苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应速率导学案

化学反应速率影响因素及其图像分析

突破一　控制变量法分析化学反应速率的影响因素

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，故为搞清某个因素对化学反应速率的影响需控制其他因素均相同或不变，再进行实验。因此，常用控制变量思想解决该类问题。

(1)探究流程

(2)注意事项

①要选择合适的化学反应，所选择的反应不能太灵敏，也不能太迟钝。

②反应物的浓度要适当，不能太大，而探索浓度变量时，浓度间的差别也不能太大。

③要有规律地设计不同的反应体系的温度，也要注意物质的相应性质，不能选择会引起反应体系发生变化的温度。

④对变量要进行适当的组合，组合的一般原则是“变一定多”，即保持其他变量不变，改变其中一个变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对反应的影响。

1．某学习小组用测定稀HNO3与大理石反应过程中质量减小的方法，探究影响反应速率的因素，所用稀HNO3的浓度为1.00 mol·L－1、2.00 mol·L－1，大理石有细颗粒与粗颗粒两种规格，实验温度为298 K、308 K，每次实验稀HNO3的用量为25.00 mL、大理石的用量为10.00 g。

实验设计如表：

将相应的实验目的填入下列空格中：

(1)实验①和②探究________对该反应速率的影响；

(2)实验①和③探究________对该反应速率的影响；

(3)实验①和④探究________对该反应速率的影响。

答案：(1)浓度　(2)温度　(3)固体物质的表面积

2．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。

(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)实验①和②的目的是探究________对反应速率的影响。

实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是_____________________________。

(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图。分析图像能够得出的实验结论①________环境能增大H2O2分解的速率；②________环境能减小H2O2分解的速率。

解析：(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是催化剂降低了反应的活化能，从而增大了活化分子的百分数。

(2)实验①和②的差别是H2O2溶液的浓度不同，故目的是探究浓度对反应速率的影响；由于通常条件下H2O2稳定，不易分解，所以为了加快反应速率，可向反应物中加入等量的同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中。

(3)据图可以看出在碱性条件下反应最快，在酸性条件下反应最慢。

答案：(1)催化剂降低了反应的活化能，增大了活化分子的百分数

(2)浓度　向反应物中加入等量的同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)

(3)碱性　酸性

突破二　化学反应速率图像分析

化学反应速率图像是将化学反应速率变化的情况在直角坐标系中表达的结果，是化学反应速率变化规律的反映。

此类图像主要包括反应速率与浓度、压强、温度、催化剂等外界条件的关系以及反应过程中的速率变化等。

1．定性型图像的分析

(1)速率—时间图像

如Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间的变化如图所示。

AB段：Zn与盐酸的反应是放热反应，溶液的温度升高，化学反应速率逐渐增大。

BC段：随着反应的进行，盐酸的浓度逐渐减小，化学反应速率逐渐减小。

(2)速率—温度图像

其他条件一定，反应速率随着温度的升高而增大，随着温度的降低而减小。如图A所示。

(3)速率—压强图像

对于有气体参与的反应，其他条件一定，增大压强(缩小容器的容积)，反应速率增大；减小压强(增大容器的容积)，反应速率减小。如图B所示。

2．定量型图像分析

化学反应速率的定量型图像主要反映物质的量(或物质的量浓度、反应速率)与反应时间t的定量关系。该类图像所能解决的问题主要有①反应物、生成物的确定；②反应起始时进行方向的确定；③可逆或不可逆反应的确定；④反应化学方程式的确定；⑤某时间段内平均反应速率的计算；⑥化学反应达到平衡的时刻及各量之间的关系。

解答此类问题时应先根据曲线图弄清反应物以及生成物，并依据物质的量的变化量之比等于物质化学式前的系数之比写出反应的化学方程式，然后依据化学反应速率的定义进行相关计算和判断。例如：某温度时，在一容积恒定(V L)的容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化如图所示。

①据图可进行如下计算：

a．用某物质表示的平均反应速率，如v(X)＝

 mol·L－1·s－1。

b．某物质的转化率(转化量占起始量的百分比)，如Y的转化率为×100%。

②据图可确定反应的化学方程式：X、Y为反应物，Z为生成物，且X、Y、Z三种物质的化学式前的系数之比为(n1－n3)∶(n2－n3)∶n2，最终反应物不能完全转化，说明该反应为可逆反应，故图示反应的化学方程式可表示为(n1－n3)X＋(n2－n3)Yn2Z。

3．定性与定量相结合的图像分析

此类图像通常既包括反应速率的定性比较，如曲线的趋势等，也包括反应速率、物质的量或物质的量浓度的计算和定量比较，需要依据相关的计算公式和外界条件影响反应速率的规律从定量和定性两个方面加以分析。

[名师点拨]　有关化学反应速率图像题的解题方法

分析有关化学反应速率的图像，要注意分析图像的变化趋势，弄清影响化学反应速率的因素。一般要从以下几个方面分析：

1．明确坐标轴含义，首先要知道横轴和纵轴所代表的物理量。

2．看起点和变化趋势，分清反应物和生成物。与起始时相比，浓度或物质的量减小的是反应物，浓度或物质的量增大的是生成物。反应物以高于原点的点为起点，生成物多以原点为起点。

3．看终点，分清消耗的浓度和增加的浓度，反应物的消耗浓度和生成物的增加浓度之比等于化学方程式中相应物质化学式前的系数之比。

4．看变化条件，如升高温度或降低温度、增大压强或减小压强等，注意浓度、温度、压强等的改变对化学反应速率的影响。

5．对于速率—时间图像，看清曲线是连续的还是跳跃的，分清“渐变”“突变”“大变”和“小变”。

1．一定质量的锌粒与1.0 L稀盐酸反应(放热反应)，生成H2的物质的量与反应时间的关系如图所示，下列结论不正确的是(　　)

A．若将锌粒改为锌粉，可以加快产生H2的速率

B．反应前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大

C．反应前4 min内平均速率v(HCl)＝

0．18 mol·L－1·min－1

D．反应时加入大量的CuSO4固体，会使生成氢气的速率加快

解析：选D　若将锌粒改成锌粉，增大了固体物质的表面积，即增大了反应物的接触面积，可以加快产生H2的速率，A正确；该反应为放热反应，由曲线变化趋势可知前4 min 内温度对反应速率的影响比较大，B正确；反应前4 min 内生成H2的物质的量为0.36 mol，则消耗HCl的物质的量为0.72 mol，反应前4 min内平均速率v(HCl)＝0.18 mol·L－1·min－1，C正确；反应时加入大量的CuSO4固体，锌置换出的铜附着在锌粒表面，阻止锌与盐酸的进一步反应，使生成氢气的速率减小，D错误。

2．实验测得某反应在不同pH下产物A的浓度随时间变化的关系如图所示(其他条件相同)。则下列说法不正确的是(　　)

A．若增大压强，该反应的反应速率可能不变

B．pH＝7.5时，随着反应的进行反应速率逐渐增大

C．一定pH范围内，溶液中H＋浓度越大，反应速率越快

D．可采取调节pH的方法使反应停止

解析：选B　图像没有给出压强对反应速率的影响，因此增大压强，反应速率可能不变，A正确；pH＝7.5时，随着反应的进行，曲线斜率先逐渐增大，后逐渐减小，说明反应速率先增大后减小，B错误；由图像可知，一定pH范围内，溶液中H＋浓度越大，反应速率越快，C正确；当pH＝8.8时，反应速率接近0，所以可采取调节pH的方法使反应停止，D正确。

3．某温度下，在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

该反应的化学方程式是_____________________________________________________。

解析：由图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减少，应为反应物，Z的物质的量增多，应为生成物，且最终反应物、生成物共存，则该反应为可逆反应。当反应进行到5 min 时，Δn(Y)＝0.2 mol，Δn(Z)＝0.4 mol，Δn(X)＝0.6 mol，则Δn(Y)∶Δn(Z)∶Δn(X)＝1∶2∶3，参加反应的物质物质的量的变化量之比等于物质化学式前的系数之比，则反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g)2Z(g)。

答案：3X(g)＋Y(g)2Z(g)