第2章 第3节 第3课时 影响化学反应速率的因素(二) 学案（含答案）-高中化学鲁科版选择性必修1

第3课时　影响化学反应速率的因素(二)
[学习目标]　1.了解温度、催化剂对化学反应速率的影响，认识一般规律。2.通过对温度、催化剂对化学反应速率的影响等问题的探讨，培养分析、处理数据并从中获取信息的能力。3.能从基元反应过渡理论、基元反应碰撞理论、活化能等角度解释外因对化学反应速率的影响。
[重点难点]　1.温度、催化剂对化学反应速率的影响。2.从微观角度认识反应历程中能量变化与反应速率的关系。
　　　　　　　温度对化学反应速率的影响
导学
1．一般规律
对于大多数反应，当其他条件不变时，升高温度，化学反应速率加快，降低温度，化学反应速率减慢。
2．化学反应速率与温度的定量关系
(1)范托夫近似规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率提高到原来的2～4倍。利用这个经验规律，可以对一些化学反应的速率做粗略的估计。
(2)阿伦尼乌斯经验公式：k＝，式中k为反应速率常数，Ea为活化能。由该式可知，当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之提高。Ea值越大，改变温度对反应速率的影响程度越大。
3．基元反应过渡态理论
(1)基元反应过渡态理论认为：基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个高能量的中间状态，这个状态称为过渡态。此时旧键没有完全断裂、新键没有完全形成，如
(2)活化能
概念 过渡态的能量与反应物的平均能量之差，用Ea表示
单位 J·mol－1或kJ·mol－1
意义 活化能的存在是化学反应通常需要获得能量才能实际发生的原因
与反应速率之间的关系 不同的基元反应活化能(Ea)大小不同，因此化学反应速率不同。活化能越高，反应越难发生
如图
(3)解释温度对化学反应速率的影响
升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，因此升高温度可以提高化学反应速率。
4．基元反应碰撞理论
(1)基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应。
(2)有效碰撞
(3)活化分子
能够发生有效碰撞的分子。对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。
(4)温度、活化能对化学反应速率影响的解释
①高温时，活化分子多，有效碰撞多，化学反应速率大；反之，化学反应速率小。
②活化能高，能量超过活化能的活化分子少，有效碰撞少，化学反应速率小。
导思
判断正误
(1)升高温度，会使分子的平均能量升高，活化分子所占百分数增大，从而使反应速率加快(　　)
(2)某反应，温度每升高10 ℃速率变为原来的2倍，若温度升高30 ℃，则速率变为原来的6倍(　　)
(3)温度升高时，对放热反应和吸热反应速率的影响程度是一样的(　　)
(4)单位时间内有效碰撞次数越多，反应速率越大(　　)
(5)对于COCl2(g)??CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，升温能加快正反应速率，降低逆反应速率(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
导练
1．过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)的反应历程如图，下列有关说法正确的是(　　)
A．第二步活化配合物之间的碰撞一定是有效碰撞
B．活化配合物的能量越高，第一步的反应速率越快
C．第一步反应需要吸收能量
D．该反应的反应速率主要取决于第一步反应
答案　CD
解析　活化分子之间的碰撞不一定是有效碰撞，不一定能发生反应，故A项错误；活化配合物的能量越高，单位体积内的活化分子数目越少，有效碰撞的几率越小，第一步反应速率越慢，故B项错误；第一步反应断裂化学键，需要吸收能量，故C项正确；反应速率主要取决于慢反应的速率，故D项正确。
2．下列说法错误的是(　　)
①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
②发生有效碰撞的分子一定是活化分子
③活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
④活化分子间每次碰撞都发生化学反应
⑤能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
A．①④ B．③④ C．④⑤ D．②⑤
答案　B
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；活化分子间只有发生有效碰撞时，才能发生化学反应。
　　　　　　　催化剂对化学反应速率的影响
导学
1．催化剂的概念
(1)催化剂是能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。
(2)催化剂的活性与自身成分、粒径、合成方法、压强、温度等有关。催化剂发挥作用需要维持在活性温度范围内。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，这种现象称为催化剂中毒。
2．催化剂对化学反应速率的影响
分析课本P73，表2－3－6，可得出以下结论：
(1)使用催化剂，反应的活化能降低，化学反应速率常数大幅增大，能大幅度加快化学反应速率。
(2)比温度、压强、浓度对化学反应速率影响的程度更大。
3．催化剂的催化原理
(1)催化剂通过参与反应改变反应历程，较大幅度降低反应的活化能来提高化学反应速率。
(2)微观解释
使用催化剂―→改变反应的历程―→降低反应的活化能―→使更多的反应物分子成为活化分子―→增加单位体积内的活化分子百分数―→加快化学反应速率。
4．催化剂的特点
(1)选择性：某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂，但对其他反应就不一定有催化作用。
(2)高效性：可以较大幅度地降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
(3)催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率，不能改变反应热，只能改变化学反应速率。
活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
导思
判断正误
(1)催化剂能使不起反应的物质发生反应(　　)
(2)催化剂在化学反应前后化学性质发生改变，但质量不变(　　)
(3)双氧水中加入MnO2，可以使生成O2的速率增大，是因为MnO2的催化作用(　　)
(4)催化剂可以加快反应也可以改变反应热(　　)
(5)电解水时，往水中加少量NaOH，可使电解速率明显加快，故NaOH是这个反应的催化剂(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
解析　(5)电解水时，加少量NaOH可增大水中离子浓度，加快电荷移动速率，NaOH并没有改变反应历程，故不是催化剂。
导练
1．在气体参与的反应中，①增大反应物浓度；②升高温度；③增大压强(压缩体积)；④加入催化剂，若以上四种方法均可使反应速率增大，完成下列问题：
(1)降低反应活化能的是________(填序号，下同)。
(2)增加活化分子百分比的是________。
(3)未改变活化分子百分比，增加单位体积内分子总数的是________。
(4)增加单位体积内活化分子数的是__________________________________________。
答案　(1)④　(2)②④　(3)①③　(4)①②③④
2．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)反应进程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是(　　)
A．ΔH＝E1－E2
B．该反应为吸热反应
C．升高温度，不影响活化分子百分数
D．使用催化剂使该反应的反应热发生改变
答案　A
解析　ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝E1－E2，A项正确；由图像可知反应物总能量高于反应产物总能量，反应是放热反应，B项错误；升高温度，活化分子百分数增大，单位体积内的活化分子数增大，所以反应速率增大，C项错误；催化剂不能改变反应的始态和终态的能量，只能改变反应途径及活化能，则对反应的焓变无影响，D项错误。
1．某些金属氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应。下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是(　　)
答案　B
解析　在低温时，铝热反应不能发生，反应速率为0；一旦引发后，由于反应放热，放出的热加速反应，B项正确。
2．亚氯酸盐(如NaClO2)可用作漂白剂，在常温下不见光时可保存一年，但在酸性溶液中因生成亚氯酸而发生分解：5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O。分解时，刚加入硫酸，反应缓慢，随后突然反应释放出大量ClO2，这是因为(　　)
A．酸使亚氯酸的氧化性增强
B．溶液中的H＋起催化作用
C．溶液中的Cl－起催化作用
D．逸出的ClO2使反应生成物的浓度降低
答案　C
解析　由题目信息可知，NaClO2在酸性溶液中生成亚氯酸，生成的亚氯酸在刚加入硫酸时反应缓慢，随后突然反应加快，这说明分解生成的产物中某种物质起了催化剂的作用且该物质反应前不存在，故正确答案为C。
3．下列说法正确的是(　　)
A．催化剂可降低反应所需活化能，提高活化分子百分数，从而提高反应速率
B．升高温度，只能增大吸热反应速率，不能增大放热反应速率
C．对于有气体参加的反应，增大压强，反应速率一定加快
D．增大反应物浓度，能够提高活化分子百分数，从而提高反应速率
答案　A
解析　催化剂可降低反应所需活化能，使更多的普通分子变为活化分子，从而提高了活化分子百分数，因此提高了化学反应速率，A正确；升高温度，不仅能增大吸热反应速率，也能增大放热反应速率，B错误；对于有气体参加的反应，若容器的容积不变，而是通过向反应体系中充入与反应无关的气体导致的压强增大，则化学反应速率不变，因此增大气体压强时，反应速率不一定增大，C错误；增大反应物浓度，能够增大单位体积内的活化分子数目，从而大大提高了化学反应速率，但活化分子百分数不变，D错误。
4．科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。
总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)
反应①：A＋K―→AK　Ea1
反应②：AK＋B―→AB＋K　Ea2
下列说法正确的是(　　)
A．第①步为慢反应，第②步为快反应
B．升高温度使反应①的速率加快，反应②的速率减慢
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D．催化剂增大了活化分子百分数，加快了反应速率
答案　AD
解析　据图可知第①步的正反应活化能Ea1>第②步的正反应活化能Ea2，活化能越大反应速率越慢，所以第①步为慢反应，第②步为快反应，A正确；升高温度可以提高活化分子百分数，两步反应的速率均加快，B错误；Ea是该反应正反应的活化能，不是该反应的ΔH，该反应的ΔH＝(E正－E反) kJ·mol－1，C错误；催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，加快反应速率，D正确。