高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率教学ppt课件

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率教学ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了课前导入，化学反应速率的测定，化学动力学的发展，碰撞理论，无效碰撞，有效碰撞，基元反应，过渡态理论等内容，欢迎下载使用。
在生产、生活中，人们会遇到各种各样的化学反应，反应所需的时间往往有较大差异。
像定向爆破，酸碱中和，这些反应进行的速度非常快，几乎在瞬间就进行完毕，但像石油的形成这种需要几千万乃至上亿年才能完成的演化过程又是非常慢的，面对着这样形形色色的化学反应，我们去讲他们的快或慢，都是在定性描述，那么在化学中我们需要定量去描述，那么什么是定性，什么是定量？
定性是指对事物的性质、特征、属性等进行描述和分析，侧重于回答 “是什么” 的问题。它通常不涉及具体的数量或数值，而是通过观察、描述、分类、比较等方法来认识事物。
描述一种物质的颜色、状态、气味等物理性质，如 “水是无色、无味的液体”，这是对水的性质进行定性描述。
定量是指对事物进行数量上的测定、计算和分析，侧重于回答 “有多少” 的问题。它通过具体的数值、数据来描述事物的特征和变化规律。
测量一定体积水的质量、密度等物理量，如 “1 升水的质量是 1 千克”，这是对水进行定量描述。
像上述中对反应的定性描述，例如“非常快”“稍慢”与“极为缓慢”可以用“化学反应速率”这个物理量来定量地描述。根据实际情况，有些化学反应人们希望能快一些，如合成氨、工业炼铁；有些化学反应人们希望其越慢越好，如塑料的老化。因此，调控化学反应速率具有重要的意义。
化学反应速率的表示方法
室温下，有少量催化剂存在时，过氧化氢在水溶液中发生分解反应：
反应过程中过氧化氢的物质的量浓度变化如下表所示。
1. 在右边的坐标中作出H2O2分解反应的浓度-时间曲线。2. 以10 min为时间间隔，请观察任意一个10 min间隔内H2O2的物质的量浓度的改变值。这些数据给你什么启迪？
以 10 min 为时间间隔观察浓度改变值及启迪：计算任意一个 10 min 间隔内过氧化氢的物质的量浓度改变值，比如 0 - 10 min，浓度从 0.80 ml/L 变为约 0.76 ml/L（假设线性变化估算），改变值约为 0.04 ml/L；10 - 20 min 改变值约为 0.04 ml/L；20 - 30 min 约为 0.02 ml/L 等。启迪：可以看出随着时间的推移，过氧化氢的分解速率逐渐降低。这可能是因为随着反应的进行，过氧化氢的浓度降低，反应的驱动力减小。同时也说明该反应在起始阶段反应速率较快，随着时间的延长反应速率逐渐减慢，可能符合一级反应动力学特征，即反应速率与反应物浓度成正比。另外，这也表明催化剂在反应过程中的作用可能会随着反应物浓度的降低而有所减弱。
化学反应速率可以用单位时间内反应物浓度（通常使用物质的量浓度）的减少或者生成物浓度的增加来表示。对于化学反应：
若以v表示化学反应速率，Δc表示反应物或生成物物质的量浓度的变化（取绝对值），Δt表示一定的时间间隔，则A、B、C、D四种物质对应的化学反应速率为：
N2O5在四氯化碳溶液中的分解反应为：2N2O5 = 4NO2＋O2实验测得，在67 ℃时，反应体系中各物质的浓度随时间的变化如表2-2所示。1. 请分别用反应物和生成物的物质的量浓度在单位时间内的变化来表示该反应的速率，将计算结果填入表中。
2. 通过计算可以发现，虽然反应物和生成物的物质的量浓度在单位时间内的变化都可表示该反应的速率，但是其数值却不一定相同。请将其数值与化学方程式中相应物质前的化学计量数进行比较，归纳总结它们之间的关系。
通过计算可以看出，不同物质表示的反应速率数值不同。对于该反应2N2O5 = 4NO2＋O2，以N2O5、NO2、O2的物质的量浓度变化来表示反应速率时，它们与化学计量数的关系为：用不同物质表示同一反应的速率，其数值之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。例如，v(N2O5):v(NO2):v(O2)=2:4:1，当用上述计算得到的速率值进行验证时，符合该比例关系。
化学反应速率可通过实验测定。要测定不同时刻反应物或生成物的浓度，可观察、测量体系中某一物质的相关性质，再进行适当的转换和计算。例如，过氧化氢的分解反应中有气体生成，可以测量在一定温度和压强下释放出来的气体的体积；当溶液中存在有色物质时，随着反应的进行，溶液的颜色不断变化，可以用比色的方法测定溶液颜色的深浅，再根据溶液颜色的深浅与有色物质浓度的正比关系，确定反应物或生成物在不同时刻的浓度。
自1850年以威廉米测定蔗糖水解反应速率作为化学动力学研究的开端至今，化学动力学的理论和实验研究取得了重大进展。其研究不仅涉及一般的反应，还涉及聚合反应、催化反应、爆炸反应、生化反应、光化学反应以及化学振荡反应等特殊反应的动力学规律。20世纪40年代基元反应速率理论提出后，化学动力学研究开始深入到微观领域。由于闪光光解技术的应用，寿命短暂的自由基相继被发现。至20世纪70年代，闪光光解技术的时间分辨率达到10－9 s（纳秒，ns）和10－12 s（皮秒，ps）的水平。而激光技术的应用，又使化学动力学的研究进入了分子动态学的领域。自20世纪80年代初产生了6×10－15 s（飞秒，fs）的超短光脉冲以来，许多化学和物理学家利用飞秒激光研究超快速化学、物理和生物过程的动力学。其中，具有埃及和美国双重国籍的化学和物理学家泽维尔在利用飞秒激光脉冲研究化学反应方面取得了开拓性的进展，作出了杰出的贡献，并因此获得1999年的诺贝尔化学奖。
碰撞理论是一种较直观的反应速率理论。该理论认为，反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。但是，不是每次碰撞都能发生反应。能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件：一是发生碰撞的分子具有足够高的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。
活化分子：能够发生有效碰撞的分子称为活化分子。这些分子具有较高的能量，超过了一定的能量阈值，这个能量阈值被称为活化能。
活化能：活化能是指活化分子的平均能量与反应物分子的平均能量之差。活化能的大小决定了反应的难易程度。活化能越高，反应越难进行，需要提供更多的能量才能使反应物分子转化为活化分子；活化能越低，反应越容易进行。
许多化学反应的过程较为复杂，反应物往往不是一步转化为生成物的。化学家用最简单的化学反应模型来说明反应发生的过程。反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应。例如，NO2＋CO=NO＋CO2就是基元反应。反应物NO2分子和CO分子经过一次碰撞就转变成产物NO分子和CO2分子，反应过程中没有任何中间产物生成。
许多反应的化学方程式看似简单，却不是基元反应，而是经过两个或多个步骤完成的复杂反应。例如，H2(g)＋I2(g)=2HI(g)，经历了如下两步基元反应：
I2 = 2I H2＋2I=2HI
每个基元反应都有对应的活化能，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，化学反应速率越小。因此，化学反应速率的理论只适用于基元反应。
根据另一种常用的反应速率理论（过渡态理论），反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。图中，Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能。化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。
基元反应模型与化学反应速率研究
每一个化学反应自开始后所经历的过程称为反应历程。研究表明，许多反应的反应历程较为复杂，反应物并不能直接一步转化为生成物。化学家提出了“基元反应”的模型，说明了有效碰撞与活化分子的关系，进而明确了反应的活化能对基元反应速率的影响。由正、逆反应的活化能图示可知，基元反应的逆反应也是一步即可完成的基元反应，并且经过同一个“过渡状态”。基元反应模型可以解释化学反应的能量变化，可近似地估算出反应的焓变ΔH，还可以解释浓度、温度、催化剂对反应速率的影响。复杂反应中的速率控制步骤往往决定了该反应的速率。
如2NO＋O2=2NO2不是基元反应。根据实验现象，化学家提出了由三步构成的反应模型：① 2NO=N2O2（快）② N2O2=2NO（快）③ N2O2＋O2=2NO2（慢）其中，第一步反应的产物N2O2是第二、第三步的反应物。依据反应模型的理论计算表明，慢反应③是决定整个反应速率的关键步骤。
1.反应4A(g)+5B(g)==4C(g)+6D(g),在5L的密闭容器中进行,半分钟后,C的物质的量增加了0.30ml。下列叙述正确的是( )A.容器中含D物质的量至少为0.45mlB.A的平均反应速率是C.容器中A、B、C、D的物质的量之比一定是4:5:4:6D.容器中A的物质的量一定增加了0.30ml
2．下列说法正确的是(　　)A．化学反应速率是对可逆反应而言的，非可逆反应不谈化学反应速率B．在可逆反应里，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值C．在同一化学反应里，其化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同D．化学反应速率的单位可以是g·L－1 ·s－1，也可以是kg·L－1 ·s－1，甚至可以用t·L－1 ·s－1等来表示
3．若要测定锌与稀硫酸反应的速率，下列方法不正确的是(　 　)A．通过测定一定条件下、一定时间内产生氢气体积的多少来确定B．通过测定一定条件下、产生一定体积氢气所需时间多少来确定C．通过测定一定时间内溶液中c(H＋)或c(Zn2＋)的变化来确定D．通过测定一定时间内锌浓度的变化来确定
4.下列关于活化能和简单碰撞理论说法正确的是( )A.活化分子间的碰撞都是有效碰撞B.催化剂之所以能改变化学反应速率,是因为它能改变反应历程,改变反应的焓变C.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,叫作活化能D.升高温度和增大反应物浓度都能加快反应速率,是因为增加了活化分子百分数,使单位时间内有效碰撞次数增加,从而增大化学反应速率
5.我国科学家运用DFT理论计算研究HCOOH(甲酸)分解产生的反应历程如下图所示(*表示催化剂表面吸附位),表示被吸附于催化剂表面的HCOOH,下列叙述正确的是( ) A.分解产生的反应是吸热反应B.中正反应的活化能大于逆反应的活化能C.反应中涉及非极性键的断裂D.速率控制步骤(即速率最慢步骤)的能垒(活化能)为0.78eV