1、第第2课时课时 外界条件对化学反应速率的影响外界条件对化学反应速率的影响 学业要求 素养对接 1.能运用变量控制的方法探究影响化学 反应速率的因素。 2.能用一定的理论模型说明外界条件改 变对化学速率的影响。 1.变化观念：外部条件改变时，化学反 应速率会发生变化。 2.模型认知：通过基元反应活化能解释 外界条件对反应速率的影响。 知 识 梳 理 知识点一、浓度、压强对化学反应速率的影响 1.在其他条件不变时：增大反应物浓度可以加快化学反应速率；减小反应物浓度 可以减慢化学反应速率。 2.温度一定时，对于气体参加的反应： 增大压强，气体物质的浓度增大，化学反应速率加快； 减小压强，气体物质的浓
2、度减小，化学反应速率减慢。 3.对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎无影响。 知识点二、温度对化学反应速率的影响 1.基本规律 在其他条件不变时：升高温度可以加快化学反应速率；降低温度可以减慢化学反 应速率。 2.化学反应速率与温度的定量关系 (1)经验规律 对于在溶液中发生的反应，温度每升高 10 K，反应速率增加到 24 倍。 (2)经验公式(阿伦尼乌斯公式)kAeEa RT 式中 k 为反应速率常数，A 为比例系数，e 为自然对数的底，R 为摩尔气体常量， Ea为活化能。 当 Ea0 时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率增大。 (3)活化能 Ea越大，反应速率
3、常数越小，化学反应速率越小。 知识点三、催化剂对化学反应速率的影响 1.催化剂 能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。 2.催化原理 (1)通过参与反应，改变反应历程，降低反应的活化能来提高化学反应速率。 (2)催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。 3.特点 (1)选择性：只对某一反应或某类反应起催化作用。 (2)高效性：可以较大幅度降低反应的活化能，从而有效地加快化学反应速率。 自 我 检 测 1.判断正误，正确的打“”，错误的打“” (1)改变固体或纯液体的用量对化学反应速率没有影响() (2)放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率() (3
4、)同时改变两个变量来研究反应速率的变化，能更快得出有关规律() (4)反应 2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)，使用 CuZnFe 催 化剂可大大提高生产效率() (5)一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率() (6) 某反应加入催化剂，改变了反应的途径，反应的 H 也随之改变() 2.下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式 vk Aa Bb的叙述中， 正确的是( ) A.对于所有的化学方程式中，k 是数值和单位都不变的常数 B.a、b 是化学方程式中 A 和 B 的系数 C.对于某个特定的化学反应，k 与所有外界条件都无关 D.vk
5、Aa Bb需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出 解析 在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k 是反应速率常数，它表 示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面积等 因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快。对于很多反应，这种 关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。由此可见，A、B、C 项均错误。 答案 D 3.对于反应：2SO2O22SO3，当其他条件不变时，只改变一个反应条件， 将生成 SO3的反应速率的变化填入下表空格里(填“增大”、“减小”或“不 变”)。 编号 改变的条件 正反应速率 逆反应速率 升高温度 降低温度 增
6、大 O2的浓度 使用催化剂 压缩体积 恒容下充入 Ne 解析 增大反应物或生成物浓度正、逆反应速率均增大，压缩体积时反应物和生 成物浓度均增大，反应速率加快；恒容下充入 Ne，反应物浓度不变。 答案 增大 增大 减小 减小 增大 增大 增大 增大 增大 增大 不变 不变 学习任务一、外界条件对反应速率的影响 【观图思考】 生活中我们总是期望有利于我们的反应速率越快越好， 不利于我们的反应则尽可 能慢一些。 那么怎样才能调控化学反应速率？影响化学反应速率的因素有哪些？ 提示 影响化学反应速率的因素有温度、浓度、压强、催化剂、接触面积等。 【名师点拨】 1.浓度 (1)在 298 K 时，实验测得
7、溶液中的反应 H2O22HI=2H2OI2在不同浓度时的 速率如下表所示： 实验编号 1 2 3 4 5 HI/(mol L 1) 0.100 0.200 0.300 0.100 0.100 H2O2/(mol L 1) 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300 v/(mol L 1 s1) 0.007 60 0.015 3 0.022 7 0.015 1 0.022 8 分析上表数据。 当H2O2恒定时，随HI增大，其反应速率 v 的变化趋势是增大，若HI增大 1 倍， 其反应速率 v 的变化是增大 1 倍。 同理， 当HI恒定时， 反应速率 v 与H2O2 之间有类似的变
8、化规律。 由以上分析可知，其反应速率与HI H2O2成正比，上述反应在不同浓度时的 反应速率的数学表达式是 vkH2O2HI，该温度下 k 的数值约是 0.760 mol 1 L s1。 (2)化学反应速率与反应物浓度的关系： 速率方程 对于任意一个化学反应 aAbB=cCdD，其反应速率方程为 vkcm(A)cn(B)， 式子中 m、n、k 都由实验测得，与化学方程式中的系数无关。 反应速率常数 速率方程中的比例系数 k 称为反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速 率。它具备以下特点： a.与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。温度升高，k 值通常增大。 b.通常情况下
9、，k 值越大，反应进行得越快。 改变浓度对化学反应速率的影响规律为 增加反应物浓度，反应速率均增大，正反应速率增大的多。增加生成物浓度，反 应速率均增大，逆反应速率增大的多。 固体或纯液体的浓度可视为常数，则固体量的增多，不影响反应速率，反应速 率还与固体表面积的大小和生成物扩散的速率有关。 2.压强 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。如图 所示： 结论：增大压强，体积缩小，浓度增大，化学反应速率加快。 微观解释： 增大压强体积缩小反应物浓度增大单位体积内活化分子数增多 单位时间内有效碰撞增加反应速率加快；反之，反应速率减慢。 (1)由于固体、液体粒子间的空隙很
10、小，增大压强几乎不能改变它们的浓度，因 此对只有固体或液体参加的反应，压强的变化对于反应速率的影响可以忽略不 计。 (2)对于反应 N23H22NH3，不同条件下，压强对化学反应速率的影响： 恒温恒容密闭容器中 a.充入 N2，压强增大，N2增大，化学反应速率加快。 b.充入 He(He 与反应无关)，压强增大，但N2、H2、NH3都不变，化学反应 速率不变。 恒温恒压密闭容器中 充入 He，体积增大，N2、H2、NH3都减小，化学反应速率减小。 3.温度 (1)根据基元反应碰撞理论，能量较高，相互之间发生碰撞，能够引发化学反应 发生的反应物分子叫做活化分子。 化学反应一般需要一个活化的过程，
11、即能发生反应的分子，必须是先吸收能量 后形成活化分子。 普通反应物分子形成活化分子所吸收的能量叫活化能(Ea)。对基元反应而言， 其活化能是活化分子平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。 活化能越高，反应越难进行，反应速率常数越小。可见，活化能是决定化学反 应速率的内因。 (2)一定条件下的化学反应，升高温度，可加快化学反应速率，降低温度，可 减慢化学反应速率。 经验规律 对于在溶液中发生的反应，温度每升高 10 K，反应速率增加到 24 倍。此近似 规律只对一些反应的化学反应速率做粗略估计。 经验公式(阿伦尼乌斯公式)kAeEa RT。 Ea为活化能，单位为 J moL 1 或 kJ mo
12、L 1。 当 Ea0 时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率增大。 4.催化剂 某些反应使用催化剂前后的活化能及反应速率常数之比如下表所示： 化学反应 催化剂 Ea/(kJ moL 1) k（催） k（无） 无催化剂 有催化剂 2HI=H2I2 金 184 105 1.6108(503 K) CH3CHO=CH4 CO 碘 210 136 7.5104(793 K) 2H2O2=2H2O O2 过氧化氢 酶 75 25 5.8108(298 K) 分析上表数据，可知： (1)使用催化剂，反应的活化能大幅度降低，反应速率常数变大，化学反应速率 增大。 (2)催化剂：比温度、压强、浓度对化学
13、反应速率影响程度都要大，加快的速率 可达几千倍；因为使用催化剂降低活化能，也就是降低了阻碍反应进行的一个重 要因素。 【典例 1】 反应 3Fe(s)4H2O(g)= 高温 Fe3O4(s)4H2(g)在一可变容积的密闭容 器中进行，试回答： (1)增加 Fe 的量， 其反应速率_(填“增大”、 “不变”或“减小”， 下同)。 (2)将容器的体积缩小一半，其反应速率 _。 (3)保持体积不变，充入 N2使体系压强增大，其反应速率_。 (4)保持压强不变，充入 N2使容器的体积增大，其反应速率_。 解析 (1)由于 Fe 是固体，改变 Fe 的量，反应物浓度不变，故反应速率不变。(2) 将容器体
14、积缩小一半，则反应物浓度增大，故反应速率增大。(3)容器体积不变， 充入 N2，反应物浓度不变，故反应速率不变。(4)保持容器内压强不变，充入 N2 相当于减小压强，即反应物和生成物浓度均减小，故反应速率减小。 答案 (1)不变 (2)增大 (3)不变 (4)减小 变式训练 1 用纯净的碳酸钙和稀盐酸反应制取 CO2气体。 下列措施对改变该反 应的反应速率几乎没有影响的是( ) 改用等浓度的硝酸与碳酸钙反应 增大反应体系的压强或减小反应体系的 压强 改用相同质量粉末状碳酸钙代替块状碳酸钙 改用含有相同 H 浓度 的稀硫酸 A. B. C. D. 解析 因硝酸与盐酸的浓度相同，故对反应速率无影响
15、。压强是通过改变气体的 浓度来改变反应速率的，而该反应为固体碳酸钙与液体盐酸的反应，反应物中没 有气体，故改变压强对该反应的反应速率几乎没有影响；粉末碳酸钙的表面积较 大，反应速率增大；尽管强调了稀硫酸与原盐酸中的 H 浓度相同，但稀硫酸与 碳酸钙反应生成的 CaSO4微溶，覆盖在碳酸钙表面，从而使碳酸钙与 H 的接触 面积减小，导致反应速率减小。 答案 A 学习任务二、依据 vt 图像理解外界条件对反应速率的影响 【合作交流】 1.由右图能否判断反应物和生成物、求算平均速率、写出化学方程式？ 提示 能。 由题中图像知， A 的浓度减小， B、 C 的浓度增加， 且比值为 313， 故反应的化
16、学方程式为 3AB3C；v(A)(2.4 mol L 11.2 mol L1) 2 min0.6 mol L 1 min1，则 v(C)0.6 mol L1 min1，v(B)0.2 mol L1 min1。 2.在物理学中有 svt，s 表示位移，t 表示时间，v 表示速度，试分析图像中阴影 部分面积的含义。 提示 由公式 vc t 变形得 cvt，即图中阴影部分所占的面积相当于时间 t 内 的浓度变化。 【名师点拨】 1.非可逆反应全程速率时间图像 Zn 与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况出现如图情况。 原因是：AB 段，因反应为放热反应，随反应进行，温度升高，导致反应速率增 大；B
17、C 段，则主要因为随反应的进行，溶液中H 减小，导致反应速率减小。 2.可逆反应的速率时间图像 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体 系 增大反应物的 浓度 v正、v逆均增大， 且 v正v逆 正向移动 减小反应物的 浓度 v正、v逆均减小， 且 v逆v正 逆向移动 增大生成物的 浓度 v正、v逆均增大， 且 v逆v正 逆向移动 减小生成物的 浓度 v正、v逆均减小， 且 v正v逆 正向移动 正反应方向 为气体体积 增大的放热 反应 增大压强或升 高温度 v正、v逆均增大， 且 v逆v正 逆向移动 减小压强或降 低温度 v正、v逆均减小， 且 v正v逆 正向移动 任意
18、平衡或 反应前后气 体系数和相 等的平衡 正催化剂或增 大压强 v正、v逆同等倍数 增大 平衡不移动 负催化剂或减 小压强 v正、v逆同等倍数 减小 【典例 2】 一定条件下，在一体积不变的密闭容器中发生反应 2A(g) B(g)3C(g) Ha kJ mol 1。 图为反应体系中反应速率随时间变化的情况，且 t2、t3、t4各改变一种不同的条 件。 (1)t3时改变的条件为_，t4时改变的条件为_。 (2)a_(填“”或“v(逆)可知正反应吸热，H0。 答案 (1)减小压强或使用负催化剂 升高温度 (2) 变式训练 2 对于N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0，其中 vt 图像为 (1
19、)反应 t1时刻改变的条件为_。 t2时刻改变的条件为_。 (2)反应 t1时刻改变的条件为_。 t2时刻改变的条件为_。 解析 t1时刻速率增大，说明是升温或增大压强，而 t2时刻速率又减小，说明是 降温或减小压强。 答案 (1)增大压强 降低温度 (2)升高温度 减小压强 1.对于反应 C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能 改变化学反应速率的是( ) A.增大 C(s)的量 B.增大 H2O(g)的浓度 C.增大 CO(g)或 H2(g)的浓度 D.减小 H2O(g)的浓度 解析 改变浓度，可以改变化学反应速率，而改变固体物质的物质的量不能改变 化学反应速
20、率，因为固体物质的浓度可视为常数。 答案 A 2.Fe 与稀 H2SO4反应制氢气，下列措施能使生成氢气的速率一定加快的是( ) A.增加铁的量 B.增大硫酸的浓度 C.加热 D.增大压强 解析 A 项，增加铁的用量，固体的浓度不变，反应速率不变，错误；B 项，在 常温下铁与浓硫酸发生钝化，不能生成氢气，错误；C 项，加热，温度升高，反 应速率一定增大，正确；D 项，反应在溶液中进行，增大压强，反应速率基本不 变，错误。 答案 C 3.设 C(s)CO2(g)2CO(g) H0， 反应速率为 v1， N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H甲；丙、丁相比较，丁温度 高，反应速率丁丙；甲与丁相
21、比较，甲反应物浓度大，反应速率甲丁，故选 C。 答案 C 10.一定条件下，反应 C(s)CO2(g)2CO(g) H0 在 2 L 恒容密闭容器 中进行，反应进行 20 s 时，CO 的物质的量增加了 0.40 mol，则下列说法正确的 是( ) A.反应进行 20 s 的过程中，C 的平均反应速率 v(C)0.005 mol L 1 s1 B.反应平衡时，v正(CO2)v逆(CO)12 C.升高温度时，正反应速率增大，逆反应速率减小 D.充入 N2使体系压强增大，能提高反应速率 解析 C 是固体，不能用其浓度的变化来表示反应速率，A 项错误。根据反应速 率之比等于化学计量数之比可得 v逆(
22、CO2)v逆(CO)12，反应达到平衡状态， 说明 v正(CO2)v逆(CO2)，则有 v正(CO2)v逆(CO)12，B 项正确。升高温度， 正、逆反应速率均增大，C 项错误。充入 N2使体系压强增大，但反应物和生成 物的浓度均不变，故反应速率不变，D 项错误。 答案 B 11.在一定条件下，容积为 2 L 的密闭容器中，将 2 mol L 气体和 3 mol M 气体混 合，发生如下反应：2L(g)3M(g)=xQ(g)3R(g)，10 s 末，生成 2.4 mol R， 并测得 Q 的浓度为 0.4 mol L 1。计算： (1)10 s 末 L 的物质的量浓度为_。 (2)前10 s内
23、用M表示的化学反应速率为 _。 (3)化学方程式中 x 值为_。 (4)在恒温恒容条件下， 往容器中加入1 mol氦气， 反应速率_(填“增大”、 “减小”或“不变”，下同)。 (5)在恒温恒压条件，往容器中加入 1 mol 氦气，反应速率_。 解析 2L(g)3M(g)xQ(g)3R(g) 起始(mol) 2 3 0 0 10 s 末(mol) 0.4 0.6 0.8 2.4 (1)c(L)0.4 mol 2 L 0.2 mol L 1。 (2)v(M) 2.4 mol 2 L10 s0.12 mol L 1 s1。 (3)0.8 2.4 x 3，x1。 (4)恒温、恒容，通入 He，反应物
24、和生成物的浓度均不变，反应速率不变。 (5)恒温、恒压，通入 He，体积扩大，反应物和生成物的浓度减小，反应速率减 小。 答案 (1)0.2 mol L 1 (2)0.12 mol L1 s1 (3)1 (4)不变 (5)减小 素 养 练 12.对于 H2O2分解反应，Cu2 也有一定的催化作用。为比较 Fe3和 Cu2对 H 2O2 分解的催化效果，某化学研究小组的同学分别设计了如图甲、乙所示的实验。请 回答相关问题： (1)定性分析：如图甲可通过观察_，定性比较得 出 结 论 。 有 同 学 提 出 将 FeCl3改 为 Fe2(SO4)3更 为 合 理 ， 其 理 由 是 _。 (2)定
25、量分析：用图乙所示装置做对照实验，实验时均以生成 40 mL 气体为准， 其 他 可 能 影 响 实 验 的 因 素 均 已 忽 略 。 实 验 中 需 要 测 量 的 数 据 是 _。 解析 (1)通过观察气泡产生的速率，可定性判断 Cu2 、Fe3对 H 2O2分解的催化 效果。若把 FeCl3改为 Fe2(SO4)3可以排除 Cl 的干扰。 (2)应利用秒表测量收集 40 mL 气体所需的时间。 答案 (1)溶液中气泡产生的速率 排除氯离子的干扰 (2)收集 40 mL 气体所需的时间 13.为了研究外界条件对过氧化氢分解速率的影响，某同学做了以下实验，请回 答下列问题。 编号 操作 实
26、验现象 分别在试管 A、B 中加入 5 mL 5% H2O2 溶液，各滴入 2 滴 1 mol L 1 FeCl 3溶液。 待试管中均有适量气泡出现时，将试管 A 放入盛有 5 左右冷水的烧杯中浸泡；将 试管 B 放入盛有 40 左右热水的烧杯中 浸泡 试管 A 中产生气泡速率 变慢； 试管 B 中产生气泡速率 加快 另取两支试管分别加入 5 mL 5% H2O2溶 液和 5 mL 10%H2O2溶液 试管 A、 B 中均未明显见 到有气泡产生 (1)过氧化氢分解的化学方程式为_ _。 (2)实验的目的是_ _。 实验中滴加 FeCl3溶液的目的是_ _。 (3)实验未观察到预期的实验现象，为
27、了帮助该同学达到实验目的，你提出的 对上述操作的改进意见是_ _ _ (用实验中所提供的几种试剂)。 (4)某同学在 50 mL 一定浓度的 H2O2溶液中加入一定量的二氧化锰， 放出气体的 体积(标准状况)与反应时间的关系如下图所示，则 A、B、C 三点所表示的瞬时反 应速率最慢的是_。 解析 影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件 不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响，这种探究方法称为 控制变量法。 解答此类题时， 首先要认真审题， 清楚实验目的， 弄清要探究的外界条件有哪些。 然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个
28、 变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行 相关分析。但在分析相关数据时，要注意题给数据的有效性。控制浓度相同， 探究温度对反应速率的影响。控制温度相同，探究浓度对反应速率的影响。 根据的实验条件，应升高温度或滴入 FeCl3溶液。斜率越大，反应速率越快， 所以 C 点反应速率最慢。 答案 (1)2H2O2= FeCl3 2H2OO2 (2)研究温度对 H2O2分解速率的影响 加快 H2O2分解速率，使实验现象易于观 察 (3)将两支试管同时放入盛有相同温度热水的烧杯中， 或向两支试管中同时滴入 2 滴 1 mol L 1 FeCl 3溶液，观察产生气泡的速率 (4)C 点
