高中化学选修4学案专题二第一单元第2课时影响化学反应速率的因素

第2课时影响化学反应速率的因素一、有效碰撞理论1．有效碰撞2．活化能和活化分子(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。(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)。3．化学反应的过程二、影响化学反应速率的因素1．内因——反应物的性质：影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质。例如金属钠与冷水剧烈反应，而镁和沸水仅能微弱反应。2．外因——外界因素：(1)浓度(其他条件不变)①实验②规律反应物浓度增大(减小)→反应速率增大(减小)③解释反应物浓度增大→单位体积活化分子数增多→单位时间内有效碰撞增多→反应速率增大(反应物浓度减小，则与之相反)(2)压强(针对有气体参加的反应)①压强变化引起浓度变化的图示②规律③解释压强增大→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(气体体积减小,↓,反应物浓度增大))→反应速率加快(3)温度①规律当其他条件不变时，②解释反之，降低温度，反应速率减小。(4)催化剂①规律当其他条件不变时，使用催化剂，可以加快化学反应速率。(若不特别指明，催化剂就是指正催化剂)②解释催化剂→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(改变反应的路径，降低反应所需,活化能,↓,提高活化分子百分数→有效碰,撞几率提高))→eq\a\vs4\al(反应速率,增大)(5)其他因素对化学反应速率的影响如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物接触面积等，均会对化学反应速率产生影响。探究点一从有效碰撞理解化学反应速率一、有效碰撞理论1．化学反应的过程化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键的断裂，生成物分子中化学键的形成过程。2．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先决条件。但是，并不是所有的反应物分子的每次碰撞都能发生化学反应。3．有效碰撞与化学反应在某个化学反应中，反应物分子中的能量高低不同。并且，在通常状况下，能量相对较高的分子所占的比例较小，能量相对较低的分子所占的比例较大。研究证明，只有能量达到某一定值的分子，才能在碰撞以后有可能使原子间的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。我们把能够发生化学反应的分子碰撞叫做有效碰撞，把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子。活化分子具有比普通分子(非活化分子)更高的能量。活化分子在碰撞后有可能使原子间的化学键断裂，从而导致化学反应的发生。4．活化分子的碰撞取向与化学反应分子间的自由碰撞必然会有不同的碰撞取向。研究发现，分子除了要有足够的能量以外，还要有合适的碰撞取向才能发生化学反应。从分子能量的方面来看，只有活化分子才具备发生有效碰撞的条件。从分子碰撞取向的方面来看，活化分子的每一次碰撞不一定能引发化学反应，若分子碰撞取向合适，就能发生化学反应；若分子碰撞取向不合适，则不能发生化学反应。也就是说，只有活化分子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。5．活化能为了把“有效碰撞”概念具体化，人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子所多出的那部分能量称为活化能。如图所示，E1是反应的活化能，E2是活化分子变成生成物分子时放出的能量，能量差E2－E1是反应热。从这个图中可以看出，活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的难易，但是却对这个化学反应前后的能量变化不会产生任何影响。二、试运用有效碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响规律运用有效碰撞理论解释浓度、压强、温度、催化剂等对化学反应速率的影响见下表：总结浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响，如图所示：总的来说，反应条件属于增大(指增大压强、增大浓度、升高温度)的，不管正反应还是逆反应，反应速率均增大。一般情况下，催化剂改变速率程度最大，其次是温度，最后是浓度。1．所有的物质混合，在碰撞过程中都能发生化学反应吗？提示：不同物质之间能否发生化学反应，是由物质本身的性质决定的，并不是所有的物质碰撞都能发生化学反应，那些不能发生化学反应的物质再怎么碰撞也不会发生化学反应。2．一个反应的发生一般经历哪几个过程？提示：如下图3．为什么说活化能越低，化学反应速率越快？提示：在一定条件下，活化分子所占的百分数是固定不变的。活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率就越快。活化能低→普通分子易变成活化分子→活化分子百分数大→有效碰撞次数多→反应速率快【例1】下列说法中有明显错误的是()A．对有气体参加的化学反应，增大压强，体系体积减小，可使单位体积内活化分子数增加，因而反应速率增大B．活化分子间发生的碰撞一定为有效碰撞C．升高温度，一般可使活化分子的百分数增大，因而反应速率增大D．加入适宜的催化剂，可使活化分子的百分数大大增加，从而增大反应速率【思路分析】首先分析外界条件的改变是否引起了活化分子数或活化分子百分数的增加，然后判断外界条件的改变对反应速率的影响。【解析】A√气体体系，增大压强，体积减小，引起单位体积内分子总数增加，导致单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增加，反应速率加快。B×活化分子间有合适取向的碰撞才是有效碰撞。C√升温，一方面使分子获得更高的能量，活化分子百分数提高，另一方面含有较高能量的分子间的碰撞频率也随之提高。两方面都会增大反应速率。D√其他条件一定时，使用催化剂可使反应途径发生改变，从而降低了反应的活化能，使得活化分子的百分数增大，有效碰撞频率增大，故化学反应速率增大。【答案】B已知反应：2NO(g)＋Br2(g)2NOBr(g)ΔH＝－akJ·mol－1(a>0)，其反应机理如下：①NO(g)＋Br2(g)NOBr2(g)快②NO(g)＋NOBr2(g)2NOBr(g)慢下列有关该反应的说法正确的是(C)A．该反应的速率主要取决于①的快慢B．NOBr2是该反应的催化剂C．正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ·mol－1D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率解析：反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ·mol－1，故C正确；增大Br2(g)的浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多，所以能加快反应速率，故D错误。探究点二正确理解和应用影响化学反应速率的因素外界因素对化学反应速率的影响1．增加反应物的量，反应速率一定会增大吗？提示：不一定。对于固体或纯液体，其浓度可视为常数，因而其物质的量的改变，不会影响反应速率。2．使用催化剂反应速率都会增大吗？提示：不一定。催化剂对反应速率的改变包括增大或减小。增大反应速率的催化剂为正催化剂，减小反应速率的催化剂为负催化剂，通常所说的催化剂指正催化剂。3．为什么改变压强对只有固体、液体参与的反应速率没有影响？提示：压强改变对反应速率的影响与浓度改变对反应速率的影响是一致的。压强的改变实质引起了气体的浓度改变，从而使反应速率发生变化。若反应物全部为固体、液体或溶液，由于压强变化对其浓度几乎无影响，故可认为反应速率不变，如2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑反应物中无气体，生成物中有气体，改变压强，反应速率不变。【例2】一定量的锌粉和6mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，能够加快反应速率，但不影响产生H2的总量的是()①石墨粉②CuO③铜粉④铁粉⑤浓盐酸A．①②⑤B．①③⑤C．③④⑤D．①③④【解析】①加入石墨粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；②加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，加快反应速率，但与盐酸反应的锌的量减少，故生成氢气的总量减少；③加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；④加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，锌反应完全后，铁也可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增加；⑤加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量。本题选B。【答案】B等质量的铁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)产生氢气体积(V)的数据，根据数据绘制图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是(C)组别c(HCl)(mol/L)温度(℃)状态12.025块状22.530块状32.550粉末状42.530粉末状A．4－3－2－1 B．1－2－3－4C．3－4－2－1 D．1－2－4－3解析：影响反应速率的因素主要有温度、浓度、接触面积、催化剂，本题中只有温度、浓度和接触面积，三者兼顾分析才能得到正确答案。图像中曲线a对应的实验反应最快，故其浓度较大、温度较高，应为粉末状。探究点三可逆反应中化学反应速率的变化规律可逆反应是在相同条件下既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应，如3H2＋N2eq\o(,\s\up15(催化剂),\s\do15(高温、高压))2NH3。可逆反应是两个具有反应方向不同的反应的组合体，这两个不同的反应之间存在着互为反应物的不可分离关系。以哲学的观点来说，可逆反应里的两个反应的关系是对立统一关系。在化学反应中的能量变化关系方面，可逆反应的一个反应为放热反应，其逆反应必然为吸热反应。对于可逆反应，改变影响化学反应速率的条件，正反应的速率和逆反应的速率都会发生一定程度的变化。下面以可逆反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up15(V2O5),\s\do15(500℃))2SO3为例分析某项条件改变后的瞬间内，v正、v逆的变化情况。1．温度和气体总体积保持不变，加入O2：则v正增大，v逆瞬时不变，v正增大引起c(SO3)增大，c(SO3)增大又引起v逆增大。即v正先增大，v逆后增大。2．温度和气体总体积保持不变，分离出SO3：则v逆减小，v正瞬时不变，v逆减小引起c(O2)、c(SO2)减小，c(O2)、c(SO2)减小又引起v正减小。即v逆先减小，v正后减小。3．气体总物质的量和温度保持不变，缩小体积增大压强：c(SO2)、c(O2)增大，v正增大，c(SO3)同时增大，v逆同时增大。由于c(SO2)增大的同时还有c(O2)增大，故v正>v逆。即v正、v逆同时增大，且v正>v逆。即气体的系数和大的一侧的速率增大的倍数多。4．气体总物质的量和温度保持不变，扩大容积减小压强：与3相反，即v正、v逆同时减小，且v正<v逆。即气体系数和大的一侧的速率减小的倍数多。5．在其他条件一定时，升高温度：v正增大，v逆同时也增大。由于正反应是放热反应，逆反应是吸热反应，故v正<v逆。即v正、v逆同时增大，且v正<v逆。即吸热反应方向增大的多。6．在其他条件一定时，降低温度：与5的速率相反。即v正、v逆同时减小，且v正>v逆。即吸热反应方向的速率减小的多。7．其他条件一定时，加入催化剂：v正、v逆同时增大，且增大的倍数相同。即v正＝v逆。【例3】在一个容积可变的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)。回答下列问题：(1)增加Fe的量，正反应速率________(填“增大”“不变”或“减小”，下同)。(2)将容器容积缩小一半，正反应速率________，逆反应速率________。(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，正反应速率________，逆反应速率________。(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，正反应速率________，逆反应速率________。【思路分析】先分析条件的变化是否导致与反应有关的气体的浓度发生变化，若气体的浓度发生变化，则反应速率发生变化，若气体的浓度不发生变化，则反应速率不变。【解析】(1)Fe为固体，因此增加Fe的量，反应速率不变。(2)将容器容积缩小一半，体系中各气态物质的浓度均增大，正反应速率和逆反应速率都增大。(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，体系中各物质的浓度不变，正反应速率和逆反应速率均不变。(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，体系中各气态物质的浓度均减小，正反应速率和逆反应速率均减小。【答案】(1)不变(2)增大增大(3)不变不变(4)减小减小可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应为放热反应)，升高温度对该反应产生的影响是(C)A．v(正)增大，v(逆)减小B．v(正)减小，v(逆)增大C．v(正)、v(逆)不同程度增大D．v(正)、v(逆)同等程度增大解析：升高温度，v(正)、v(逆)均增大，但正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，v(逆)增大的程度大于v(正)增大的程度。1．对于一定条件下进行的化学反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)，改变下列条件，可以提高反应物活化分子百分数的是(B)①增大压强②升高温度③加入催化剂④增大反应物浓度A．①②B．②③C．①②③D．①②④解析：活化分子比普通分子具有更高的能量，若想提高活化分子百分数，可采取的方法：一是升高温度，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而提高活化分子百分数；二是加入催化剂，降低反应所需活化能，使更多的反应物分子成为活化分子，大大提高了反应物中活化分子百分数。2．改变外界条件可以影响化学反应速率。对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列操作能使活化分子百分数增加的是(D)①增大反应物浓度②增大气体的压强③升高体系的温度④使用催化剂A．①②B．②③C．①④D．③④解析：增大反应物浓度、增大气体的压强，活化分子百分数均不变。3．某温度下，恒容密闭容器中进行反应：X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)ΔH>0，下列叙述正确的是(C)A．加入少量W，v逆增大B．增大压强(缩小容器体积)，v正增大，v逆减小C．升高温度，v正、v逆都增大D．使用正催化剂，v正增大，v逆减小解析：因为固体物质的浓度不变，所以固体量的增减不能影响化学反应速率；增大压强或升高温度时，正、逆反应速率都增大；使用正催化剂后，v正、v逆均增大。4．把在空气中久置的铝片5.0g投入盛有500mL0.5mol·L－1H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率v与反应时间t的图像可用下图来表示，下列说法错误的是(C)A．O→a段不产生氢气是因为铝表面的氧化物隔离了铝和H2SO4溶液B．b→c段产生氢气的速率增大较快的主要原因是温度升高C．c时刻反应处于平衡状态D．c时刻之后，产生氢气的速率降低主要是因为溶液中c(H＋)降低解析：本题易错之处是误认为c时刻后产生氢气的速率降低主要是因为溶液温度降低，而错选D。在空气中久置的铝片表面有一层氧化膜，故O→a段不产生氢气是因为铝表面的氧化物隔离了铝和H2SO4溶液，故A项说法正确；该反应放热，随着反应的进行温度升高，反应速率加快，故B项说法正确；c时刻反应速率最快，c时刻后速率减慢的主要原因是随着反应的进行反应物中c(H＋)降低，故D项说法正确；c时刻反应并不处于平衡状态，故C项说法错误。5．在一密闭容器中充入1molH2和1molI2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，下列说法正确的是(D)A．保持容器容积不变，向其中加入1molH2，化学反应速率不变B．保持容器容积不变，向其中加入1molAr，化学反应速率增大C．保持容器内气体压强不变，向其中