2019-2020学年高中化学 2.2 影响化学反应速率的因素课件 新人教版选修4

第二节影响化学反应速率的因素一、有效碰撞理论1.化学反应:2.有效碰撞:3.活化分子与活化能: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___________越多→单位时间内_________次数越多→化学反应速率______。活化分子数有效碰撞快越二、影响化学反应速率的因素1.内因:反应物本身的性质。化学反应速率快慢的决定性因素是反应物本身的性质,具体取决于反应的活化能的大小,例如溶液中进行的离子反应、原子之间的反应,活化能几乎为0,所以反应几乎瞬间完成;而石油的形成等,即便使用各种外界条件,反应速率依然缓慢。2.外因:(1)浓度。①实验探究原理2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O实验步骤原理2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O实验现象KMnO4溶液_____KMnO4溶液_____褪色时间褪色时间___较0.1mol·L-1H2C2O4溶液褪色时间___结论H2C2O4浓度越大,KMnO4溶液褪色越___,反应速率也越___,反之H2C2O4浓度越小,反应速率越___褪色褪色长快快慢短②规律其他条件不变时③解释(2)压强(针对气体反应)。①压强改变引起浓度改变的图示②规律对于有气体参加的化学反应,在相同温度下,③解释(3)温度。①实验探究原理Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O实验操作原理Na2S2O3+H2SO4====Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O实验现象混合后,两组均出现_____,但加热的一组_____________结论当其他条件相同时,升高温度反应速率_____,降低温度反应速率_____浑浊首先出现浑浊加快减小②规律③解释(4)催化剂。①实验探究原理2H2O2====2H2O+O2↑实验操作原理2H2O2====2H2O+O2↑实验现象a.未加入MnO2时,带余烬的木条无明显变化b.加入MnO2后,锥形瓶内_________________,带余烬的木条_____,火焰明亮结论MnO2能_____H2O2的分解速率立即产生大量气泡复燃加快②规律其他条件不变时,使用合适的催化剂,可_____化学反应速率。加快③解释(5)其他因素对化学反应速率的影响。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_________等,均会对化学反应速率产生影响。接触面积【自主检测】1.决定化学反应速率的根本因素是()A.温度和压强B.反应物的浓度C.参加反应的各物质的性质D.催化剂的加入【解析】选C。决定化学反应速率的根本因素是参加反应的各物质的性质,其余选项都是外界条件。2.下列有关说法中正确的是()A.不存在活化能为0的反应B.改变温度、压强、浓度以及使用催化剂,均是因为改变了活化分子百分数而影响反应速率C.对于COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)ΔH0,升温能加快正反应速率,降低逆反应速率D.催化剂能改变反应历程,降低反应的活化能,从而改变反应速率【解析】选D。原子以及离子之间的反应活化能几乎为0,所以反应速率极快;只有温度和催化剂能改变活化分子百分数;升高温度无论正反应还是逆反应、放热反应还是吸热反应,速率均加快。3.升高温度时,化学反应速率加快,主要原因是()A.分子运动速率加快,使该反应物分子的碰撞机会增多B.反应物分子的能量增加,活化分子百分数增大,有效碰撞次数增多C.该化学反应的过程是吸热的D.该化学反应的过程是放热的【解析】选B。升高温度时,反应物分子的能量增加,活化分子百分数增大,有效碰撞次数增多,所以化学反应速率加快,与该反应是吸热反应还是放热反应无关。4.把下列化学反应与影响因素连线。答案:(1)—E(2)—D(3)—A(4)—B(5)—C知识点一化学反应速率的影响因素1.浓度:其他条件不变,增大反应物浓度,反应速率增大;反之,反应速率减小。注意:(1)固态或纯液体的浓度是常数,则有:①增加固体用量时,化学反应速率不变;②增大固体表面积或将固体溶于溶剂中,化学反应速率增大。(2)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.温度:其他条件不变,升高温度,反应速率增大;降低温度,反应速率减小。注意:温度对吸热反应影响显著,则有:(1)升高温度,吸热反应、放热反应的化学反应速率都增大,但吸热反应增大得多;(2)降低温度,吸热反应、放热反应的化学反应速率都减小,但吸热反应减小得多。3.催化剂:催化剂同等程度地增大正、逆反应的化学反应速率。4.压强:对于有气体参加的反应而言,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致。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。对于气体反应体系,有以下几种情况:(1)恒温时:增加压强体积缩小浓度增大反应速率加快。(2)恒容时:①充入气体反应物浓度增大总压增大反应速率加快;②充入“惰气”总压增大,但各气体的分压不变,即各气体的浓度不变,反应速率不变。(3)恒压时:充入“惰气”体积增大各反应物浓度减少反应速率减慢。【知识拓展】活化能与反应速率的关系图中Ea为正反应的活化能,Ea′为逆反应的活化能,Ea-Ea′为反应热。(1)不同的化学反应,活化能越大,化学反应速率越慢;(2)活化能也可以理解成将反应物分子转化为原子态所需能量,所以原子及离子间的反应,活化能几乎为0,反应速率极快;(3)复杂的多步反应的反应速率,由最慢的那步反应速率决定。【典题通关】【典例】(2018·皖南八校高二检测)I-催化H2O2分解的原理分为两步,总反应可表示为2H2O2(aq)====2H2O(l)+O2(g)ΔH0。第一步反应为H2O2(aq)+I-(aq)====IO-(aq)+H2O(l)ΔH10慢反应;第二步反应为H2O2(aq)+IO-(aq)====I-(aq)+H2O(l)+O2(g)ΔH20快反应。能正确表示I-催化H2O2分解机理的示意图为()【素养解读】核心素养素养任务微观探析与宏观辨识通过反应速率与分子碰撞的关系,建立微观与宏观之间的关系证据推理与模型认知(1)通过反应热与反应物和生成物总能量的关系建立根据起点、落点相对高低确定ΔH的模型;(2)通过反应速率的快慢主要与反应的活化能高低有关,建立反应速率与起点和最高点的差值大小有关的模型【解析】选A。由于第一步吸热、第二步放热,所以起始反应物的总能量低于中间产物的总能量,高于最终产物的总能量,所以B、D错误;由于第一步为慢反应、第二步为快反应,所以第一步反应的活化能高于第二步反应的活化能,A正确。【延伸探究】(1)写出ΔH与ΔH1、ΔH2的关系式。提示:根据盖斯定律可以确定ΔH与ΔH1、ΔH2的关系式为ΔH=ΔH1+ΔH2。(2)IO-(aq)为何不属于催化剂?提示:催化剂的特点为:在前面的反应中作为反应物参加反应,在后面的反应中作为生成物,且总质量和化学性质不变。【过关训练】1.(2018·宁波高二检测)用3g块状大理石与30mL3mol·L-1盐酸反应制取CO2气体,若要增大反应速率,可采取的措施是()①再加入30mL3mol·L-1盐酸②改用30mL6mol·L-1盐酸③改用3g粉末状大理石④适当升高温度A.①②④B.②③④C.①③④D.①②③【解析】选B。影响反应速率快慢的因素除浓度、温度、压强(对于有气体参加的反应)之外,其他因素还有固体反应物表面积、光、超声波等。2.(2018·徐州高二检测)在气体反应中,改变条件:①增大反应物的浓度,②升高温度,③增大压强,④移去生成物,⑤加入催化剂。能使反应物中活化分子数和活化分子的百分数同时增大的方法是()A.①⑤B.①③C.②⑤D.③⑤【解析】选C。①增大反应物的浓度,只能增大单位体积内活化分子数;③增大压强实际为增大反应物浓度,同①相同;④移去生成物不影响反应物的活化分子数及活化分子的百分数。【补偿训练】已知原子之间的反应、离子之间的反应活化能几乎为0,则下列反应中,升高温度时反应速率改变最明显的是()A.Na2SO4溶液与BaCl2溶液之间的反应B.氢原子与氧原子生成H2O的反应C.图Ⅰ中的反应:D.图Ⅱ中的反应:【解析】选C。活化能越大的反应,速率越慢,升高温度时反应速率改变最明显。其中A、B反应的活化能几乎为0,所以C的反应活化能最大,升高温度时反应速率改变最明显。知识点二控制变量法探究影响化学反应速率的因素1.确定变量:在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界影响因素较多,故为分清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变,再进行实验,从而理清影响实验探究结果的因素。2.定多变一:在探究时,应先确定其他因素不变,只改变一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系,这样确定一种因素的影响结果以后,再确定另一种因素的影响结果,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。【方法延伸】利用“控制变量法”的解题策略【典题通关】【典例】(2018·梧州高二检测)某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。实验时,先分别量取两种溶液,然后倒入试管中迅速振荡混合均匀,开始计时,通过测定褪色所需时间来判断反应的快慢。该小组设计了如下方案。编号H2C2O4溶液酸性KMnO4溶液温度/℃浓度/mol·L-1体积/mL浓度/mol·L-1体积/mL①0.102.00.0104.025②0.202.00.0104.025③0.202.00.0104.050(1)已知反应后H2C2O4转化为CO2逸出,KMnO4溶液转化为MnSO4,每消耗1molH2C2O4转移________mol电子。为了观察到紫色褪去,H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥________。(2)探究温度对化学反应速率影响的实验编号是________(填编号,下同),可探究反应物浓度对化学反应速率影响的实验编号是________。(3)已知50℃时c()～反应时间t的变化曲线如图。若保持其他条件不变,请在坐标图中,画出25℃时c()～t的变化曲线示意图。4MnO4MnO【解题指南】解答本题需要注意以下3点:(1)因为观察的现象是高锰酸钾溶液的紫色褪去,所以草酸应该足量;(2)探究不同因素对速率的影响,前提为单一变量;(3)两种温度下曲线图的对照,要注意起点、终点以及斜率。【解析】(1)H2C2O4中碳的化合价是+3价,CO2中碳的化合价为+4价,故每消耗1molH2C2O4转移2mol电子,配平反应的化学方程式为2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4====K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O,为保证KMnO4完全反应,c(H2C2O4)∶c(KMnO4)≥2.5。(2)探究温度对反应速率的影响,则浓度必然相同,则为实验②和③;同理探究浓度对反应速率的影响的实验是①和②。(3)温度降低,化学反应速率减小,故KMnO4褪色时间延长,故作图时要同时体现25℃浓度降低比50℃时的浓度降低缓慢和反应完全时间比50℃时“拖后”。4MnO4MnO答案:(1)22.5(2)②和③①和②(3)【延伸探究】(1)设计实验时,几组对照实验能否取用相同浓度和体积的草酸溶液,使用相同体积不同浓度的酸性高锰酸钾溶液设计实验?提示:由于该实验是通过对比高锰酸钾溶液颜色褪去所用时间,所以高锰酸钾溶液应该为不变量。(2)如果想设计一个实验④,与③探究催化剂对化学反应速率影响,已知Mn2+对该反应有催化作用,则实验④的实验方案为__________。提示:方案④与③的单一变量为:加入了少量硫酸锰固体。【过关训练】(2018·南昌高二检测)可以利用如图所示的装置测定不同浓度的硫酸与锌的反应速率。世纪金榜导学号请回答下列问题:(1)用上述装置测定不同浓度的硫酸与锌的反应速率时,必须要求实验装置气密性良