8.化学反应速率-2022-2023学年高三化学人教版

一、化学反应速率1.意义和表示方法①意义：化学反应速率是用来表征化学反应过程进行快慢的物理量。②表示方法：对于有气体参与的反应或者在溶液中发生的反应，通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示，符号为。2.数学表达式与单位①定义式：②单位：3.概念分析①单位时间与一段时间表示的意义并不相同，单位时间指的是每秒、每分钟、每小时等。②浓度是指物质的量浓度，不能用物质的质量、物质的量或质量分数表示。③化学反应速率与时间和浓度有关，无论是用反应物浓度的减少还是用生成物浓度的增加来表示，都取正值，即。④化学反应速率有瞬时速率和平均速率之分。我们通过公式计算求出的化学反应速率为平均速率。⑤在一定温度下，对于纯固体和纯液体参加的反应，其反应仅发生在接触面上，反应速率只与比表面积有关，并且其单位体积内的物质的量不会改变，即它们的物质的量浓度为常数，即Δc＝0(无意义)，所以不能用固体或纯液体表示反应速率。⑥表示一个具体的化学反应速率时，必须指明物质，即：对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。对于反应：则有：或

二、化学反应速率大小比较同一反应可以用不同的物质表示其反应速率，因此其数值可能不同。比较反应速率的大小时，若只看数值的大小则很容易做出错误的判断；并且，即使是同一种物质来表示速率，若单位不同，其数值也不同，我们也不能直接用数值来进行大小比较，应该先进行单位换算。方法一：先进行单位换算，转换成同一单位，再根据速率之比等于系数之比，转换成同一物质后进行大小比较。方法二：先进行单位换算，转换成同一单位，再比较化学反应速率与化学计量数的比值（速率系数比“速率系数比”本质上与教材给出的“化学反应速率”的意义相同，只是将化学反应速率从新定义，“速率除以系数”，这样一个化学反应速率就只有一个值了，方便不同反应之间的比较。）大小“速率系数比”本质上与教材给出的“化学反应速率”的意义相同，只是将化学反应速率从新定义，“速率除以系数”，这样一个化学反应速率就只有一个值了，方便不同反应之间的比较。如反应，要比较与的相对大小，就是比较的相对大小，若，则用表示的反应速率比用表示的反应速率大。【例】加、乙、丙、丁在不同情况下测得反应的化学反应速率如下：甲：乙：丙：丁：请判断四位同学测得反应速率的快慢。解：先将甲同学的速率单位进行换算，换算成相同单位：方法一：根据速率之比等于系数之比，转换成同一物质，进行比较甲：乙：丙：丁：则四位同学测得反应速率由大到小为：丁＞乙＝丙＞甲方法二：求各速率的“速率系数比”则四位同学测得反应速率由大到小为：丁＞乙＝丙＞甲不同物质描述速率的数值相互转化：，即。

三、“三段式”法在化学反应速率计算中的应用1.“三段式”法书写注意事项：①统一书写各物质的“计量”：一般情况下，不论是恒容还是恒压体系，都可以书写各阶段不同物质的物质的量；体积恒定（体积固定的密闭容器、刚性容器等），物质的量之比等于浓度之比，可以书写各阶段不同物质的物质的量浓度；体积恒定（体积固定的密闭容器、刚性容器等），反应物与生成物均为气体，物质的量之比等于压强之比，可以书写各阶段不同物质的分压。②始态：该状态指的是反应还未开始时，人为加入体系中的各物质不同的量，具有主观性，与反应物系数没有关系。③转化：转化的多少指的是具体发生反应的物质量的多少，反应时必须按照方程式各物质的系数比进行消耗和生成，转化了的各物质的物质的量一定和系数成正比。④终态：终态指的是各物质之间经过一段时间反应后所剩的物质的多少，与加入量和转化的量有关，所以和物质的系数没有直接联系。2.“三段式”法可以解决的问题：①求反应的转化率：指已被转化的反应物的物质的量与其初始的物质的物质的量之比。②求生成物的产率：指生成物的实际值与理论值(按照方程式计算的出来的)的比值。③反应结束时各物质的浓度：列物质的量的“三段式”时，一定要比体积。④反应结束时各物质的百分含量(气体的体积分数、物质的量分数、质量分数)：对于气相反应，气体的体积分数就是气体的物质的量分数。⑤求反应前后的压强：对体积不变的反应装置，如果不考虑反应前后温度的变化，由可知，反应前后压强之比等于气体的物质的量之比。

四、影响化学反应速率的因素一定条件下，一个化学反应的速率主要取决于反应物本身的性质，这是化学反应进行快慢的内在原因。但是我们可以通过改变外界条件，比如从浓度、压强、温度、催化剂等因素，来对反应的快慢进行一定的调节。1.浓度对化学反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率。②注意事项：ⅰ.浓度对化学反应速率的影响只适用于气体和溶液的反应，对于固体或纯液体的反应物，其浓度是常数，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。ⅱ.固体物质的反应速率与接触面积有关，颗粒越细，表面积越大，反应速率就越快。块状固体可以通过研细来增大表面积，从而加快化学反应速率。ⅲ.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。ⅳ.随着化学反应的进行，反应物的浓度会逐渐减小，因此一般反应速率也会逐渐减小。2.压强对化学反应速率的影响①原理：根据理想气体状态方程，在温度和体积一定的条件下，气体的压强和气体的浓度成正比。，分析压强变化对反应速率的影响，要归于浓度变化对反应速率的影响。②特点：压强的变化只影响有气体参加的反应，对只有固体或液体参加的反应，压强变化对速率的影响可以忽略不计。③分类讨论：ⅰ.恒温条件下，体积恒定的容器ⅱ.恒温条件下，体积可变的容器3.温度对化学反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率。②注意事项：ⅰ.温度对反应速率的影响不受反应物聚集状态的限制，不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，故不能认为升高温度只会增大吸热反应的反应速率。ⅱ.某些特殊反应是反常的，如：，温度升高反应速率反而下降。ⅲ.实验表明，温度每升高，化学反应速率通常增大倍。ⅳ.当有催化剂存在的反应，其反应并不会随着温度的升高无限制的增大，其反应速率会在某一温度下达到峰值，该温度则是这种催化剂其催化作用的最适温度。4.催化剂对化学反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率增大。②催化剂，又叫触媒，能够改变化学反应的反应速率。能够加快化学反应速率的催化剂称为“正催化剂”；能够减慢化学反应速率的催化剂称为“负催化剂”或“阻化剂”。一般不特别说明时，“催化剂”三字就指能够加快反应速率的“正催化剂”。5.其他因素对化学反应速率的影响①工业上，把大块的矿石粉碎成粉末（增大固体的比表面积）、在溶浸时进行搅拌（增大固液反应物的接触面积）、在气体吸收工序中将液态物质采用喷雾的形式吹入吸收塔（增大气液反应物的接触面积）等，均是为了加快反应速率，提高原料的利用率。②微波、射线辐射、高速研磨、超声波、强磁场、电弧等都可以改变反应速率。6.实际过程中，化学反应往往受到不止一个因素的影响，需要综合考虑。例如：镁条与稀盐酸的反应过程中，我们发现生成氢气的速率和反应时间的关系如下图所示，整个反应过程主要分为两个阶段：段，没有氢气生成，这是因为镁条表面的氧化膜和稀盐酸先反应；之后段，该段主要收到两个矛盾的因素影响，分别是：①反应放热，温度升高使反应速率加快；②随着反应的进行，浓度逐渐减小使反应速率降低。通过图像我们可以看出，段，温度升高速率加快占主要影响，段后，浓度减小速率减小占主要影响。例如：在酸性和反应的实验中，生成物质的量与时间的变化如下图所示，发现反应是先慢、后快、再慢，原因并不是浓度由浓变稀导致反应先快后慢，而是因为反应开始后生成了，它起到催化剂的作用，加快了反应速率，最后由于浓度太小，所以反应速率才减慢。

五、碰撞理论1.概念：1918年，美国化学家路易斯运用分子运动论成果，提出了化学反应的碰撞理论。该理论认为反应物分子间发生了碰撞是化学反应能够发生的必要条件，反应物分子发生碰撞的频率越多，反应就越快。但是，并不是每次碰撞都能引起化学反应，我们把能够引起化学反应的碰撞称之为有效碰撞。2.发生有效碰撞需要具备两个条件：①相互碰撞的分子具有合适的空间取向②相互碰撞的分子具有足够的能量3.分子能量百分图反应物分子由于相互碰撞，因此每一个分子所具有的能量是不同的。如上图所示，横坐标表示分子具有的能量，纵坐标表示在一定温度下，具有一定能量的分子所占全部分子的百分数。图中曲线上各点的纵坐标之和为，从图中可以看出具有能量的分子所占的百分比是最多的，为全部反应物分子的平均能量。发生有效碰撞的分子必须具有的足够的能量，我们把反应物中具有反应所需最低能量的分子叫做活化分子。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，叫做反应的活化能，用表示。4.可逆反应中，反应物、生成物与活化能的关系图

六、碰撞理论解释影响化学反应速率的因素1.浓度对反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率。②微观解释：其他条件不变时，反应物浓度增大，即单位体积内的反应物分子数增多，但反应物分子的活化分子百分数不变，则单位体积内活化分子数增多，单位体积的有效碰撞几率增大，因此反应速率加快。2.压强对反应速率的影响对于气体参加的反应，我们考虑压强的改变对反应速率的影响时，要将原因归到浓度是否发生变化，通过浓度的变化来判断对反应速率的影响。3.温度对反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率。②微观解释：其他条件不变时，升高温度使反应物分子获得更高的能量，即反应物中活化百分数提高，则单位体积内活化分子数增多，单位体积内的有效碰撞几率增大；另一方面，温度升高加速了分子间的碰撞频率。综合这两方面的因素都使单位体积内的有效碰撞几率增大，因此反应速率加快。③图像分析：温度升高对分子能量大小的影响。从图像可知，相同数目的分子，当温度升高时，反应物分子的平均能量增大，反应发生有效碰撞的活化分子具有的最低能量不变，活化分子的百分数变大，活化分子数增多，活化分子的平均能量增大，活化能几乎不发生变化，我们认为。④拓展：温度对反应速率的定量影响许多实验表明，温度每升高，反应速率通常增大倍，满足以下经验公式：4.催化剂对反应速率的影响①规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率增大。②微观解释：催化剂能够改变反应的历程，使反应所需的活化能降低（或升高）。在反应物分子所具有的平均能量没变的情况下，活化分子数增多了，有效碰撞的几率增大，因此反应速率加快。③图像分析：下图为反应：，和加入催化剂K的反应：的反应历程图像。通过反应历程图可以看出，加入催化剂后，两步反应的活化能和均小于原反应的活化能，因此反应速率加快了。仔细分析加入催化剂的反应历程，我们发现，第一步的反应速率应该小于第二步的反应速率，所以第一步反应是慢反应，是决定整个反应快慢的步骤，我们称为“决速步骤”，若第一步反应越快，则整体反应速率就越快，因此，对总反应来说，第一步反应的活化能就是在催化剂条件下总反应的活化能，就是加入催化剂后活化能的降低值。④催化剂的选择性：催化剂除了能够增大反应速率外还具有一定的选择性。比如有些反应的生成物可能不止一种，如右图所示，反应物和反应同时生成或或三种产物，由于生成的产物不同，反应的活化能互不相同，因此单位时间内的产量是不同的。假如是工业的目标产物，那么和就是副产物，因此我们需要选择一个合适的催化剂它可以针对性的降低这个反应的活化能，加快这个反应的速率，来达到产物在总产物中的比率，催化剂的这个特点，叫催化剂的选择性。⑤注意事项：①凡是能够改变反应速率而自身在化学反应前后化学性质和质量没有发生变化的物质叫催化剂。例如在下图的流程中，以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水制氢的方法。其中催化剂应该是和而不是和。②催化剂是同等程度