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

第二章 化学反应速率与 化学平衡 2.1 化学反应速率 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 2 化学反应速率 定义 表示方法 注意事项 化学反应速率的计算与比较 三段式计算方法 速率之比等于计量数之比 相同反应在不同条件下的反应速率比较 影响化学反应速率的因素 第二章 化学反应速率与 化学平衡 2.1 化学反应速率 2.1.1活化能理论 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 4 了解基元反应 掌握碰撞理论 掌握活化分子、活化能、活化能对反应速率的影响 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 5 为什么有的反应瞬间完整，有的反应进行的非常缓慢呢？ 请仔细阅读教材27-29页，思考以下问题。 1. 思考有效碰撞和化学反应的联系； 2. 思考有效碰撞的前提条件； 3. 思考活化分子、活化能及活化分子百分数概念。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 6 试从化学反应本质的角度分析是怎么发生的？ 化学反应本质 旧键断裂 新键生成 旧键断裂和新键生成之后又是如何发生的呢？ 活化能与简单碰撞理论 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 7 2 mol H2和1 mol O2混合于一个洁净的容器内，已知常温常压下，每个氢分子和氧分子自身或它们之间每秒钟平均碰撞2.355×1010次 如果每一次碰撞都能够引发反应，试想会有什么样的现象？ 极短时间内 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 8 如果每一次碰撞都能引发反应，整个容器中的氢气和氧气将在极短的时间内全部变成水。 然而事实并非如此，为什么呢？ 大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。 要发生反应，对于碰撞也是有要求的。 一、基元反应与反应历程 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 9 1. 基元反应：大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。例如H·＋O2→·OH＋O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应。 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。 一、基元反应与反应历程 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 10 2.反应历程 (1)含义：基元反应构成的反应序列称为反应历程(又称反应机理)。基元反应的总和称为总反应。 (2)特点： ①反应不同，反应历程不相同。 ②同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。 ③对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定 (3)决定因素：反应历程由反应物的结构和反应条件决定。 (4)作用：反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 11 (5)从反应机理角度对化学反应的分类 由几个基元反应组成的总反应也称复杂反应。因此，平常所写的化学方程式是总反应的化学方程式，它只能表示出反应物和生成物以及它们之间的化学计量关系。当然，也有一些化学反应是反应物一步直接转化为生成物的，总反应就是基元反应，这类反应又称为简单反应。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 12 注意： ①对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。 ②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)。自由基反应活性很强，寿命极短。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 13 对于反应：2HI(g) ⇌ H2(g)＋I2(g)： 在973K，1L密闭容器中，HI的浓度为1×10－3 mol/L，反应物分子碰撞次数每秒3.5×1028次，如果每次碰撞都发生的话，反应速率为5.8×104mol/(L·s)，但实验测得实际反应速率为 1.2×10－8mol/(L·s)。思考这些数据背后的化学问题。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 14 对于反应：2HI(g) ⇌ H2(g)＋I2(g)： 说明并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。只有极少数的碰撞是有效的。 1918年，路易斯运用气体运动论的成果，提出了化学反应速率的碰撞理论。该理论认为，化学反应物分子间的有效碰撞是化学反应的必要条件，反应物分子间有效碰撞的频率越高，反应速率越快。 有效碰撞：能够发生化学反应的碰撞称之为有效碰撞 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 15 问题：如果将篮球投入篮筐看作发生反应，思考篮球入筐需要的条件。 没足够的能量 足够的能量 合适的取向 没合适的取向 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 16 有效碰撞： 不是每次分子间的碰撞都会引起化学反应，只有其中部分的气体分子碰撞是有效的，能够导致分子中化学键断裂，引起化学反应的碰撞。 化学反应发生的条件 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 17 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 18 发生有效碰撞的条件 (1)发生碰撞的分子必须有足够高的能量 (2)分子发生碰撞时必须有合理的取向 推论：某一个化学反应的速率大小与单位时间内分子有效碰撞的次数有关，单位时间内有效碰撞的次数越多，该反应的速率越快。 化学反应一般需要一个活化的过程，即能发生反应的分子，必须是先吸收能量后形成活化分子。 二、活化分子和活化能 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 19 1、活化分子：发生有效碰撞的分子必须具有足够的能量，这种分子叫做活化分子。 活化分子具有的高能量从何来? 吸收外界能量 (如加热、光照等) 分子间碰撞时，能量交换不均衡而出现较高能量的分子。 能发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞，还与碰撞的角度有关。(碰撞时的取向合适不合适) 有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关。其他条件不变时，同一反应活化分子在反应物中所占的百分数是一定的。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 20 2、活化能： 活化分子所多出的那部分能量(或普通分子转化成活化分子所需要的能量)。活化能的大小是由反应物分子的性质决定(内因)。 能量 反应过程 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 反应的活化能 反应热 活化分子变成生成物分子放出的能量(或逆反应的活化能) 活化能作用：使反应物活化，从而启动反应或改变反应速率 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 21 从上图可知：活化能与化学反应难易的关系是 活化能高，反应难；活化能低，反应易。 活化分子百分数： 活化分子在总分子中所占的百分数。 为什么活化能高的反应不容易发生呢？ 活化能高，活化分子的百分数低，活化分子数少，有效碰撞少，反应难。 我们知道在2H2O2=O2 ↑ +2H2O反应中加入催化剂MnO2会加速H2O2的分解，你知道为什么吗? 催化剂改变反应历程，可以改变反应活化能， 活化分子百分数 = ×100% 活化分子数 反应物分子总数 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 22 结论： 活化分子的多少与该反应的活化能的大小有关， 活化能的大小是由反应物分子的性质决定。 推论1: 活化能越小，则一般分子成为活化分子越容易，则活化分子越多，单位时间内有效碰撞越多，反应速率越快。 活化能越小，一般分子成为活化分子越容易，则反应条件越简单。 常用的提供活化能的方法： 加热、光照、超声波、核辐射、外加磁场 活化能高，活化分子的百分数低，反应难； 活化能低，活化分子的百分数高，反应易。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 23 活化能与反应热 △H=Ea.正-Ea.逆 三、催化剂 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 24 1、定义：在化学反应中能改变其他物质的反应速率，而本身质量和化学性质在反应前后不变的物质。 2、催化剂加快反应速率的方式:可以降低化学反应所需的活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞的频率，反应速率大幅提高。 催化剂有正催化剂和负催化剂之分 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 25 分子运动 相互碰撞 分子具有足够的能量 活化分子 有 合 适 的 取 向 有效碰撞 发生化学反应 化学反应发生的条件 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 26 练手小训练 1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×” (1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应 (　　) (2)普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应 (　　) (3)活化分子比普通分子具有较高的能量 (　　) (4)化学反应的实质是原子的重新组合 (　　) (5)化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程(　 ) (6)化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞 (　　) 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 27 2. 下列说法错误的是 A.当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时,才能发生化学反应 B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子 C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞 D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应 E.能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量 F.活化能指活化分子多出反应物分子平均能量的那部分能量 G.使用催化剂能改变分子的活化能 H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 28 3．下列说法正确的是 (　　) ①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应　 ②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应　 ③活化分子比普通分子具有较高的能量　 ④化学反应的实质是原子的重新组合　 ⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程　 ⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞 A．①③④⑤　　B．②③⑥ C．④⑤⑥ D．②④⑤ 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 29 4．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。 5.人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子比普通反应物分子所多出的那部分能量称作活化能。某反应过程如右图所示。则该反应的活化能为________，反应为________(填“放热”或“吸热”)反应，ΔH＝________ kJ·mol－1。 第二章 化学反应速率与 化学平衡 2.1 化学反应速率 2.1.2 化学反应速率影响因素 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 31 理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 32 外界条件的改变对化学反应速率产生怎样的影响？ 影响因素 条件改变 反应速率变化 浓度 增大反应物浓度 降低反应物浓度 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用催化剂 压强 有气体参与反应，增大压强 有气体参与反应，降低压强 请结合碰撞理论解释相关现象 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 33 1、 从微观上分析，浓度是如何影响化学反应速率的呢？ 分子总数:40 活化分子数:6 活化分子百分数:15% 分子总数:20 活化分子数:3 活化分子百分数:15% 增大浓度 化分子数增加单位体积内活 (活化分子百分比不变) 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 34 2、从微观上分析，压强对化学反应速率的影响 3/20 加压—减小容器体积 分子总数:20 活化分子数:3 活化分子百分数:15% 分子总数:20 活化分子数:3 活化分子百分数:15% 增大压强 增大浓度 单位体积内活 化分子数增加 (活化分子百分比不变) 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 35 惰性气体冲入对反应速率的影响 恒温恒容 恒温恒压 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 36 压强改变对化学反应速率的影响 压强对固体或液体(溶液)间的反应无影响。 压强的改变实质是改变反应物的浓度，判断时看反应物的浓度是否发生改变，只有浓度改变了反应速率才会改变。 通常所说的压强增大是指压缩加压。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 37 3、从微观上分析，温度是如何影响化学反应速率的呢？ 分子总数:20 活化分子数:3 活化分子百分数:15% 升高温度 分数增加 活化分子百 化分子数增加单位体积内活 单位时间有效碰撞次数增加 反应速率加快 分子总数:20 活化分子数:9 活化分子百分数:45% 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 38 活化能 指前因子 速率常数 A与Ea都是由反应本性所决定的，与反应温度、浓度无关的常数。 *4.阿伦尼乌斯公式 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 39 由实验得到不同温度时的速率常数k，以lnk对1/T作图得一直线，由直线斜率可求出Ea。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 40 由T1、T2温度时的速率常数k1、k2，求活化能： 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 41 反应速率主要由活化能数值决定。活化能越大，反应速率越小。 活化能大的反应其速率常数对温度更敏感 温度升高，k增大，一般反应温度 每升高10℃，k将增大2~4倍 *对不同反应，升高相同温度，Ea大的反应 k 增大的倍数多，因此升高温度对反应慢的反应有明显的加速作用 *在室温下，Ea每增加4kJmol-1，k值降低约80% 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 42 5、从微观角度理解催化剂是对化学反应速率的影响 分子总数:20 活化分子数:3 活化分子百分数:15% 分子总数:20 活化分子数:14 活化分子百分数:70% 催化剂作用：可以降低化学反应所需的活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞的频率，反应速率大幅提高。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 43 5、从微观角度理解催化剂是对化学反应速率的影响 催化剂 降低了反应活化能 活化分子百分数增大，活化分子数增多 化学反应速率加快 单位时间有效碰撞次数增大 注意 (1)催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应方向，也不能改变反应热的大小。 (2)同一催化剂能同等程度地改变化学反应的正、逆反应速率。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 44 1. 下列说法正确的是 (　　) A．增大反应物浓度，可增大单位体积内活化分子的百分数，从而使有效碰撞次数增多 B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大 C．升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是减小了反应物分子中活化分子的百分数 D．催化剂能增大单位体积内活化分子的百分数，从而成千上万倍地增大反应速率 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 45 2.已知H2O2分解反应为：2H2O2=2H2O+O2 △H<0。 在含少量I-的溶液中，H2O2的分解机理为： ① H2O2＋ I- = H2O ＋IO- △H>0 慢 ② H2O2+IO- =H2O+O2+ I- △H<0 快 (1)此过程机理中催化剂是 ，中间产物 。 (2)I-的浓度能否影响反应速率？ (3)画出此反应过程中的能量变化图像 思路分析 如何体现总反应是放热的？ 如何体现第①步反应是吸热的？ 如何体现第②步反应是放热的？ 如何体现总反应第①步与第②步活化能大小？ 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 46 3.已知Arrhenius经验公式为Rlnk= , (Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)，为探究m、n两种催化剂对反应Ⅱ的催化效能，进行了实验探究，依据实验数据获得下图。在m催化剂作用下，该反应的活化能Ea= kJ/mol，从图中信息获知催化性能较高的催化剂是 (填“m”或“n”)。 n 96 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 47 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 增大反应物浓度 增大压强 升高温度 使用催化剂 增加 增加 不变 增加 加快 增加 增加 不变 增加 加快 不变 增加 增加 增加 加快 不变 增加 增加 增加 加快 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 48 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 49 6.反应速率的测定 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 50 【三言两语话重点】 1.“2”个根本: (1)决定化学反应速率的根本因素是反应物本身的性质即内因。 (2)比较化学反应速率快慢的根本是活化能大小,活化能越小,反应速率越快。 2.“4”个因素:影响化学反应速率的四个主要外界因素为温度、浓度、催化剂、压强。 3.“1”个变量:探究外界因素对化学反应速率的影响时,设计的实验应该控制只有一个变量,即“单一变量”。 4.“1”个理解:判断压强(包括稀有气体)对反应速率的影响,可通过分析压强对反应物浓度的影响进行分析。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 51 练手小训练 5.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　) 6.反应C(s)＋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．将容器的体积扩大一倍 B．将容器的体积缩小一半 C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 D．保持压强不变，充入N2使容器体积变大 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 52 7.①反应2SO2＋O2⇌2SO3进行的时间t和反应混合气中SO3的质量分数的关系如图所示。  曲线P表示使用了催化剂，曲线Q表示未使用催化剂。从图中可知，催化剂可以_____________，但不能____________­­­­_。 ②漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)在常温且黑暗处可保存一年，亚氯酸不稳定可分解，反应的离子方程式为5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O(HClO2为弱酸)。向NaClO2溶液中滴加H2SO4，开始时HClO2分解反应缓慢，随后反应迅速加快，其原因是(　　) A．溶液中的Cl－起催化作用 C．ClO2逸出，使反应的生成物浓度降低 B．溶液中的H＋起催化作用 D．在酸性条件下，亚氯酸钠的氧化性增强 第二章 化学反应速率与 化学平衡 2.1 化学反应速率 2.1.3 过渡态理论 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 54 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高能量的中间状态，这个状态称为过渡态。此时旧键没有完全断裂、新键没有完全形成。 基元反应的过渡态能量与反应物的平均能量的差值，即为该基元反应的能垒，也相当于该基元反应的活化能。 1.过渡态理论主要内容 过渡态 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 55 2.正确理解催化剂、中间体 催化剂(先反应后生成)： 在反应中参与了第一步，而在反应结束后又被生成了。 中间体(先生成后反应)： 如果某个物质是前面的生成物，并在下一步中作为反应物参与反应，那么这个物质就是中间产物。 中间产物是化学反应中间过程产生的，它并不是最终的产物。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 56 4.在酸性条件下，有人提出黄铜矿的催化氧化历程如图所示。从整个过程看，NO为      (填“催化剂”“反应物”“中间产物”或“生成物”) 催化剂 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 57 2.正确理解中间体与过渡态 中间体： 多基元反应组成的总反应中某一步基元反应的产物。 过渡态： 反应中能量最高的点。 旧键没有完全断裂，新键没有完全形成，通常以“···”或“---”连接原子 旧键完全断裂，新键完全形成，通常以“—”连接原子 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 58 3.催化机理与反应历程 [知识拓展]催化反应一般过程(简化的过程) ①反应物扩散到催化剂表面； ②反应物被吸附在催化剂表面(放热)； ③被吸附的反应物发生化学反应生成产物； ④产物的解吸。(吸热) 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 59 5.氮气与氢气在催化剂表面发生合成氨反应的微粒变化历程如图所示。 下列关于反应历程的先后顺序排列正确的是 A.④③①② B.③④①② C.③④②① D.④③②① √ 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 60 3.催化机理与反应历程 为什么使用催化剂会降低活化能？ 催化剂的催化机理 每一个基元反应都经历一个过渡态，当催化剂参与化学反应时，改变了反应历程(反应途径)，产生新的过渡态，生成能量更低的中间产物，降低了反应达到过渡态所需要的活化能，使反应易于发生，速率增大。 改变了反应历程，从而降低反应活化能 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 61 在有催化剂催化的反应历程-能量图上有两个峰，说明什么问题？ 在反应历程中，能峰数=基元反应数 3.催化机理与反应历程 该反应的快慢由哪一步决定呢？ 多基元反应组成的总反应，快慢由最慢的一步基元反应(活化能最大的一步)决定，称作决速步骤。 对于该催化反应，第一步为决速步，则过程中会有中间产物堆积。 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 62 3.催化机理与反应历程 该催化反应的活化能是多少？ 该复合反应的活化能只是由实验测算的表观值，没有实际物理意义，并非所有步骤的活化能的简单加和。 近似认为是指正反应历程各步变化中起始物相对能量和过渡态相对能量的最大差值。 E2 E1+E3-E2 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 63 练手小训练 8.NO催化O3生成O2的过程由以下三步基元反应构成： 第1步：NO(g)＋O3(g)===O2(g)＋NO2(g)  ΔH1。 第2步：NO2(g)===NO(g)＋O(g)　ΔH2。 第3步：O(g)＋O3(g)===2O2(g)　ΔH3。 下列说法正确的是(　　) A．三步基元反应都是放热反应 B．第1步是总反应的决速步 C．该过程共有三种中间产物 D．总反应2O3(g)===3O2(g)的焓变为 ΔH1＋ΔH2－ΔH3 √ 2025/9/10 恩施高中 卿恩平 64 9.铁的配合物离子催化某反应的相对能量的变化情况如下图所示。 (1)该反应历程中的最大能垒(活化能)＝ ________kJ·mol－1。 (2)该反应历程分________步进行，其决速步是第________步。 (3)该历程的总反应为_____________________； 其ΔH________(填“大于”“等于”或“小于”)0。 86.1 4 4 小于 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 实验 反应 温度 /℃ Na2S2O3溶液 稀硫酸 H2O V/mL V/mL V/mL A 25 5 0.1 10 0.1 5 B 25 5 0.2 5 0.2 10 C 35 5 0.1 10 0.1 5 D 35 5 0.2 5 0.2 10 $