第一单元化学反应速率第2课时（导学案）

第一单元化学反应速率第2课时影响化学反应速率的因素一、知识目标1.通过实验探究浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。2.了解活化分子、活化能的概念。能用有效碰撞理论解释浓度、压强、温度对化学反应速率的影响。3.认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。了解通过改变外界条件改变化学反应速率的方法和意义。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上观察到浓度、压强、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响现象，从微观上理解有效碰撞、活化分子、活化能等概念对反应速率的影响本质。2.证据推理与模型认知：通过实验现象和数据，推理出影响化学反应速率的因素及规律，建立碰撞理论和过渡态理论等模型。3.科学探究与创新意识：通过设计并完成实验，探究影响化学反应速率的因素，培养科学探究能力和创新精神。一、教学重点1.实验探究浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响；2.有效碰撞理论二、教学难点1.用有效碰撞理论解释浓度、压强、温度对化学反应速率的影响。2.活化分子、活化能1.内因在相同条件下,不同化学反应的反应速率决定于反应物自身的性质。2.外因(1)浓度:当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大;减小反应物浓度,化学反应速率减小。(2)压强:对于有气体参加的化学反应,在相同温度下,增大压强(减小容器容积),反应速率增大;减小压强(增大容器容积),反应速率减小。(3)温度:当其他条件相同时,升高温度,化学反应速率增大;降低温度,化学反应速率减小。温度每升高10K,化学反应速率通常增大为原来的24倍。(4)催化剂:催化剂是改变反应速率最有效的手段之一。(5)其他因素:增大反应物间的接触面积、光、电磁波、超声波等因素都会对反应速率产生影响。一、浓度对反应速率的影响活动一：浓度对化学反应速率的实验探究实验原理:Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O实验步骤向A、B、C三支试管中各加入2mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液，浓度依次为0.1mol·L1、0.05mol·L1、0.01mol·L1，再同时各加入2mL0.2mol·L1稀硫酸，观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。实验现象均出现浑浊，先后顺序为A、B、C实验结论c(Na2S2O3)增大，产生浑浊的速率加快规律总结其他条件相同时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。问题思考：如果改变反应物的浓度，化学反应速率会发生怎样的变化呢？答案：可其他条件相同时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。同时注意固体和纯液体的浓度可视为常数，改变其物质的量，对反应速率几乎无影响；对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。活动二：用碰撞理论解析浓度对化学反应速率的影响1、活化分子和活化能活化能活化分子：化学反应中能量较高、有可能发生有效碰撞的分子活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差Ea是：正反应的活化能Ea′是：逆反应的活化能EaEa′：反应热。2、完成表格外因单位体积内分子总数活化分子数活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率增大反应物浓度增加增加不变增加加快问题探究1：反应物分子间的碰撞与反应速率有什么关系呢？是不是每次碰撞都能发生反应？答案：反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比，但不是每次碰撞都能发生反应。接着介绍有效碰撞与无效碰撞的概念，能发生化学反应的碰撞为有效碰撞，不能发生化学反应的碰撞为无效碰撞。然后说明发生有效碰撞的条件，一是分子要有足够高的能量，二是分子要在一定的方向碰撞。问题探究2：什么是基元反应？答案：反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应。实际上，许多化学反应往往不是一步转化为生成物的。每个基元反应都有对应的活化能，反应的活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。二、压强对反应速率的影响活动一：气体模型问题探究1：对于化学反应的气体与压强有什么关系？答案：对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。问题思考2：对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强和减小压强对反应物气体浓度有什么影响？答案：对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强，气体体积减小，相当于增大反应物的浓度；减小压强，气体体积增大，相当于减小反应物的浓度。活动二：用碰撞理论解析压强对化学反应速率的影响【完成表格】①缩小反应容器的体积外因单位体积内分子总数活化分子数活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率增大压强(体积减小)增加增加不变增加加快②反应容器的体积不变，充入无关气体外因单位体积内反应物分子总数反应物活化分子数反应物活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率体积不变，充入无关气体不变不变不变不变不变③反应容器的压强不变，充入无关气体外因单位体积内反应物分子总数反应物活化分子数反应物活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率压强不变，充入无关气体减少减少减少减少减慢问题探究1：对于只有固体或纯液体参与的反应，改变压强是否影响反应速率答案：压强改变对反应速率的影响适用于有气体参与的反应，对于固体、液体之间或在溶液中进行的反应而言，改变压强对它们体积的影响很小，因此可以忽略压强改变对反应速率的影响。问题思考2：压强改变，速率一定改变吗？答案：压强的改变必须引起浓度的改变，才能影响化学反应速率。当反应容器的体积不变，充入无关气体时，总气压增大，但反应物浓度不变，速率不变；当反应容器的压强不变，充入无关气体时，总气压不变，但反应物浓度下降，速率降低。三、温度对反应速率的影响活动一：温度对化学反应速率的实验探究实验原理2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O实验步骤取3支试管，向试管中分别加入2mL0.01mol/L酸性高锰酸钾溶液，再向试管中分别加入2mL0.1mol/L草酸溶液。将第一支试管放入冰水中，第二支试管置于室温下，第三支试管放入约80℃的热水中。实验现象溶液紫红色褪去所需时间长短：甲>丙>乙实验结论其他条件相同时，反应物的温度越高，反应速率越快。规律总结对于可逆反应，升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，降低温度，正反应速率和逆反应速率均减小。问题探究：温度的改变会如何影响化学反应速率呢？答案：温度对反应速率的影响适用于任何反应，无论是放热反应还是吸热反应，升高温度，反应速率都增大，降低温度，反应速率都减小。活动二：用碰撞理论解析温度对化学反应速率的影响完成表格外因单位体积内分子总数活化分子数活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率升高温度不变增加增加增加加快问题探究：温度升高时，单位体积内分子总数、活化分子数、活化分子百分数、有效碰撞次数和化学反应速率会发生怎样的变化？答案：温度升高时，单位体积内分子总数不变，但活化分子数增加，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快。四、催化剂对反应速率的影响活动一：催化剂对化学反应速率的实验探究实验原理实验步骤向A、B、C3支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液再向试管中分别加入2~3滴洗涤剂。向试管A中加入2~3滴FeCl3溶液，向试管B中加入少量MnO2粉末，C试管留作比较用。实验现象A、B两试管立即产生大量气泡，C试管产生气泡很慢。实验结论FeCl3、MnO2对H2O2的分解都有催化作用，都能加快H2O2的分解规律总结其他条件相同时，对于可逆反应，使用催化剂同等程度增大正逆反应速率。问题探究：催化剂会如何影响化学反应速率呢？答案：其他条件相同时，对于可逆反应，使用催化剂同等程度增大正逆反应速率。活动二：用碰撞理论解析催化剂对化学反应速率的影响完成表格外因单位体积内分子总数活化分子数活化分子百分数有效碰撞次数化学反应速率催化剂不变增加增加增加加快问题探究：使用催化剂时，单位体积内分子总数、活化分子数、活化分子百分数、有效碰撞次数和化学反应速率会发生怎样的变化？答案：使用催化剂，单位体积内分子总数不变，但活化分子数增加，活化分子百分数增加，有效碰撞次数增加，化学反应速率加快。活动三：过渡态理论问题探究1：结合图形解释什么是过渡态？答案：反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须经过一个形成活化络合物的过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。这与爬山类似，山的最高点便是过渡态。问题探究2：催化剂对活化能有什么影响？答案：使用催化剂改变了反应路径(即改变过渡态)降低了活化能，能量不足的分子就能变成活化分子，从而使有效碰撞的概率提高，反应速率增大。使用催化剂→改变了反应的路径，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→反应速率加快活动四：酶的催化作用问题探究1：酶有催化作用吗？答案：酶是一种特殊的、具有催化活性的生物催化剂，它存在于动物、植物和微生物中。与生命现象关系密切的化学反应大多是酶催化的。酶的催化作用是酶与反应物先形成中间化合物，然后中间化合物分解成产物并释放酶。问题探究2：酶作为催化剂有什么特点？答案：高效的催化活性；高度的选择性；特殊的温度效应。五、其他因素对反应速率的影响问题探究：生活中还有哪些因素对反应速率有影响？答案：(1)增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大。固体物质的反应速率与表面积有关，颗粒越小，表面积越大，反应速率就越快，故块状固体可通过研磨来增大表面积，从而加快化学反应速率。如在三氧化硫的吸收阶段，吸收塔里装填瓷环，增大气液接触面积，使气体的吸收速率增大。(2)光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。六、典例精讲典例1：下列关于浓度对反应速率影响的说法正确的是（）A.增大反应物的浓度，反应速率一定增大B.对于任何反应，增加固体反应物的质量，反应速率都增大C.对于离子反应，改变离子浓度，反应速率一定改变D.其他条件相同时，增大反应物的浓度，单位时间内反应物分子间的碰撞次数增加【答案】D【详解】A选项，若反应物为固体或纯液体，增大其物质的量，浓度不变，反应速率不变，A错误；B选项，固体的浓度视为常数，增加固体反应物的质量，反应速率不变，B错误；C选项，对于离子反应，若改变的离子不参与反应，反应速率不变，C错误；D选项，其他条件相同时，增大反应物的浓度，单位体积内分子总数增加，单位时间内反应物分子间的碰撞次数增加，反应速率增大，D正确。典例2：对于有气体参加的反应，下列说法正确的是（）A.增大压强，反应速率一定增大B.减小压强，反应速率一定减小C.压强的改变必须引起浓度的改变，才能影响化学反应速率D.改变压强，活化分子百分数一定改变【答案】C【详解】A选项，若充入无关气体，压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变，A错误；B选项，若充入无关气体，压强减小，但反应物浓度不变，反应速率不变，B错误；C选项，压强的改变必须引起浓度的改变，才能影响化学反应速率，C正确；D选项，改变压强，若反应物浓度不变，活化分子百分数不变，D错误。典例3：升高温度能加快化学反应速率的主要原因是（）A.增加活化分子百分数B.降低活化分子的能量C.活化分子的能量明显增加D.降低反应所需的能量【答案】A【详解】升高温度，部分普通分子吸收能量变成活化分子，活化分子百分数增加，单位时间内有效碰撞次数增加，反应速率加快，A正确；升高温度，活化分子的能量增加，但不是主要原因，B、C错误；升高温度，反应所需的能量不变，D错误。典例4：下列关于催化剂的说法正确的是() A．催化剂能使不发生反应的物质发生反应B．催化剂的化学性质在反应前后发生改变，但质量不变C．催化剂能改变化学反应速率D．任何化学反应都需要催化剂【答案】C【详解】催化剂能改变化学反应速率，反应速率加快，C正确；催化剂不能使不发生反应的物质发生反应，A错误；催化剂的化学性质在反应前后发生改变，质量不变，B错误；部分化学反应需要催化剂，D错误。1.下列关于碰撞理论的说法正确的是（）A.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞B.增大反应物浓度，活化分子百分数增大C.发生有效碰撞的分子一定是活化分子D.化学反应速率与单位时间内分子间的碰撞次数成正比【答案】C【详解】A选项，活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞，只有满足一定方向的活化分子间的碰撞才是有效碰撞，A错误；B选项，增大反应物浓度，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，B错误；C选项，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，C正确；D选项，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的有效碰撞次数成正比，D错误。2.在一定温度下，向密闭容器中充入一定量的N2和H2发生反应：A.保持容器体积不变，充入He使压强增大B.保持容器压强不变，充入He使体积增大C.缩小容器体积，使压强增大D.升高温度【答案】C【详解】A选项，保持容器体积不变，充入He使压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变，A错误；B选项，保持容器压强不变，充入He使体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小，B错误；C选项，缩小容器体积，使压强增大，反应物浓度增大，反应速率增大，C正确；D选项，题目只讨论压强对反应速率的影响，未涉及温度，D不符合题意。3.把镁条投入盛有盐酸的敞口容器中，产生氢气的速率变化曲线如图所示。下列因素中，影响该反应速率的主要因素是（）①盐酸的浓度②镁条的表面积③溶液的温度④Cl−A.①④B.③④C.①③D.②③【答案】C【详解】反应开始时，盐酸浓度较大，反应速率较快，随着反应进行，盐酸浓度减小，反应速率减慢；同时反应放热，溶液温度升高，反应速率加快，后来温度升高的影响小于盐酸浓度减小的影响，反应速率又减慢。所以影响该反应速率的主要因素是盐酸的浓度和溶液的温度，C正确。4.某反应过程能量变化如图所示，下列说法不正确的是()A.反应过程b有催化剂参与B.该反应为放热反应C.升高温度，v正增大，v逆减小D.有催化剂的条件下，反应的活化能等于E1【答案】C【详解】升高温度，v正增大，v逆也增大，C错误。一、影响因素内因：反应物自身性质外因浓度规律：其他条件相同时，增大反应物浓度，反应速率增大；减小反应物浓度，反应速率减小注意：固体和纯液体浓度视为常数压强适用范围：有气体参与的反应影响方式：改变浓度影响速率温度规律：升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小催化剂规律：同等程度增大正逆反应速率原理：降低活化能其他因素接触面积：增大接触面积，反应速率增大光、电磁波、超声波等二、碰撞理论内容：反应物分子间必须碰撞才可能反应，反应速率与碰撞次数成正比有效碰撞与无效碰撞发生有效碰撞的条件分子足够高的能量分子在一定的方向碰撞考点1活化能和活化分子1．下列说法错误的是（）①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②发生有效碰撞的分子一定是活化分子③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞④活化分子间每次碰撞都发生化学反应⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量⑥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A．①④B．③④C．④⑤⑥D．②⑤【答案】B【详解】活化分子间要有合理取向的碰撞才是有效碰撞，故③④错误。考点2浓度、温度、压强、催化剂对反应速率的影响2.一定温度下，用过量铁块与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施①将铁块换为等质量的铁粉②加入少量NaNO3溶液③将稀硫酸换为98%的硫酸④加入少量水⑤加热其中可增大H2的生成速率的措施有（）①③ B.①⑤ C.②⑤ D.②④【答案】B【详解】增大反应物的接触面积可加快反应速率，故①正确。增大没实质参与反应的离子浓度，反应速率不变，故②错误。浓硫酸会使铁发生钝化，故③错误。加水稀释，减慢反应速率，故④错误。升温可加快反应速率，故⑤正确。3.影响化学反应速率的因素主要分两类：内因和外因，下列反应速率的变化是由内因引起的是（）A.熔化的KClO3放出气体的速率很慢，加入少量二氧化锰后很快有气体产生B.分别向同浓度、同体积的盐酸中放入大小相同的锌片与镁条，产生气体的速率有快有慢C.锌粉与碘混合后，无明显现象，当加入几滴水时，立即有紫红色气体产生D.氯气和氢气在常温下缓慢反应，在强光照射下发生爆炸【答案】B【详解】分别向同浓度、同体积的盐酸中放入大小相同的锌片与镁条，产生气体的速率有快有慢，是因为锌片与镁条的金属性不同，属于内因，符合题意。4．已知C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131kJ/mol，在一定温度下达到化学平衡。生产过程中，为了提高该反应的速率，下列措施中合适的是A．增加炭的用量 B．适当降低温度C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的氮气【答案】C【详解】A．炭为固体反应物。在反应速率表达式中，固体的浓度被视为常数，增加其用量不会改变反应速率，A错误；B．升高温度能增加分子平均动能，使更多分子变为活化分子，从而加快反应速率，B错误；C．催化剂可降低反应活化能，显著加快反应速率，C正确；D．氮气为惰性气体，不参与反应，在恒容条件下，通入氮气不改变反应物浓度，故反应速率不变，D错误；5．