高中化学 2.2 影响化学反应速率的因素知识导学素材 新人教版选修4.doc

第二节 影响化学反应速率的因素案例探究 我们都有这样的生活常识：冬天食物不易变质，而夏天食物则容易腐烂。如果把鲜牛奶放在冰箱里，能存放46天，而在常温下最多只能保存48小时甚至更短。比较两种保存方式的差异，最明显的莫过于温度：冰箱在保鲜状态下，温度一般控制在4 ，比室温低得多。也就是说温度越低食物腐败的速率越慢，保鲜期就越长。简言之，冰箱的保鲜原理：降低温度、减缓反应速率、提高保鲜期。问题与讨论： 1.是否使用了电冰箱，食品就会永远保鲜？试分析说明。 2.为什么东北地区冬天把食品存放在厚厚的雪堆中？ 温度是影响化学反应速率的重要因素之一。很多反应能够发生，都需要合理的温度条件。 这不是因为温度影响了反应速率，而是因为达到某一温度是化学反应能够发生的基本要素。比如物质燃烧要达到该物质的着火点。当反应能够发生时，温度条件不同反应速率不同，这说明温度影响了化学反应速率。自学导引1.(1)化学反应速率与分子间的_频率有关，因此所有能够改变_、_，以及_的外界条件，都可以用来_、_反应的速率。_、_、_、_等都可以改变反应速率。影响化学反应速率的因素分为内因和外因两个方面。内因是指_，如金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。外因是指外界条件如_、_、_、_等。影响化学反应速率的决定因素是内因。(2)浓度对反应速率的影响由教材实验2-2表明：_。许多实验证明：在其他条件相同时，增大反应物的浓度，化学反应速率_；减小反应物浓度，化学反应速率_。这是因为在其他条件不变时，活化分子的百分数是一定的，因此单位体积内活化分子的数目与单位体积内分子的总数成正比，也就是与反应物的浓度成正比。当反应物浓度增大时，单位体积内分子总数_，活化分子数也相应_，单位时间内有效碰撞次数_，化学反应速率_。答案:(1)有效碰撞 内能 运动速率 碰撞几率 改变 控制 加热 搅拌 增大反应物的浓度 使用催化剂 反应物本身的性质 温度 浓度 压强 催化剂(2)加入较浓的h2c2o4溶液的试管褪色更快些 增大 减小 增大 增大 增加 加快2.压强对反应速率的影响在其他条件不变时，对于有气体参加的反应，增大压强(或缩小反应容器的体积)，相当于_，反应速率_；反之减小压强(或增大反应容器的体积)，相当于_ ，反应速率_。压强的影响只适用于讨论有气体参加的反应。压强对反应速率的影响，必然伴有反应容器体积的改变，归结到反应物浓度的改变；如果压强改变，而反应容器的体积不变时，反应物浓度不变，反应速率也不会改变。由于固体、液体粒子间的_，增大压强几乎不能改变它们的_，因此可以认为对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对反应速率的影响可以_。答案:增大反应物的浓度 加快 减小反应物的浓度减小 距离 浓度 忽略不计3.温度对反应速率的影响由教材实验2-3：写出na2s2o3溶液与稀硫酸反应的化学方程式_。实验中，_组首先出现浑浊。许多实验证明：其他条件相同时，升高温度反应速率_，降低温度反应速率_。这是因为加热时，一方面使分子获得_，另一方面含有较高能量的分子间_也随之增大。这两个方面都使分子间的_提高，所以反应速率加快。答案:na2s2o3+h2so4=na2so4+so2+s+h2o 加热的一组 加快 减慢 能量 碰撞次数 有效碰撞频率4.催化剂对反应速率的影响由教材实验2-4：写出h2o2分解的化学方程式_。实验表明，mno2能_h2o2的分解，是h2o2分解的_。选用适当的催化剂可以_提高反应速率。使用适当的催化剂是改变反应速率的常用有效方法之一。由于催化剂可以_，也就等于提高了_，从而提高了_。除此之外，对于给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况，理想的催化剂还具有大幅度提高主要产物在最终产物中比率的作用。除了上述几种方法之外，还有很多行之有效的改变化学反应速率的方法，例如通过_、_、_、_、_、_等等，总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。答案:2h2o22h2o+o2 加快 催化剂 大幅度 降低化学反应所需要的活化能 活化分子百分数 有效碰撞的频率 光辐射 放射线辐射 超声波 电弧 强磁场 调整研磨疑难剖析一、有效碰撞 活化分子间以合适取向的碰撞，才是有效碰撞，才能发生化学反应。【例1】 有效碰撞是指( )a.反应物分子间的碰撞 b.反应物活化分子间的碰撞c.能发生化学反应的碰撞 d.反应物活化分子间有合适取向的碰撞解析：反应物分子间发生碰撞是发生化学反应的前提，但不具有一定能量的反应物分子间的碰撞，不足以断裂化学键，故a不一定为有效碰撞；反应物中活化分子间的碰撞也不一定发生化学反应，如果分子不是沿着合适的取向相碰撞，也不能使旧键断裂，故b不一定是有效碰撞。答案：cd二、化学反应快慢的判断 判断化学反应的快慢，首先考虑内因(即反应物的结构与性质)，然后比较外因条件。【例2】 下列判断正确的是( )a.0.1 moll-1的盐酸和0.1 moll-1的醋酸分别与2 moll-1的naoh反应的速率相同b.0.1 moll-1的盐酸和0.1 moll-1的hno3分别与大小相同的大理石反应的速率相同c.mg和fe与0.1 moll-1的盐酸反应速率相同d.大理石块与大理石粉分别与0.1 moll-1的盐酸反应的速率相同解析：影响化学反应的速率有内因与外因之分，内因指的是反应物本身的结构性质。例如，在完全相同的外界条件下，mg、fe由于自身金属活泼性的不同，反应速率v(mg)v(fe)。外因主要指的是温度、浓度、压强、催化剂、反应物颗粒的大小、紫外线辐射等因素。a中0.1 moll-1的盐酸与0.1 moll-1的醋酸中自由移动的c(h+)是不相同的；d中大理石粉改变了与盐酸的接触面积，所以改变了反应速率。答案：b三、化学反应速率的影响因素 外界条件对化学反应速率的影响，主要从浓度(溶液或气体)、压强(对于有气体参与的反应)、温度、催化剂等方面综合分析。【例3】 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.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使容器体积增大解析：a选项中c为固态反应物，增加固体的量对反应速率无影响；b选项将容器的体积缩小一半，压强增大，反应速率加快；c选项中充入n2使体系压强增大，但容器的容积未变，参加反应的各种气体浓度未变，故反应速率不变；d选项中保持恒压，充入n2使容器体积增大，参加反应的各种气体浓度减小，反应速率减小。答案：ac友情提示:(1)改变固体或纯液体的量，对反应速率无影响；(2)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改变，不能简单机械地死背结论。对于气体反应有以下几种情况：恒温时：增大压强体积减小浓度增大反应速率增大。恒容时：a.充入气体反应物反应物浓度增大总压增大反应速率增大；b.充入“无关气体”(如he、ne、ar或不参与反应的n2等) 引起总压增大，但各反应物的分压不变，各物质的浓度不变反应速率不变。恒压时：充入“无关气体”(如he、ne、ar或不参与反应的n2等) 引起体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢。【例4】 已知：na2s2o3+h2so4=na2so4+so2+s+h2o，下列各组实验中，反应速率最快的是 ( )组号反应温度/na2s2o3h2so4h2o体积/ml体积/ml浓度/moll-1体积/ml浓度/moll-1a1050.250.110b1050.150.110c3050.150.110d3050.250.210解析：本题主要比较温度和浓度对化学反应速率的影响。溶液混合后总体积都相同，从温度方面判断c、d的反应速率大于a、b的反应速率；从浓度方面判断，a、d的反应速率大于b、c的反应速率。所以反应速率最快的为d。答案：d友情提示:多个外界条件变化时，要对比找出其他相同条件，然后比较。四、化学反应速率的图象 解题时注意图象的变化趋势，分清影响化学反应速率的因素。【例5】 把除去氧化膜的镁条投入到盛有少量稀盐酸的试管中，发现氢气发生的速率变化情况如下图所示。其中t1t2速率变化的主要原因是_；t2t3速率变化的主要原因是_。解析：mg与hcl溶液的反应是放热反应，反应过程中，反应物的浓度不断减小，因此，该反应中并存两个影响化学反应速率的外因：一是反应放出的热能使反应体系温度升高，化学反应速率加快；二是反应使hcl物质的量浓度减小，化学反应速率减慢。由图象可知，在t1t2的时间内，温度变化是影响化学反应速率的主要外因；在t2t3的时间内，hcl物质的量浓度的变化是影响化学反应速率的主要外因。答案：反应是放热反应，使温度升高，所以反应速率加快 随着反应的进行，h+浓度减小，反应速率逐渐减慢拓展迁移拓展点一：发生化学反应的先决条件 旧键的断裂和新键的形成都是通过反应物分子(或离子)的相互碰撞来实现的，如果反应物的分子(或离子)相互不接触、不碰撞，就不可能发生化学反应。因此，反应物分子(或离子)间的碰撞是反应发生的条件。但并不是所有反应物的分子碰撞都发生化学反应。拓展点二：活化分子的碰撞取向于化学反应 子间的自由碰撞必然会有不同的碰撞取向。研究发现，有效的分子碰撞，分子除了要有足够的能量以外，还要有合适的碰撞取向。从分子能量的方面来看，活化分子具备发生有效碰撞的条件。从分子碰撞取向的方面来看，活化分子的某次碰撞还不一定能引发化学反应。若分子碰撞取向合适，就发生化学反应；若分子碰撞取向不合适，则化学反应不能发生。也就是说，只有活化分子且以合适的取向发生碰撞以后，才能使分子内的化学键断裂，从而引发化学反应。以上四项内容，再以hi的分解反应为例做更加直观、明确的说明：2hih2+i2hi分子有可能有以下几种碰撞，如下图所示。hi分子的几种可能的碰撞模式化学反应体系中反应物、产物的能量和活化能的关系 在a中，hi分子没有足够的能量，因此碰撞过轻，两个分子又彼此弹离；在b中由于碰撞没有合适的取向，因此两个分子也彼此弹离；在c中，分子具有足够的能量且碰撞的取向合适，成为活化分子的有效碰撞，因此导致hi键的断裂，hi和ii键的形成，即hi发生分解反应，生成了h2和i2。 拓展点三：影响化学反应速率的其他外界条件 影响化学反应速率的外界条件除浓度、压强、温度、催化剂外，还有很多因素可以改变反应速率。如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、激光、强磁场、高速研磨、反应物颗粒大小、扩散速率、溶剂等等。总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。 利用我们学习的与分子结构调整及价键破坏过程相关的活化分子与活化能理论，就能理解上述措施的作用。 说明：内因是反应物的分子结构。与其他事物变化的规律一样，化学反应速率的变化， 内因是变化的根据，外因是变化的条件，外因通过内因而起作用。物质客观存在发生化学反应的性质，外部因素才能改变其化学反应速率，如果物质根本就不存在发生化学反应的性质，外部因素再多、再强也不能使化学反应发生。 在多项影响化学反应速率的外因中，催化剂、反应物的温度、反应物的浓度、气体反应物的压强等是主要方面，其他是次要方面。在影响化学反应速率外因的主要方面中，催化剂改变化学反应速率的效果最好，但催化剂的适应面不是很大，且催化剂易中毒。反应物的温度对化学反应速率的影响能适应所有的化学反应，反应物的浓度、气态反应物的压强对化学反应速率的影响，适应的范围较小。 在根据外部条件的变化和化学反应速率变化的规律判断化学反应速率的变化情况时，要采用“一变他定”“先分后综”的方法。如分析浓度对化学反应速率的影响时，就要假设其他一切条件不变；若分析温度对化学反应速率的影响时，就要假设其他一切条件不变。若有两个或两个以上的条件对化学反应速率都有影响，要先逐个条件分析判断，再综合分析判断，还要注意各个条件对化学反应速率影响的结果是相辅还是相抵。如升高温度，化学反应速率加快，增大反应物的浓度，化学反应速率加快，既升高温度又增大反应物的浓度，化学反应速率更是加快(相辅)；升高温度，化学反应速率加快，减小反应物的浓度，化学反应的速率减慢，既升高温度又减小反应物的浓度，化学反应