2020-2021学年第一节 化学反应速率第2课时导学案

这是一份2020-2021学年第一节 化学反应速率第2课时导学案，共16页。


第2课时　影响化学反应速率的因素　活化能

1.通过实验，从宏观上认识温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
宏观辨识与微观探析
2.能从定性与定量结合的角度，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。
证据推理与模型认知

要点一　影响化学反应速率的因素
1．化学反应速率首先是由反应物的组成、结构和性质等因素决定的。浓度、压强、温度及催化剂等因素也会影响反应速率。
2．化学反应速率的影响因素
(1)实验探究定性与定量影响反应速率的因素
实验原理：①硫代硫酸钠与稀硫酸的反应方程式：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O；
②双氧水的分解方程式：2H2O22H2O＋O2↑；
③锌与稀硫酸的反应方程式：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
实验探究Ⅰ：浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响
影响因素
实验装置
实验步骤
实验现象比较
结论
浓度

在试管壁外侧贴“＋”字标签，向两支试管中先后滴加指定浓度的Na2S2O3、H2SO4溶液，从试管另一侧观察，以“＋”字消失为标准，记录浑浊的时间
后者出现浑浊的时间短
其他条件相同时，增大反应物浓度，化学反应速率增大
温
度

将如图所示的试管放在热水、冷水中至恒温，取出试管，分别在盛有Na2S2O3的试管壁外侧贴“＋”字标签，冷水和热水的试管分别混合并搅拌后，从试管另一侧观察，以“＋”字消失为标准，记录浑浊的时间
后者出现浑浊的时间较短
其他条件相同时，降低温度，化学反应速率减小
催
化
剂

开始加入5%H2O2溶液，观察带余烬的木条变化，经漏斗加入FeCl3溶液后再次观察
开始带余烬的木条无明显变化，加入FeCl3溶液后锥形瓶内迅速产生大量气泡，带余烬的木条复燃
其他条件相同时，加入催化剂，化学反应速率增大
实验探究Ⅱ：测定并比较化学反应速率
实验装置
实验步骤
实验现象比较
实验结论

①在锥形瓶内放入2 g锌粒，通过分液漏斗加入40 mL 1 mol/LH2SO4溶液，测量并记录收集10 mL H2所用的时间。
②用4 mol/L H2SO4溶液代替
1 mol/L H2SO4溶液重复上述实验
4 mol/L H2SO4比1 mol/L H2SO4所用时间较短
其他条件不变，增大反应物浓度，化学反应速率增大
(2)外界条件对化学反应速率的影响规律，在一般情况下，当其他条件相同时：
①浓度：增大反应物浓度，化学反应速率增大；降低反应物浓度，化学反应速率减小。
②温度：升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小。
③催化剂：催化剂可以改变化学反应速率。
④压强：对于有气体参加的化学反应，改变压强同样可以改变化学反应速率。
要点二　活化能
1．基元反应与反应历程
(1)大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现，例如，2HI===H2＋I2实际上是经过两步反应完成的：2HI―→H2＋2I·；2I·―→I2。每一步反应都称为基元反应。
(2)先后进行的基元反应反映了反应历程，反应历程又称反应机理。
2．有效碰撞理论
(1)有效碰撞

(2)活化能和活化分子
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：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。

3．有效碰撞理论对影响化学反应速率的因素的解释
(1)浓度的影响，当其他条件相同时：
―→―→
同理，降低反应物浓度会使化学反应速率减小。
(2)温度的影响，当其他条件相同时：

同理，降低温度会使化学反应速率减小。
(3)催化剂的影响


判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)在锌与稀硫酸反应体系中加入稀K2SO4溶液，对化学反应速率无影响。(　　)
(2)碳酸钙与盐酸反应过程中，再增加CaCO3固体的量，可以加快反应速率。(　　)
(3)对于正反应吸热的可逆反应，升高温度，正反应速率增大、逆反应速率减小。(　　)
(4)增大压强，一定会使活化分子的浓度增大，从而增大化学反应速率。(　　)
(5)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大。(　　)
(6)加热使反应速率增大的原因之一是活化分子百分数增大。(　　)
答案 (1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

(1)与反应无关的溶液加入，会导致原反应物浓度降低，反应速率降低。
(2)增加固体反应物的量，对化学反应速率无影响，增大固体表面积，能加快反应速率。
(3)温度升高，正、逆反应速率都增大。
(4)增大浓度，单位体积内的活化分子数增多，反应速率才会增大，不会改变活化分子的百分数。
(5)活化分子浓度的增大是反应速率增大的根本原因。

考点一　“影响化学反应速率的因素”认识误区分析

1．针对氮气和氢气生成氨的反应体系，若在恒温恒容条件下充入Ar气，化学反应速率会发生怎样的变化？若是在恒温恒压条件下呢？
答案 恒温恒容条件下，化学反应速率不变；恒温恒压条件下，化学反应速率降低。
2．对于可逆反应来说，加入高效催化剂，正反应速率和逆反应速率会发生怎样的变化？
答案 正反应速率增大，逆反应速率也增大。

1．浓度对化学反应速率的影响
(1)对于固体或纯液体，其浓度可视为常数，因而其物质的量改变时不影响化学反应速率。
(2)固体物质的反应速率与接触面积有关，固体颗粒越细，表面积越大，反应速率越快。块状固体可以通过研细来增大表面积，从而加快化学反应速率。
2．压强对有气体参加的化学反应速率的影响
压强改变→
(1)恒温时：缩小容器体积，压强增大，反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入反应气体，总压强增大，反应物浓度增大，反应速率增大。
②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体)，总压强增大，但反应混合物中各组分的浓度不变，反应速率不变。
(3)恒温恒压时
充入“无关气体”，体积增大，各反应物浓度减小，反应速率减小。
3．温度对化学反应速率的影响
(1)大量实验证明，温度每升高10 ℃，化学反应速率通常增大为原来的2～4倍。该结论对吸热反应和放热反应均适用，且不受反应物状态的限制。
(2)温度对化学反应速率的影响比浓度和压强对化学反应速率的影响要大，也更容易控制。
4．催化剂对化学反应速率的影响
(1)催化剂有正、负之分，一般情况下的催化剂指正催化剂，能加快反应速率。
(2)催化剂有选择性，不同的化学反应，催化剂不同。
(3)催化剂具有一定的活化温度，只有在适宜的温度下才能最大限度地发挥其催化作用。
(4)催化剂对可逆反应的正、逆反应速率的影响相同。
【例题1】 对于反应N2＋O22NO，在密闭容器中进行，下列条件能使反应速率减小的是(　　)
A．缩小体积，使压强增大
B．体积不变，充入N2使压强增大
C．体积不变，充入氦气使压强增大
D．总压强不变，充入氖气
思维导引：结合反应特点，先分析所给条件是否“真实”改变了影响反应速率的条件，再判断条件对反应速率的影响是加快还是减慢。
答案　D
解析　缩小体积，反应物浓度增大，反应速率增大，A项错误；体积不变，充入N2，N2的浓度增大，反应速率增大，B项错误；体积不变，充入氦气，各反应物的浓度不变，反应速率不变，C项错误；总压强不变，充入氖气，体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小，D项正确。
【变式1】 金属Zn与酸反应产生H2的反应速率最大的是(　　)
选项
温度
金属
酸
A
25 ℃
Zn粒
0.1 mol·L－1盐酸
B
50 ℃
Zn粉
0.1 mol·L－1硫酸
C
50 ℃
Zn粒
0.1 mol·L－1盐酸
D
25 ℃
Zn粉
0.1 mol·L－1硫酸
答案　B
解析　Zn与酸反应的实质是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。B、C项温度比A、D项的温度高，反应速率大，B项中的c(H＋)和反应物的表面积均比C项中的大，反应速率大，B项正确。
考点二　利用有效碰撞理论解释影响化学反应速率的因素

3．所有活化分子间的碰撞都是有效的吗？
答案 不一定。有效碰撞的前提有两个，一是分子具有足够的能量(活化分子)，二是活化分子间的碰撞具有合适的取向。
4．增大浓度、升高温度、增大压强和加入高效催化剂对化学反应速率的影响，哪些因素是活化分子百分含量不变，增大了活化分子的浓度？哪些因素是增大了活化分子的百分含量？
答案 增大浓度和增大压强是未改变活化分子百分含量，增大了活化分子浓度；升高温度和加入高效催化剂是增大了活化分子的百分含量，增大了反应速率。

1．外界条件对反应速率影响的微观分析
条件变化
活化能
微观因素变化
化学反应
速率变化
单位体积内
活化分子
百分数
单位时间
内有效碰
撞的次数
分子
总数
活化分
子数目
浓度
增大
不变
增多
增多
不变
增多
增大
减小
不变
减少
减少
不变
减少
减小
压强
加压(减小
容器容积)
不变
增多
增多
不变
增多
增大
减压(增大
容器容积)
不变
减少
减少
不变
减少
减小
温度
升高
不变
不变
增多
增大
增多
增大
降低
不变
不变
减少
减小
减少
减小
使用正催化剂
降低
不变
增多
增大
增多
增大
2．外界条件改变与有效碰撞理论的关系
从活化分子和有效碰撞的角度来看，客观因素的改变对化学反应速率的影响存在着如下关系。

【例题2】 有关碰撞理论，下列说法不正确的是(　　)
A．具有足够能量的分子(活化分子)相互碰撞就一定能发生化学反应
B．增大反应物的浓度，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞的概率增大，反应速率增大
C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞的概率增大，反应速率增大
D．催化剂能降低反应的活化能，使活化分子百分数增大，有效碰撞的概率增大，反应速率增大
思维导引：从活化分子数和百分含量两个角度，分析条件改变对化学反应速率产生影响的原因。
答案　A
解析　活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应，如果不是有效碰撞，则不能发生反应，A项错误。
【变式2】 下列说法错误的是(　　)
A．当碰撞的分子具有足够的能量和适当的取向时，才能发生化学反应
B．发生有效碰撞的分子一定是活化分子
C．活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
D．活化分子间不是每次碰撞都能发生化学反应
答案　C
解析　活化分子间的碰撞有适当的取向时，才能发生有效碰撞，C项错误。

【例题】 (2018·北京卷)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

(1)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ii.I2＋2H2O＋____===____＋____＋2I－
(2)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂
组成
0.4 mol·L－1
KI
a mol·L－1 KI
0．2 mol·L－1
H2SO4
0.2 mol·L－1
H2SO4
0.2 mol·L－1KI
0．000 2 mol I2
实验
现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝____。
②比较A、B、C，可得出的结论是_______________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。结合i、ii反应速率解释原因：__________________________________________________________。
解析 (1)由题意知SO2催化歧化反应可由i与ii相加得到，反应Ⅱ的离子方程式为3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO＋S↓，所以反应Ⅱ的离子方程式减去i式得2I2＋4H2O＋2SO2===2SO＋8H＋＋4I－，化简得I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(2)①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。
答案 (1)SO2　SO　4H＋　(2)①0.4　②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以增强I－的催化效果　③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快

“控制变量”实验探究题主要以表格或图像的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响，或给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响，能够很好地考查学生的实验设计与探究能力、比较归纳能力、数据分析与处理能力、信息提炼能力、知识迁移与应用能力。解答该类题目的方法思路如下：


1．某同学做浓度对化学反应速率的影响的实验时，将3支试管分别编号为①②③，实验结束后记录的数据如表所示：
试管编号
加3% Na2S2O3溶液
加H2O
加H2SO4溶液
出现浑浊的时间
①
3 mL
3 mL
5滴
33 s
②
a mL
2 mL
5滴
28 s
③
5 mL
b mL
5滴
16 s
下列叙述不正确的是　(　　)
A．反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O
B．Na2S2O3的浓度越大，反应速率越快
C．a＝4
D．b＝2
答案　D
解析　Na2S2O3中S元素的化合价为＋2价，既具有氧化性又具有还原性，在酸性条件下会发生自身的氧化还原反应，化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O，A项正确；根据影响反应速率的条件，在其他条件不变时，反应物的浓度越大，反应速率越快，B项正确；该实验是研究浓度对化学反应速率的影响，要保证除Na2S2O3浓度不同外，其余反应条件均相同，根据①可知V(Na2S2O3溶液)＋V(H2O)＝6 mL，②中水的体积是2 mL，则Na2S2O3溶液的体积为4 mL，即a＝4，③中水的体积是6 mL－5 mL＝1 mL，即b＝1，综上可知，C项正确，D项错误。
2．以反应5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===10CO2↑＋2Mn2＋＋8H2O为例探究外界条件对化学反应速率的影响。实验时，分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液，迅速混合并开始计时，通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法不正确的是(　　)
编号
H2C2O4溶液
酸性KMnO4溶液





①
0.10
2.0
0.010
4.0
25
②
0.20
2.0
0.010
4.0
25
③
0.20
2.0
0.010
4.0
50
A．实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量
B．实验①和②是探究浓度对化学反应速率的影响，实验②和③是探究温度对化学反应速率的影响
C．实验①和②起初反应均很慢，过了一会儿速率突然增大，可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用
D．若实验①测得酸性KMnO4溶液的褪色时间为40 s，则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)＝2.5×10－4mol·L－1·s－1
答案　D
解析　实验①②③均通过测定酸性高锰酸钾溶液褪色所需时间来判断化学反应速率的快慢，需要保证高锰酸钾完全反应，因此所加的H2C2O4溶液均要过量，A项正确；对比实验①②，其他条件完全相同，浓度不同，可探究反应物浓度对化学反应速率的影响，对比实验②③，其他条件完全相同，温度不同，可探究温度对化学反应速率的影响，B项正确；实验①和②起初反应均很慢，一段时间后反应速率突然增大，可能是因为生成的Mn2＋对反应起催化作用，C项正确；由上述分析可知实验①中，H2C2O4过量，KMnO4完全反应，反应掉的Δc(KMnO4)＝＝×0.010 mol·L－1，0～40 s内平均反应速率v(KMnO4)＝＝＝×2.5×10－4 mol·L－1·s－1，D项错误。
3．某实验小组对H2O2分解速率的影响因素做了如下探究：
Ⅰ.甲同学依据实验①和实验②所得数据进行处理，得到图1曲线；乙同学依据实验③和实验④所得数据进行处理，得到图2曲线。



(1)由图1可知：该因素对过氧化氢分解速率的影响是_______________。
(2)分析图2，可得出的结论是____________________________________。
Ⅱ.丙同学设计了几组实验，探究影响H2O2分解速率的其他因素，记录数据如表。已知表中“时间(s)”表示用20 mL H2O2制取50 mL(常温常压下)O2所需的时间。
浓　度
时间(s)
反应条件
15% H2O2
6% H2O2
3% H2O2
无催化剂、不加热
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
无催化剂、加热
160
t
720
MnO2粉末(颗粒直径：100 nm)
10
25
60
MnO2粉末(颗粒直径：1000 nm)
30
70
190
(3)推测时间t的范围为__________。
(4)写出上述实验中发生反应的化学方程式：__________________________。
(5)实验结果表明，催化剂的催化效果与____________有关。
解析 (3)其他条件相同时，双氧水的浓度越大，反应速率越快。(4)双氧水分解的方程式为：2H2O22H2O＋O2↑。(5)由表格数据可知，二氧化锰粉末的直径越小，反应速率越快，催化剂的催化效果与催化剂的颗粒大小有关。
答案 (1)在相同条件下，反应物的浓度越大，过氧化氢分解速率越快　(2)在碱性溶液中过氧化氢的分解速率大于在酸性溶液中的分解速率，但不影响最终产物质量　(3)160＜t＜720　(4)2H2O22H2O＋O2↑　(5)催化剂的颗粒大小



1．(活化能有关概念的理解)下列说法正确的是(　　)
A．活化分子具有的能量是活化能
B．活化分子的总数越多，反应速率越快
C．某一反应的活化分子的百分数是一个定值
D．单位时间内有效碰撞的次数越多，反应速率越快
答案　D
解析　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，A项错误；单位体积内活化分子总数越多，有效碰撞机会越多，反应速率才越快，B项错误；只有在一定条件下，活化分子在反应物中所占百分数才是定值，C项错误。
2．(应用有效碰撞理论解释影响反应速率的因素)在有气体参与的反应中，能使反应物中活化分子数和活化分子百分数同时增大的方法是(　　)
①增大反应物的浓度　②升高温度　③增大压强　④加入催化剂
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
答案　C
解析　根据活化分子的概念及影响因素可知，①③能增大活化分子数，加快化学反应速率，但不影响活化分子百分数；而②中分子能量增加，使活化分子百分数增大，活化分子数也同时增大；④中催化剂降低了反应的活化能，使活化分子百分数增大，活化分子数也同时增大。故选C项。
3．(外界条件对化学反应速率的影响)在相同条件下，做H2O2分解的对比实验时，其中(1)加入MnO2催化，(2)不加MnO2催化。如图是反应放出O2的体积随时间的变化关系示意图，其中正确的是(　　)

答案　A
解析　由图像知，横坐标为时间，纵坐标为V(O2)，只要H2O2的量相同，两种情况下最终产生的O2体积相同。(1)中加入MnO2作催化剂，加快了H2O2的分解速率，在相同时间内产生O2的体积比(2)大，反应结束时所用时间短，A项正确。
4．(综合应用)已知可逆反应A2(g)＋B2(g)2AB(g)的能量变化如图所示，则下列叙述中不正确的是(　　)

A．该反应的活化能为a kJ/mol
B．该反应的逆反应的活化能为b kJ/mol
C．该反应的ΔH＝(a－b) kJ/mol
D．使用催化剂，a的数值减小，ΔH也减小
答案　D
解析　使用催化剂可降低反应的活化能，但ΔH不变，D项错误。
5．(综合应用)为了研究碳酸钙与盐酸反应的反应速率，某同学通过如图实验装置测定反应中生成的CO2气体体积，并绘制出如图所示的曲线。请分析讨论以下问题。

(1)化学反应速率最快的时间段是__，原因是________。
A．0～t1 B．t1～t2
C．t2～t3 D．t3～t4
(2)为了减缓上述反应速率，欲向盐酸溶液中加入下列物质，你认为可行的是____。
A．蒸馏水 B．NaCl固体
C．NaCl溶液 D．通入HCl
(3)若盐酸溶液的体积是20 mL，图中CO2的体积是标准状况下的体积，则t1～t2时间段平均反应速率v(HCl)＝__________mol·L－1·min－1。
解析 (1)曲线中斜率最大，表明反应速率最快，故为t1～t2时间段，原因是反应放热，使反应速率加快。(2)该反应实质为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，故加水稀释，c(H＋)减小，反应速率减小，A项可行；加NaCl固体对反应速率无影响，B项不可行；NaCl溶液中Na＋、Cl－对该反应无影响，故相当于加水稀释，C项可行；通入HCl会使c(H＋)增大，反应速率加快，D项不可行。(3)t1～t2时间段产生CO2为 mol，所以v(HCl)＝ mol·L－1·min－1＝ mol·L－1·min－1。
答案 (1)B　反应放热，使反应速率加快　(2)AC　(3)