2.1.2 影响化学反应速率因素 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

人教版化学选择性必修1 第二章 化学反应速率与化学平衡 第一节 化学反应速率 第2课时 影响化学反应速率的因素 学业要求： 通过实验探究，学习运用变量控制的方法研究化学反应速率；了解反应条件对化学反应速率影响的一般规律，能运用规律解释生产、生活和科学实验中的实际问题。 知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程，能从调控化学反应速率的角度分析和选择反应条件。 能用简单碰撞理论说明反应条件对化学反应速率的影响，体会理论模型的建构过程，强化模型认知意识。 定义化学反应速率 调控化学反应速率 测算化学反应速率 本着对生产生活最有利的原则，我们总是想加快有利的化学反应速率，减慢有害的化学反应的速率。 三 影响化学反应速率的因素 外因：浓度、温度、催化剂、压强。 内因：反应物的组成、结构和性质。 当其他条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大， 降低反应物浓度，化学反应速率减小。 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。 当其他条件相同时，催化剂可以改变化学反应速率。 对于有气体参加的反应，当其他条件相同时，改变压强可以改变化学反应速率。 请设计实验通过定性观察的方法来比较化学反应速率的大小。 设计实验定性探究影响化学反应速率的因素 【探究目的】设计实验探究影响化学反应速率的因素。 【实验用品】烧杯、试管、量筒、试管夹、胶头滴管、温度计、秒表。 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液、0.1 mol/L H2SO4 溶液、 0.05 mol/L H2SO4 溶液、5%H2O2溶液、1 mol/L FeCl3 溶液、 蒸馏水、热水。 【设计方案】 控制变量法 【实验原理】Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O 1. 设计实验探究浓度对化学反应速率的影响 【实验用品】烧杯、试管、量筒、试管夹、胶头滴管、温度计、秒表。 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液、0.1 mol/L H2SO4 溶液、 0.05 mol/L H2SO4 溶液、蒸馏水、热水。 【实验设计】 探究影响化学反应速率的因素 编号 0.1 mol/L Na2S2O3溶液的体积(mL) 0.1 mol/L H2SO4 溶液的体积(mL) 0.05 mol/L H2SO4溶液的体积(mL) 出现浑浊的时间/s ① 2 0 2 ② 2 2 0 【实验原理】Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O 【实验设计】 探究硫酸浓度对化学反应速率的影响 探究影响化学反应速率的因素 【实验原理】Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O 【实验设计】 编号 Na2S2O3溶液 H2SO4溶液 蒸馏水 c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL V/mL ① 0.1 1 0.1 2 1 ② 0.1 2 0.1 2 0 探究硫代硫酸钠浓度对化学反应速率的影响 【实验原理】Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O 【实验用品】烧杯、试管、量筒、试管夹、胶头滴管、温度计、秒表。 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液、0.1 mol/L H2SO4 溶液、 0.05 mol/L H2SO4 溶液、蒸馏水、热水。 【实验设计】 2. 设计实验探究温度对化学反应速率的影响 大量实验证明，温度每升高10K，化学反应速率通常增大到原来2~4倍。 探究影响化学反应速率的因素 编号 水浴温度/℃ 0.1 mol/L Na2S2O3溶液的体积(mL) 0.1 mol/L H2SO4溶液的体积(mL) 出现浑浊的时间/s ① 20 2 2 ② 80 2 2 【实验原理】Na2S2O3(硫代硫酸钠)溶液与 H2SO4 溶液反应如下： Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + S↓ + H2O 【实验设计】 探究温度对化学反应速率的影响 【实验原理】H2O2分解反应如下：2H2O2 = 2H2O + O2↑ 3. 设计实验探究催化剂对化学反应速率的影响 【实验用品】烧杯、试管、量筒、试管夹、胶头滴管、温度计、秒表。 5%H2O2溶液、1 mol/L FeCl3 溶液、蒸馏水、热水。 【实验设计】 探究影响化学反应速率的因素 编号 5%H2O2溶液的 体积(mL) 1 mol/L FeCl3 溶液的体积(mL) 蒸馏水 体积(mL) 产生气泡的速度 ① 3 0 1 ② 3 1 0 【实验原理】H2O2分解反应如下：2H2O2 = 2H2O + O2↑ 【实验设计】 3. 探究催化剂对化学反应速率的影响 催化剂对H2O2分解化学反应速率的影响 较高浓度的H2O2在避光条件下的分解速率 温度 30℃ 50℃ 分解速率 每年1% 每年2% 2H2O2 =2H2O + O2↑ 探究催化剂对化学反应速率的影响 在其它条件不变时，使用适当催化剂可较大程度地加快反应速率。 ①没有特别指明一般指正催化剂。 ②催化剂只能催化可能发生的反应，对不发生的反应无作用。 ③使用催化剂同等程度的增大正逆反应速率，从而改变反应达到平衡所需时间。 ④催化剂具有一定的选择性。 ⑤催化剂中毒：催化剂的活性因接触少量的杂质而明显下降甚至遭到破坏，这种现象叫催化剂中毒。 探究催化剂对化学反应速率的影响 16 请设计实验通过定性观察的方法来比较化学反应速率的大小。 浊度计：用于测量溶液浑浊度的变化。 产生的沉淀越多，浑浊度(单位为NTU)值越大。 定量探究影响化学反应速率的因素 设计方案： 1.确定变量： 2.控制不变的因素： 3. 测定数据： 硫酸的浓度 锌粒的质量、 锌粒的表面积、 溶液的体积 温度、 压强、 a.固定体积，测时间？ b.固定时间，测体积？ 你有哪些方法比较锌粒和 1 mol/L H2SO4 溶液、4 mol/L H2SO4 溶液化学反应速率的大小？ 锌与稀硫酸的反应 19 加入试剂 反应时间(min) 反应速率(mL/min) 1mol/L H2SO4   4mol/L H2SO4   质量相同、颗粒大小相同的锌粒分别与1mol/LH2SO4、4mol/LH2SO4 反应时，与4mol/LH2SO4 反应的速率快，即反应物的浓度越大，反应越快。 用实验法比较化学反应速率大小 思考：采用如图所示实验装置测定锌与稀硫酸反应的速率。(1)检查该装置气密性的操作方法是： (2)你能找到本实验设计存在的问题吗？ (3)如何改进？ 关闭分液漏斗活塞，向外拉注射器的活塞，若活塞能回到原位，则气密性良好。 导管作用：①使分液漏斗中的液体能顺利滴下。 ②消除由于加入液体引起的氢气体积误差。 漏斗中稀硫酸滴入锥形瓶中，即使不生成气体，也会将瓶中的空气排出，使所测气体的体积偏大。 定性探究浓度对化学反应速率的影响 22 探究温度对化学反应速率的影响 23 探究催化剂对化学反应速率的影响 24 思考：如何解释浓度、压强、温度及催化剂等对化学反应速率的影响呢？ 1918年，路易斯提出了化学反应速率的简单碰撞理论。 该理论认为，反应物分子间的碰撞是化学反应的先决条件。 反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。 26 例如： 2HI = H2 + I2 第一步： 2HI → 2I• + H2 第二步： 2I• → I2 每一步反应都称为基元反应，这两个先后进行的基元反应反映了2HI=H2+I2的反应历程。 反应历程又称反应机理。 基元反应发生的先决条件是 。 研究发现，大多数化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的， 而往往经过多个反应步骤才能实现。 反应物的分子必须发生碰撞 27 以气体的反应为例，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1mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子的碰撞可达到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，反应只需10-5秒就可以完成。换言之，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。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。 28 有效碰撞 (有足够的能量 和合适的取向) 碰撞时的取向不合适 碰撞时的能量不足 有效碰撞 活化分子 E2 反应过程 ΔH E1 E生成物 E反应物 O 具有足够的能量能发生有效碰撞的分子叫做活化分子。 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，叫做反应的活化能。 E反应物:反应物分子的平均能量 E生成物:生成物分子的平均能量 E1表示反应的活化能 E2表示活化分子变成生成物分子 放出的能量 E1-E2表示反应热ΔH 30 用简单碰撞理论和活化能解释浓度对化学反应速率的影响 单位时间内有效碰撞次数增多 反应速率加快 反应物浓度增大，即单位体积内反应物分子总数增大 单位体积内活化分子数增加 压强对反应速率的影响 反应速率加快 单位时间内有效碰撞次数增多 增大压强，单位体积内 反应物分子总数增大 单位体积内活化分子数增加 用简单碰撞理论和活化能解释温度对化学反应速率的影响 升高温度 活化分子的 百分数增大 单位时间内的有效碰撞次数增多 反应速率加快 单位体积内活化 分子数增加 目前科学家普遍认为，其他条件相同时，使用催化剂，改变反应历程，改变反应活化能。 问题: 为什么催化剂对化学反应速率有显著影响？ 用简单碰撞理论和活化能解释催化剂对化学反应速率的影响 单位体积内活化分子数目增多，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，化学反应速率增大。 加入催化剂，降低反应的活化能 活化分子的 百分数增大 单位时间内的有效碰撞次数增多 反应速率加快 单位体积内活化 分子数增加 未使用催化剂时：反应A+B=AB的活化能为Ea 使用催化剂K后：反应分两步（历程改变） 第一步：A+K=AK， 活化能为Eal 第二步：AK+B=AB+K 活化能为Ea2 总反应：A+B=AB K是催化剂，前后质量不变；AK是中间产物 这两个分步反应的活化能都比原来的Ea要小，因此反应速率加快。 又因为Ea1>Ea2，所以第一步是慢反应，第二步是快反应。而整个反应的速率是由慢反应决定的，也叫“决速步骤”。所以第一步的活化能Eal就是在催化剂条件下整个反应的活化能。 催化剂对化学反应速率的影响 36 单位时间内有效碰撞次数增多 单位体积内 活化分子数增多 增大反应物浓度 升高温度 增大化学反应速率 增大气体压强 催化剂 活化分子百分数增大 小结：用简单碰撞理论解释反应条件对化学反应速率的影响 单位体积内分子数增多 该反应的活化能：Ea1 该历程中最大能垒（活化能）：Ea1 该反应的活化能：E3 -（E2-E1） 该反应的∆H：-（E4+E2 -E1-E3） 该历程中最大能垒（活化能）：E3 该反应的活化能：1.86eV 该反应的∆H：-0.72 eV 该历程中最大能垒（活化能）E正：2.02 eV 决定反应速率步骤的化学方程式： 冲刺时间分辨技术 飞秒激光器 始态、过渡态、终态 41 式中v是反应速率；a、b分别是反应物A和B浓度的幂指数，它们的数值是通过化学实验测得的，与化学方程式的计量数无关； k为速率常数，其值与温度有关。 反应物浓度(c) 增大，反应速率(v)增大。 增大反应物浓度可以增大反应速率，但是到底能增大多少呢？ 二者之间的关系能否用数学表达式表示呢？就像y=kx 对一个化学反应mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)，经过研究发现， 其反应速率和反应物浓度有如下关系，称为“速率方程”： 速率方程 模块三 活化能 v=k▪ca(A)▪cb(B) 43 根据下表数据，建立反应2H2+2NO=2H2O+N2的速率方程。 并讨论H2浓度或NO浓度对反应速率的影响，谁更显著？ 速率方程 模块三 活化能 44 分析：设该反应的速率方程为：v=k▪ca(H2)▪cb(NO) 根据1、2组实验可知，仅改变H2浓度： 根据3、4组实验可知，仅改变NO浓度： 相对于H2，NO浓度对反应速率的影响更显著 速率方程 模块三 活化能 v=k▪c(H2)▪c2(NO) 45 D 达标检测 1.下列说法正确的是( ) A.一定条件下，增大反应物的量会加快化学反应速率 B.增大压强，肯定会加快化学反应速率 C.活化分子间所发生的碰撞为有效碰撞 D.能够发生有效碰撞的分子叫活化分子 46 2.在500℃时，2SO2＋O2 2SO3正向是放热反应体系，只改变下列条件，请把影响结果填入下表。(填写“增大”“减小”“不变”) 改变条件 正反应速率 逆反应速率 （1）增大O2的浓度 （2）增大SO3的浓度 （3）减小SO3的浓度 （4）增大压强 （5）升高温度 （6）加入催化剂 （7）恒容，充入He 瞬间不变 变大 瞬间不变 变大 瞬间不变 变小 变大 变大 变大 变大 变大 变大 不变 不变 达标检测 3.如下图所示，相同体积的a、b、c三密闭容器，其中c容器有一活塞，a、b两容器为定容容器，起始向三容器中都加入相同量的SO2和O2使三容器压强相等，一定条件下发生 2SO2+O2 2SO3的反应。问： ③ 如起始在a、c两容器中通入同量的N2， 则此时三容器起始压强为Pa ___Pb 　　Pc； ① 起始a、c两容器的反应速率大小关系为Va ___Vc； ② 反应一段时间后a、c中速率大小关系为Va ___Vc ； = < > = 　 = > 起始反应速率关系为Va ___Vb ___Vc 达标检测 48 $