点 核心素养 1.通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响 2．能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响 1.变化观念与平衡思想 2.证据推理与模型认知 3.科学探究与创新意识 (1)能对具体物质的性质和化学变化做出解释或预测，能运用化学变化的规律分析说明生产、生活实际中的化学变化 (2)形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对化学反应速率的影响，能运用相关原理分析影响化学变化的因素，初步学会运用变量控制的方法研究化学反应 (1)能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型，能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题 (2)能依据证据从不同视角分析问题，推出合理的结论；能理解、描述和表示化学中常见的认知模型 能基于现象和数据进行分析并得出结论，交流自己的探究成果 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [知识梳理] [知识点一]　浓度对化学反应速率的影响　 1．基本规律：其他条件不变时，增大反应物浓度，反应速率　加快　；减小反应物浓度，反应速率　减慢　。 2．反应速率与反应物浓度的定量关系 (1)速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝　kc(H2O2)·c(HI)　，其中，k为反应速率常数。 (2)反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越　快　。k与　浓度　无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。 (3)反应速率与参与反应的物质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。 [知识点二]　压强对化学反应速率的影响　 (1)基本规律(对于有气体参加或生成的反应) (2)解释 压强增大→→化学反应速率　加快　； 反之，压强减小，化学反应速率　减慢　。 [知识点三]　温度对化学反应速率的影响　 1．基本规律 2．经验规律——范托夫规律：温度每升高10 K，反应速率提高到原来的2～4倍。这个经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计，但适用范围有限。 3．过渡态及活化能 (1)过渡态，一种　旧键　没有完全断裂、　新键　没有完全形成的高能量的中间状态。 (2)活化能 a．定义：　过渡态　的能量与　反应物　的平均能量之间的差值。 b．符号：Ea。 c．单位：kJ·mol－1或J·mol－1。 (3)解释：升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物间的　碰撞频率　，增大反应物分子形成　过渡态　的比例，故升高温度可以　加快　化学反应的速率。 [知识点四]　催化剂对化学反应速率的影响　 (1)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。 (2)催化原理：通过参与反应改变　反应历程　、改变反应的　活化能　来改变化学反应速率。 (3)催化剂的特点 [易错警示]　催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。 [自我评价] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。) (1)向一堆篝火中“鼓风”，有利于它继续燃烧下去。( √ ) (2)二氧化锰在过氧化氢的分解前后质量减少。( × ) (3)升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。( × ) (4)反应C2H4(g)＋O2(g) 和C2H4(g)＋3O2(g)―→2CO2＋2H2O(g)体现了催化剂的选择性。( √ ) (5)化学反应达到最大限度时，正逆反应速率也达到最大且相等。( × ) 解析：(2)催化剂在反应前后质量不变。 (3)升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率均加快。 (5)化学反应达到最大限度时，正逆反应速率不一定达到最大。 2．想一想 (1)化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是怎样得到的？应注意什么？ 提示：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根据实验测定的结果，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。 (2)增大压强，化学反应速率一定增大吗？ 提示：不一定，对于只涉及固体和液体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没影响。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 　外界条件对化学反应速率的影响 (素养养成——科学探究与创新意识) [情境素材] 以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。 [思考探究] 1．为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？ 提示：其他条件不变，当增大反应物的浓度时，单位体积内活化分子的数量增加，有效碰撞的几率增大，导致化学反应速率增大。 2．增大压强一定能增大反应速率，减小压强一定能减小反应速率吗？为什么？如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？ 提示：其他条件不变时，增大压强不一定增大反应物的浓度，单位体积内活化分子的数量不一定增加，有效碰撞的几率不一定增大，反应速率不一定增大。其他条件不变时，减小压强不一定减小反应物的浓度，单位体积内活化分子的数量不一定减少，有效碰撞的几率不一定减小，反应速率不一定减小。所以，只有改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。 3．为什么温度的变化会影响化学反应速率？ 提示：在其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大。 4．催化剂对化学反应速率的影响有何特点？ 提示：不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同，但对正逆化学反应速率影响程度相同。 [核心突破] 1．纯液体和固体的反应速率的影响因素分析 纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。 2．压强对化学反应速率影响的分析 (1)恒温时 增大压强体积缩小反应速率增大。 (2)恒温恒容时 ①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。 ②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。 (3)恒温恒压时 充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。 3．温度对化学反应速率影响的分析 升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞机会，因此升高温度可以加快化学反应的速率。反之，降低温度可以减小化学反应的速率。 4．催化剂对化学反应速率的影响 (1)催化剂能同等程度地改变正逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间，但催化剂不能改变反应物的浓度和反应的平衡常数，所以催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。 (2)理论解释：使用催化剂→降低反应所需的能量→更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→成千成万倍地增大化学反应速率。 (3)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。 [典例示范] [典例1]　已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．常温下，向体积为V L的容器中充入2 mol HI(g)充分反应，可吸收12.5 kJ的热量 B．加入催化剂，分子的能量不变，但单位体积内活化分子数增多，反应速率加快 C．其他条件不变，升高温度，反应速率加快，HI的分解率不变 D．H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能为12.5 kJ·mol－1 解析：B　[该反应为可逆反应，充入2 mol HI(g)充分反应，反应不能进行到底，所以吸收的热量小于12.5 kJ，A错误；加入催化剂，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞增多，反应速率加快，B正确；从题图可知，该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡右移，HI的分解率增大，C错误；由题图分析可知，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能Ea＝(185－12.5) kJ·mol－1＝172.5 kJ·mol－1，D错误。] [归纳总结]　温度、压强对化学反应速率的影响 (1)改变温度对正逆反应速率的影响是一致的。对于一个放热反应，升温时正逆反应速率同时加快，但是v(逆)增加的程度大于v(正)，使得v(逆)＞v(正)，平衡左移，而不能误认为v(逆)变大，v(正)减小(或不变)。 (2)压强的影响归根到底是对浓度的影响，如果增大压强不会改变参加反应物质的浓度，则反应速率不会增大，如恒温恒容条件下，向容器中充入不参与反应的惰性气体，虽然压强增大了，但反应速率并没有改变。 [学以致用] 1．反应C(s，石墨)＋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．用纳米石墨代替普通石墨 B．将容器的容积缩小一半 C．保持容积不变，充入Ne使体系压强增大 D．保持压强不变，充入Ne使容器容积增大 解析：C　[A.用纳米石墨代替普通石墨，大大增加了石墨与H2O的接触面积，反应速率增大。B.将容器的容积缩小一半，c(H2O)、c(CO)、c(H2)都增大，反应速率增大。C.充入Ne而保持容器容积不变，c(H2O)、c(CO)、c(H2)都不变，反应速率不变。D.充入Ne而保持压强不变，c(H2O)、c(CO)、c(H2)都减小，反应速率减小。] 2．下列四支试管中，过氧化氢分解产生氧气的化学反应速率最大的是(　　) 试管 温度 过氧化氢浓度 催化剂 A 室温(25 ℃) 12% 有 B 水浴加热(50 ℃) 4% 无 C 水浴加热(50 ℃) 12% 有 D 室温(25 ℃) 4% 无 解析：C　[一般来说升高温度、增大反应物浓度和加入催化剂，都可使反应速率增大，比较题中四个选项可知，C中化学反应速率最大。] 　　　 　可逆反应的速率—时间(v－t)图像 (素养养成——证据推理与模型认知) [核心突破] 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡 变化 速率变化曲线 任一平 衡体系 增大反应 物的浓度 v正突然增大后又减小、v逆开始不变后又增大，且 v′正＞v逆′ 正向移动 减小反应 物的浓度 v正突然减小后又增大、v逆开始不变后又减小， 且v逆′＞v正′ 逆向移动 增大反应 产物的浓 度 v正开始不变后又增大、v逆突然增大后又减小，且v逆′＞v正′ 逆向移动 减小反应 产物的浓 度 v正开始不变，后又减小、v逆突然减小后又增大，且v正′＞v逆′ 正向移动 正反应 方向为 气体体 积增大 的放热 反应 增大压强 或升高 温度 v正、v逆均增大，且v逆′ ＞v正′ 逆向移动 减小压强 或降低 温度 v正、v逆均减小，且v正′＞ v逆′ 正向移动 任意平 衡或反 应前后 气体系 数和相 等的平 衡 正催化剂 或增大 压强 v正、v逆 同等倍数增大 平衡不移动 负催化剂 或减小 压强 v正、v逆同等 倍数减小 [典例示范] [典例2]　对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)(　　) [思维建模]　解答本类试题的思维流程如下： 解析：C　[分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。] [学以致用] 3．已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g)　ΔH＞0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度 B．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强 C．反应方程式中n＝1 D．0～5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L－1·min－1 解析：A　[升高温度，10 min时反应物和生成物浓度不会瞬间同时增大，A错误；0～5 min内，用X表示的反应速率v(X)＝＝0.08 mol·L－1·min－1，用Z表示的反应速率v(Z)＝＝0.08 mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于系数之比可知，反应的化学方程式中n＝1，C、D正确；正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，各物质的浓度均增大，平衡向正反应方向移动，B正确。] 4．一定条件下，在一体积不变的密闭容器中发生反应2A(g)＋B(g)3C(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。 图为反应体系中反应速率随时间变化的情况，且t2、t3、t4各改变一种不同的条件。 (1)t3时改变的条件为　________　，t4时改变的条件为　________　。 (2)a　________　0(填“＞”或“＜”)。 解析：该反应前后是气体物质的量相等的反应，故改变压强对化学平衡无影响。由图像变化分析可知：t3时刻改变的条件是减小压强(或使用负催化剂)，可同程度地减小正、逆反应速率；t4时刻平衡正向移动，且v(正)、v(逆)出现跳跃，则应是升高温度，结合v(正)＞v(逆)可知正反应吸热，ΔH＞0。 答案：(1)减小压强(或使用负催化剂)　升高温度　(2)＞ [素养提升] 有机废水就是以有机污染物为主的废水，有机废水易造成水质富营养化，危害比较大。Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2＋浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。某校化学兴趣小组现运用该方法降解有机污染物p－CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。 [实验设计]　控制p—CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298 K或313 K(其余实验条件见下表)，设计如下对比实验。 实验 编号 实验目的 T/K pH c/(10－3mol·L－1) H2O2 Fe2＋ ① 为以下实验作参考 298 3 6.0 0.30 ② 探究温度对降解反 应速率的影响 ③ 298 10 6.0 0.30 (1)请完成上述实验设计表(表中不要留空格)。 [数据处理]　实验测得p­CP的浓度随时间变化的关系如下图。 (2)请根据如图实验①曲线，计算降解反应在50～150 s内的反应速率v(p­CP)。 [解释与结论] (3)实验①②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因。 (4)实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法。 (1)提示：对比实验的关键是控制变量，实验②探究温度对降解反应速率的影响，则②中除了温度不同以外，其他量必须与实验①相同，则温度、pH、双氧水浓度、亚铁离子浓度在表格中数值分别为：313、3、6.0、0.30；实验③中除了pH与①不同外，其他量完全相同，则探究的是溶液的pH对降解反应速率的影响。 (2)提示：根据图像可知，曲线①中在50 s时的浓度为1.2×10－3 mol·L－1，在150 s时浓度为0.4×10－3 mol·L－1，则50～150 s内的平均反应速率为v(p­CP)＝＝8.0×10－6 mol·L－1·s－1。 (3)提示：温度较高时，过氧化氢不稳定易分解，所以温度过高时反而导致降解反应速率减小。 (4)提示：根据曲线③可以得出，该反应在pH＝10的溶液中停止，故可在反应液中加入碱溶液，使溶液的pH迅速增大，从而使反应停止。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．在恒温、恒容条件下，能使A(g)＋B(g)C(g)＋D(s)正反应速率增大的措施是(　　) A．减小C或D的浓度 B．再加入一定量D C．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度 解析：D　[减小C的浓度可以减小逆反应速率，正反应速率不能增大，D为固体，不能减小其浓度，A错误；D为固体，再加入一定量D，不能改变其浓度，不能改变反应速率，B错误；减小B的浓度，正反应速率减小，C错误；增大A或B的浓度，都可以增大正反应速率，D正确。] 2．设反应2NO2(g)N2O4(g)(ΔH＜0)的正、逆反应速率分别为v1和v2，则温度升高时，v1和v2的变化情况为(　　) A．v1增大，v2减小　　 B．v1减小，v2增大 C．v1和v2均增大 D．v1和v2均减小 解析：C　[升高温度，化学反应的正、逆反应速率均增大，故C正确。] 3.Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况如图所示。下列关于反应速率变化的原因分析正确的是(　　) A．AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，因为反应吸收热量，体系温度降低，反应速率下降 B．BC段反应速率下降是因为随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小 C．BC段反应速率下降是因为溶液中的Cl－随着反应的进行被消耗，浓度降低 D．B点反应速率最大是因为此时的体系温度最高，反应物浓度最大 解析：B　[AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。故B项正确。] 4．(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 解析：CD　[在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k是反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快，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。由此可见，A、B项均错误。] 5．在500 ℃时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0的体系中，只改变下列条件，请把影响结果填入表中。 改变条件 正反应速率 逆反应速率 (1)增大O2的浓度 (2)增大SO2的浓度 (3)减小SO3的浓度 (4)压缩体积增大压强 (5)升高温度 (6)加入催化剂 (7)体积不变充入氖气 解析：增大反应物或反应产物的浓度，正、逆反应速率均增大，减小反应物或反应产物的浓度，正、逆反应速率均减小；压缩体积增大压强、升高温度、使用催化剂均会使反应速率增大。 答案： 改变条件 正反应速率 逆反应速率 (1)增大O2的浓度 增大 增大 (2)增大SO2的浓度 增大 增大 (3)减小SO3的浓度 减小 减小 (4)压缩体积增大压强 增大 增大 (5)升高温度 增大 增大 (6)加入催化剂 增大 增大 (7)体积不变充入氖气 不变 不变 [课堂小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$