人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第二节 影响化学反应速率的因素教学设计及反思

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第二节　影响化学反应速率的因素目标与素养：1.理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。(宏观辨识与科学探究)2.知道活化能的含义及其对化学反应速率的影响。(宏观辨识与科学探究)3.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。(科学态度与社会责任)4.认识化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。(科学态度与社会责任)一、有效碰撞理论简介1．有效碰撞2．活化分子与活化能活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子。如图所示：反应的活化能是E1，反应热是E1－E2。3．化学反应速率与活化分子、有效碰撞的关系活化分子的百分数越大，单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞次数越多，化学反应速率越快。　举例说明实现向体系提供活化能的方法有哪些？[答案]　加热、光照、超声波、核辐射、研磨等。二、外界因素对化学反应速率的影响1．浓度(1)实验探究原理2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O实验步骤实验现象酸性KMnO4溶液褪色酸性KMnO4溶液褪色褪色时间褪色时间长较0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液褪色时间短结论若其他条件相同，H2C2O4浓度越大，酸性KMnO4溶液褪色越快，反应速率也越快；反之，H2C2O4浓度越小，反应速率越慢(2)规律反应物浓度增大→反应速率增大；反应物浓度减小→反应速率减小。2．压强针对有气体参加的压强的变化仅由反应容器的容积变化引起的反应，增大压强(减小容器体积)―→反应物浓度增大―→反应速率增大，反之，反应速率减小；对只有固体或纯液体参加的反应，压强变化几乎不影响反应速率。3．温度(1)实验探究原理Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O实验操作实验现象混合后，两组均出现浑浊，但热水一组首先出现浑浊结论当其他条件相同时，升高温度反应速率增大，降低温度反应速率减小(2)规律温度升高，反应速率增大；温度降低，反应速率减小。4．催化剂(1)已知①双氧水分解生成O2的实验中常用催化剂有MnO2、Fe3＋、Cu2＋，其催化能力MnO2>Fe3＋>Cu2＋。②酸性KMnO4氧化H2C2O4时所加的催化剂为Mn2＋或MnSO4。③淀粉水解时常用的催化剂为稀H2SO4或唾液，且唾液催化能力较强。(2)结论：同一反应，用不同催化剂，反应速率不相同。(3)规律①选用合适的催化剂，能使反应速率增大。②反应物之间同时发生多个反应时，催化剂有选择性，可以提高目标产物的比率。5．其他因素对化学反应速率的影响如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物接触面积等，均会对化学反应速率产生影响。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)Na、Mg、Al与同浓度的稀H2SO4反应，反应速率相同。 (　　)(2)升高温度，加压均可增大任何反应的化学反应速率。 (　　)(3)锌与稀H2SO4反应时，硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快。 (　　)(4)催化剂可以加快反应也可以改变反应热。 (　　)[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×2．有效碰撞是指(　　)A．反应物分子间的碰撞B．反应物活化分子间的碰撞C．反应物分子发生合适取向的碰撞D．活化分子之间发生合适取向的碰撞[答案]　D3．在一密闭容器中充入1 mol I2和1 mol H2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)(1)保持容器容积不变，向其中充入1 mol H2，反应速率______。(2)升高温度，反应速率________。(3)扩大容器体积，反应速率 ________。[答案]　(1)增大　(2)增大　(3)减小影响反应速率的外界条件1.外界条件对反应速率的影响影响因素影响结果(其他条件不变)浓度固体或纯液体浓度为常数， 增加反应物的量，反应速率不变(固体物质的表面积影响反应速率)气体或溶液增大反应物的浓度，反应速率加快升高温度反应速率加快增大压强(缩小体积)对于气体，反应速率加快；对于非气体物质，影响不大使用正催化剂反应速率加快2.理论解释——有效碰撞理论注意：①活化分子数变，反应速率不一定变；但活化分子百分数变，则反应速率一定变。②对于可逆反应，升温、加压，加入催化剂既加快正反应速率又加快逆反应速率。科学探究：压强对反应速率影响的探究分析对有气体参加的反应，压强对化学反应速率的影响可简化理解如下：压强改变→常见的形式有以下几种情况：(1)恒温时缩小体积压强增大，物质浓度增大反应速率增大。(2)恒温恒容时①充入反应气体该物质浓度增大反应速率迅速增大；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浓度没有改变，反应速率不变。【典例】　反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)①增加C的量　②将容器的体积缩小一半　③保持体积不变，充入N2使体系压强增大　④保持压强不变，充入N2使容器体积变大A．①④　　　 B．②③C．①③ D．②④C　[本题考查的是压强对反应速率的影响。C为固体反应物，增加其用量，对反应速率几乎没有影响；容器体积缩小一半，相当于压强增大一倍，浓度增大，反应速率增大；体积不变，充入N2，体系总压强增大，但反应混合物的浓度并未改变，反应速率基本不变；压强不变，充入N2，使容器的体积增大，总压强不变，但反应混合物的浓度变小，反应速率减小。]对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应，写出恒容条件下能增大该反应速率的两条可行性措施。[答案]　①增大H2O(g)的浓度，②升高温度。1．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，有效碰撞的几率增大，反应速率增大C．升高温度，活化分子百分数增大，有效碰撞的几率增大，反应速率增大D．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数，有效碰撞的几率增大，反应速率增大A　[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，故A项错误；增大反应物的浓度，活化分子的浓度增大，有效碰撞次数增多，反应速率增大，故B项正确；升高温度，活化分子的百分数增大，从而使有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，故C项正确；催化剂能降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，反应速率增大，故D项正确。]2．对于反应：N2＋O22NO，在密闭容器中进行，下列条件能加快反应速率的是(　　)A．增大体积使压强减小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．使总压强不变，充入氖气B　[增大体积引起浓度减小，反应速率减慢；体积不变充入N2，N2的浓度增大，反应速率加快；体积不变充入氦气，各反应物的浓度并没有改变，反应速率不变；总压强不变，充入氖气，体积增大，反应物浓度减小，反应速率减慢。]系列微专题2：“控制变量法”探究反应速率的影响因素“控制变量”实验探究题主要是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。它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)确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。(2)定多变一：在探究时，应该先确定其他因素不变，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。(3)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。1．某探究小组用HNO3与大理石反应过程中质量减少的方法，研究影响反应速率的因素。所用HNO3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HNO3用量为25.00 mL、大理石用量为10.00 g。请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号。实验编号T(K)大理石规格HNO3浓度(mol·L－1)实验目的①298粗颗粒2.00(Ⅰ)实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响；(Ⅱ)实验①和______探究温度对该反应速率的影响；(Ⅲ)实验①和______探究大理石规格(粗、细)对该反应速率的影响 ②   ③   ④   [解析]　实验①和②探究HNO3浓度对该反应速率的影响，其他条件应相同而HNO3浓度不同，故实验②HNO3浓度应为1.00 mol·L－1。实验①和③探究温度对反应速率的影响，除了温度不同，其他条件要保持一样。实验①和④探究大理石规格(粗、细)对反应速率的影响，因此要求二者大理石的规格不同，一个用粗颗粒，另一个用细颗粒。[答案]　②298　粗颗粒　1.00　③308　粗颗粒　2.00　④298　细颗粒　2.00　(Ⅱ)③　(Ⅲ)④2．为探讨化学反应速率的影响因素，设计的实验方案如下表。(已知I2＋2S2O===S4O＋2I－，其中Na2S2O3溶液均足量)实验序号体积(V)/mL时间/sNa2S2O3溶液淀粉溶液碘水水①10.02.04.00.0t1②8.02.04.02.0t2③6.02.04.0Vxt3(1)该实验进行的目的是___________________________________________________________________________________；淀粉溶液的作用是_________________________________________________________________________________________。(2)表中Vx＝________，通过比较t1、t2、t3的大小，试推测该实验结论：______________________________________________。[解析]　(1)根据表中数据可知三次实验中实际改变的是硫代硫酸钠的浓度，故该实验的目的是探究反应物(Na2S2O3)浓度对化学反应速率的影响。由于淀粉遇碘显蓝色，因此从反应原理看，可以采用淀粉作指示剂，根据碘水的淀粉溶液蓝色完全褪去所需时间来测定反应速率。(2)为保持其他量相同，溶液的总体积是16.0 mL，所以表中Vx＝16.0－6.0－2.0－4.0＝4.0。[答案]　(1)探究反应物(Na2S2O3)浓度对化学反应速率的影响　作为显色剂，检验I2的存在(2)4.0　其他条件不变，反应物浓度越大，化学反应速率越大1．下列有关化学反应速率的说法正确的是(　　)A．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用98%的浓硫酸可加快产生氢气的速率B．100 mL 2 mol/L的盐酸跟锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变C．SO2的催化氧化是一个放热的反应，所以升高温度，反应速率减慢D．汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2，减小压强反应速率减慢D　[A项，改用98%的浓硫酸，铁发生钝化，不产生氢气；B项，加入氯化钠溶液使盐酸变稀，c(H＋)减小，反应速率减慢；C项，升高温度，放热反应和吸热反应的速率都加快；D项，减小压强，有气体参加的化学反应的速率减慢。]2．对于反应4A＋2B3C，下列说法中正确的是(　　)A．某温度时，化学反应速率无论用A、B、C中任何物质表示，其数值都相同B．其他条件不变时，降低温度，化学反应速率减小C．其他条件不变时，增大压强，化学反应速率一定加快D．若增大或减小A的物质的量，化学反应速率一定会发生明显的变化B　[A项，对于该反应，用不同的反应物或生成物表示的反应速率，其数值不相同，A错；C项，如果反应物、生成物都不是气体，则增大压强对化学反应速率无影响，C错；D项，若A是固体或纯液体，增大或减小A的物质的量，对化学反应速率没有明显影响，D错。]3．在相同条件下，做H2O2分解对比实验时，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(　　)A　　　　　　　　　　　BC　　　　　　　　　　　DA　[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O2的体积相同，(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，故选A。]4．某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)　ΔH>0，下列叙述正确的是 (　　)A．在容器中加入氩气，反应速率不变B．加入少量W，逆反应速率增大C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小D．将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大    A　[A.在容器中加入氩气，压强增大，但物质的浓度不变，所以反应速率不变，正确；B.W是固体，所以加入少量W，正、逆反应速率均不变，不正确；C.升高温度，正、逆反应速率均增大，不正确；D.将容器的体积压缩，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增大，反应速率加快，但活化分子的百分数不变，不正确。]5．在一定条件下，容积为2 L的密闭容器中，将2 mol L气体和3 mol M气体混合，发生如下反应：2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)，10 s末，生成2.4 mol R，并测得Q的浓度为0.4 mol·L－1。计算：(1)10 s末L的物质的量浓度为________。(2)前10 s内用M表示的化学反应速率为________。(3)化学方程式中x值为________。(4)在恒温恒容条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。(5)在恒温恒压条件，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________。[解析]　　　　2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)起始(mol)   2   3   0   010 s末(mol)   0.4   0.6   0.8x   2.4(1)c(L)＝＝0.2 mol·L－1；(2)v(M)＝＝0.12 mol·L－1·s－1；(3)＝0.4 mol·L－1，x＝1；(4)恒温、恒容，通入He，反应物和生成物的浓度均不变，反应速率不变；(5)恒温、恒压，通入He，体积扩大，反应物和生成物的浓度减小，反应速率减小。[答案]　(1)0.2 mol·L－1　(2)0.12 mol·L－1·s－1　(3)1　(4)不变　(5)减小