化学课件浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响

第2课时浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响

一、浓度对化学反应速率的影响1.一般规律:必备知识·素养奠基2.定量关系:(1)反应速率方程①意义:反应速率方程可定量地表示化学反应速率与参与反应的反应物浓度的关系。②实例:对于反应H2O2+2HI====2H2O+I2其反应速率方程为v=kc(H2O2)·c(HI),其表示该反应的反应速率与反应物H2O2、HI的浓度成_____。正比(2)反应速率常数(k)含义表示_________下的化学反应速率单位不同反应速率方程中k的单位不同意义通常反应速率常数k越大,反应进行得_____影响因素与浓度无关,但受_____、_______、固体表面积等因素的影响单位浓度越快温度催化剂(3)一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系是由实验测定的,不能根据化学方程式直接写出。【巧判断】(1)决定化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,而不是外界因素。(

)提示:√。一个化学反应的速率决定于反应物的性质,外界因素只能影响反应的速率。(2)对于反应CO2+C(s)2CO,增加C的用量,反应速率加快。 (

)提示:×。碳为固体,改变其用量,反应速率不变。△====(3)在铁与硫酸的反应中,增大硫酸的浓度,化学反应速率一定增大。(

)提示:×。硫酸的浓度增大到一定程度,铁会发生钝化,从而阻止了反应的进行。【做一做】100mL6mol·L-1的H2SO4溶液与足量的锌粉反应,在一定温度下,加入下列物质,试将对v(H2)和n(H2)的影响填入下表中:加入物质对v(H2)的影响对n(H2)的影响Na2CO3固体__________K2SO4溶液__________NaNO3固体__________减小减小减小不变减小减小二、压强对反应速率的影响1.基本规律(对于有气体参加或生成的反应):2.解释:压强的改变导致气体浓度的改变,从而对反应速率产生影响。反之,压强减小,化学反应速率_____。减小【微思考】其他条件相同时,分析增大压强对下列反应的速率的影响?(1)H2(g)+I2(g)2HI(g)(2)NaCl+AgNO3====AgCl↓+NaNO3(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)提示:(1)速率增大,因为此反应为气体之间的反应。(2)速率无变化。因为此反应是无气体参加的反应,压强变化对化学反应速率无影响。(3)速率增大,因为此反应为气体之间的反应。三、温度对反应速率的影响1.基本规律:2.经验规律——范特霍夫规律:温度每升高10K,反应速率增加到原来的2～4倍。这个经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计,但适用范围有限。3.过渡态及活化能:(1)过渡态:一种_____没有完全断裂、_____没有完全形成的高能量的中间状态。(2)活化能。①定义:_______能量与_______能量之间的差值。②符号:Ea。③单位:kJ·mol-1。旧键新键过渡态反应物(3)活化能对反应速率的影响①活化能越高,反应越难进行,反应速率越___。②升高温度,可以提高反应物分子的能量,增大反应物分子形成活化分子的比例,使反应速率加快。小4.温度影响反应速率的理论解释:在其他条件不变时,升高温度,反应物分子的能量增加,使一部分原来能量较低的分子变成_________→活化分子百分数_____→化学反应速率_____。因此,升高温度可以增大化学反应速率。活化分子增加增大【巧判断】(1)对于COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)

ΔH>0,升温能加快正反应速率,降低逆反应速率。 (

)提示:×。升高温度时,不论正反应是吸热还是放热,正、逆反应的速率都增大。(2)温度升高时,对放热反应和吸热反应速率的影响程度是一样的。(

)提示:×。由于放热反应和吸热反应的活化能不同,因此温度的变化对速率的影响程度是不同的。四、催化剂对反应速率的影响1.催化剂:能_____化学反应速率而在反应前后本身的_______________不变的物质。2.催化剂的催化原理:(1)由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变,反应历程中必定既包括有催化剂_____的反应,又包括使催化剂_____的反应。(2)催化剂是通过参与反应改变_________,改变反应的_______来_____化学反应速率。加快质量和化学性质参与生成反应历程活化能改变3.催化剂的特点:五、其他因素对化学反应速率的影响如光辐射、放射线辐射、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物__________等,均会对化学反应速率产生影响。接触面积【巧判断】(1)催化剂能使不能发生的化学反应发生。 (

)提示:×。催化剂只能改变反应的速率,不能改变反应进行的方向。(2)加入催化剂,降低反应的活化能,化学反应速率增大,但反应路径没改变。(

)提示:×。催化剂对反应速率的影响是通过降低反应的活化能,改变了反应的历程实现的。(3)用相同质量的锌粉和锌片与同浓度的足量盐酸反应,产生氢气的量和速率都相同。 (

)提示:×。锌粉的接触面积大,因而反应速率大。关键能力·素养形成知识点一外界条件对反应速率的影响【重点释疑】1.影响因素:2.理论解释:外界条件对化学反应速率的影响,实际是通过影响单位体积内活化分子的数量,增加(或减少)有效碰撞次数来实现的。影响化学反应速率的外界条件主要有温度、浓度、压强和催化剂,它们的影响可以归纳如下:【思考·讨论】(1)对于一个在溶液中进行的反应,改变溶液的用量对化学反应速率有何影响?提示:改变溶液的用量时,由于浓度不变,因此对化学反应速率无影响。(2)反应N2+O22NO,在体积不变的密闭容器中进行,若向容器内充入He使气体压强增大,能否加快反应速率?提示:反应速率不变。因为充入He仅使体系的总压强增大,但反应容器体积不变,各反应成分的浓度不变,则化学反应速率不变。改变压强能否影响化学反应速率,关键是看其能否改变各反应物成分的浓度。(3)活化能和反应速率有什么关系?提示:活化能越小,一般分子成为活化分子越容易,活化分子越多,单位时间内有效碰撞次数越多,则反应速率越快。【案例示范】【典例】(2020·周口高二检测)反应C(s,石墨)+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.用纳米石墨代替普通石墨B.将容器的容积缩小一半C.保持容积不变,充入Ne使体系压强增大D.保持压强不变,充入Ne使容器容积增大【解析】选C。A.用纳米石墨代替普通石墨,大大增加了石墨与H2O的接触面积,反应速率增大。B.将容器的容积缩小一半,c(H2O)、c(CO)、c(H2)都增大,反应速率增大。C.充入Ne而保持容器容积不变,c(H2O)、c(CO)、c(H2)都不变,反应速率不变。D.充入Ne而保持压强不变,c(H2O)、c(CO)、c(H2)都减小,反应速率减小。【规律方法】压强对反应速率的影响压强只对有气体参与的化学反应速率有影响。①恒温时,压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。②恒温时,对于恒容密闭容器。a.充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。b.充入“惰性”气体总压强增大反应物浓度未改变反应速率不变。③恒温恒压时。充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。【迁移·应用】1.(2020·徐州高二检测)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是工业上制造硫酸的重要反应。下列关于该反应的说法正确的是 (

)A.增加O2的浓度能加快反应速率B.降低体系温度能加快反应速率C.使用催化剂不影响反应速率D.一定条件下达到反应限度时SO2全部转化为SO3【解析】选A。降低体系温度能减慢反应速率;使用催化剂能改变反应速率;一定条件下达到反应限度时,因为是可逆反应,SO2不可能全部转化为SO3。2.(2020·成都高二检测)Fe与稀H2SO4反应制氢气,下列措施能使生成氢气的速率一定加快的是 (

)A.增加铁的量 B.增大硫酸的浓度C.加热 D.增大压强【解析】选C。A项,增加铁的用量,固体的浓度不变,反应速率不变,错误;B项,在常温下铁与浓硫酸发生钝化,不能生成氢气,错误;C项,加热,温度升高,反应速率一定增大,正确;D项,反应在溶液中进行,增大压强,反应速率基本不变,错误。【补偿训练】1.(2020·长沙高二检测)反应E+F====G在温度T1℃下进行,反应M+N====K在温度T2℃下进行。已知T1>T2,且E和F的浓度大于M和N的浓度(其他条件均相同),则两者的反应速率 (

)A.前者大 B.后者大C.相等 D.无法判断【解析】选D。影响化学反应速率的因素有内因(反应物的性质)和外因,其中内因对反应速率的影响是主要的,且不同化学反应的活化能不同,反应速率不同。2.(2020·安庆高二检测)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2,开始反应时,按正反应速率由大到小排列顺序正确的是 (

)甲500℃,10molSO2和5molO2的反应乙500℃,用V2O5作催化剂,10molSO2和5molO2的反应丙450℃,8molSO2和5molO2的反应丁500℃,8molSO2和5molO2的反应A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丁、丙C.乙、甲、丙、丁 D.丁、丙、乙、甲【解析】选B。增大反应物浓度,升高温度,使用催化剂等均可增大反应速率。要比较正反应速率大小,则需要比较温度、是否使用催化剂及氧气和SO2的浓度,所以根据题干数据可判断正反应速率由大到小的顺序是乙、甲、丁、丙。【素养提升】有机废水就是以有机污染物为主的废水,有机废水易造成水质富营养化,危害比较大。Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水,通常是在调节好pH和Fe2+浓度的废水中加入H2O2,所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。某校化学兴趣小组现运用该方法降解有机污染物p-CP,探究有关因素对该降解反应速率的影响。【实验设计】控制p-CP的初始浓度相同,恒定实验温度在298K或313K(其余实验条件见下表),设计如下对比实验。实验编号实验目的T/KpHc/(10-3mol·L-1)H2O2Fe2+①为以下实验作参考29836.00.30②探究温度对降解反应速率的影响③298106.00.30(1)请完成上述实验设计表(表中不要留空格)。提示:对比实验的关键是控制变量,实验②探究温度对降解反应速率的影响,则②中除了温度不同以外,其他量必须与实验①相同,则温度、pH、双氧水浓度、亚铁离子浓度在表格中数值分别为:313、3、6.0、0.30;实验③中除了pH与①不同外,其他量完全相同,则探究的是溶液的pH对降解反应速率的影响。【数据处理】实验测得p-CP的浓度随时间变化的关系如下图。(2)请根据如图实验①曲线,计算降解反应在50～150s内的反应速率v(p-CP)。提示:根据图象可知,曲线①中在50s时的浓度为1.2×10-3mol·L-1,在150s时浓度为0.4×10-3mol·L-1,则50～150s内的平均反应速率为:v(p-CP)==8.0×10-6mol·L-1·s-1。【解释与结论】(3)实验①②表明温度升高,降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小,请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因。提示:温度较高时,过氧化氢不稳定易分解,所以温度过高时反而导致降解反应速率减小。(4)实验时需在不同时间从反应器中取样,并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息,给出一种迅速停止反应的方法。提示:根据曲线③可以得出,该反应在pH=10的溶液中停止,故可在反应液中加入碱溶液,使溶液的pH迅速增大,从而使反应停止。知识点二化学反应速率图象分析【重点释疑】1.化学反应速率的基本图象:图象

图象分析(1)其他反应条件一定,化学反应速率随反应物浓度增大而增大(图①)(2)其他反应条件一定,化学反应速率随温度的升高而增大(图②)(3)有气体参加的反应,化学反应速率随着压强增大而增大(图③)(4)有气体参加的反应,化学反应速率随着容器体积的增大而减小(图④)(5)分别在较低温度和较高温度下反应,化学反应速率随着压强的增大及温度的升高而增大(图⑤,T2>T1)2.速率-时间图象:平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线任一平衡体系①增大反应物浓度v(正)、v(逆)均增大,且v(正)>v(逆)正向移动

②减小反应物浓度v(正),v(逆)均减小,且v(逆)>v(正)逆向移动

平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线任一平衡体系③增大生成物浓度v(正)、v(逆)均增大,且v(逆)>v(正)逆向移动

④减小生成物浓度v(正)、v(逆)均减小,且v(正)>v(逆)正向移动

平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线正反应方向为气体体积增大的放热反应⑤增大压强或升高温度v(正)、v(逆)均增大,且v(逆)>v(正)逆向移动

⑥减小压强或降低温度v(正)、v(逆)均减小,且v(正)>v(逆)正向移动

平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线反应前后气体化学计量数之和相等的平衡体系⑦催化剂或增大压强v(正)、v(逆)均增大相同倍数平衡不移动

⑧减小压强v(正)、v(逆)同等倍数减小

【思考·讨论】(1)增大反应物浓度对可逆反应的逆反应速率有何影响?提示:增大反应物浓度,正反应速率增大,在改变的瞬间,生成物的浓度可认为不变,逆反应速率不变;但随着反应的进行,反应物的浓度逐渐减小,生成物的浓度逐渐增大,导致正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,直到两者相等。(2)对于那些反应物和生成物中都有气体参加的可逆反应来说,增大体系的压强(减小体积),正、逆反应速率怎样变化?提示:增大体系的压强(减小体积),反应物和生成物的浓度都增大,所以,正反应的速率和逆反应的速率都增大。【案例示范】【典例】(2020·马鞍山高二检测)对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH<0已达平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响,下列条件与图象不相符的是(O～t1:v正=v逆;t1时改变条件,t2时重新建立平衡) (

)【思维建模】解答本类试题的思维流程如下:【解析】选C。分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2的浓度,v正增大,v逆瞬间不变,A正确;增大压强,v正、v逆都增大,v正增大的倍数大于v逆,B正确;升高温度,v正、v逆都瞬间增大,C错误;加入催化剂,v正、v逆同时同倍数增大,D正确。【迁移·应用】1.(2020·厦门高二检测)一定条件下进行反应2X(g)+Y(g)Z(s)+3W(g)

ΔH<0。达到平衡后,t1时刻改变某一条件所得v-t图象如图,则改变的条件为(

)A.增大压强 B.升高温度C.加催化剂 D.增大生成物浓度【解析】选B。图象特点:t1时刻正、逆反应速率都增大,但逆反应速率增大得多,因为该反应正反应是放热反应,故升高温度时,正、逆反应速率都增大,但逆反应速率增大得多,B正确;该反应是气体体积不变的反应,故增大压强时,正、逆反应速率都增大,且增大的程度相同,A错误;加入催化剂,正、逆反应速率都增大,且增大的程度相同,C错误;增大生成物浓度,逆反应速率瞬间增大,但正反应速率在这一瞬间不变,故D错误。2.(2020·茂名高二检测)某密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g)2Z(g)

ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(

)A.t2时加入了催化剂 B.t3时降低了温度C.t5时增大了压强 D.t3～t4时间内转化率最低【解析】选A。由图象可知,t1-t2已达反应平衡,t2-t3平衡未移动,而此反应是气体分子数减小的加热反应,故t2-t3是因加入了催化剂;t3-t4反应速率降低,且v逆>v正,逆向进行,故是减小压强,而非降低温度(ΔH<0)降温,平衡正向移动v正>v逆,t5-t6反应速率增大,v逆>v正,平衡逆向移动,故此时采取的措施是升高温度。因为t5-t6反应是逆向进行的,故反应物转化率最低的是t5～t6时间内。【补偿训练】1.(2020·南宁高二检测)在实验Ⅰ和实验Ⅱ中,用定量、定浓度的盐酸与足量的石灰石反应,并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石,实验Ⅱ用的是粉末状石灰石。下图中哪个图象能正确反映两种实验的结果 (

)【解析】选B。固体物质参加反应,增大接触面积,能提高反应速率,粉末状的固体比块状的固体的表面积大,反应Ⅱ比反应Ⅰ的速率快;盐酸的物质的量相同,则产生的CO2的体积应相等,因此A、C错误,从D中可以看出Ⅰ的反应速率大于Ⅱ,故D错误。2.(2020·保定高二检测)如图为某化学反应的速率与时间的关系示意图。在t1时刻升高温度或者增大压强,速率的变化都符合示意图的反应是 (

)A.2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH<0B.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)

ΔH<0C.H2(g)+I2(g)2HI(g)

ΔH>0D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH<0【解析】选B。由图象知增大压强或升高温度后,v正、v逆都增大,由于v逆增大得多,平衡逆向移动。A项,该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,增大压强,平衡正向移动,升高温度,平衡逆向移动,错误;B项,该反应的正反应为气体体积增大的放热反应,增大压强,化学平衡逆向移动,升高温度,化学平衡逆向移动,正确;C项,该反应是反应前后气体体积相等的可逆反应,增大压强,平衡不移动,错误;D项,该反应的正反应为气体体积减小的放热反应,增大压强,平衡正向移动,升高温度,平衡逆向移动,错误。【课堂回眸】课堂检测·素养达标1.(2020·洛阳高二检测)下列说法中正确的是 (

)A.增大反应物的物质的量一定能增大化学反应速率B.升高温度使放热反应速率减小,吸热反应速率增大C.使用催化剂,能增大化学反应速率D.增大压强,肯定会增大化学反应速率【解析】选C。增大反应物的物质的量不一定能增大反应物的浓度;升高温度使分子运动加快,分子获得更高的能量,活化分子百分数增大,另外,含有较高能量的分子间有效碰撞次数也增多,反应速率增大(无论化学反应是吸热反应还是放热反应);对有气体参加的反应,增大压强一定要使反应物的浓度增大,才会增大反应速率,反应物的浓度不变,其反应速率也不会发生变化。2.(2020·菏泽高二检测)500mL1mol·L-1的稀盐酸与锌反应,下列操作能使产生氢气的速率增大的是 (

)A.在忽略接触面积变化的情况下,增加锌的质量B.将500mL1mol·L-1的稀盐酸改为1000mL1mol·L-1的稀盐酸C.用1mol·L-1的H2SO4溶液代替1mol·L-1的稀盐酸D.用浓硫酸代替1mol·L-1的稀盐酸【解析】选C。该反应的实质是2H++Zn====Zn2++H2↑,增大反应物浓度可使反应速率增大,由于纯固体、纯液体的组成为定值,所以在忽略接触面积变化的情况下,增加锌的质量,不能增大反应速率,而将等浓度的盐酸由500mL变为1000mL,只是改变了反应物的体积,并未改变其浓度,所以反应速率不变。用1mol·L-1的H2SO4溶液代替1mol·L-1的稀盐酸,溶液中氢离子浓度增加一倍,所以反应速率增大。浓硫酸与锌反应不产生氢气。【补偿训练】(2020·张家口高二检测)下列表格中的各种情况,可以用下面对应选项中的图象表示的是 (

)选项反应纵坐标甲乙A外形、大小相近的金属与水反应反应速率NaKB不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2mL分别与4mL

0.01mol·L-1的KMnO4溶液反应0.1mol·L-1的H2C2O4溶液0.2mol·L-1的H2C2O4溶液C5mL0.1mol·L-1

Na2S2O3溶液与5mL

0.1mol·L-1H2SO4溶液反应热水浴冷水浴D5mL4%的过氧化氢溶液分解放出O2无MnO2粉末加MnO2粉末【解析】选C。Na、K分别与水反应,K更活泼,反应更快,A项不正确;其他条件相同,H2C2O4浓度越大反应速率越快,乙中反应速率更快,B项不正确;相同浓度下,温度越高反应速率越快,随着反应的进行,反应物的浓度减小,反应速率减小,C项正确;使用催化剂的反应速率更快,乙速率比甲的快,D项不正确。3.(2020·长沙高二检测)对于反应:X(g)+Y(g)2Z(g)

ΔH<0的反应,某一时刻改变外界条件,其速率随时间的变化图象如图所示。则下列说法符合该图象的是 (

)A.t1时刻,增大了X的浓度B.t1时刻,升高了体系温度C.t1时刻,降低了体系温度D.t1时刻,使用了催化剂【解析】选D。由图象可知,外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆反应速率。增大X的浓度、升高(或降低)体系温度均不会同等程度地改变正、逆反应速率,A、B、C错误;使用催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率,D正确。4.(2020·东城区高二检测)过二硫酸钾(K2S2O8)是一种无色结晶,不溶于乙醇,有强氧化性,易分解。在Ag+催化下,Cr3+被

氧化为

的机理为:世纪金榜导学号

+2Ag+====2+2Ag2+慢2Cr3++6Ag2++7H2O====6Ag++14H++快下列有关说法正确的是 (

)A.反应速率与Ag+浓度有关B.Ag2+也是该反应的催化剂C.Ag+能降低该反应的活化能和焓变D.v(Cr3+)=v()【解析】选A。慢反应中Ag+参与反应,快反应中又生成了Ag+,则Ag+起到催化剂的作用,催化剂可降低反应的活化能,但不能改变焓变。Ag+浓度越大,反应速率越大,A正确,C错误;Ag2+为中间产物,不是催化剂,B错误;反应总方程式为3+2Cr3++7H2O====6+14H++,反应速率之比等于化学计量数之比,D错误。5.(新思维·新考向)影响化学反应速率的因素很多,某校化学小组用实验的方法进行探究。他们只利用Cu、Fe、Mg和不同浓度的硫酸(浓度分别为0.5mol·L-1、2mol·L-1、18.4mol·L-1)设计实验方案来研究影响反应速率的因素。甲同学研究的实验报告如下表:实验目的实验步骤现象结论____

①分别取等体积的2mol·L-1的硫酸于三支试管中②______

反应速率Mg>Fe,Cu不反应金属的性质越活泼,反应速率越______

(1)请完善上述实验报告。(2)甲同学要得出正确的实验结论,还需控制的实验条件是什么?乙同学为了更精确地研究浓度对反应速率的影响,利用如图所示装置进行定量实验。(3)乙同学在实验中应该测定的数据有哪些?(4)乙同学完成该实验应怎样选用实验药品?(5)该实验中能否选用浓度为18.4mol·L-1的硫酸?为什么?【解析】(1)由实验报告的内容可知甲同学的实验目的是研究反应物本身的性质与反应速率的关系,要想通过实验比较法得出正确的结论,必须排除其他因素的变动和干扰,即需要控制好与实验有关的各项反应条件。所以②中加入的Mg、Fe、Cu大小、形状都应该相同。(2)因为实验目的是研究反应物本身的性质与反应速率的关系,所以还需要控制的实验条件是温度相同。(3)可以通过单位时间里产生气体的多少或产生相同体积的气体所需时间的长短来比较化学反应速率的快慢。(4)由于探究的是浓度对反应速率的影响,因此应选用不同浓度的硫酸和同一种金属在相同条件下反应。(5)常温下Fe、Al遇浓H2SO4、浓HNO3钝化