2.3 化学反应的速率 第2课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

该高中化学课件聚焦影响化学反应速率的内外因及理论解释，通过“熄火电动车”“霉变苹果”等生活实例及镁条、铁丝燃烧对比实验导入，构建从现象观察到变量控制方法，再到实验验证、碰撞理论解释，最终联系实际应用的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与实践（如温度影响实验的变量控制设计）和科学思维（用碰撞理论、活化能解释浓度等因素影响），实例丰富如汽车尾气三元催化器应用。教学注重实验与理论结合，助学生建立宏微联系，教师可直接使用系统实验方案与例题素材。

第二章 化学反应的方向、限度和速率 2.3 化学反应的速率 第2课时 影响化学反应速率的因素 1.认识影响化学反应速率的内因是反应物本身的性质，理解浓度、压强、温度、催化剂等外因对化学反应速率的影响。 2.掌握变量控制方法在探究化学反应速率影响因素实验中的应用。 3.理解简单碰撞理论、基元反应、反应历程、有效碰撞、活化分子、活化能等概念，并能用其解释浓度、压强、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响。 4.了解催化剂的特性，知道其他因素如光辐照、电弧等也可能改变化学反应速率。 私藏(5天)的霉变苹果 (90秒)鬼火电动车 化学反应的速率千差万别，有些进行得极其缓慢，要几百年甚至几千年才能完成；有些则一触即发，瞬间完成，更多的反应则是介于这两者之间。 相同条件下，由于反应物的组成、结构和性质等因素，不同的化学反应会有不同的速率。 镁条在空气 中燃烧 铁丝在空气 中红热 铁丝在氧气 中燃烧 而外界条件(浓度、压强、温度等)也会影响反应速率。 思考：浓度、温度、催化剂等因素如何影响化学反应速率? 变量控制方法 探究化学反应速率的影响因素，关键是控制好变量，其大致步骤： 自变量 (如浓度、温度等) 因变量 (如反应速率) 确定研 究对象 (化学反应) 不确定 确定因变量(反应速率)的观测指标 结论 改变 单一变量 影响化学反应速率的因素 方法引导 实验用品 烧杯、试管、量筒、试管架、胶头滴管、温度计、秒表。 0.1mol/LNa2S2O3溶液、 0.1mol/LH2SO4溶液、 0.5mol/LH2SO4溶液、5%H2O2溶液、 1 mol/LFeCl3溶液、蒸馏水、热水 实验原理 Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： 影响化学反应速率的因素 温度对反应速率影响 Na2S2O3 ＋ H2SO4＝____________________________ +6 +2 ＋ SO2↑ ＋ S↓＋ 氧化剂 还原剂 酸化剂 (成盐) 配平技巧：无法确定元素价态变化，可先将方程式拆成离子反应方程式，简化方程式，提高配平效应。 Na2SO4 H2O 实验步骤 ① ② 水浴温度/℃ 20 70 0.1 mol/L Na2S2O3溶液的体积/mL 2 2 0.1 mol/L H2SO4溶液的体积/mL 2 2 出现浑浊的时间/s 实验方案 影响化学反应速率的因素 温度对反应速率影响 实验步骤 ① ② 水浴温度/℃ 20 70 0.1 mol/L Na2S2O3溶液的体积/mL 2 2 0.1 mol/L H2SO4溶液的体积/mL 2 2 出现浑浊的时间/s 实验方案 实验结论 当其他条件相同时，升高温度，化学反应速率增大，降低温度，化学反应速率减小。 87 16 影响化学反应速率的因素 温度对反应速率影响 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。这表明温度对反应速率的影响非常显著。 催化剂也可以改变化学反应速率。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。 如何解释浓度、压强、温度及催化剂等因素对化学反应速率的影响呢? 吉尔伯特·牛顿·路易斯 简单碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数分子碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞，反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。 从微观上看，反应物分子一般总是经过若干个简单的反应步骤才最终转化为产物分子的。每一个简单的反应都称为一个基元反应。 反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，反应历程又称反应机理。 基元反应 如：2HI＝H2＋I2 反应历程 自由基，带有单电子的原子或原子团。 第一步：2HI H2 ＋ 2I· 第二步：2I· I2 基元反应和反应历程 基本概念 任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。通常情况下，当气体的浓度为 1 mol/L 时，在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到 1028 次。如果反应物分子间的任何一次碰撞都能发生反应的话，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。 气体分子的碰撞频率 查看教材P43-二氧化氮与一氧化碳反应中分子碰撞示意图 基元反应和反应历程 基本概念 二氧化氮与一氧化碳反应中分子碰撞示意图(碰撞取向和化学反应) 基元反应和反应历程 基本概念 碰撞前 碰撞后 碰撞 NO2(g) + CO(g)＝NO(g) + CO2(g) 只有当NO2 中的氧原子与 CO 中的碳原子沿着合适取向的碰撞，才有可能发生 N-O 的化学键断开，氧原子转移的反应； 如果 NO2 中的氮原子与CO中的碳原子相撞，则不会发生反应。 力道不足 (进不去球) 取向不对 (进不去球) 力道、取向恰好 (进球) 投篮那些事 基元反应和反应历程 基本概念 任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。通常情况下，当气体的浓度为 1 mol/L 时，在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到 1028 次。如果反应物分子间的任何一次碰撞都能发生反应的话，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。 气体分子的碰撞频率 这说明并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。我们把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞。 基元反应和反应历程 基本概念 发生碰撞的分子具有较高的能量 活化分子 分子在一定方向上发生碰撞 合理取向 有效碰撞 有效碰撞必须满足两个条件 反应物 生成物 能量 反应过程 活化能 E1 E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 活化分子比普通分子多具有的能量 具有足够高的能量，能发生有效碰撞的分子 活化分子 反应物分子 平均能量 ΔH 有效碰撞 活化分子与活化能 解释温度对化学反应速率的影响 其他条件不变时 升高温度 活化 分子 . 其它条件不变时，升高温度，单位体积内活化分子的数目增大，单位体积内活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢。 【适用于任何反应，无论放热反应还是吸热反应】 有效碰撞 简单碰撞理论 阿伦尼乌斯 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的关系的经验公式： k=Ae 其中，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由该公式可知，Ea越大，改变温度对反应速率的影响程度就越大。该经验公式表明，当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大。 -Ea RT 其他条件不变时 增大反应物浓度 (增大一倍) . 在其他条件不变时，增大反应物浓度，单位体积内活化分子的数目增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢。 解释浓度对化学反应速率的影响 活化 分子 有效碰撞 简单碰撞理论 【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由_______________________________________________________________。 (2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________________________________________________________。 不变 纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率。 高温 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 在其他条件不变时，增大气体反应体系压强，相当于压缩体积，反应物的浓度增大，单位体积内活化分子数目增大，化学反应速率加快；反之则慢。(有气体反应) 解释压强对化学反应速率的影响 容器的容积不变 压缩体积或 充入气态反应物 活化 分子 . 有效碰撞 简单碰撞理论 【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由_______________________________________________________________。 (2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________________________________________________________。 不变 纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率。 高温 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 变大 增大反应物浓度，加快化学反应速率。 在其他条件不变时，充入非反应气体，压强不变，体积增大，各物质浓度减小，反应速率减慢。 解释压强对化学反应速率的影响 活化 分子 容器内压强不变 充入非反应气体 . 有效碰撞 简单碰撞理论 【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由_______________________________________________________________。 (2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________________________________________________________。 不变 纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率。 高温 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 变大 增大反应物浓度，加快化学反应速率。 变小 充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小。 保持压强不变， 【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由_______________________________________________________________。 (2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________________________________________________________。 不变 纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率。 高温 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 变大 增大反应物浓度，加快化学反应速率。 变小 充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小。 保持压强不变， 在其他条件不变时，充入非反应气体，压强增大，但各物质浓度不变，反应速率不变。 解释压强对化学反应速率的影响 活化 分子 容器的容积不变 充入非反应气体 . 有效碰撞 简单碰撞理论 【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。 (1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由_______________________________________________________________。 (2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________________________________________________________。 不变 纯固体的浓度视为常数，改变用量不影响化学反应速率。 高温 (3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 (4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由 _______________________________________________________________。 变大 增大反应物浓度，加快化学反应速率。 变小 充入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小。 保持压强不变， 不变 充入氩气，反应物和生成物的浓度均不改变，因而化学反应速率不变。 容器的容积不变， 观察下图，思考：那么， 加入合适的催化剂， 可以提高反应速率的原因是什么呢? 过渡态理论 埃文斯(Evans)和波拉尼(Polanyi)‌，他们于1935年提出了这一理论‌ 过渡态理论认为， 从反应物到生成物的 变化过程中，必须要经过一个中间状态，这个中间状态被称为过渡态。 具有平均能量的反应物分子需要吸收能量，才能到达高能量的过渡态，过渡态分子的平均能量和反应物分子平均能量的差值称为该反应的活化能。 能量 反应物 过渡态 无催化剂 生成物 有催化剂 E1 E2 蓝线表示有催化剂时，催化剂改变了反应历程，新过渡态的能量有所下降(也可以形成几个活化 能较低的新过渡态 )。 能量 反应物 生成物 活化分子 反应过程 活化能 E1 E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 E3 E3：加入催化剂后反应物的活化能 当其他条件相同时，使用催化剂，改变反应历程，活化能降低，活化分子百分数增多，单位体积、单位时间内有效碰撞次数增多→化学反应速率增大。 解释催化剂对化学反应速率的影响 有效碰撞 简单碰撞理论 解释催化剂对化学反应速率的影响 能量 反应物 生成物 活化分子 反应过程 活化能 E1 E2 活化分子变成生成物分子放出的能量 E3 E3：加入催化剂后反应物的活化能 由图像还可以看出，催化剂的存在并不改变反应物和生成物的相对能量，即不改变反应热。 有效碰撞 简单碰撞理论 催化剂的特性 催化剂具有选择性，不同反应有不同的催化剂 01 可逆反应中催化剂对正、逆反应的速率改变程度相同 02 不同催化剂的活化温度不同 03 解释催化剂对化学反应速率的影响 有效碰撞 简单碰撞理论 如何通过改变反应条件来调控反应速率，实现节前言中提到的汽车尾气处理呢? 汽车排气管中安装催化转化器(如三元催化装置)，可显著降低反应活化能，加快NO与CO转化为无害气体(N2和CO2)的速率。 总之，向反应体系输人能量，都有可能改变化学反应速率 光辐照 电弧 放射线辐照 强磁场 超声波 高速研磨 其他因素对化学反应速率的影响 【典例1】对于在同一容器中进行的反应：C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，下列说法错误的是 A．增加C(s)的量，可以加快反应速率 B．升高温度，可以加快反应速率 C．保持体积不变，充入He，反应速率不变 D．将容器体积扩大至原来2倍，反应速率减慢 A 【典例2】已知反应：2NO(g)＋Br2(g) 2NOBr(g) ∆H＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下 ①NO(g)＋Br2(g) NOBr2(g) 快 ②NO(g)＋NOBr2(g) 2NOBr(g) 慢 下列有关该反应的说法不正确的是 A．温度对反应②的速率影响更大 B．NOBr2是该反应的催化剂 C．正反应的活化能比逆反应的活化能小a kJ·mol－1 D．增大Br2(g)浓度能增加单位体积内的活化分子数目，加快反应速率 B 飞秒化学 飞秒化学是物理化学的一支，研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒(fs， 1 fs=10-15 s) 。在这个极小的时间段里，产生的飞秒激光可以用于检测分子、原子、离子的结构、组成、运动等形成飞秒检测范畴。 始态、过渡态、终态 飞秒激光器 冲刺时间分辨技术 1．控制变量法是化学实验的常用方法之一。下图实验探究影响反应速率的因素是(　　) A．浓度 B．温度 C．催化剂 D．固体质量 B 2．下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是(　　) A．大小、形状相同的镁片、铁片，前者与盐酸反应放出H2的速率比后者大 B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快 C. N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应 D．Cu与浓硫酸能反应，而不与稀硫酸反应 A 3．在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＜0。下列说法正确的是(　　) A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2(g)，反应速率加快 B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快 C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快 D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，再次平衡时反应速率一定加快 A 4．活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)  A．该反应为吸热反应 B．产物的稳定性：P1>P2 C．该历程中最大正反应的活化能E正＝186.19 kJ·mol－1 D．相同条件下，由中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)<v(P2) C 5．一定条件下，容积为2 L的密闭容器中，将2 mol L气体和3 mol M气体混合，发生如下反应：2L(g)＋3M(g)＝xQ(g)＋3R(g)，10 s末，生成2.4 mol R，并测得Q的浓度为0.4 mol· L－1。计算： (1)10 s末L的物质的量浓度为____________。 (2)前10 s内用M表示的化学反应速率为________________。 (3)化学方程式中x值为________。 (4)在恒温恒容条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。 (5)在恒温恒压条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________。 0.2 mol·L－1 0.12 mol·L－1·s－1 1 不变 减小 影响化学反应速率的因素 简单碰撞理论 内因 内容 外因 浓度 压强 温度 催化剂 应用 课时2 影响化学反应速率的因素 感谢 您的聆听 THANKS