1.能運(yùn)用變量控制的方法探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,從而形成變化觀念與平衡思想的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.能用一定的理論模型說(shuō)明外界條件改變對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響,通過(guò)基元反應(yīng)活化能解釋外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響,體現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。
基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過(guò)關(guān)
重難探究?能力素養(yǎng)全提升
一、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響在其他條件不變時(shí),增大反應(yīng)物的濃度可以加快化學(xué)反應(yīng)速率;減小反應(yīng)物的濃度可以減慢化學(xué)反應(yīng)速率。壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響是通過(guò)改變氣體濃度實(shí)現(xiàn)的,故一般意義上增大氣體壓強(qiáng)是指壓縮氣體體積;對(duì)于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng),溫度一定時(shí):
增加少量固體或純液體反應(yīng)物,反應(yīng)速率不變
壓強(qiáng)僅對(duì)有氣體參與的反應(yīng)有影響
二、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1.基本規(guī)律在其他條件不變時(shí),升高溫度可以加快化學(xué)反應(yīng)速率;降低溫度可以減慢化學(xué)反應(yīng)速率。
2.化學(xué)反應(yīng)速率與溫度的定量關(guān)系(1)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。對(duì)于在溶液中發(fā)生的反應(yīng),溫度每升高10 K,反應(yīng)速率提高到原來(lái)的2~4倍。(2)阿倫尼烏斯公式(經(jīng)驗(yàn)公式):k=A式中:k為反應(yīng)速率常數(shù),A為比例系數(shù),e為自然對(duì)數(shù)的底,R為理想氣體常數(shù),Ea為活化能。當(dāng)Ea>0時(shí),升高溫度,反應(yīng)速率常數(shù)增大,化學(xué)反應(yīng)速率隨之提高。
三、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1.催化劑:能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)前后本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)。2.催化原理(1)催化劑通過(guò)參與反應(yīng)改變反應(yīng)歷程、改變反應(yīng)的活化能來(lái)改變化學(xué)反應(yīng)速率。(2)催化劑不能改變化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù),不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。3.特點(diǎn)(1)選擇性:只對(duì)某一反應(yīng)或某類反應(yīng)起催化作用。(2)高效性:可以較大幅度降低反應(yīng)的活化能,從而加快化學(xué)反應(yīng)速率。
判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”。(1)催化劑都不參加化學(xué)反應(yīng)。(　　)(2)升高溫度時(shí),不論正反應(yīng)是吸熱還是放熱,正、逆反應(yīng)的速率都增大。(　　)(3)可逆反應(yīng)中減小反應(yīng)產(chǎn)物的濃度可增大正反應(yīng)的速率。(　　)(4)增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng),反應(yīng)速率不一定增大。(　　)(5)增大反應(yīng)物的濃度,能夠增大活化分子的百分含量,所以反應(yīng)速率增大。(　　)(6)對(duì)于反應(yīng)2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),使用催化劑可大大提高生產(chǎn)效率。(　　)
探究一　外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響
生活中我們總是期望有利于我們的反應(yīng)進(jìn)行得越快越好,不利于我們的反應(yīng)進(jìn)行得盡可能慢一些。那么怎樣才能調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率?影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些?提示 要調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率就要研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素是反應(yīng)物本身的性質(zhì),影響化學(xué)反應(yīng)速率的客觀因素有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、接觸面積、光照等。
1.濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)在298 K時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶液中的反應(yīng)H2O2+2HI==2H2O+I2在不同濃度時(shí)的反應(yīng)速率如下表所示:
分析上表數(shù)據(jù):①當(dāng)c(H2O2)恒定時(shí),隨c(HI)增大,其反應(yīng)速率增大,若c(HI)增大1倍,其反應(yīng)速率v也增大約1倍。同理,當(dāng)c(HI)恒定時(shí),反應(yīng)速率v與c(H2O2)之間有類似的變化規(guī)律。②由以上分析可知,其反應(yīng)速率v與c(H2O2)·c(HI)成正比,上述反應(yīng)在不同濃度時(shí)的反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫(xiě)為v=kc(H2O2)·c(HI)。
(2)化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系:①速率方程。對(duì)于任意一個(gè)化學(xué)反應(yīng)aA+bB==cC+dD,其反應(yīng)速率方程為v=kcm(A)·cn(B),式子中m、n、k都由實(shí)驗(yàn)測(cè)得,與化學(xué)方程式中的系數(shù)無(wú)關(guān)。②反應(yīng)速率常數(shù)。速率方程中的k稱為反應(yīng)速率常數(shù),它表示單位濃度下的化學(xué)反應(yīng)速率。反應(yīng)速率常數(shù)與濃度無(wú)關(guān),但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。通常情況下,反應(yīng)速率常數(shù)越大,反應(yīng)進(jìn)行得越快。
(3)改變濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律。增加反應(yīng)物濃度,反應(yīng)速率均增大,正反應(yīng)速率增大得多。增加反應(yīng)產(chǎn)物濃度,反應(yīng)速率均增大,逆反應(yīng)速率增大得多。固體或純液體的濃度可視為常數(shù),則固體量的增多,不影響反應(yīng)速率,反應(yīng)速率還與固體表面積的大小和反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散的速率有關(guān)。
2.壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響對(duì)于氣體來(lái)說(shuō),在一定溫度下,一定質(zhì)量的氣體所占的體積與壓強(qiáng)成反比。如圖所示:
結(jié)論:增大壓強(qiáng),體積縮小,濃度增大,化學(xué)反應(yīng)速率加快。微觀解釋:增大壓強(qiáng)→體積縮小→反應(yīng)物濃度增大→單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多→單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞增加→反應(yīng)速率加快;反之,反應(yīng)速率減慢。
(1)由于固體、液體粒子間的空隙很小,增大壓強(qiáng)幾乎不能改變它們的濃度,因此對(duì)只有固體或液體參加的反應(yīng),壓強(qiáng)的變化對(duì)于反應(yīng)速率的影響可以忽略不計(jì)。(2)對(duì)于反應(yīng)N2+3H2 2NH3,不同條件下,壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響如下:①恒溫恒容密閉容器中。a.充入N2,壓強(qiáng)增大,c(N2)增大,化學(xué)反應(yīng)速率加快。b.充入He(He不參與反應(yīng)),壓強(qiáng)增大,但c(N2)、c(H2)、c(NH3)都不變,化學(xué)反應(yīng)速率不變。②恒溫恒壓密閉容器中。充入He,體積增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)都減小,化學(xué)反應(yīng)速率減小。
3.溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響(1)根據(jù)基元反應(yīng)碰撞理論,能量較高,相互之間發(fā)生碰撞,能夠引發(fā)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)物分子稱為活化分子。①化學(xué)反應(yīng)一般需要一個(gè)活化的過(guò)程,即能發(fā)生反應(yīng)的分子,必須是先吸收能量后形成活化分子。②普通反應(yīng)物分子形成活化分子所吸收的能量叫活化能(Ea)。對(duì)基元反應(yīng)而言,其活化能是過(guò)渡態(tài)的能量與反應(yīng)物的平均能量之差。③活化能越高,反應(yīng)越難進(jìn)行,反應(yīng)速率常數(shù)越小?？梢?jiàn),活化能是決定化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因。(2)一定條件下的化學(xué)反應(yīng),升高溫度,可加快化學(xué)反應(yīng)速率,降低溫度,可減慢化學(xué)反應(yīng)速率。
4.催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響某些反應(yīng)使用催化劑前后的活化能及反應(yīng)速率常數(shù)之比如下表所示:
分析上表數(shù)據(jù)可知:(1)使用催化劑,反應(yīng)的活化能大幅度降低,反應(yīng)速率常數(shù)變大,化學(xué)反應(yīng)速率加快。(2)催化劑:比溫度、壓強(qiáng)、濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響程度都要大,加快的速率可達(dá)幾千倍;因?yàn)槭褂么呋瘎┠芙档突罨?也就是降低了阻礙反應(yīng)進(jìn)行的一個(gè)重要因素的影響。
應(yīng)用體驗(yàn)視角1 濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響1.對(duì)于反應(yīng)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),其他條件不變時(shí),下列措施不能改變化學(xué)反應(yīng)速率的是(　　)A.增大C(s)的量B.增大H2O(g)的濃度C.增大CO(g)或H2(g)的濃度D.減小H2O(g)的濃度
解析 改變物質(zhì)的濃度,可以改變化學(xué)反應(yīng)速率,而改變固體物質(zhì)的物質(zhì)的量不能改變化學(xué)反應(yīng)速率,因?yàn)楣腆w物質(zhì)的濃度可視為常數(shù)。
視角2 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的影響2.已知C(s)+CO2(g) 2CO(g)　ΔH>0,反應(yīng)速率為v1,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH③=②>①B.④③>④D.④>③>②>①
探究二　依據(jù)v-t圖像理解外界條件對(duì)反應(yīng)速率的影響
v-t圖像的意義是什么?提示 v-t圖像可以直觀地表示出在一定條件下,反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。
1.非可逆反應(yīng)v-t圖像Zn與足量鹽酸反應(yīng),反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化情況如右圖所示。分析:AB段,因反應(yīng)為放熱反應(yīng),隨反應(yīng)進(jìn)行,溫度升高,導(dǎo)致反應(yīng)速率加快;BC段,則主要因?yàn)殡S反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中H+的濃度減小,導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。
2.可逆反應(yīng)的v-t圖像
視角1 v-t圖像分析1.對(duì)于反應(yīng)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH”或“v(逆)可知正反應(yīng)吸熱,即正反應(yīng)的ΔH>0。
視角2 與反應(yīng)速率有關(guān)的其他圖像分析4.密閉容器中進(jìn)行可逆反應(yīng):aA(g)+bB(g) cC(g),在不同溫度(T1和T2)及壓強(qiáng)(p1和p2)下,混合氣體中B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(B)與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如圖所示。下列判斷正確的是(　　)
A.T1T2,p1c,正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
解析 由(T1,p1)和(T1,p2)兩條線可以看出,溫度相同(T1),但壓強(qiáng)為p2時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間短,即反應(yīng)速率大,所以p2>p1;壓強(qiáng)較大(即壓強(qiáng)為p2)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較大,說(shuō)明增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng),則a+bT2;溫度較高(即溫度為T1)時(shí)對(duì)應(yīng)的w(B)較小,說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng),故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
規(guī)律方法 關(guān)于反應(yīng)速率、化學(xué)平衡圖像題的分析方法(1)看清坐標(biāo)系,弄清縱、橫坐標(biāo)所代表的意義,并與有關(guān)原理相結(jié)合。(2)看清起點(diǎn),分清反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物,濃度減小的是反應(yīng)物,濃度增大的是反應(yīng)產(chǎn)物,一般反應(yīng)產(chǎn)物多數(shù)以原點(diǎn)為起點(diǎn)。(3)看清曲線的變化趨勢(shì),注意漸變和突變,分清正、逆反應(yīng)的曲線,從而判斷反應(yīng)特點(diǎn)。(4)注意終點(diǎn)。例如,在濃度—時(shí)間圖像上,一定要看清終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)物的消耗量、反應(yīng)產(chǎn)物的增加量,并結(jié)合有關(guān)原理進(jìn)行推理判斷。

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第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的方向

版本： 魯科版 (2019)

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