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1 化学反应速率及其影响因素 主讲讲师宋虎 一 化学反应速率 1 定义 2 表示方法 3 数学表达式 4 单位 衡量化学反应进行的快慢程度的物理量 通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示 mol L s 或mol L min 或mol L 1 h 1 化学反应速率 注意几点 1 反应速率是指某一时间间隔内的平均反应速率 而不是某一时刻的瞬时速率 且均取正值 2 同一化学反应的反应速率用不同的物质来表示 可能有不同的速率值 但表示的物理意义完全相同 等价速率 3 用不同的物质来表示的同一化学反应的反应速率之比 等于化学方程式的计量系数之比 对于反应 aA bB cC dD 比例关系 v A v B v C v D a b c d 等式关系 4 比较同一反应在不同条件下的反应速率时 应 统一基准物质 统一单位 例1 反应A 3B 2C 2D在四种不同情况下的反应速率分别为 v A 0 15mol L s v B 0 6mol L s v C 24mol L min v D 0 45mol L s 则该反应进行的快慢顺序为 例2 在2L容器中 发生3A B 2C的反应 若最初加入的A和B均为4mol A的平均反应速率为0 12mol L s 则10s后容器内的B物质是 A 2 8molB 1 6molC 3 2molD 3 6mol C 典型例题解析 典型例题解析 例3 某温度时 在2L容器中X Y Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如右图所示 由图中数据分析 该反应的化学方程式为 反应开始至2min Z的平均反应速率为 n mol t min 123 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 0 05mol L min Y X Z 由图象求化学方程式一般应解决三个问题 1 确定反应物和生成物 根据曲线的斜率 2 反应物和生成物前的系数 根据同一时间内浓度的变化量 3 反应可逆与否 观察最后浓度是否随时间的变化而变化 即是否具有与x轴平行的直线存在 典例4 2012 沈阳模拟 一定温度下 向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应 反应中各物质的物质的量变化如图所示 对该反应的推断合理的是 A 该反应的化学方程式为3B 4D6A 2CB 反应进行到1s时 v A v D C 反应进行到6s时 B的平均反应速率为0 05mol L s D 反应进行到6s时 各物质的反应速率相等 C 二 影响化学反应速率的因素决定因素 参加化学反应的物质的性质 即反应物的本性 如相同条件下Mg Al与稀盐酸反应的速率大小关系为 影响因素 当其他条件不变时1 浓度的影响 增加反应物的浓度可以加快化学反应速率 降低反应物的浓度 可以减慢化学反应速率 2 压强的影响 仅适用于有气体参加的反应 增加体系的压强 可以加快化学反应速率 降低体系的压强 可以减慢化学反应速率3 温度的影响 升高体系的温度可以加快化学反应速率 降低体系的温度 可以减慢化学反应速率 4 催化剂的影响 使用正催化剂可以加快化学反应速率 使用负催化剂 可以减慢化学反应速率 Mg Al 其他因素的影响 固体颗粒大小 物质间接触面大小 溶剂 接触机会的多少 互溶性 原电池的形成各种能量因素 光 电磁波 核辐射 声波等 特别提醒 1 浓度问题 1 若增加一种物质的浓度 无论是反应物或是生成物 反应速率总是加快 反之则减慢 2 固体 或纯液体 的浓度视为常数 增加或减少固体 或纯液体 的量 化学反应速率和化学平衡均不改变 故不能用它表示反应速率 但固体的颗粒越小 反应速率越快 特别提醒 2 压强问题 压强的改变必须是对气体物质的量浓度产生影响而不是外表上的升高或不变 1 对于有气体参加或生成的化学反应 增大压强 体积缩小 气体物质的浓度增大 无论是正反应速率或是逆反应速率均增大 没有气体压强变大不会影响速率 可逆反应 若不是可逆反应 只有当反应物有气体时才受压强影响 生成物有气体则不受影响 2 压强对可逆反应体系中气体的系数大的方向影响的幅度大 如合成氨反应 若不是可逆的 压强只影响反应物 如碳不完全燃烧 3 体系体积缩小一半 即相当于 加压 了 恒容条件下 充入反应无关气体 惰气 容器总压尽管增大了 但与反应有关的气体各自的分压不变 各自的浓度也不变 故反应速度不变 善于辩认 真 假 压强改变 即没有气态物质浓度改变的压强变化是 假 的 非反应气体对反应速率的影响 C减小 速率减小 C不变 速率不影响 1 升高温度 无论是放热反应或是吸热反应 正 逆反应 速率都加快 2 温度每升高10 反应速率就提高到原来的2 4倍 3 温度问题 特别提醒 4 催化剂问题 特别提醒 1 催化剂在化学反应前后质量不变 化学性质不变 物理性质可能发生改变 2 催化剂能同等程度的改变正 逆反应的反应速率 因而对化学平衡无影响 不能改变反应物的转化率和生成物的总产量 例5 在密闭容器里 通入xmol氢气和ymol碘蒸气 改变下列条件 反应速率如何改变 填 增大 或 减小 或 不变 1 升高温度 2 加入催化剂 3 保持容器的容积不变 充入更多的氢气 4 扩大容器的体积 5 保持容器的容积不变 通入氖气 6 保持压强不变充入Ne 增大 增大 增大 减小 不变 减小 7 增大反应体系的压强 反应速率不一定增大 分析 压强仅对有气体参加的反应的反应速率有影响 8 碳酸钙与盐酸反应过程中 再增加CaCO3固体不可以增大反应速率 9 在恒容容器中进行的反应2SO2 O22SO3 向容器中通入N2 容器内压强增大 反应速率增大 分析 通入N2 容器内压强增大 但是SO2 O2 SO3各物质的浓度都没有改变 反应速率不变 1 有效碰撞 反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应 但不是每次碰撞都能发生反应 能发生反应的碰撞称为有效碰撞 有效碰撞必须满足两个条件 一是发生碰撞的分子具有较高的能量 二是分子在一定的方向上发生碰撞 2 活化分子 3 活化分子百分数 在化学反应中 能量较高 有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子 指活化分子在反应物分子中所占的百分数 三 有效碰撞理论 4 有效碰撞的碰撞角度 5 活化能 是指活化分子的平均能量与普通反应物分子的平均能量的差值 足够的能量和恰当的碰撞角度 注意 a 活化分子的碰撞不一定都是有效碰撞 b 活化分子数越多 有效碰撞次数就越多 反应速率就越快 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 总之 活化分子越多 有效碰撞产生的概率越大 反应速率也就越快 化学反应速率与单位时间内分子间的有效碰撞次数 有效碰撞频率 有关 浓度对反应速率的影响 反应物浓度增大 即单位体积内反应物分子总数数增大 单位体积内活化分子数增加 有效碰撞次数增多 反应速率加快 压强对反应速率的影响 结论 增大压强 相当于增大反应物浓度 反应速率加快 温度对反应速率的影响 升高温度 活化分子的百分数增大 分子运动速率加快 碰撞频率增加 有效碰撞次数增多 反应速率加快 催化剂参加化学反应 改变了反应进行的途径 因而大大降低了反应的活化能 大大增大了活化分子百分数 增大 不变 增多 加快 增大 不变 增多 加快 不变 增大 增多 加快 不变 增多 增多 增多 增多 增大 不变 不变 不变 降低 增多 加快 1 决定化学反应速率的主要因素是 A 反应物的浓度B 反应温度C 使用催化剂D 反应物的性质 巩固练习 D 2一定量的盐酸跟过量的铁粉反应时 为了减慢反应速率 而不影响生成H2的总量 可向其中加入适量的 A Na2CO3晶体B 少量铁粉C 水D 少量CuSO4晶体 C 巩固练习 3 用3克块状大理石与30毫升3mol L盐酸反应制取CO2气体 若要增大反应速率 可采取的措施是 再加入30毫升3mol L盐酸 改用30毫升6mol L盐酸 改用3克粉末状大理石 适当升高温度 A B C D B 4 等质量的铁粉与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应 测定在不同时间t产生气体体积V的数据 根据数据绘制得到图1 则曲线a b c d所对应的实验组别可能 A 3 1 2 4B 4 2 3 1C 2 4 1 3D 2 4 3 1 C 4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 增加C的量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 AC 5 下列有关说法正确的是 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大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 可增加活化分子的百分数 从而使化学反应速率增大C 升高温度能使化学反应速率增大的主要原因是增加了反应物分子中活化分子的百分数 C 1 把食物放在冰箱里就能延长保鲜期而不容易变质 2 加酶洗衣粉的去污能力比普通洗衣粉要强得多 3 实验室进行化学反应时 通常把一些固体物质溶于水配成溶液再进行反应 4 向炉膛鼓风 炉子中的火就会越烧越旺 5 木材用来燃烧 劈开来燃烧得比较旺 讨论 温度 催化剂 反应物状态 浓度 接触面积 冒气泡的快慢 颜色变化的快慢 固体溶解的快慢 浑浊程度 温度变化的快慢等 1 定性观察化学反应速率的方法 四 化学反应速率的测定方法 化学反应速率图像及其应用1 物质的量 或浓度 时间图像及应用例如 某温度时 在定容 VL 容器中 X Y Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示 O t1 n3 n mol X Y n2 n1 t2 t3 t4 Z t s O t1 n3 n mol X Y n2 n1 t2 t3 t4 Z t s 根据图像可进行如下计算 1 v X mol L s Y的转化率 100 2 X Y Z三种物质的化学计量数之比为 n1 n3 n2 n3 n2 例题 某温度时 在2L容器中 X Y Z三种物质的物质的量随时间变化曲线如图所示 由图中数据分析 该反应的化学方程式为 反应开始至2min Z的平均反应速率为 实验探究6 定多变一法 突破变量探究型实验题 宁夏理综 10 硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为 Na2S2O3 H2SO4Na2SO4 SO2 S H2O 下列各组实验中最先出现浑浊的是 D 1 铁粉与足量1mol L盐酸反应 为了加快反应速率且不影响产生氢气的量可以加入 2mol L的硝酸溶液 少量CuSO4 s 少量铜粉 少量CH3COONa s 对溶液加热 向反应液中通入HCl气体 加入过量铁粉 将铁粉改为铁片 A B C D B 2 将4molA气体和2molB气体在2L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2s后测得C的浓度为0 6mol L 1 现有下列几种说法 用物质A表示的反应的平均速率为0 3mol L 1 s 1 用物质B表示的反应的平均速率为0 6mol L 1 s 1 2s时物质A的转化率为70 2s时物质B的浓度为0 7mol L 1其中正确的是 A B C D B C 4 已知某反应温度每升高10 反应速率增大为原来的3倍 在10 时完成该反应的10 需要81min 将温度提高到50 完成该反应的10 需要时间s 60 典型例题解析 3 pH相同 体积也相同的盐酸与醋酸溶液 分别同时与过量的锌粒 大小相同 反应 正确的描述为 A 开始时产生氢气的速率 v HCl v CH3COOH B 开始时产生氢气的速率 v HCl v CH3COOH C 经过7秒钟产生氢气的速率 v CH3COOH v HCl D 最终产生氢气的量 n HCl n CH3COOH 5 如Zn与足量盐酸的反应 反应速率随时间的变化出现如下情况 请解释原因 6 已知氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应时 生成 1价的氯和 6价的硫的化合物 反应速率v和反应时间t的关系如右图所示 已知这个反应速率随溶液中氢离子浓度增大而加快 试解释 1 为什么开始时反应速率加快 2 为什么反应进行到一定程度后又减慢 反应开始时 产生H 使c H 增加 ClO3 氧化性增强 故开始时反应速率增加 随着反应的不断进行 c ClO3 不断减小 故反应速率减小 11等质量的铁与过量的盐酸在不同的试验条件下进行反应 测定在不同时间t产生氢气体积v的数据 根据数据绘制得到图1 则曲线a b c d所对应的试验组别可能是 A 4 3 2 1B 1 2 3 4C 3 4 2 1D 1 2 4 3 AC 例13 丙酮和碘在酸性溶液中发生以下反应 CH3COCH3 I2 CH3COCH2I H I 25 时 该反应速率由下列经验公式决定 V k c CH3COCH3 c H 式中k为速率常数 k 2 73 10 5L mol 1 s 1 1 己知刚开始时c CH3COCH3 0 1mol L c H 0 01mol L c I2 0 01mol L 问25 时 当溶液中的I2反应掉一半时 反应速率比刚开始时是快或是慢 刚开始时V1 2 73 10 5 0 1 0 01 2 73 10 8 mol L s I2反应掉一半时 c CH3COCH3 0 1 0 01 2 0 095 mol L c H 0 01 0 01 2 0 015 mol L V2 2 73 10 5 0 095 0 015 3 89 10 8 mol L s V2