苏教版 (2019)必修 第二册第一单元 化学反应速率与反应限度第2课时导学案

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第2课时　影响化学反应速率的因素新课程标准1．能从内因、外因两方面通过实验探究认识影响化学反应速率的因素，并能用于解释有关问题。2．学会运用控制变量方法研究影响化学反应速率的因素，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。  学业质量水平合格性要求1.通过实验探究影响化学反应速率的因素，形成由宏观到微观，由感性到理性的科学探究过程。(水平1)2．能用一定的理论模型说明外界条件的改变对反应速率的影响，通过分析推理认识影响化学反应速率的决定因素是本身的性质。等级性要求能运用变量控制方法探究化学反应速率的影响因素，能初步解释化学实验和化工生产中反应条件的选择。(水平3)  图说考点   基础知识——自学·思记·尝试[新知预习]一、影响化学反应速率的因素1．内因(决定因素)决定化学反应速率的主要原因是反应物本身的性质。例如：Mg、Zn分别与等浓度的盐酸反应时，________发生的反应更剧烈，反应更快。2．外界因素(1)催化剂：实验操作　(H2O2的量均是5 mL、4%)实验现象产生气泡速率的相对大小：________结论催化剂能________H2O2分解的反应速率(2)温度：实验操作实验现象产生气泡由快到慢的顺序：____________实验结论升高温度，反应速率______；降低温度，反应速率______(3)浓度：实验操作实验现象盛有12%H2O2溶液的试管中先产生气泡实验结论增大反应物的浓度，反应速率________(4)固体的表面积：实验操作V(4 mol·L－1 HCl)/mLm(CaCO3)/gCaCO3状态实验15.05粉末实验25.05块状实验现象产生气泡速率的相对大小：____________结论相同条件下，增加固体表面积能____________化学反应速率3.其他因素：除催化剂、温度和反应物的浓度外，增加反应物的接触面积，能增大反应速率，此外，对于有气体参加的反应，反应体系的压强越大， ________________。________等条件对一些化学反应速率也有一定的影响。4．物质状态的表示符号：气体(g)、固体(s)、液态(l)   【学而思】1.思考：还原性铁粉常常在富含油脂的食品中做抗氧化剂，请分析抗氧化剂如何利用了化学反应速率的原理。        2．质疑：某同学想用金属与酸反应制备少量的氢气，该同学向一定量铁片中加入了足量0.01 mol·L－1的稀盐酸，铁片上冒出气泡的速率较慢，为了加快反应速率且不改变H2的产量，该同学想采用以下方法，其中哪些方法是可行的？①加水　②加KNO3溶液　③改用0.1 mol·L－1的盐酸　④加入少量铁粉　⑤加NaCl溶液　⑥滴入几滴硫酸铁溶液　⑦升高温度(不考虑盐酸挥发)         二、控制变量法受多种因素影响的问题往往比较复杂。科学家为简化对这类问题的研究，每次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变，研究被改变的因素对事物发展的影响。这样，就将多因素问题拆解为多个单因素问题分别开展研究，化繁为简，再进行综合分析，最后得出结论。这种方法称为控制变量法。“探究化学反应速率的影响因素”属于探究反应规律类型的任务。设计此类任务实验方案的关键是控制变量，可按以下步骤进行思考。(1)确定研究对象，如选定符合实验要求的化学反应。(2)确定自变量和因变量。在本实验中，自变量为浓度、温度、接触面积、催化剂等外界条件，因变量为化学反应速率。(3)设计实验操作，改变单一自变量。在此过程中，要明确通过实验操作应控制哪个自变量改变、哪些自变量不变。(4)确定因变量的观测指标。在本实验中，应确定通过观察哪些现象来判断化学反应的快慢。   【尝试体验】某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、温度对反应速率的影响。按照如下方案完成实验。 反应物催化剂温度①10 mL 10%H2O2溶液无25 ℃②10 mL 20%H2O2溶液无25 ℃③10 mL 20%H2O2溶液无40 ℃④10 mL 20%H2O2溶液1～2滴0.1 mol·L－1FeCl3溶液40 ℃通过实验得到氧气的体积与时间的关系如图所示。回答下列问题：(1)代表实验①的图示是_____________________________________________________。(2)对比实验③和④的目的是_________________________________________________。(3)通过上面对比实验，所得出的实验结论是___________________________________________________________________________________________________________。 【母题追问】(1)图中曲线Ⅰ代表的是哪个实验？  (2)实验②、③哪个放出气泡的速率快？   [即时自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，为减慢反应速率而又不影响生成H2的量，可向其中加入KNO3溶液。(　　)(2)碳酸钙与盐酸反应的过程中，再增加CaCO3固体，反应速率不变，但把CaCO3固体粉碎，可以加快反应速率。(　　)(3)0.1 mol·L－1 HCl溶液和0.1 mol·L－1 H2SO4溶液与2 mol·L－1 NaOH溶液反应，其速率相同。(　　)(4)0.1 mol·L－1 HCl溶液和0.1 mol·L－1 HNO3溶液与相同形状和大小的大理石反应，其速率相同。(　　)(5)Mg、Al在相同条件下分别与0.1 mol·L－1盐酸反应，其反应速率相同。(　　)2．在下列事实中，各是什么因素影响了化学反应速率。(1)集气瓶中H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时发生爆炸：________。(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成碎粒：__________。(3)熔化的KClO3放出气泡很慢，撒入少量MnO2，则很快产生气体：________。(4)同浓度、同体积的盐酸放入同样大小的锌粒和镁条，产生气体有快有慢：________________。(5)同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1盐酸和盐酸反应，速率不同：________________________________________________________________________。 (6)夏天食品容易变质，而冬天不易发生该现象：________。3．决定化学反应速率的主要因素是(　　)A．反应物的浓度      B．反应温度C．使用催化剂      D．反应物的性质4．在反应C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)中，不可能使反应速率明显增大的措施是(　　)A．增大压强       B．升高温度C．增大CO2的浓度     D．增加碳的量5．控制变量法是科学研究的重要方法。相同质量的Fe与足量稀硫酸分别在下列条件下发生反应，其中化学反应速率最大的是(　　)选项硫酸浓度反应温度铁的状态A0.5 mol·L－120 ℃块状B0.5 mol·L－120 ℃粉末状C1 mol·L－135 ℃块状D2 mol·L－135 ℃粉末状6.硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)实验反应温度/℃Na2S2O3溶液稀H2SO4V/mLc/(mol·L－1)V/mLc/(mol·L－1)A2550.1100.1B2550.2100.2C3550.1100.1D3550.2100.2     技能素养——合作·探究·分享例1 在恒容密闭容器中发生反应：3CO(g)＋Fe2O3(s)3CO2(g)＋2Fe(s)，下列说法不正确的是(　　)A．将块状Fe2O3改为粉末状，反应速率加快B．升高温度，反应速率加快C．使用催化剂，反应速率增大D．充入N2使压强增大，反应速率增大  例2 H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)甲          乙 丙       丁 A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大 例3 对于Fe＋H2SO4(稀)===FeSO4＋H2↑，改变某些条件会影响产生氢气的速率，请回答下列问题：(1)v(H2)-t图像中，为何AB段v逐渐增大，BC段又逐渐减小？(2)若增加铁的用量，对反应速率有何影响(不考虑表面积的变化)，为什么？(3)若将稀硫酸换成浓硫酸能加快产生H2的速率吗？为什么？   例4 H2O2不稳定、易分解，Fe3＋、Cu2＋等对其分解起催化作用，为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了如图甲、乙两种实验装置。(1)若利用图甲装置，可通过观察________________________________现象，从而定性比较得出结论。(2)有同学提出将FeCl3改为Fe2(SO4)3更为合理，其理由是________________。写出H2O2在二氧化锰催化作用下发生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(3)利用乙实验可进行定量分析，图乙中仪器A的名称为________，实验时均以生成40 mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是________________。(4)将0.1 mol MnO2粉末加入50 mL H2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图丙所示，解释反应速率变化的原因：______________________________。H2O2初始物质的量浓度为________(保留两位小数)。     关键能力　归纳提升1.影响反应速率因素影响因素条件变化速率变化注意事项外因浓度其他条件不变时增大反应物浓度加快固体或纯液体浓度为常数，改变其用量，v不变减小反应物浓度减慢温度升高温度加快－降低温度减慢催化剂使用催化剂通常加快催化剂具有选择性和专一性压强增大压强加快通过改变容器容积改变压强(有气体参加的反应)减小压强减慢  状元随笔　三点注意：(1)固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。(2)反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。(3)压强对化学反应速率影响的规律压强对反应速率的影响实质上是浓度对反应速率的影响(注：此处惰性气体指不参加反应的气体)；①恒温时：增大压强体积缩小浓度增大反应速率加快。②恒容时：a．充入气体反应物浓度增大总压强增大反应速率加快；b．充入惰性气体总压强增大，各物质的浓度不变，反应速度不变；③恒压时：充入惰性气体体积增大各反应物浓度减小反应速率减慢。  2．控制变量法控制变量法作为化学实验探究的有效方法，在探究实验中运用较多。在化学探究中，不同的因素和条件对实验产生不同影响。根据因素的不同，变量可分为实验变量(又称为自变量)、反应变量(又称为因变量)和无关变量。在化学探究实验中，首先要确定实验目的，分析实验原理，确定实验变量、反应变量和无关变量，并在探究过程中控制无关变量和操纵实验变量。 状元随笔　控制变量法的解题策略(1)定多变一：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，故为搞清某个因素的影响需控制其他因素相同或不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，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。(2)数据有效：解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。     课堂检测——夯实·测控·演练1.等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法一定不正确的是(　　)组别对应曲线c(HCl)/(mol·L－1)反应温度/℃铁的状态①a 30粉末状②b 30粉末状③c2.5 块状④d2.530块状A.第④组实验的反应速率最小B．第①组实验中盐酸的浓度大于2.5 mol·L－1C．第②组实验中盐酸的浓度等于2.5 mol·L－1D．第③组实验的反应温度低于30 ℃2．下列措施对增大反应速率明显有效的是(　　)A．Al在氧气中燃烧生成Al2O3，将铝粉改为铝片B．Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用质量分数为98.3%的浓硫酸C．Zn与稀硫酸反应时，适当提高溶液的温度D．实验室用大理石制取CO2，增加大理石的量3．在Ag＋催化作用下，Cr3＋被氧化为的机理为①+2Ag＋===＋2Ag2＋(慢)；②+7H2O===(快)。下列有关说法不正确的是(　　)A．反应速率与Ag＋浓度有关B．Ag＋是该反应的催化剂C．溶液的温度与该反应的速率有关D．②反应决定整个反应的反应速率4．全球爆发了新型冠状病毒肺炎疫情，疫情期间，使用15%的过氧乙酸()溶液对环境进行消毒，能够有效消除病菌。已知生成过氧乙酸(CH3COOOH)的反应：CH3COOH＋H2O2⇌CH3COOOH＋H2O，下列有关说法正确的是(　　)A．降低温度可加快该反应速率B．加入合适的催化剂可提高该反应速率C．增大压强可加快该反应的反应速率D．加水稀释CH3COOH，可使该反应反应速率加快5．一定温度下，反应H2O(g)＋C(s)⇌CO(g)＋H2(g)在密闭容器中进行，下列措施能加快反应速率的是(　　)A．增大体积使压强减小     B．恒容，充入H2O(g)C．恒容，充入He气      D．恒压，充入He气6．向200 mL 6 mol·L－1盐酸中加入一定量的纯净CaCO3，产生气体的体积随时间的变化曲线如图所示(气体体积均在标准状况下测定)。请回答下列问题：(1)设OE段的反应速率为v1，EF段的反应速率为v2，FG段的反应速率为v3，则v1、v2、v3从大到小的顺序为________________。(2)为了减缓上述反应的速率，欲向该溶液中加入下列物质，你认为可行的是________(填字母)。A．蒸馏水      B．氯化钾固体C．氯化钠溶液     D．浓盐酸(3)加入CaCO3的质量为________。(4)若反应过程中溶液体积的变化忽略不计，则EF段用盐酸表示的化学反应速率v(HCl)＝________。7．一定条件下，H2O2在水溶液中发生分解反应：2H2O22H2O＋O2↑。反应过程中，测得不同时间H2O2的物质的量浓度如表：t/min020406080c(H2O2)/mol·L－10.800.400.200.100.05(1)H2O2的分解反应________氧化还原反应(填“是”或“不是”)。(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)为________ mol·L－1·min－1。(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL，则共产生O2________ g。A．0.08     B．0.16C．1.28     D．2.4                 第2课时　影响化学反应速率的因素基础知识新知预习一、1．Mg2．(1)B>A　加快　(2)C>B>A　增大　减小　(3)加快　(4)实验1>实验2　加快3．反应速率越大　光照学而思1．提示：食品中添加的抗氧化剂往往是一些还原性强的物质，添加后能够消耗氧气，从而降低了与食品接触的氧气的浓度，减慢了食品的变质速率。2．提示：③⑦。①加水，降低了盐酸的浓度，故反应速率减慢；②在稀盐酸中加硝酸钾溶液相当于加入硝酸，不会生成氢气；③改用浓度大的盐酸，反应速率加快，且不改变氢气的产量；④加入铁粉，铁与盐酸反应生成氢气的产量增多；⑤加氯化钠溶液，相当于稀释盐酸，故反应速率减慢；⑥滴加硫酸铁溶液，铁与硫酸铁反应，使得与盐酸反应的铁减少，故氢气的产量减少，并且稀释了盐酸，反应速率减慢；⑦升高温度，反应速率加快，且不改变氢气的产量；故符合题意的是③⑦。尝试体验解析：(1)反应温度越高，使用催化剂，反应物浓度越大，反应速率越快，实验①中双氧水浓度最小，没有使用催化剂，温度为25 ℃，则在实验①～④中反应速率最小，图中斜率越大，反应速率越快，并且①中产生O2是②、③、④的一半，则代表实验①的为Ⅳ。(2)实验③、④中，反应物浓度、反应温度相同，而实验④使用了催化剂，所以对比实验③和④的目的是研究催化剂对反应速率的影响。(3)根据实验①、②可知，增大反应物浓度，反应速率加快；根据实验②、③可知，升高反应温度，反应速率加快；根据实验③、④可知，使用合适的催化剂，反应速率加快；通过对比实验，得出的实验结论是其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂，化学反应速率加快。答案：(1)Ⅳ　(2)研究催化剂对反应速率的影响(3)其他条件不变，增大反应物浓度或升高温度或加入合适的催化剂，化学反应速率加快【母题追问】(1)提示：④。(2)提示：③。即时自测1．答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×2．答案：(1)光　(2)反应物的接触面积　(3)催化剂　(4)反应物本身的性质　(5)反应物的浓度　(6)反应温度3．解析：反应物的性质是决定化学反应速率的主要因素；反应物的浓度、反应温度、催化剂等是影响化学反应速率的外界因素。答案：D4．解析：增大压强、升高温度、增大CO2的浓度均能增大反应速率；增加固体的用量，因其浓度是常数，故反应速率不会增加，选D。答案：D5．解析：温度越高，反应速率越快，C和D的温度均为35 ℃，且D中硫酸的浓度较大，可以加快反应速率，Fe为粉末状，能增大与稀硫酸的接触面积，同样可加快反应速率，则D中反应速率最快。答案：D6．解析：反应物的温度越高，反应速率越快；反应物的浓度越大，反应速率越快。反应速率越快，出现的反应现象就越快。D组实验的反应温度最高，c(Na2S2O3)、c(H2SO4)最大。答案：D技能素养例1　解析：将块状Fe2O3改为粉末状，增大反应物接触面积，反应速率加快，A正确；升高温度，反应速率加快，B正确；使用催化剂，反应速率增大，C正确；N2不参加反应，反应速率也不改变，D错误。答案：D例2　解析：A错：图甲表明其他条件相同时，H2O2浓度越大，其分解速率越快。B错：图乙表明其他条件相同时，溶液pH越大，分解速率越快。C错：Mn2＋浓度相同时，1.0 mol·L－1NaOH溶液中分解速率小于0.1 mol·L－1NaOH溶液中的分解速率。D对：pH相同时，Mn2＋浓度越大，分解速率越快，所以图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率影响大。答案：D例3　答案：(1)AB段v逐渐增大的主要原因是反应放热，导致温度升高，反应速率增大；BC段v逐渐减小的主要原因是随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。(2)无影响，因为固体和纯液体的浓度视为常数，其量的变化对反应速率无影响。(3)不能，因为常温下浓硫酸使铁钝化，且浓硫酸中氢离子浓度较小。例4　解析：(1)通过产生气泡的快慢即可比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果(保持其他条件相同，只改变催化剂)。(2)FeCl3和CuSO4中阴、阳离子都不相同，无法判断是阴离子起作用还是阳离子起作用和CuSO4的阴离子相同，可以消除阴离子不同对实验的干扰。(3)通过计算分别用Fe3＋、Cu2＋催化时生成O2的速率，来定量比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，因此需要测量的数据是产生40 mL气体所需要的时间。(4)随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，反应速率减慢，最终生成氧气的体积是60 mL，即0.002 7 mol。根据2H2O2～O2，c(H2O2)＝0.005 4 mol÷0.05 L≈0.11 mol·L－1。答案：(1)产生气泡的快慢　(2)可以消除阴离子不同对实验的干扰　2H2O22H2O＋O2↑　(3)分液漏斗　产生40 mL气体所需的时间　(4)随着反应的进行，反应物的浓度减小，反应速率减小　0.11 mol·L－1  课堂检测1．解析：由图像可知，①、②、③、④组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有大小之分。第④组实验，反应所用时间最长，故反应速率最小，A正确；第①组实验，反应所用时间最短，故反应速率最大，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L－1，B正确；第②组实验，铁是粉末状，与③、④组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L－1，C正确；由③、④组实验并结合图像知第③组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。答案：D2．答案：C3．答案：D4．答案：B5．答案：B6．解析：(1)根据题图中数值计算速率大小为v2>v1>v3。(2)加蒸馏水、氯化钠溶液，相当于减小反应物的浓度，反应速率减慢。(3)最终生成标准状况下5.6 L CO2，n(CaCO3)＝n(CO2)＝5.6 L÷22.4 L·mol－1＝0.25 mol，加入CaCO3的质量为0.25 mol×100 g·mol－1＝25 g。(4)EF段生成标准状况n(CO2)＝3.36 L÷22.4 L·mol－1＝0.15 mol，参加反应的n(HCl)＝0.30 mol，v(HCl)＝0.30 mol÷0.2 L÷1 min＝1.5 mol·L－1·min－1答案：(1)v2>v1>v3　(2)AC　(3)25 g　(4)1.5 mol·L－1·min－17．解析：(1)过氧化氢分解生成水和氧气，2H2O22H2O＋O2↑，依据氧元素化合价发生变化判断为氧化还原反应；(2)该分解反应0～20 min的平均反应速率v(H2O2)＝＝＝0.02 mol·L－1·min－1；(3)如果反应所用的H2O2溶液为100 mL，溶质物质的量＝0.1 L×0.80 mol·L－1＝0.08 mol，由化学方程式定量关系可知，共产生O2 0.04 mol，质量＝0.04 mol×32 g·mol－1＝1.28 g。答案：(1)是　(2)0.02　(3)C