2.1 第2课时 影响化学反应速率的因素 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册
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| 名称 | 2.1 第2课时 影响化学反应速率的因素 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 293.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-09 21:37:18 | ||
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文档简介
2.1 第2课时 影响化学反应速率的因素
【学习目标】
1.通过实验探究,了解浓度、压强、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响。了解控制化学反应速率对生产、生活的意义。
2.了解基元反应,知道化学反应是有历程的,了解活化能的含义及应用。
3.建立碰撞理论认知模型,并能运用碰撞理论解释浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率产生的影响。
【合作探究】
任务1 影响化学反应速率的因素
【学习情境】
对于反应:钢铁腐蚀、食物腐坏、炼钢、合成氨,你是希望其反应速率越快越好还是越慢越好 调控化学反应速率常常是决定化学实验成败的关键。有哪些因素能够影响化学反应速率呢 怎样影响呢
【新知生成】
1.内因
在相同条件下,不同化学反应的反应速率决定于反应物自身的 。
2.外因
(1)浓度:当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率 ;减小反应物浓度,化学反应速率 。
(2)压强:对于有气体参加的化学反应,在相同温度下,增大压强(减小容器容积),反应速率 ;减小压强(增大容器容积),反应速率 。
(3)温度:当其他条件相同时,升高温度,化学反应速率 ;降低温度,化学反应速率 。温度每升高 10K,化学反应速率通常增大为原来的 倍。
(4)催化剂:催化剂是 反应速率最有效的手段之一。
(5)其他因素:增大反应物间的 、光、电磁波、超声波等因素都会对反应速率产生影响。
【答案】1.性质 2.(1)增大 减小 (2)增大 减小 (3)增大 减小 2~4 (4)改变 (5)接触面积
【活动探究】
1.探究浓度对反应速率的影响
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应:Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。向A、B、C三支试管中各加入2 mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液,浓度依次为0.1 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.01 mol·L-1,再同时各加入2 mL 0.2 mol·L-1稀硫酸,观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。
现象: 。
结论: 。
【答案】三支试管中均出现浑浊,出现浑浊由快到慢的顺序为 A>B>C 其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大
2.探究压强对反应速率的影响
(1)对于有气体参加的化学反应,增大压强(缩小容器体积),反应物浓度怎样改变 反应速率怎样改变
(2)恒温恒容密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,充入氦气时,对化学反应速率有什么影响
(3)恒温恒压密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,充入氦气时,对化学反应速率有什么影响
【答案】(1)缩小容器体积,增大压强,反应物浓度增大,反应速率增大。
(2)恒容时,充入氦气(氦气与反应无关),压强增大,但c(N2)、c(H2)、c(NH3)均不变,化学反应速率不变。
(3)恒压时,充入氦气,体积增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)均减小,化学反应速率减小。
3.探究温度对反应速率的影响
原理 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
操作
现象 溶液紫红色褪去所需时间长短:
结论
【答案】甲>乙>丙 其他条件相同时,温度越高,反应速率越快
4.探究催化剂对反应速率的影响
操作
现象 三支试管中均产生气泡,但产生气泡速率: 较快, 最慢
结论 其他条件相同时,加入催化剂,化学反应速率
【答案】甲、乙 丙 加快
【核心突破】
典例1 下列有关化学反应速率的实验探究方案设计合理的是( )
选项 实验方案 实验目的
A 向等体积等浓度的H2O2溶液中分别加入5滴等浓度的CuSO4和FeCl3溶液,观察气体产生的速率 比较Cu2+和Fe3+的催化效果
B 取两支试管,各加入2mL 1 mol·L-1酸性KMnO4溶液,再同时向两支试管中分别加入2mL 0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液和2 mL 0.05 mol·L-1 H2C2O4溶液,观察高锰酸钾溶液褪色所需时间 探究草酸浓度对反应速率的影响
C 在锥形瓶内各盛有2 g锌粒(颗粒大小基本相同),然后通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L-1和40 mL 18 mol·L-1的硫酸。比较两者收集10 mL氢气所用的时间 探究硫酸浓度对反应速率的影响
D 探究温度对反应速率的影响
【解析】催化剂中阴、阳离子均不同,应控制阴离子相同比较Cu2+和Fe3+的催化效果,A项错误;结合离子方程式可知,高锰酸钾过量,草酸均不足,溶液均不褪色,不能说明浓度对速率的影响,B项错误;18 mol·L-1的硫酸为浓硫酸,与Zn反应生成二氧化硫,不能比较浓度对生成氢气速率的影响,C项错误;只有温度不同,可探究温度对反应速率的影响,D项正确。
【答案】D
归纳总结：“控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
(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(或设计实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
训练1 反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行,若其他条件不变,只改变下列条件,对其反应速率没有影响的是( )
①增加C的量 ②保持体积不变,充入N2使体系压强增大 ③升高温度 ④保持压强不变,充入Ar使容器体积变大
A.只有① B.①② C.①④ D.②④
【解析】①C为固体,增加C的量对反应速率无影响;②保持体积不变,充入N2使体系压强增大,参加反应的气体浓度不变,反应速率不变;③升高温度,反应速率增大;④保持压强不变,充入Ar使容器体积变大,反应物H2O(g)的浓度减小,反应速率变小。
【答案】B
训练2 以反应5H2C2O4+2Mn+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究外界条件对化学反应速率的影响。实验时,分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液,迅速混合并开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法不正确的是( )
编号 H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 温度/ ℃
浓度/ (mol·L-1) 体积/ mL 浓度/ (mol·L-1) 体积/ mL
① 0.10 2.0 0.010 4.0 25
② 0.20 2.0 0.010 4.0 25
③ 0.20 2.0 0.010 4.0 50
A.实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量
B.实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响,实验②和实验③是探究温度对化学反应速率的影响
C.实验①和实验②起初反应均很慢,过了一会儿速率突然增大,可能是生成的Mn2+对反应起催化作用
D.若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=2.5×10-4mol·L-1·s-1
【解析】由实验数据分析可知,在这三个实验中,所加的H2C2O4溶液均过量,A项正确;分析表中数据可知,实验①和实验②只是H2C2O4浓度不同,即实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响;实验②和实验③只是温度不同,所以实验②和实验③是探究温度对化学反应速率的影响,B项正确;在其他条件都相同时,开始速率很小,过一会儿速率突然增大,说明反应生成了具有催化作用的物质,可能起催化作用的是Mn2+,C项正确;高锰酸钾完全反应,混合后溶液中高锰酸钾的浓度为=×0.010 mol·L-1,v(KMnO4)=≈1.7×10-4 mol·L-1·s-1,D项错误。
【答案】D
任务2 有效碰撞理论
【学习情境】
有100个人去跳高,由于这些人没吃早饭,把高度设为1.5 m,只有10个人能跳过去,跳过的百分数是10%。现在给他们足够的时间去吃早饭,已有20人能够跳过去了,跳过的百分数是20%,也就是说给大家补充能量后,跳过的百分数增大了。还是上述情境,有100个人去跳高,现在将高度降为1 m,跳过去的人数为30人,就是说降低标准,跳过的百分数增大了。
【新知生成】
1.有效碰撞
(1)概念: 的碰撞。
(2)条件:①发生碰撞的分子具有足够高的 ;②分子在 上发生碰撞。
(3)与反应速率的关系:有效碰撞的频率越高,则反应速率越 。
2.活化能和活化分子
(1)活化分子:化学反应中,能量 ,有可能发生 的分子。
(2)活化能: 的平均能量与 的平均能量的差。
(3)反应物、生成物的能量与活化能的关系图
Ea表示 反应的活化能;E'a表示 反应的活化能;Ea-E'a表示 。
3.基元反应
(1)概念:反应物分子经过 碰撞就转化为产物分子的反应。基元反应过程中没有任何中间产物生成。
(2)影响反应速率的因素:每个基元反应都有对应的活化能,反应的活化能越大,活化分子所占比例越 ,有效碰撞的比例也就越 ,化学反应速率越 。
4.有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释
(1)浓度:反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
(2)压强:增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
即压强对化学反应速率的影响,可转化成浓度对化学反应速率的影响。
(3)温度:升高温度→活化分子的百分数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
(4)催化剂:使用催化剂→改变了反应的历程,反应的活化能 →活化分子的百分数 →单位时间内有效碰撞的概率 →反应速率 。
【答案】1.(1)能发生化学反应 (2)能量 一定的方向 (3)大 2.(1)较高 有效碰撞 (2)过渡状态 反应物分子 (3)正 逆 反应热 3.(1)一次 (2)小 小 小 4.(1)增多 增加 增大 减小 (2)增多 增加 增大 减小 (3)增大 增加 增大 减小 (4)降低 增大 增加 增大
【活动探究】
1.为什么活化能越低,化学反应速率越快
【答案】活化能越低,普通分子就越容易变成活化分子,活化分子百分数增大,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率加快。
2.结合有效碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响,完成下列表格。
影响 外因 单位体积内 有效碰撞 次数 化学反应 速率
分子 总数 活化分 子数 活化分子 百分数
增大反应物浓度 增加 加快
增大压强 增加 加快
升高温度 增加 加快
使用催化剂 增加 加快
【答案】增加 增加 不变 增加 增加 不变 不变 增加 增加 不变 增加 增加
3.化学反应都是一步完成的吗 对于有多个基元反应的化学反应,其反应的快慢由哪步反应决定
【答案】不是。由最慢的一步基元(或活化能最大的)反应决定。
4.形状、大小相同的镁、铝、铁、铅四种金属与浓度相同的盐酸反应,生成H2的速率快慢顺序是 。
【答案】v(Mg)>v(Al)>v(Fe)>v(Pb)
【核心突破】
典例2 某化学反应的反应过程中,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.该反应为放热反应
B.催化剂能改变反应的焓变
C.催化剂能降低反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
【解析】根据题图可知,反应物总能量小于生成物总能量,所以该反应为吸热反应,A项错误;催化剂不能改变焓变,只能降低反应的活化能,B项错误,C项正确;该反应中正反应的活化能大于逆反应的活化能,D项错误。
【答案】C
典例3 在不同的载体(钛片、铝片、陶瓷)表面制备TiO2薄膜,来探究不同载体下TiO2薄膜光催化使甲基橙脱色的效果,每光照20 min取一次样,实验结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.不同载体,无论何种温度一定是钛片载体的光催化活性最好
B.约在520 ℃时,钛片载体的光催化活性最好
C.无论何种载体,催化活性总是随温度的升高而增大
D.不同载体,TiO2薄膜的光催化活性相同
【解析】催化剂的催化活性受温度的影响,催化剂都有最佳的催化温度,但不是温度越高越好,C项错误;由题图可知,不同温度,不同载体,TiO2薄膜的光催化活性不同,A、D两项错误;约在520 ℃时,钛片载体的光催化活性最好,B项正确。
【答案】B
归纳总结：(1)基元反应经历的过程
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
训练3 下列关于“有效碰撞”的说法不正确的是( )
A.分子间的碰撞均为有效碰撞
B.能发生化学反应的碰撞叫作有效碰撞
C.发生有效碰撞时,化学键才能断裂
D.其他条件相同时,反应物浓度越大,单位时间内的有效碰撞次数越多
【解析】能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,发生有效碰撞的条件:①具有活化分子,②具有合适的取向,所以分子间的碰撞不一定为有效碰撞,A项错误;有效碰撞是能发生化学反应的碰撞,B项正确;只有发生有效碰撞,才能发生化学变化,化学键才能断裂,C项正确;其他条件相同时,反应物浓度越大,单位体积内活化分子数越多,单位时间内的有效碰撞次数越多,D项正确。
【答案】A
训练4 为探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,某同学分别设计了图1、图2所示的实验:
图1
图2
下列叙述不正确的是( )
A.图1实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图1实验中反应速率①>②,则一定可以说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解的催化效果好
C.图2实验可通过测定相同状况下产生的气体体积与反应时间来比较反应速率
D.图2中关闭A处活塞,将注射器活塞向外拉,松开后注射器活塞复原,说明装置气密性良好
【解析】反应速率可以通过观察产生气泡的快慢来判断,A项正确;若图1所示实验中反应速率为①>②,则能够说明FeCl3比CuSO4对H2O2分解的催化效果好,但不一定是Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果好,B项错误;反应速率可以用单位时间内产生气体的快慢表示,C项正确;关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若气密性不好,则活塞不能回到原位,D项正确。
【答案】B
课堂小结
【随堂检测】
1.活化分子是衡量化学反应速率快慢的重要依据,下列对“活化分子”的说法不正确的是( )
A.活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞
B.增大反应物的浓度,可使单位体积内活化分子数增多,反应速率加快
C.对于有气体参加的反应,增大压强,可使单位体积内活化分子数增多,反应速率加快
D.催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内活化分子百分数大大增加
【解析】活化分子之间发生碰撞不一定发生反应,还与取向有关,则不一定为有效碰撞,A项错误;增大反应物的浓度,可使单位体积内活化分子数增多,从而使反应速率加快,B项正确;增大压强,单位体积内活化分子数增加,从而使反应速率加快,C项正确;催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内活化分子百分数大大增加,D项正确。
【答案】A
2.在一定温度时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为N2+3H22NH3 ΔH=92 kJ
B.b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
C.加入催化剂,该化学反应放出的热量增多
D.加入催化剂可增大正反应速率,降低逆反应速率
【解析】A项,没有标明物质的聚集状态,ΔH的书写也不正确,单位也不正确;C项,加催化剂不影响反应热;D项,催化剂可同等程度地增大正、逆反应速率。
【答案】B
3.下列措施对加快反应速率有明显效果的是( )
A.Na与水反应时,增加水的用量
B.Al与稀硫酸反应制取H2时,改用浓硫酸
C.Na2SO4与BaCl2两种溶液反应时,增大压强
D.大理石和盐酸反应制取CO2时,将块状大理石改为粉末状
【解析】A项,水为纯液体,增加水的用量,反应速率不变;B项,常温下Al遇浓硫酸会发生钝化,不生成氢气,反应速率减小;C项,反应中没有气体参加,增大压强,反应速率不变;D项,将块状大理石改为粉末状,增大了接触面积,反应速率明显加快。
【答案】D
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)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.若将容器的体积压缩,可增大单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞次数增多
【解析】在容器中加入氩气,浓度不变,反应速率不变,A项正确;加入少量W,W是固体,浓度不变,因此逆反应速率不变,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;若将容器的体积压缩,可增大单位体积内活化分子数,但活化分子百分数不变,有效碰撞次数增多,速率加快,D项错误。
【答案】A
5.已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH。其反应机理如下:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) ΔH1 快反应
②NOBr2(g)+NO(g)2NOBr(g) ΔH2 慢反应
下列相关说法不正确的是( )
A.化学反应的速率主要取决于快反应
B.NOBr2是反应的中间产物,不是反应的催化剂
C.恒容时,增大反应物浓度能增加单位体积内活化分子总数,加快反应速率
D.ΔH=ΔH1+ΔH2
【解析】慢反应决定反应速率,A项错误;NOBr2是该反应的中间产物,不是反应的催化剂,B项正确;活化分子数越多,反应速率越快,恒容时,增大反应物浓度,能增加单位体积内活化分子总数,反应速率加快,C项正确;根据盖斯定律,由①+②得反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g),则ΔH=ΔH1+ΔH2,D项正确。
【答案】A
2
【学习目标】
1.通过实验探究,了解浓度、压强、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响。了解控制化学反应速率对生产、生活的意义。
2.了解基元反应,知道化学反应是有历程的,了解活化能的含义及应用。
3.建立碰撞理论认知模型,并能运用碰撞理论解释浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率产生的影响。
【合作探究】
任务1 影响化学反应速率的因素
【学习情境】
对于反应:钢铁腐蚀、食物腐坏、炼钢、合成氨,你是希望其反应速率越快越好还是越慢越好 调控化学反应速率常常是决定化学实验成败的关键。有哪些因素能够影响化学反应速率呢 怎样影响呢
【新知生成】
1.内因
在相同条件下,不同化学反应的反应速率决定于反应物自身的 。
2.外因
(1)浓度:当其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率 ;减小反应物浓度,化学反应速率 。
(2)压强:对于有气体参加的化学反应,在相同温度下,增大压强(减小容器容积),反应速率 ;减小压强(增大容器容积),反应速率 。
(3)温度:当其他条件相同时,升高温度,化学反应速率 ;降低温度,化学反应速率 。温度每升高 10K,化学反应速率通常增大为原来的 倍。
(4)催化剂:催化剂是 反应速率最有效的手段之一。
(5)其他因素:增大反应物间的 、光、电磁波、超声波等因素都会对反应速率产生影响。
【答案】1.性质 2.(1)增大 减小 (2)增大 减小 (3)增大 减小 2~4 (4)改变 (5)接触面积
【活动探究】
1.探究浓度对反应速率的影响
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应:Na2S2O3+H2SO4Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O。向A、B、C三支试管中各加入2 mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液,浓度依次为0.1 mol·L-1、0.05 mol·L-1、0.01 mol·L-1,再同时各加入2 mL 0.2 mol·L-1稀硫酸,观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。
现象: 。
结论: 。
【答案】三支试管中均出现浑浊,出现浑浊由快到慢的顺序为 A>B>C 其他条件相同时,增大反应物浓度,化学反应速率增大
2.探究压强对反应速率的影响
(1)对于有气体参加的化学反应,增大压强(缩小容器体积),反应物浓度怎样改变 反应速率怎样改变
(2)恒温恒容密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,充入氦气时,对化学反应速率有什么影响
(3)恒温恒压密闭容器中发生反应N2+3H22NH3,充入氦气时,对化学反应速率有什么影响
【答案】(1)缩小容器体积,增大压强,反应物浓度增大,反应速率增大。
(2)恒容时,充入氦气(氦气与反应无关),压强增大,但c(N2)、c(H2)、c(NH3)均不变,化学反应速率不变。
(3)恒压时,充入氦气,体积增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)均减小,化学反应速率减小。
3.探究温度对反应速率的影响
原理 2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
操作
现象 溶液紫红色褪去所需时间长短:
结论
【答案】甲>乙>丙 其他条件相同时,温度越高,反应速率越快
4.探究催化剂对反应速率的影响
操作
现象 三支试管中均产生气泡,但产生气泡速率: 较快, 最慢
结论 其他条件相同时,加入催化剂,化学反应速率
【答案】甲、乙 丙 加快
【核心突破】
典例1 下列有关化学反应速率的实验探究方案设计合理的是( )
选项 实验方案 实验目的
A 向等体积等浓度的H2O2溶液中分别加入5滴等浓度的CuSO4和FeCl3溶液,观察气体产生的速率 比较Cu2+和Fe3+的催化效果
B 取两支试管,各加入2mL 1 mol·L-1酸性KMnO4溶液,再同时向两支试管中分别加入2mL 0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液和2 mL 0.05 mol·L-1 H2C2O4溶液,观察高锰酸钾溶液褪色所需时间 探究草酸浓度对反应速率的影响
C 在锥形瓶内各盛有2 g锌粒(颗粒大小基本相同),然后通过分液漏斗分别加入40 mL 1 mol·L-1和40 mL 18 mol·L-1的硫酸。比较两者收集10 mL氢气所用的时间 探究硫酸浓度对反应速率的影响
D 探究温度对反应速率的影响
【解析】催化剂中阴、阳离子均不同,应控制阴离子相同比较Cu2+和Fe3+的催化效果,A项错误;结合离子方程式可知,高锰酸钾过量,草酸均不足,溶液均不褪色,不能说明浓度对速率的影响,B项错误;18 mol·L-1的硫酸为浓硫酸,与Zn反应生成二氧化硫,不能比较浓度对生成氢气速率的影响,C项错误;只有温度不同,可探究温度对反应速率的影响,D项正确。
【答案】D
归纳总结：“控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
(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(或设计实验)要有效,且变量统一,否则无法做出正确判断。
训练1 反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一容积可变的密闭容器中进行,若其他条件不变,只改变下列条件,对其反应速率没有影响的是( )
①增加C的量 ②保持体积不变,充入N2使体系压强增大 ③升高温度 ④保持压强不变,充入Ar使容器体积变大
A.只有① B.①② C.①④ D.②④
【解析】①C为固体,增加C的量对反应速率无影响;②保持体积不变,充入N2使体系压强增大,参加反应的气体浓度不变,反应速率不变;③升高温度,反应速率增大;④保持压强不变,充入Ar使容器体积变大,反应物H2O(g)的浓度减小,反应速率变小。
【答案】B
训练2 以反应5H2C2O4+2Mn+6H+10CO2↑+2Mn2++8H2O为例探究外界条件对化学反应速率的影响。实验时,分别量取H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液,迅速混合并开始计时,通过测定溶液褪色所需时间来判断反应的快慢。下列说法不正确的是( )
编号 H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 温度/ ℃
浓度/ (mol·L-1) 体积/ mL 浓度/ (mol·L-1) 体积/ mL
① 0.10 2.0 0.010 4.0 25
② 0.20 2.0 0.010 4.0 25
③ 0.20 2.0 0.010 4.0 50
A.实验①②③所加的H2C2O4溶液均要过量
B.实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响,实验②和实验③是探究温度对化学反应速率的影响
C.实验①和实验②起初反应均很慢,过了一会儿速率突然增大,可能是生成的Mn2+对反应起催化作用
D.若实验①测得KMnO4溶液的褪色时间为40s,则这段时间内平均反应速率v(KMnO4)=2.5×10-4mol·L-1·s-1
【解析】由实验数据分析可知,在这三个实验中,所加的H2C2O4溶液均过量,A项正确;分析表中数据可知,实验①和实验②只是H2C2O4浓度不同,即实验①和实验②是探究浓度对化学反应速率的影响;实验②和实验③只是温度不同,所以实验②和实验③是探究温度对化学反应速率的影响,B项正确;在其他条件都相同时,开始速率很小,过一会儿速率突然增大,说明反应生成了具有催化作用的物质,可能起催化作用的是Mn2+,C项正确;高锰酸钾完全反应,混合后溶液中高锰酸钾的浓度为=×0.010 mol·L-1,v(KMnO4)=≈1.7×10-4 mol·L-1·s-1,D项错误。
【答案】D
任务2 有效碰撞理论
【学习情境】
有100个人去跳高,由于这些人没吃早饭,把高度设为1.5 m,只有10个人能跳过去,跳过的百分数是10%。现在给他们足够的时间去吃早饭,已有20人能够跳过去了,跳过的百分数是20%,也就是说给大家补充能量后,跳过的百分数增大了。还是上述情境,有100个人去跳高,现在将高度降为1 m,跳过去的人数为30人,就是说降低标准,跳过的百分数增大了。
【新知生成】
1.有效碰撞
(1)概念: 的碰撞。
(2)条件:①发生碰撞的分子具有足够高的 ;②分子在 上发生碰撞。
(3)与反应速率的关系:有效碰撞的频率越高,则反应速率越 。
2.活化能和活化分子
(1)活化分子:化学反应中,能量 ,有可能发生 的分子。
(2)活化能: 的平均能量与 的平均能量的差。
(3)反应物、生成物的能量与活化能的关系图
Ea表示 反应的活化能;E'a表示 反应的活化能;Ea-E'a表示 。
3.基元反应
(1)概念:反应物分子经过 碰撞就转化为产物分子的反应。基元反应过程中没有任何中间产物生成。
(2)影响反应速率的因素:每个基元反应都有对应的活化能,反应的活化能越大,活化分子所占比例越 ,有效碰撞的比例也就越 ,化学反应速率越 。
4.有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释
(1)浓度:反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
(2)压强:增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
即压强对化学反应速率的影响,可转化成浓度对化学反应速率的影响。
(3)温度:升高温度→活化分子的百分数 →单位时间内有效碰撞的次数 →反应速率 ;反之,反应速率 。
(4)催化剂:使用催化剂→改变了反应的历程,反应的活化能 →活化分子的百分数 →单位时间内有效碰撞的概率 →反应速率 。
【答案】1.(1)能发生化学反应 (2)能量 一定的方向 (3)大 2.(1)较高 有效碰撞 (2)过渡状态 反应物分子 (3)正 逆 反应热 3.(1)一次 (2)小 小 小 4.(1)增多 增加 增大 减小 (2)增多 增加 增大 减小 (3)增大 增加 增大 减小 (4)降低 增大 增加 增大
【活动探究】
1.为什么活化能越低,化学反应速率越快
【答案】活化能越低,普通分子就越容易变成活化分子,活化分子百分数增大,单位时间内有效碰撞次数增多,反应速率加快。
2.结合有效碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响,完成下列表格。
影响 外因 单位体积内 有效碰撞 次数 化学反应 速率
分子 总数 活化分 子数 活化分子 百分数
增大反应物浓度 增加 加快
增大压强 增加 加快
升高温度 增加 加快
使用催化剂 增加 加快
【答案】增加 增加 不变 增加 增加 不变 不变 增加 增加 不变 增加 增加
3.化学反应都是一步完成的吗 对于有多个基元反应的化学反应,其反应的快慢由哪步反应决定
【答案】不是。由最慢的一步基元(或活化能最大的)反应决定。
4.形状、大小相同的镁、铝、铁、铅四种金属与浓度相同的盐酸反应,生成H2的速率快慢顺序是 。
【答案】v(Mg)>v(Al)>v(Fe)>v(Pb)
【核心突破】
典例2 某化学反应的反应过程中,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.该反应为放热反应
B.催化剂能改变反应的焓变
C.催化剂能降低反应的活化能
D.逆反应的活化能大于正反应的活化能
【解析】根据题图可知,反应物总能量小于生成物总能量,所以该反应为吸热反应,A项错误;催化剂不能改变焓变,只能降低反应的活化能,B项错误,C项正确;该反应中正反应的活化能大于逆反应的活化能,D项错误。
【答案】C
典例3 在不同的载体(钛片、铝片、陶瓷)表面制备TiO2薄膜,来探究不同载体下TiO2薄膜光催化使甲基橙脱色的效果,每光照20 min取一次样,实验结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.不同载体,无论何种温度一定是钛片载体的光催化活性最好
B.约在520 ℃时,钛片载体的光催化活性最好
C.无论何种载体,催化活性总是随温度的升高而增大
D.不同载体,TiO2薄膜的光催化活性相同
【解析】催化剂的催化活性受温度的影响,催化剂都有最佳的催化温度,但不是温度越高越好,C项错误;由题图可知,不同温度,不同载体,TiO2薄膜的光催化活性不同,A、D两项错误;约在520 ℃时,钛片载体的光催化活性最好,B项正确。
【答案】B
归纳总结：(1)基元反应经历的过程
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
训练3 下列关于“有效碰撞”的说法不正确的是( )
A.分子间的碰撞均为有效碰撞
B.能发生化学反应的碰撞叫作有效碰撞
C.发生有效碰撞时,化学键才能断裂
D.其他条件相同时,反应物浓度越大,单位时间内的有效碰撞次数越多
【解析】能够发生化学反应的碰撞才是有效碰撞,发生有效碰撞的条件:①具有活化分子,②具有合适的取向,所以分子间的碰撞不一定为有效碰撞,A项错误;有效碰撞是能发生化学反应的碰撞,B项正确;只有发生有效碰撞,才能发生化学变化,化学键才能断裂,C项正确;其他条件相同时,反应物浓度越大,单位体积内活化分子数越多,单位时间内的有效碰撞次数越多,D项正确。
【答案】A
训练4 为探究Fe3+和Cu2+对H2O2分解反应的催化效果,某同学分别设计了图1、图2所示的实验:
图1
图2
下列叙述不正确的是( )
A.图1实验可通过观察产生气泡的快慢来比较反应速率的大小
B.若图1实验中反应速率①>②,则一定可以说明Fe3+比Cu2+对H2O2分解的催化效果好
C.图2实验可通过测定相同状况下产生的气体体积与反应时间来比较反应速率
D.图2中关闭A处活塞,将注射器活塞向外拉,松开后注射器活塞复原,说明装置气密性良好
【解析】反应速率可以通过观察产生气泡的快慢来判断,A项正确;若图1所示实验中反应速率为①>②,则能够说明FeCl3比CuSO4对H2O2分解的催化效果好,但不一定是Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果好,B项错误;反应速率可以用单位时间内产生气体的快慢表示,C项正确;关闭A处活塞,将注射器活塞拉出一定距离,若气密性不好,则活塞不能回到原位,D项正确。
【答案】B
课堂小结
【随堂检测】
1.活化分子是衡量化学反应速率快慢的重要依据,下列对“活化分子”的说法不正确的是( )
A.活化分子之间的碰撞一定是有效碰撞
B.增大反应物的浓度,可使单位体积内活化分子数增多,反应速率加快
C.对于有气体参加的反应,增大压强,可使单位体积内活化分子数增多,反应速率加快
D.催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内活化分子百分数大大增加
【解析】活化分子之间发生碰撞不一定发生反应,还与取向有关,则不一定为有效碰撞,A项错误;增大反应物的浓度,可使单位体积内活化分子数增多,从而使反应速率加快,B项正确;增大压强,单位体积内活化分子数增加,从而使反应速率加快,C项正确;催化剂能降低反应的活化能,使单位体积内活化分子百分数大大增加,D项正确。
【答案】A
2.在一定温度时,N2与H2反应过程中能量变化的曲线如下图所示。下列叙述正确的是( )
A.该反应的热化学方程式为N2+3H22NH3 ΔH=92 kJ
B.b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
C.加入催化剂,该化学反应放出的热量增多
D.加入催化剂可增大正反应速率,降低逆反应速率
【解析】A项,没有标明物质的聚集状态,ΔH的书写也不正确,单位也不正确;C项,加催化剂不影响反应热;D项,催化剂可同等程度地增大正、逆反应速率。
【答案】B
3.下列措施对加快反应速率有明显效果的是( )
A.Na与水反应时,增加水的用量
B.Al与稀硫酸反应制取H2时,改用浓硫酸
C.Na2SO4与BaCl2两种溶液反应时,增大压强
D.大理石和盐酸反应制取CO2时,将块状大理石改为粉末状
【解析】A项,水为纯液体,增加水的用量,反应速率不变;B项,常温下Al遇浓硫酸会发生钝化,不生成氢气,反应速率减小;C项,反应中没有气体参加,增大压强,反应速率不变;D项,将块状大理石改为粉末状,增大了接触面积,反应速率明显加快。
【答案】D
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)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.若将容器的体积压缩,可增大单位体积内活化分子的百分数,有效碰撞次数增多
【解析】在容器中加入氩气,浓度不变,反应速率不变,A项正确;加入少量W,W是固体,浓度不变,因此逆反应速率不变,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,C项错误;若将容器的体积压缩,可增大单位体积内活化分子数,但活化分子百分数不变,有效碰撞次数增多,速率加快,D项错误。
【答案】A
5.已知反应:2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) ΔH。其反应机理如下:
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) ΔH1 快反应
②NOBr2(g)+NO(g)2NOBr(g) ΔH2 慢反应
下列相关说法不正确的是( )
A.化学反应的速率主要取决于快反应
B.NOBr2是反应的中间产物,不是反应的催化剂
C.恒容时,增大反应物浓度能增加单位体积内活化分子总数,加快反应速率
D.ΔH=ΔH1+ΔH2
【解析】慢反应决定反应速率,A项错误;NOBr2是该反应的中间产物,不是反应的催化剂,B项正确;活化分子数越多,反应速率越快,恒容时,增大反应物浓度,能增加单位体积内活化分子总数,反应速率加快,C项正确;根据盖斯定律,由①+②得反应2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g),则ΔH=ΔH1+ΔH2,D项正确。
【答案】A
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