1、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、教学目标1能通过实验探究分析不同组分浓度改变对化学反应速率的影响，能用一定理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。2通过实验探究，了解温度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。3知道化学反应是有历程的，认识基元反应；认识活化能对化学反应速率的影响。二、教学重难点浓度对化学反应速率的影响三、教学过程【课程引入】知识回顾化学反应速率受哪些因素的影响？科学研究表明，对于特定的化学反应，除了受内因反应物自身的性质影响外，反应物的浓度、反应体系的温度、压强和催化剂等都会影响化学反应速率。人们利用冰箱保存食物，控制温度提高发酵的速率，鼓入更多的
2、空气以加快燃料的燃烧等，都是通过改变反应条件来改变反应速率。提问：改变反应条件能使反应速率发生什么变化？为什么改变反应条件能改变反应速率？接下来我们通过实验进一步进行研究。【新知讲解】观察思考：硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应： Na2S2O3 + H2SO4=Na2SO4 + SO2 + S + H2O向A、B、C三支试管中各加入2 mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液，浓度依次为0.1 molL-1、0.05 molL-1、0.01 molL-1，再同时各加入2 mL 0.2 molL-1稀硫酸，观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。实验现象： ；实验结论： 。（实验现象：0.1 molL-1 N
3、a2S2O3溶液出现浑浊最快，0.01 molL-1 Na2S2O3溶液出现浑浊最慢；实验结论：硫代硫酸钠浓度越大，出现浑浊越快，化学反应速率越快。）（一）浓度对反应速率的影响1规律：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。拓展视野： 碰撞理论是一种较直观的反应速率理论。该理论认为，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。但是，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。 2碰撞理论 （1）有效碰撞能发生化学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足够高
4、的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。如图是两个分子不同的碰撞方向，左图是无效碰撞，右图是有效碰撞。单位时间内反应物分子间的有效碰撞次数越多，反应速率越快。（2）活化分子和活化能化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。注意：某化学反应在一定条件下，反应物分子中的活化分子百分数是一定的。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。思考：化学反应速率与活化分子、有效碰撞有什么关系？化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系：反应物分子中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，化学反应速率越快。过渡：为了简化化学反应研究的模型，我们重
5、点考察最简单的化学反应，即反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，也称为基元反应。（3）基元反应：反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应基元反应过程中没有任何中间产物生成。例如，CO + NO2=CO2+NO就是基元反应。有些化学反应，尽管化学方程式表述简单，但不是基元反应，而是经过两个或多个反应步骤才能实现。例如，H2(g) + I2(g)=2HI(g)，该反应经历了如下两步基元反应：I2=2I H2 + 2I=2HI。注意：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。因此，化学反应速率的理论只适用于基元反应。交
6、流讨论：能否用碰撞理论解释：当其他条件相同时，为什么增大反应物浓度化学反应速率增大，而反之速率减小？分析：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响时，应结合单位体积内活化分子数目、单位体积内活化分子百分数及单位时间内有效碰撞的次数来讨论。增大反应物浓度，活化分子变化情况如图。从图中可以看出，增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目变多了。归纳总结：3碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释增大反应物的浓度单位体积内反应物的活化分子数目增多单位时间内反应物发生有效碰撞的次数增多反应速率增大。同理，可以解释反应物浓度减小会使化学反应速率减小。思考：反应物分子中活化分子百分数变了吗？答：注意：浓度改变引起单
7、位体积内活化分子数目的改变，而活化分子百分数不变。交流讨论：在化学反应中，若反应物分别以气体、液体或固体三种状态存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度是否都发生变化呢？答：若反应物以气体存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度发生变化；若反应物以液体或固体存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度不发生变化。（二）压强对反应速率的影响1规律：其他条件不变时，压强增大，反应速率增大；压强减小，反应速率减小。注意这个规律只针对有气体参加，压强变化仅由容器容积变化引起的反应。2解释：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，反应速率增大；减小压强，气
8、体体积增大，相当于减小反应物的浓度，反应速率减小。由此可见，压强改变对反应速率的影响可以归结为浓度改变对反应速率的影响。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。3拓展：恒温恒容时充入反应气体该物质浓度增大反应速率迅速增大；充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体) 总压强增大，但反应混合物中各组分浓度没有改变反应速率不变。观察思考：酸性高锰酸钾溶液与草酸(H2C2O4)发生下列反应：2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4=K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O取
9、3支试管，向试管中分别加入2 mL 0.01 molL-1酸性高锰酸钾溶液，再向试管中分别加入2 mL 0.1 molL-1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。请预测：能观察到什么现象？三种情况下反应的实验现象会有什么差异？请用实验检验你的预测。现象预测：_实验现象：_实验结论：_（实验结论：其他条件不变时，升高温度，可以增大反应速率。）（三）温度对反应速率的影响1规律：其他条件相同时，升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小。2解释：随着温度的升高，反应物分子能量增加，反应物的活化分子百分数增多，分子运动加快，单位时间内活化分子有效碰撞
10、的次数增多，反应速率增大。3特别提醒：（1）温度对反应速率的影响，无论是放热反应，还是吸热反应都适用。（2）温度对反应速率的影响，无论固体、液体、气体都适用。即：温度对反应速率的影响，无论对什么反应，什么物质都适用。科学研究表明，对于许多反应而言，一般温度每升高10K，其反应速率可增加2-4倍。4应用：在实验室或工业生产中，常采用加热的方法使化学反应在较高的温度下进行，以提高反应速率。观察思考：向A、B、C 3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23滴洗涤剂。向试管A中加入23滴 FeCl3溶液，向试管B中加入少量MnO2粉末，C试管留作比较用。观察、比较3支试管中发生
11、的实验现象，并试着分析导致实验现象差异的原因。 过氧化氢分解反应的实验现象试管序号ABC实验现象（实验现象：试管A产生气泡较快，试管B产生气泡稍慢，试管C几乎没有气泡。）实验结论：使用催化剂可以改变反应速率。（四）催化剂对反应速率的影响1规律：其他条件不变时，催化剂可以加快化学反应速率。（通常指正催化剂）注意：（1）催化剂只能改变反应速率，不能改变反应方向，反应热没变。（2）对于可逆反应，同一催化剂能同等程度的改变正、逆化学反应的速率。（3）催化剂有一定的选择性和活化温度。2过渡态理论：反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化
12、能。上图中Ea为正反应的活化能，Ea为逆反应的活化能，Ea - Ea为该反应的反应热。注意：化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。3解释：实验表明，催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率的。具体展开是加入催化剂，改变了反应历程，降低了活化能，活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率增大。如上图所示，没有催化剂参与的反应，活化能(Ea2)较大，则反应速率较小；而有催化剂参与的反应，活化能(Ea1)较小，则反应速率较大。4应用：催化剂是改变化学反应速率最有效的手段之一。据统计，90%以上的化学工业涉及的化学反应
13、都使用催化剂，使用催化剂可以带来巨大的经济效益。在环境保护领域，如汽车尾气的净化、废水的处理等，也需应用各种性能优异的催化剂。目前，各种高效、经济、选择性强的催化剂的研制是全世界化学科学工作者关心和研究的课题。阅读课本P48页拓展视野：基元反应模型与化学反应速率研究阅读课本P49页跨学科链接：酶的催化作用过渡：除了改变反应物的浓度、压强、温度和使用催化剂能改变化学反应速率外，许多方法也能改变反应速率。例如，在硫酸工业中，硫铁矿在焚烧前要先用粉碎机粉碎，以增大矿石与氧气的接触面积，加快燃烧；在三氧化硫的吸收阶段，吸收塔里要装填瓷环，增大气液接触面积，使气体的吸收速率增大。 （五）其他因素对反应速
14、率的影响如增大反应物间的接触面积、光、电磁波、超声波、电弧、强磁场高速研磨等，均是行之有效的改变化学反应速率的方法。学以致用：请依据影响化学反应速率的因素，与同学交流讨论以下问题。1.工业上用氮气与氢气反应合成氨时，常在高温、高压下进行，并使用适当的催化剂。这些条件对合成氨的反应速率有何影响？答：加快反应速率。2.在燃烧木柴时，若使用较细的木柴，并将木柴架空，则木柴的燃烧会更旺。为什么？答：增大反应物间的接触面积，加快反应速率。3.将食品置于低温条件下，常常可以保存更长时间。为什么？答：降低温度，减缓反应速率。4.实验室通过分解双氧水的反应制取氧气时，常加入少量二氧化锰。为什么？答：加入催化剂
15、可以加快化学反应速率。学科提炼：化学反应速率的辩证分析与合理应用化学反应为何有快有慢？影响化学反应速率的主要因素有哪些？我们可以从事物变化的内因和外因两大方面去辩证地分析和研究。一是内因，即物质的本性。在通常情况下，有些物质混合后没有发生化学变化，但改变其中的某种反应物，化学反应随之发生，如银与稀盐酸不反应，而锌与稀盐酸混合立即产生氢气，这是由两种不同金属的本性决定的，即锌是较活泼金属，而银不活泼。在相同条件下，同类型的某些反应物能转化为同类型的产物，但反应速率差异很大，如镁在冷水中反应生成氢氧化镁，过程缓慢，而钠遇冷水剧烈反应生成氢氧化钠，这是由金属镁和钠的金属活动性差异决定的。二是外因。化
16、学反应速率受制于许多外界条件的影响，我们可以根据反应物的性质和反应的特点(即内因)选择恰当的反应条件(外因)来调控反应速率。例如，镁与水的反应可以通过升高温度来加快反应速率，实验室制CO2可以通过调节盐酸的浓度控制生成CO2的速率不至于过快或过慢，H2O2分解制O2时可以加入少量MnO2加快反应速率。因此，我们可以通过内因、外因两大方面的分析，合理地调控化学反应速率，在科学研究和生产、生活中发挥更大的作用。例如，不少国家曾用铜做硬币材料，20世纪80年代因铜太昂贵需要寻找替代金属。锌与铜的硬度、密度接近，且锌比铜便宜，锌便成为首选金属。但锌比铜更活波，锌制的硬币在空气中被腐蚀的速度较快，很快锌
17、也被放弃而改用铜锌合金。又如，对气体反应合成氨而言，工业上通常是在较高温度(500左右)、较大压强(1.31073107Pa)和含铁化合物的催化剂条件下进行，以保证有较快的反应速率。目前环境问题的解决也依赖于催化剂的使用，如在汽车尾气排气口装上催化处理器，能将有毒气体转化为无毒气体；生物降解催化剂能促进一些工业废品或生活垃圾中的部分残留物显著降解，而不对环境造成污染，甚至可以将工业和生活废物较快地转化为可利用资源等。【典型例题】例1下列有关有效碰撞的说法错误的是（ ）A能发生有效碰撞的分子一定是活化分子B有效碰撞是发生化学反应的充要条件C只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞D活化分
18、子间的碰撞不一定是有效碰撞解析：物质发生化学反应，分子间必须发生有效碰撞，普通分子间不能发生有效碰撞，A正确，C错误；发生有效碰撞才能发生化学反应，发生化学反应必定发生了有效碰撞，B正确；活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞，D正确。答案：C例2在四支试管中发生反应：Mg + 2HCl=MgCl2 + H2，生成H2的速率最大的是（ ）试管等质量镁的形状盐酸的浓度/(molL1)温度/A条状0.130B条状0.140C粉末状0.140D粉末状0.540解析：浓度越大，温度越高，固体的表面积越大，则反应速率越大，对比表中数据可知D中盐酸浓度最大，固体粉末状，温度也是最高，则反应速率最大。答案：D例3
19、在恒容密闭容器中发生反应：3CO(g) + Fe2O3(s)3CO2(g) + 2Fe(s)，下列说法不正确的是（ ）A增加Fe2O3的量，反应速率加快B升高温度，反应速率加快C使用催化剂，反应速率增大D充入N2使压强增大，反应速率不变解析：Fe2O3为固体，则增加Fe2O3的量，反应速率基本不变，故A错误；升高温度，可增大活化分子百分数，反应速率增大，故B正确；使用催化剂，可增大活化分子百分数，反应速率增大，故C正确；在恒容条件下，充入N2使压强增大，气体反应物和生成物的浓度不变，反应速率不变，故D正确。故选A。答案：A例4反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）AXY
20、反应的活化能为E5B加入催化剂曲线a变为曲线bC升高温度增大吸热反应的活化能，从而使化学反应速率加快D压缩容器体积不改变活化能，但增大单位体积活化分子数，使得反应速率加快解析：根据能量变化，XY，活化能是(E5E2)，故A错误；使用催化剂降低活化能，产物不变，故B错误；升高温度，提高了活化分子的百分数，化学反应速率都增大，故C错误；压缩体积，增大压强，增加单位体积内活化分子的个数，反应速率加快，故D正确。答案：D例5以反应5H2C2O4 + 2MnO+ 6H+=10CO2 + 2Mn2+ 8H2O为例探究外界条件对化学反应速率的影响。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混
21、合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法错误的是（ ）A实验所加的H2C2O4溶液均要过量B实验和起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2+对反应起催化作用C实验和是探究浓度对化学反应速率的影响，实验和是探究温度对化学反应速率的影响D实验测得KMnO4溶液的褪色时间为40 s，则这段时间内的平均反应速率v(KMnO4)2.5104 molL1s1解析：实验均需要通过KMnO4溶液褪色的时间来判断反应的快慢，则需要保证KMnO4完全反应，因此所加的H2C2O4溶液均要过量，A项正确；实验和起初反应均很慢，一段时间后，反应生成的Mn2对反应起催化作用，反应
22、速率突然增大，B项正确；根据变量控制思想可知，探究反应物浓度对化学反应速率的影响时，除浓度不同外，其他条件应完全相同，符合条件的是实验和，探究温度对化学反应速率的影响时，除温度不同外，其他条件应完全相同，符合条件的是实验和，C项正确；混合后溶液中KMnO4的浓度c(KMnO4)=0.010 molL10.004 L(0.002 L0.004 L)6.7103 molL1，KMnO4完全反应，则这段时间内的平均反应速率v(KMnO4)6.7103 molL140 s1.7104 molL1s1，D项错误。答案：D四、课堂小结五、板书设计（一）浓度对反应速率的影响（二）压强对反应速率的影响（三）温度对反应速率的影响（四）催化剂对反应速率的影响（五）其他因素对反应速率的影响 12 / 12
