2.1.2影响化学反应速率的因素 学案(含答案)新苏教版选择性必修一
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1、第二课时 影响化学反应速率的因素明课程标准扣核心素养1.通过实验探究,了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。2.知道化学反应是有历程的,认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响。3.知道催化剂可以改变反应历程,对调控化学反应速率具有重要意义。4.能通过实验探究分析不同组分浓度的改变对化学反应速率的影响,能用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。变化观念与平衡思想:形成化学变化是有条件的观念,认识反应条件对化学反应速率的影响,能运用相关原理分析影响化学反应速率的因素,形成并发展变量控制的实验思想。证据推理与模型认知:能依据证据从不同视角分析问题,推理并得出合理的结论;能
2、建构、理解、描述并应用影响化学反应速率的模型。 硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应:Na2S2O3H2SO4=Na2SO4SO2SH2O。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 molL1、0.05 molL1、0.01 molL1,再同时各加入2 mL 0.2 molL1稀硫酸,观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。问题探讨1你观察到哪些实验现象?提示:三支试管中均逐渐出现浑浊,出现浑浊由快到慢的顺序为A、B、C。2依据实验现象,你能得出哪些实验结论?提示:实验中仅改变了Na2S2O3的物质的量浓度,故可得出结论:在其他条件不变时,增大Na2S2O3的浓
3、度,反应速率增大;减小Na2S2O3的浓度,反应速率减小。3如何运用“碰撞理论”解释上述实验现象?提示: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。当增加反应物的浓度时,单位体积内反应物的活化分子数目增多,反应物发生有效碰撞的次数增多,反应速率增大。4化学反应是有历程的,反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应(一步完成反应)称为基元反应。那么H2(g)I2(g)=2HI(g)反应的历程是什么?每个基元反应都有对应的活化能,活化能与活化分子所占比例有什么关系?对化学反应速率有哪些影响?决定化学反应速率大小的是活化能大的还是活化能小的基元反应?提示:反应历程:I2=2I、H2
4、2I=2HI,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,故化学反应速率越小;活化能大的基元反应决定整个反应的化学反应速率的大小。1浓度对化学反应速率的影响对于气体或在溶液中发生的化学反应,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浓度对化学反应速率影响的注意点(1)若质量、物质的量、体积等的改变不能使浓度改变,则化学反应速率不变。(2)由于固体或纯液体的浓度可视为常数,所以改变固体或纯液体的量,对化学反应速率无影响。(3)增大固体的表面积能加快化学反应速率,如用锌粒与盐酸反应制氢气比用锌片与盐酸反应制氢气的速率快。(4)
5、若为可逆反应,增大反应物浓度,正反应速率增大,在此瞬间生成物浓度不变,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,故正反应速率逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大,直到二者相等。3有效碰撞理论与活化能如图所示:图中E1指反应的活化能,E1E2是反应热。4化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系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。如图所示:拓展反应物的浓度与化学反应速率之间的定量关系(1)反应速率方程反应速率方程可定量地表示参与反应的反应物浓度与化学反应速率之间的关系。有关反应速率方程的注意点化学反应的反应速率
6、方程是实验测定的结果,不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应,反应速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质化学式前的系数无确定关系。如H2Cl2=2HCl,vkc(H2)c(Cl2)。对于有固体或纯液体参加的化学反应,固体或纯液体的浓度可视为常数,不能出现在反应速率方程中。如C(s)O2(g)=CO2(g),vkc(O2)。(2)反应速率常数(k)含义表示单位浓度下的化学反应速率单位不同的反应速率方程中k的单位不同意义通常,反应速率常数k越大,反应进行得越快影响因素与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响1硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3H2SO
7、4=Na2SO4SO2SH2O,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H2SO4H2OV/mLc/(molL1)V/mLc/(molL1)V/mLA2550.1100.15B2550.250.210C3550.1100.15D3550.250.210解析:选D多个外界条件不同时,要对比找出其他相同条件,然后比较不同条件。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,结合选项知混合液体的体积都为20 mL,根据浓度越大、温度越高,反应速率越快,可以推知D选项正确。2已知反应2NO2H2=N22H2O的反应速率方程为vkc2(NO)c(H2)(k为反应速率
8、常数),其反应历程如下:2NOH2N2H2O2慢H2O2H22H2O快下列说法不正确的是()A增大c(NO),可提高总反应的反应速率Bc(NO)、c(H2)增大相同的倍数,对总反应的反应速率的影响程度相同C该反应的快慢主要取决于反应D减小c(H2),可降低总反应的反应速率解析:选B根据反应速率方程vkc2(NO)c(H2)知,增大c(NO),可提高总反应的反应速率,减小c(H2),可降低总反应的反应速率,故A、D项正确;根据反应速率方程vkc2(NO)c(H2)知,c(NO)、c(H2)增大相同的倍数,对总反应的反应速率的影响程度不同,如c(NO)变为原来的2倍,v则变为原来的4倍,而c(H2
9、)变为原来的2倍,v变为原来的2倍,故B项错误;反应速率由最慢的一步决定,该反应的快慢主要取决于反应,故C项正确。 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?对化学反应速率有哪些影响?提示:改变体系的压强对液体、固体的浓度几乎没有任何影响,但会影响气体的浓度。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,气体体积增大,相当于减小反应物的浓度,反应速率减小。问题探讨1恒温恒容时,向反应体系中充入反应气体(如向合成氨反应中充入N2),化学反应速率如何变化?提
10、示:总压强增大,该反应物浓度增大,反应速率增大。2恒温恒容时,充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与反应也不干扰反应的气体),体系总压强增大,反应速率也增大吗?提示:总压强增大,但反应混合物中各组分的浓度没有改变,反应速率不变。3恒温恒压时,向反应体系中充入“无关气体”,反应速率如何变化?提示:体积增大,反应混合物中各组分的浓度减小,反应速率减小。4经过研讨,你对“压强对化学反应速率的影响”有哪些新的认识?提示:压强对化学反应速率的影响是通过改变物质的浓度实现的,若压强改变,反应体系中物质的浓度不变,则对化学反应速率无影响。若压强增大,反应体系中物质的浓度增大,则反应速率增大;若压强减小
11、,反应体系中各物质的浓度减小,则反应速率减小。改变压强,对化学反应速率产生影响的根本原因是引起浓度改变。所以在讨论压强对反应速率的影响时,应区分引起压强改变的原因。1对于没有气体参与的化学反应,改变压强,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)恒温恒容时充入气体反应物总压强增大浓度增大反应速率加快。充入“无关气体”(如He、Ne、Ar、N2等不参与本反应也不干扰本反应的气体,下同)总压强增大,但各反应物浓度不变,则反应速率不变。(2)恒温恒压时同等程度地充入相应的气体反应物体积增大,但各反应物浓度不变,则反应速率不变。充入“无关气体”体积增大各反应物浓度减小反应
12、速率减慢。1在一定条件下的密闭容器中存在下列四个化学反应,增大容器的容积对化学反应速率没有影响的是 ()A2SO2(g)O2(g)2SO3(g)BCO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)CCO2(g)H2O(l)H2CO3(aq)DFe3(aq)3SCN(aq)Fe(SCN)3(aq)解析:选D压强只对有气体参加或生成的反应的反应速率有影响,对于没有气体参加或生成的反应的反应速率无影响,D项符合题意。2反应N2(g)O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行,下列措施能使该反应的反应速率减慢的是 ()A缩小体积使压强增大B压强不变充入He使体积增大C体积不变充入He使压强增大D体积不变充入NO
13、使压强增大解析:选BA项,反应体系中物质的浓度增大,反应速率加快;B项,反应体系中物质的浓度减小,反应速率减小;C项,反应体系中物质的浓度不变,反应速率不变;D项,反应体系中物质的浓度增大,反应速率加快。 酸性高锰酸钾溶液与草酸(H2C2O4)发生下列反应:2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O。取3支试管(分别标记为A、B、C),向试管中分别加入2 mL 0.01 molL1酸性高锰酸钾溶液,再向试管中分别加入2 mL 0.1 molL1草酸溶液。将3支试管分别放入冰水中、室温下及80 的热水中。问题探讨1你预测3支试管中会出现哪些现象?提示:三支试
14、管中酸性KMnO4溶液均逐渐褪色,褪色先后顺序为C、B、A。2实验中你观察到哪些现象?提示:与预测现象相同。3通过实验,你得出哪些结论?提示: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。4运用“碰撞理论”,如何解释上述现象?提示:随着温度的升高,反应物的活化分子数目增多,分子运动加快,活化分子有效碰撞的次数增多,反应速率增大。1温度对化学反应速率的影响其他条件相同时,升高温度,反应速率增大;降低温度,反应速率减小。2温度对化学反应速率影响的理论解释其他条件相同时,升高温度可以提高反应物分子的能量,反应物的活化分子数目增多,分子运动加快,活化分子有效碰撞的次数增多,反应速率增
15、大。3所有化学反应的反应速率都与温度有关一般来说,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响要大,也更易于控制,加热是实验室最常用的加快化学反应速率的方法。科学研究表明对于许多反应而言,一般温度每升高10 K,其反应速率可增加24倍。1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解析:选A升高温度,活化分子的百分数增加,有效碰撞的次数增加,所以化学反应速率加快。2.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()盐酸的浓度镁条的表面积溶液的温
16、度Cl的浓度A BC D解析:选C由题图可知,该反应速率先增大后减小,该反应为放热反应,放出热量,温度升高,则反应速率加快,后来盐酸浓度减小,则反应速率逐渐减小,即前一阶段温度对反应速率的影响起主要作用,后一阶段盐酸的浓度对反应速率的影响起主要作用。因Cl不参与反应,Cl的浓度增大或减小都不影响化学反应速率,且该反应中Cl的浓度可视为不变,另外镁条的表面积会影响反应速率,但在该反应中不是主要因素,即影响该反应速率的主要因素为,答案选C。 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,
17、C试管留作比较用。观察、比较3支试管中发生的实验现象。提示:3支试管中均产生气泡,B试管中气泡最多,A试管中气泡较少,C试管中气泡很少。问题探讨1通过实验得出的实验结论是什么?提示:催化剂对化学反应速率有显著影响,一般来说,使用催化剂可以加快化学反应速率。2如何用常用的反应速率理论(过渡态理论)解释催化剂对化学反应速率的影响?提示:使用催化剂可以改变反应历程,降低反应的活化能,活化能越低,反应速率越快。3如表所示列出了一些反应在使用催化剂前后的活化能数据以及反应速率常数之比。化学反应催化剂Ea/(kJmol1)无催化剂有催化剂C12H22O11(蔗糖)H2O=C6H12O6(葡萄糖)C6H12
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