鲁科版 (2019)第3节 化学反应的速率课前预习课件ppt

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基础落实•必备知识全过关
重难探究•能力素养全提升
学以致用•随堂检测全达标
1.能运用变量控制的方法探究影响化学反应速率的因素,从而形成变化观念与平衡思想的学科核心素养。2.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,通过基元反应活化能解释外界条件对反应速率的影响,体现证据推理与模型认知的学科核心素养。
1.反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg>Al。2.影响化学反应速率的客观因素有浓度、压强、温度、催化剂、反应物之间的接触面积等。
一、浓度对化学反应速率的影响在其他条件不变时,增大反应物的浓度可以加快化学反应速率;减小反应物的浓度可以减慢化学反应速率。压强对反应速率的影响是通过改变气体浓度实现的,故一般意义上增大气体压强是指压缩气体体积;对于有气体参加的化学反应,温度一定时:
增加少量固体或纯液体反应物,反应速率不变
压强仅对有气体参与的反应有影响
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。
无论吸热反应还是放热反应,升高温度,反应速率加快
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,反应速率提高到原来的2~4倍。(2)阿伦尼乌斯公式(经验公式):k=A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为理想气体常数,Ea为活化能。当Ea>0时,升高温度,反应速率常数增大,化学反应速率随之提高。
三、催化剂对化学反应速率的影响1.催化剂:能改变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)催化剂通过参与反应改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。(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,从而加快化学反应速率。
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)催化剂都不参加化学反应。(　　)(2)升高温度时,不论正反应是吸热还是放热,正、逆反应的速率都增大。(　　)(3)可逆反应中减小反应产物的浓度可增大正反应的速率。(　　)(4)增大反应体系的压强,反应速率不一定增大。(　　)(5)增大反应物的浓度,能够增大活化分子的百分含量,所以反应速率增大。(　　)(6)对于反应2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),使用催化剂可大大提高生产效率。(　　)
生活中我们总是期望有利于我们的反应进行得越快越好,不利于我们的反应进行得尽可能慢一些。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?提示要调控化学反应速率就要研究影响化学反应速率的因素。影响化学反应速率的主要因素是反应物本身的性质,影响化学反应速率的客观因素有温度、浓度、压强、催化剂、接触面积、光照等。
1.浓度对化学反应速率的影响(1)在298 K时,实验测得溶液中的反应H2O2+2HI==2H2O+I2在不同浓度时的反应速率如下表所示:
分析上表数据:①当c(H2O2)恒定时,随c(HI)增大,其反应速率增大,若c(HI)增大1倍,其反应速率v也增大约1倍。同理,当c(HI)恒定时,反应速率v与c(H2O2)之间有类似的变化规律。②由以上分析可知,其反应速率v与c(H2O2)·c(HI)成正比,上述反应在不同浓度时的反应速率的数学表达式可写为v=kc(H2O2)·c(HI)。
(2)化学反应速率与反应物浓度的关系:①速率方程。对于任意一个化学反应aA+bB==cC+dD,其反应速率方程为v=kcm(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。②反应速率常数。速率方程中的k称为反应速率常数,它表示单位浓度下的化学反应速率。反应速率常数与浓度无关,但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常情况下,反应速率常数越大,反应进行得越快。
(3)改变浓度对化学反应速率的影响规律。增加反应物浓度,反应速率均增大,正反应速率增大得多。增加反应产物浓度,反应速率均增大,逆反应速率增大得多。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反应产物扩散的速率有关。
2.压强对化学反应速率的影响对于气体来说,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N2+3H2 2NH3,不同条件下,压强对化学反应速率的影响如下:①恒温恒容密闭容器中。a.充入N2,压强增大,c(N2)增大,化学反应速率加快。b.充入He(He不参与反应),压强增大,但c(N2)、c(H2)、c(NH3)都不变,化学反应速率不变。②恒温恒压密闭容器中。充入He,体积增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)都减小,化学反应速率减小。
3.温度对化学反应速率的影响(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。①化学反应一般需要一个活化的过程,即能发生反应的分子,必须是先吸收能量后形成活化分子。②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,其活化能是过渡态的能量与反应物的平均能量之差。③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。
4.催化剂对化学反应速率的影响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:
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,化学反应速率加快。(2)催化剂:比温度、压强、浓度对化学反应速率的影响程度都要大,加快的速率可达几千倍;因为使用催化剂能降低活化能,也就是降低了阻碍反应进行的一个重要因素的影响。
【典例1 】 (2021安徽泗县高二期末)某密闭容器中发生如下反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。如图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系,t2、t3、t5时刻外界条件有所改变,但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　)A.t2时加入了催化剂B.t3时降低了温度C.t5时增大了压强D.t3~t4时间内反应物转化率最低
答案A解析由图像知,在t1时刻化学反应达到平衡,t2~t3化学平衡没有移动,可能是加入了催化剂或增大压强,但该反应是一个气态物质系数发生变化的反应,压强的改变不会使正、逆反应速率同等程度地提高,只能是加入了催化剂;t3~t4平衡逆向移动,并且化学反应速率都减小,是减小了压强;t5~t6平衡逆向移动,反应物的转化率最小,t5是升高了温度,不是压强的影响。
规律方法 1.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:
2.由于压强的变化对固体、纯液体或溶液的体积影响很小,因而对它们浓度改变的影响也很小,可以认为改变压强对它们的反应速率无影响。
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(　　)①改用等浓度的硝酸与碳酸钙反应　②增大反应体系的压强或减小反应体系的压强　③改用相同质量粉末状碳酸钙代替块状碳酸钙　④改用含有相同H+浓度的稀硫酸A.①②B.②③C.③④D.①④
答案A解析因硝酸与盐酸的浓度相同,故对反应速率无影响。压强对反应速率的影响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;粉末状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,会覆盖在碳酸钙表面,从而使碳酸钙与H+的接触面积减小,导致反应速率减小。
v-t图像的意义是什么?提示v-t图像可以直观地表示出在一定条件下,反应速率随时间的变化趋势。
1.非可逆反应v-t图像Zn与足量盐酸反应,反应速率随时间的变化情况如右图所示。分析:AB段,因反应为放热反应,随反应进行,温度升高,导致反应速率加快;BC段,则主要因为随反应的进行,溶液中H+的浓度减小,导致反应速率减小。
2.可逆反应的v-t图像
【典例2】对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0已达平衡,如果其他条件不变时,分别改变下列条件,对化学反应速率和化学平衡产生影响。下列条件与图像不相符的是(O~t1:v(正)=v(逆);t1时改变条件,t2时重新建立平衡)(　　)
答案C解析分析时要注意改变条件的瞬间v(正)、v(逆)的变化。增加O2的浓度,v(正)增大,v(逆)瞬间不变,A正确;增大压强,v(正)、v(逆)都增大,v(正)增大的倍数大于v(逆),B正确;升高温度,v(正)、v(逆)都瞬间增大,C错误;加入催化剂,v(正)、v(逆)同时同倍数增大,D正确。
规律方法 关于反应速率、化学平衡图像题的分析方法(1)看清坐标系,弄清纵、横坐标所代表的意义,并与有关原理相结合。(2)看清起点,分清反应物、反应产物,浓度减小的是反应物,浓度增大的是反应产物,一般反应产物多数以原点为起点。(3)看清曲线的变化趋势,注意渐变和突变,分清正、逆反应的曲线,从而判断反应特点。(4)注意终点。例如,在浓度—时间图像上,一定要看清终点时反应物的消耗量、反应产物的增加量,并结合有关原理进行推理判断。
(5)图像中先拐先平数值大。例如,在转化率—时间图像上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。(6)定一议二原则。当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
变式训练2密闭容器中进行可逆反应:aA(g)+bB(g) cC(g),在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)A.T1c,正反应为吸热反应B.T1>T2,p1p2,a+bT2,p1>p2,a+b>c,正反应为放热反应
答案B解析由(T1,p1)和(T1,p2)两条曲线可以看出,温度相同(T1),但压强为p2时达到平衡所需的时间短,即反应速率大,所以p2>p1;压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大,说明增大压强平衡逆向移动,则a+bT2;温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小,说明升高温度平衡正向移动,故正反应为吸热反应。
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
答案A解析改变物质的浓度,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率,因为固体物质的浓度可视为常数。
2.(2022甘肃玉门教育研究室高二期中)反应A(g)+3B(g)==2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.45 ml·L-1·min-1②v(B)=0.6 ml·L-1·s-1③v(C)=0.4 ml·L-1·s-1④v(D)=0.45 ml·L-1·s-1下列有关反应速率的比较正确的是(　　)A.④>③=②>①B.④<③=②<①C.①>②>③>④D.④>③>②>①
解析 把用不同物质表示的反应速率先转化为用同一物质表示的反应速率,并且速率单位相同,然后再比较大小。都转化为用A的浓度变化表示的反应速率:①v(A)=0.45 ml·L-1·min-1=0.007 5 ml·L-1·s-1;②v(B)=0.6 ml·L-1·s-1,则v(A)= v(B)=0.2 ml·L-1·s-1;③v(C)=0.4 ml·L-1·s-1,则v(A)= v(C)=0.2 ml·L-1·s-1;④v(D)=0.45 ml·L-1·s-1,则v(A)= v(D)=0.225 ml·L-1·s-1。则化学反应速率快慢程度可表示为④>③=②>①,故合理选项是A。
3.已知C(s)+CO2(g) 2CO(g)　ΔH>0,反应速率为v1,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,反应速率为v2。对于上述两个反应,当温度升高时,v1和v2的变化情况为(　　)A.同时增大B.同时减小C.v1增大,v2减小D.v1减小,v2增大答案A解析温度升高时,不管是放热反应还是吸热反应,反应速率都增大。
4.(2022贵州黔西高二期末)在一定条件下发生反应:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g),其逆反应的速率随时间变化曲线如图所示,则t1时改变的条件可能是(　　)A.增大CO浓度B.升高温度C.恒容时充入氩气D.使用催化剂
解析 增大一氧化碳浓度,正反应速率突然增加,逆反应速率逐渐增加,平衡向正反应方向移动,A错误;升高温度,正、逆反应速率突然增加,由于该正反应为放热反应,故平衡逆向移动,逆反应速率图像为在t1突然增大,随着反应的进行,逆反应速率减小,在t2时达到平衡,图像为曲线,B错误;恒容时充入氩气,压强增大,但反应物和生成物浓度不变,且反应前后气体的系数不变,故恒容时充入氩气不影响反应速率,C错误;使用催化剂,正、逆反应速率突然增大,且增大程度一样,平衡不移动,图像为直线,D正确。
5.一定条件下,在一容积不变的密闭容器中发生反应2A(g)+B(g) 3C(g)　ΔH=a kJ·ml-1。下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。填写下列空白。
(1)t3时改变的条件为　　　　　,t4时改变的条件为　　　　　。 (2)a　　　　　(填“>”或“<”)0。