人教版化学选择性课件第二章第一节第2课时影响化学反应速率的因素活化能

第2课时影响化学反应速率的因素活化能第二章2021内容索引0102课前篇素养初探课堂篇素养提升素养目标1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响,认识其一般规律,培养科学探究与变化观念等学科核心素养。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用,培养科学态度与社会责任。3.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。4.了解通过改变外界条件从而改变化学反应速率的方法和意义。课前篇素养初探[知识铺垫]1.影响化学反应速率的外界因素有:反应物浓度、温度、气体压强、催化剂、固体反应物的表面积等。2.一般情况下,当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大;升高温度,化学反应速率增大;催化剂可以改变化学反应速率。对气体来说,增大压强(减小容器容积)相当于增大反应物浓度,化学反应速率增大。3.过氧化氢溶液在常温下分解放出氧气的速率很小,但加入MnO2后,分解速率增大,这是因为MnO2起到催化作用使反应速率加快;把食物放在冰箱内可以延长食品保质期,是因为降低温度使反应速率减小;向炉膛内鼓风,用煤粉代替煤块可以使炉火更旺,是因为增大了煤与空气的接触面积使反应速率增大。[必备知识]一、影响化学反应速率的因素在相同条件下,不同的化学反应会有不同的速率,这表明反应速率首先是由反应物的组成、结构和性质等因素决定的。1.浓度对反应速率的影响当其他条件相同时,增大反应物的浓度,化学反应速率增大;降低反应物浓度,化学反应速率减小。2.温度对反应速率的影响其他条件相同时,升温反应速率增大,降温反应速率减小。据测定,许多反应的温度每升高10℃,其反应速率增大为原来的2~4倍,这表明温度对反应速率的影响非常显著。3.催化剂对反应速率的影响使用催化剂可改变化学反应速率(一般情况下是指增大反应速率)。4.压强对反应速率的影响对于有气体参加的反应,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。5.其他因素对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、增大反应物间的接触面积等,均是行之有效的改变化学反应速率的方法。二、活化能1.有效碰撞:能够发生化学反应的碰撞。2.活化分子:能够发生有效碰撞的分子。【微思考1】发生有效碰撞的条件是什么?提示

活化分子间发生碰撞,且碰撞有合适的取向。3.活化能:活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。4.指出下图中有关能量E的含义:E1:反应的活化能;E2:活化分子变成生成物分子放出的能量;E1-E2:反应热。5.外界条件对化学反应速率影响的理论解释:(1)浓度:其他条件不变时,增加反应物浓度→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大。反之,减小反应物浓度,化学反应速率减小。(2)压强:对于有气体参加的反应,在相同温度下,增大压强→气体体积减小→反应物浓度增大→反应速率增大;反之减小压强,反应速率减小。(3)温度:其他条件相同时,升高温度→反应物分子中活化分子百分数增大→单位时间内有效碰撞的次数增加→化学反应速率增大。(4)催化剂(正):降低反应所需活化能→单位体积内反应物分子中活化分子数目增大→有效碰撞的次数增加→反应速率增大。如图所示,使用催化剂使反应速率增大:其中途径Ⅰ表示没使用催化剂。途径Ⅱ表示使用了催化剂。使用了催化剂,反应的活化能降低。图中E1、E2都是该反应的活化能,但E2<E1是因为使用了催化剂与不使用催化剂相比,反应的活化能由E1变为E2。【微思考2】既能增大活化分子在反应物分子中的百分数,又能增大活化分子个数的外界条件是什么?提示

升温、使用催化剂(正)。[自我检测]1.正误判断(1)锌与硫酸反应时,硫酸的浓度越大,产生H2的速率越大。(

)(2)增大压强一定能增大化学反应速率。(

)(3)催化剂能降低反应的活化能,ΔH也会发生变化。(

)(4)双氧水中加入MnO2,可以使生成O2的速率增大,是因为MnO2的催化作用。(

)(5)两试管各加入5mL0.1mol·L-1Na2S2O3溶液,同时分别滴入55mL0.1mol·L-1硫酸溶液和盐酸,两支试管同时变浑浊。(

)(6)FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解,同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同。(

)×××√××2.把下列四种X溶液分别加入到四个均盛有10mL2mol·L-1

盐酸的烧杯中,并立即都加水稀释至50mL,此时X和盐酸进行反应,其中反应速率最大的是(

)A.20mL,2.5mol·L-1 B.20mL,2mol·L-1C.10mL,5mol·L-1 D.30mL,2mol·L-1答案

D解析

混合后溶液都稀释到50

mL,盐酸浓度相等,X的浓度越大,反应速率越快。A和C中均含

mol

X,B中含

mol

X,D中含

mol

X,因此D中X的浓度最大,反应速率最大。课堂篇素养提升任务一浓度、压强对化学反应速率的影响[问题探究]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?答案

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.增大反应物浓度对可逆反应的逆反应速率有何影响?答案

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。3.增大压强(减小容器体积)是否改变了活化分子的百分数?答案

增大压强(减小容器体积)时,单位体积内活化分子数增加,单位体积中总的气体分子数也增加,故活化分子百分数不变。4.怎样理解向反应容器中加入稀有气体对反应速率的影响?答案

向容器中加入稀有气体,如果保持恒温恒容,尽管容器内总压强增大了,但容器的体积不变,反应物的浓度不变,因此反应速率不变;如果保持恒温恒压,加入稀有气体后,为维持容器内压强不变,容器的体积增大,反应物的浓度减小,因此反应速率减小。5.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?答案

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。[深化拓展]1.浓度改变对化学反应速率的影响(1)用碰撞理论解释浓度变化对化学反应速率的影响反应物浓度增大→单位体积内分子数增多→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞次数增多→化学反应速率增大。(2)分析浓度对化学反应速率的影响时需注意的问题①固体或纯液体的浓度视为常数,所以增加其用量时,化学反应速率不变。但增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂中,能增大化学反应速率。②增大反应物浓度,即增大了单位体积内活化分子的数目,但活化分子的百分数没有增大。③增大反应物的浓度,必须是增加实际参加反应的反应物浓度才能增大反应速率。2.压强影响反应速率的常见情况改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是压强改变时引起气体反应物浓度改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应注意压强变化是否引起物质浓度的变化。(1)对于没有气体参与的化学反应,由于改变压强时,反应物浓度变化可以忽略不计,因此对化学反应速率无影响。(2)对于有气体参与的化学反应,有以下几种情况:①恒温时增大压强体积缩小

浓度增大

反应速率增大。②恒温恒容时a.充入反应气体

该物质浓度增大

反应速率增大。b.充入与反应无关的气体,如He、Ne、Ar等

总压强增大,但反应体系中各组分的浓度未变,此时反应速率不变。③恒温恒压时充入与反应无关的气体

体积增大

反应体系中各组分的浓度减小

反应速率减小。[素能应用]典例1500mL1mol·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的稀盐酸答案

C解析

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、纯液体的浓度为定值,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500

mL变为1

000

mL,只是改变了溶液的体积,并未改变其浓度,所以反应速率不变。用1

mol·L-1的H2SO4溶液代替1

mol·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。变式训练1对反应A+BAB来说,常温下按以下情况进行反应:①20mL溶液中含A、B各0.01mol

②50mL溶液中含A、B各0.05mol

③0.1mol·L-1的A、B溶液各10mL混合④0.5mol·L-1的A、B溶液各50mL混合四者反应速率的大小关系是(

)A.②>①>④>③ B.④>③>②>①C.①>②>④>③ D.①>②>③>④答案

A解析

反应物的浓度越大,反应速率越大。①A、B的浓度各为

mol·L-1;②A、B的浓度各为1

mol·L-1;③A、B的浓度各为

mol·L-1;④A、B的浓度各为

mol·L-1;所以四者反应速率的大小关系是②>①>④>③。典例2在一密闭容器中充入2molH2和2molI2,压强为p,在一定温度下发生H2(g)+I2(g)2HI(g)的反应:(1)恒容条件下,向其中加入1molH2,反应速率

(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。

(2)恒容条件下,向其中加入1molAr,反应速率

。

(3)恒压条件下,向其中加入1molAr,反应速率

。

答案

(1)增大(2)不变(3)减小解析

(1)恒容条件下,充入H2,增大了反应物浓度,反应速率增大。(2)恒容条件下,充入与反应无关的气体(Ar),没有引起反应物浓度的变化,反应速率不变。(3)恒压条件下,充入与反应无关的气体(Ar),使得容器体积增大,各反应物浓度减小,反应速率减小。变式训练2其他条件一定,下列条件的改变,一定能增大化学反应速率的是(

)A.增大压强

B.增大反应物的浓度C.增大反应物的量 D.减小生成物的浓度答案

B解析

对于非气体反应体系,增大压强不会改变化学反应速率;对于反应物为固体的化学反应,改变反应物的量一般不会改变化学反应速率;对于可逆反应,减小生成物的浓度会使化学反应速率减小。任务二温度、催化剂对化学反应速率的影响[问题探究]1.对一个吸热反应,其他条件不变时,升高温度,它的反应速率也增大吗?答案

增大;升高温度,活化分子百分数、单位时间内有效碰撞次数都增加,无论是放热反应还是吸热反应,反应速率都增大。2.活化能和反应速率有什么关系?答案

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,则反应速率越大。3.催化剂一定都能增大化学反应速率吗?答案

不一定。有的反应需要负催化剂,即有的催化剂可减小化学反应速率。[深化拓展]1.温度对反应速率的影响(1)规律当其他条件不变时,(2)解释(3)注意:所有化学反应的反应速率都与温度有关。2.催化剂对反应速率的影响(1)影响规律:使用合适的催化剂,可增大化学反应速率。(2)微观解释:使用合适的催化剂→降低反应所需的活化能→单位体积内活化分子数增加→单位时间内有效碰撞次数增加→化学反应速率增大。(3)注意事项:①催化剂有正、负之分,正催化剂能增大反应速率,负催化剂能减小反应速率,不特别指明的条件下,均指正催化剂。②催化剂只有在一定温度下,才能最大限度地发挥其催化作用。[素能应用]典例3硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中最先出现浑浊的是(

)实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀硫酸H2OV/mLV/mLV/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210答案

D解析

当有多个外界条件时,要对比找出其相同条件和不同条件,然后通过比较进行判断。影响化学反应速率的因素很多,本题从浓度和温度两个因素考查,结合选项知混合溶液体积都为20

mL,根据浓度越大、温度越高,反应速率越大,可以推知D选项正确。变式训练3下列反应中,开始时放出氢气的速率最大的是(

)答案

C解析

C项中锌的表面积大,硫酸的浓度大,温度高,故反应速率最快。选项金属酸溶液的浓度和体积温度/℃A2.4g锌片3mol·L-1硫酸溶液100mL40B2.4g锌粉1mol·L-1硫酸溶液300mL30C2.4g锌粉3mol·L-1硫酸溶液100mL40D5.6g锌片3mol·L-1硫酸溶液200mL30典例4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、甲答案

B解析

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。变式训练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.催化剂在化学反应前后化学性质和质量都不变C.催化剂不能改变化学反应速率D.任何化学反应都需要催化剂答案

B解析

催化剂能改变化学反应速率的原因是它能改变反应机理,在化学反应过程中,催化剂参与反应,经过一系列变化之后,催化剂又恢复到原来的状态。尽管催化剂能改变化学反应速率,但对于不能发生反应的物质,是不能使其反应的,另外,有些反应是不需要催化剂的。

素养脉络

随堂检测1.下列说法不正确的是(

)A.其他条件不变,缩小气体体积增大压强,单位体积内的分子数增大,活化分子数增多,化学反应速率增大B.其他条件不变,增大体积减小压强,单位体积内的分子数减小,活化分子数减少,化学反应速率减小C.加入反应物,使活化分子百分数增大,化学反应速率增大D.减小反应物的浓度,单位体积内的分子数减少,活化分子数减少,化学反应速率减小答案

C解析

增大体积减小压强或减小反应物的浓度,单位体积内的活化分子数减少,化学反应速率减小,故B、D两项正确。其他条件不变,缩小体积增大压强,单位体积内的活化分子数增多,化学反应速率增大,故A项正确。加入反应物,反应物的活化分子百分数不变,C项说法错误。2.下列判断正确的是(

)A.0.1mol·L-1的盐酸和0.1mol·L-1的H2SO4溶液分别与0.2mol·L-1NaOH溶液反应的速率相同B.0.1mol·L-1的盐酸和0.1mol·L-1

的HNO3溶液分别与大小相同的大理石反应的速率相同C.大小、形状相同的镁和铁分别与0.1mol·L-1HCl溶液反应的速率相同D.大理石块与大理石粉末分别与0.1mol·L-1HCl溶液反应的速率相同答案

B解析

A中

mol·L-1的盐酸与

mol·L-1的H2SO4溶液中c(H+)是不同的,因而反应速率不同,A项错误;D中大理石粉末与盐酸的接触面积更大,故反应速率更大,D项错误;而同浓度的两种一元强酸溶液与大理石反应时的本质是相同的:CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O,因此在c(H+)相同的情况下,反应速率相同,B项正确;在完全相同的外界条件下,Mg、Fe由于自身金属活动性的不同,与

mol·L-1盐酸反应时,反应速率v(Mg)>v(Fe),C项错误。3.(双选)(2020辽宁大连高二月考)以反应5H2C2O4+2+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,迅速混合并开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应速率的大小。实验编号H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液温度/℃①0.102.00.0104.025②0.202.00.0104.025③0.202.00.0104.050下列说法不正确的是(

)A.实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量B.若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=2.5×10-4mol·L-1·s-1C.实验①和实验②是探究温度对化学反应速率的影响,实验②和实验③是探究浓度对化学反应速率的影响D.实验①和实验②起初反应均很慢,过一会儿反应速率突然增大,可能是生成的Mn2+对反应起催化作用答案

BC解析

根据反应的方程式可得5H2C2O4~2,实验通过测定溶液褪色所需时间判断反应速率的大小,故在题给三个实验中,所加H2C2O4溶液均应过量,故A正确;①中反应开始时混合溶液中高锰酸钾的浓度为

×

mol·L-1,这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=≈1.7×10-4

mol·L-1·s-1,故B错误;分析表中数据可知,实验①和实验②只是H2C2O4的浓度不同,即实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响;实验②和③只是温度不同,所以实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响,故C错误;在其他条件都相同时,开始反应速率很小,过一会儿反应速率突然增大,说明可能反应生成了具有催化作用的物质,其中溶液中一直有水存在,则说明水没有这种作用,CO2释放出去了,