2.1.2 影响化学反应速率的因素 (共58张PPT)苏教版（2019） 选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.1.2 影响化学反应速率的因素 (共58张PPT)苏教版（2019） 选择性必修1 |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-06-20 22:43:48 | ||
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文档简介
(共58张PPT)
选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第一单元 化学反应速率
2 影响化学反应速率的因素
反应物浓度、温度、压强、催化剂、反应物接触面积等
内因：
外因：
反应物本身的性质是化学反应速率的决定性因素
温故知新
化学反应速率受哪些因素的影响？试举出实例加以说明。
科学研究表明，对于特定的化学反应，除了反应物自身的性质外，反应物的浓度、反应体系的温度、压强和催化剂等都会影响化学反应速率。人们利用冰箱保存食物，控制温度提高发酵的速率，鼓入更多的空气以加快燃料的燃烧等，都是通过改变反应条件来改变反应速率。为了更好地利用化学反应，人们需要解决以下问题：改变反应条件能使反应速率发生什么变化？为什么改变反应条件能改变反应速率？以下通过实验进一步进行研究。
浓度对反应速率的影响
观察思考
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应：
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。
实验现象：
实验结论：
注意：此规律只适用于气体或溶液的反应，不适用纯固体或液体的反应物，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。
理论和实验研究表明，其他条件相同时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。
拓展视野
碰撞理论是一种较直观的反应速率理论。该理论认为，反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。但是，不是每次碰撞都能发生反应。能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件：一是发生碰撞的分子具有足够高的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。
碰撞理论
反应物分子间的碰撞
能够发生化学反应的碰撞
有效碰撞
不能发生化学反应的碰撞
无效碰撞
1.分子有足够高的能量
2.分子在一定的方向碰撞
化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。当增加反应物的浓度时，单位体积内反应物的活化分子数目增多，反应物发生有效碰撞的次数增多，反应速率增大。
许多化学反应的过程较为复杂，反应物往往不是一步转化为生成物的。化学家用最简单的化学反应模型来说明反应发生的过程。反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应。例如，NO2＋CO=NO＋CO2就是基元反应。反应物NO2分子和CO分子经过一次碰撞就转变成产物NO分子和CO2分子，反应过程中没有任何中间产物生成。
许多反应的化学方程式看似简单，却不是基元反应，而是经过两个或多个步骤完成的复杂反应。例如，H2(g)＋I2(g)=2HI(g)，经历了如下两步基元反应：
I2=2I H2＋2I=2HI
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小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。因此，化学反应速率的理论只适用于基元反应。
活化分子的平均能量
所有分子的平均能量
活化能
能量
活化能越大，活化分子所占的比例越小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
增大反应物浓度
增加
增加
增加
加快
不变
普通分子
思考：如何用碰撞理论解释浓度对速率的影响？
压强对反应速率的影响
交流讨论
在化学反应中，若反应物分别以气体、液体或固体三种状态存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度是否都发生变化呢？
其他条件不变，对于有气体参加的反应，增大压强，对化学反应速率有何影响？
(1)缩小反应容器的体积
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
增大压强
(体积减小)
增加
增加
增加
加快
不变
(2)容器体积不变，充入反应物气体。
反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，化学反应速率加快。
讨论1：取一个容积固定的密闭容器，充入气体Ar，对化学反应速率有何影响？
总气压增大
但反应物浓度不变
速率不变
Ar分子
讨论2：在恒压条件下，向容积可变的容器中充入惰性气体，分析化学反应速率的变化情况。
Ar分子
总气压不变
但 反应物浓度下降
速率降低
对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强，气体体积减小，相当于增大反应物的浓度，反应速率增大；减小压强，气体体积增大，相当于减小反应物的浓度，反应速率减小。
压强改变→气体反应物浓度不变→反应速率不变
由此可见，压强改变对反应速率的影响可以归结为浓度改变对反应速率的影响。对于固体、液体之间或在溶液中进行的反应而言，改变压强对它们体积的影响很小，因此可以忽略压强改变对反应速率的影响。
温度对反应速率的影响
观察思考
酸性高锰酸钾溶液与草酸（H2C2O4）发生下列反应：
取3支试管，向试管中分别加入2 mL 0.01 mol ·L－1酸性高锰酸钾溶液，再向试管中分别加入2 mL 0.1 mol ·L－1草酸溶液。将第一支试管放入冰水中，第二支试管置于室温下，第三支试管放入约80 °C的热水中。请预测：能观察到什么现象？三种情况下反应的实验现象会有什么差异？请用实验检验你的预测。
现象预测：
实验现象：
实验结论：
思考：如何用碰撞理论简单解释温度对反应速率的影响？
实验表明，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。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
升高温度
不变
增加
增加
加快
增加
升高温度
随着温度的升高，反应物的活化分子数目增多，分子运动加快，活化分子有效碰撞的次数增多，反应速率增大。科学研究表明，对于许多反应而言，一般温度每升高10 K，其反应速率可增加2~4倍。在实验室或工业生产中，常采用加热的方法使化学反应在较高的温度下进行，以提高反应速率。
思考：对于一个可逆反应C+CO2 2CO(正反应吸热) ，升高温度，正反应速率和逆反应速率将怎样变化？
同一个体系中，升高温度，正反应反应物(C+CO2)活化分子比例增加，同时逆反应反应物(CO)活化分子比例也升高，反应速率均增大。
V正和V逆均增大
单位体积活化分子数目
有效碰撞次数
反应速率
增大反应物的浓度
升高温度
增大压强减小体积
增多
增多
增大
催化剂对反应速率的影响
观察思考
向A、B、C 3支试管中分别加入等体积5%的 H2O2溶液，再向试管中分别加入2~3滴洗涤剂。向试管A中加入2~3滴FeCl3溶液，向试管B中加入少量MnO2粉末，C试管留作比较用。观察、比较3支试管中发生的实验现象，并试着分析导致实验现象差异的原因。
根据另一种常用的反应速率理论（过渡态理论），反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。
图2-8中，Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能。化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。
实验表明，催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率
的。如图2-9所示，有催化剂参与的反应，
活化能（Ea1）较小，则反应速率较大；
而没有催化剂参与的反应，活化能（Ea2）
较大，则反应速率较小。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
使用适当催化剂
不变
增加
增加
增加
增加
用碰撞理论解释催化剂对速率的影响
拓展视野
每一个化学反应自开始后所经历的过程称为反应历程。研究表明，许多反应的反应历程较为复杂，反应物并不能直接一步转化为生成物。化学家提出了“基元反应”的模型，说明了有效碰撞与活化分子的关系，进而明确了反应的活化能对基元反应速率的影响。
基元反应模型与化学反应速率研究
由正、逆反应的活化能图示（图2-8）可知，基元反应的逆反应也是一步即可完成的基元反应，并且经过同一个“过渡状态”。基元反应模型可以解释化学反应的能量变化，
可近似地估算出反应的焓变ΔH，还可
以解释浓度、温度、催化剂对反应速率
的影响。
复杂反应中的速率控制步骤往往决定了该反应的速率。如2NO＋O2=2NO2不是基元反应。根据实验现象，化学家提出了由三步构成的反应模型：
① 2NO=N2O2（快）
② N2O2=2NO（快）
③ N2O2＋O 2=2NO2（慢）
其中，第一步反应的产物N2O 2是第二、第三步的反应物。依据反应模型的理论计算表明，慢反应③是决定整个反应速率的关键步骤。
催化剂是改变化学反应速率最有效的手段之一。据统计，90%以上的化学工业涉及的化学反应都使用催化剂，使用催化剂可以带来巨大的经济效益。在环境保护领域，如汽车尾气的净化、废水的处理等，也需应用各种性能优异的催化剂。目前，各种高效、经济、选择性强的催化剂的研制是全世界化学科学工作者关心和研究的课题。
跨学科链接
酶是一种特殊的、具有催化活性的生物催化剂，它存在于动物、植物和微生物中。与生命现象关系密切的化学反应大多是酶催化的。可以说，没有酶的催化作用，就不可能有生命现象。
酶的催化作用
通常认为，酶的催化作用是酶与反应物先形成中间化合物，然后中间化合物分解成产物并释放酶（图2-11）。
与一般非生物催化剂相比，酶的催化作用主要有以下特点：
1. 高效的催化活性。酶的催化效率比非酶催化要高得多。如在人体正常体温时，食物中蛋白质的水解在胃蛋白酶的作用下短时间内就能完成，而在体外需要在浓的强酸或强碱的作用下煮沸相当长时间才能完成。
2. 高度的选择性。一种酶只能催化一种或一类物质的反应。如淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化纤维素的水解；尿素酶只能催化尿素的水解，对尿素取代物的水解反应无催化作用。
3. 特殊的温度效应。酶对温度非常敏感。酶催化反应通常在比较温和的条件或常温常压下进行，温度过高会引起酶蛋白变性，从而使酶失去活性。
其他因素对反应速率的影响
除了改变反应物的浓度、压强、温度和使用催化剂能改变化学反应速率外，许多方法也能改变反应速率。如增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大。例如，在硫酸工业中，硫铁矿在焚烧前要先用粉碎机粉碎，以增大矿石与氧气的接触面积，加快燃烧；在三氧化硫的吸收阶段，吸收塔里要装填瓷环，增大气液接触面积，使气体的吸收速率增大。此外，光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。
复杂反应的控速步骤
NO氧化反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)分两步进行：
I．2NO(g) N2O2(g) （快）；
II．N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g) （慢）
反应慢的基元反应是决定整个反应的关键步骤
学以致用
请依据影响化学反应速率的因素，与同学交流讨论以下问题。
1. 工业上用氮气与氢气反应合成氨时，常在高温、高压下进行，并使用适当的催化剂。这些条件对合成氨的反应速率有何影响？
2. 在燃烧木柴时，若使用较细的木柴，并将木柴架空，则木柴的燃烧会更旺。为什么？
3. 将食品置于低温条件下，常常可以保存更长时间。为什么？
4. 实验室通过分解双氧水的反应制取氧气时，常加入少量二氧化锰。为什么？
在化学实验和化工生产中，人们常根据实际需要综合考虑影响化学反应速率的因素，通过调控化学反应的条件，使化学反应按预期的速率进行。
学科提炼
化学反应为何有快有慢？影响化学反应速率的主要因素有哪些？我们可以从事物变化的内因和外因两方面辩证地分析和研究。
化学反应速率的辩证分析与合理应用
一是内因，即物质的本性。在通常情况下，有些物质混合后没有发生化学变化，但改变其中的某种反应物，化学反应随之发生，如银与稀盐酸不反应，而锌与稀盐酸混合立即产生氢气，这是由两种不同金属的本性决定的，即锌是较活泼金属，而银不活泼。在相同条件下，同类型的某些反应物能转化为同类型的产物，但反应速率差异很大，如镁在冷水中反应生成氢氧化镁，过程缓慢，而钠遇冷水剧烈反应生成氢氧化钠。
二是外因。化学反应速率受制于许多外界条件的影响，我们可以根据反应物的性质和反应的特点（即内因）选择恰当的反应条件（外因）来调控反应速率。例如，镁与水的反应可以通过升高温度来增大反应速率，实验室用大理石与盐酸反应制CO2可以通过调节盐酸的浓度控制生成CO2的速率不至于过小或过大，H2O2分解制O2时可以加入少量MnO2增大反应速率。
因此，我们可以通过内因、外因两方面的分析，合理地调控化学反应速率，在科学研究和生产、生活中发挥更大的作用。例如，不少国家曾用铜做硬币材料，20世纪80年代因铜太昂贵需要寻找替代金属。锌与铜的硬度、密度接近，且锌比铜便宜，锌便成为首选金属。但锌比铜更活泼，锌制的硬币在空气中被腐蚀的速度较快，很快锌也被放弃而改用铜锌合金。
又如，对气体反应合成氨而言，工业上通常是在较高温度（500 °C左右）、较大压强（1.3×107 ~3×107 Pa）和含铁化合物的催化剂条件下进行，以保证有较大的反应速率。目前环境问题的解决也依赖于催化剂的使用，如在汽车尾气排气口装上催化处理器，能将有毒气体转化为无毒气体；生物降解催化剂能促进一些工业废品或生活垃圾中的部分残留物显著降解，而不对环境造成污染，甚至可以将工业和生活废物较快地转化为可利用资源等。
1.对于在溶液中进行的反应，对反应速率影响最小的因素是（ ）
A.温度 B.浓度 C.压强 D.催化剂
C
课堂训练
2.下列条件的变化，是因为降低反应所需的能量而增加单位体积内的反应物活化分子百分数致使反应速率加快的是（ ）
A.增大浓度 B.增大压强
C.升高温度 D.使用催化剂
D
3.设C+CO2 2CO(正反应吸热)反应速率为v1；
N2 + 3H2 2NH3(正反应放热)反应速率为v2。
对于前述反应，当温度升高时，v1和v2变化情况为（ ）
A.同时增大 B.同时减小
C.v1减少，v2增大 D. v1增大，v2减小
A
4.下列说法中错误的是（ ）
A. 碰撞分子具有足够能量和适当取向时,才能发生化学反应
B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子
C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应
E.能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
F.活化能指活化分子多出反应物分子能量的那部分能量
G.使用催化剂能改变分子的活化能
H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应
C、D、H
5.将一定浓度的盐酸倒入装有块状碳酸钙固体的烧杯中，若作如下改变，其中能使最初的化学反应速率增大的是_______。
A.盐酸的浓度不变，而使盐酸的用量增加一倍
B.盐酸的浓度增大一倍，但盐酸的用量减少到原来的一半
C.盐酸的浓度和用量都不变，增加碳酸钙的质量
D.盐酸和碳酸钙不变，增大压强
E.将块状CaCO3用CaCO3粉末代替
B、E
看
观
谢
谢
选 择 性 必 修 一
学
化
J
S
第一单元 化学反应速率
2 影响化学反应速率的因素
反应物浓度、温度、压强、催化剂、反应物接触面积等
内因：
外因：
反应物本身的性质是化学反应速率的决定性因素
温故知新
化学反应速率受哪些因素的影响？试举出实例加以说明。
科学研究表明，对于特定的化学反应，除了反应物自身的性质外，反应物的浓度、反应体系的温度、压强和催化剂等都会影响化学反应速率。人们利用冰箱保存食物，控制温度提高发酵的速率，鼓入更多的空气以加快燃料的燃烧等，都是通过改变反应条件来改变反应速率。为了更好地利用化学反应，人们需要解决以下问题：改变反应条件能使反应速率发生什么变化？为什么改变反应条件能改变反应速率？以下通过实验进一步进行研究。
浓度对反应速率的影响
观察思考
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应：
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。
实验现象：
实验结论：
注意：此规律只适用于气体或溶液的反应，不适用纯固体或液体的反应物，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。
理论和实验研究表明，其他条件相同时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。
拓展视野
碰撞理论是一种较直观的反应速率理论。该理论认为，反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。但是，不是每次碰撞都能发生反应。能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件：一是发生碰撞的分子具有足够高的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。
碰撞理论
反应物分子间的碰撞
能够发生化学反应的碰撞
有效碰撞
不能发生化学反应的碰撞
无效碰撞
1.分子有足够高的能量
2.分子在一定的方向碰撞
化学反应中，能量较高、有可能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。当增加反应物的浓度时，单位体积内反应物的活化分子数目增多，反应物发生有效碰撞的次数增多，反应速率增大。
许多化学反应的过程较为复杂，反应物往往不是一步转化为生成物的。化学家用最简单的化学反应模型来说明反应发生的过程。反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应。例如，NO2＋CO=NO＋CO2就是基元反应。反应物NO2分子和CO分子经过一次碰撞就转变成产物NO分子和CO2分子，反应过程中没有任何中间产物生成。
许多反应的化学方程式看似简单，却不是基元反应，而是经过两个或多个步骤完成的复杂反应。例如，H2(g)＋I2(g)=2HI(g)，经历了如下两步基元反应：
I2=2I H2＋2I=2HI
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小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。因此，化学反应速率的理论只适用于基元反应。
活化分子的平均能量
所有分子的平均能量
活化能
能量
活化能越大，活化分子所占的比例越小，有效碰撞的比例也就越小，化学反应速率越小。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
增大反应物浓度
增加
增加
增加
加快
不变
普通分子
思考：如何用碰撞理论解释浓度对速率的影响？
压强对反应速率的影响
交流讨论
在化学反应中，若反应物分别以气体、液体或固体三种状态存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度是否都发生变化呢？
其他条件不变，对于有气体参加的反应，增大压强，对化学反应速率有何影响？
(1)缩小反应容器的体积
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
增大压强
(体积减小)
增加
增加
增加
加快
不变
(2)容器体积不变，充入反应物气体。
反应物浓度增大，单位体积内活化分子数增多，化学反应速率加快。
讨论1：取一个容积固定的密闭容器，充入气体Ar，对化学反应速率有何影响？
总气压增大
但反应物浓度不变
速率不变
Ar分子
讨论2：在恒压条件下，向容积可变的容器中充入惰性气体，分析化学反应速率的变化情况。
Ar分子
总气压不变
但 反应物浓度下降
速率降低
对于有气体参加的反应，在密闭容器中保持温度不变时，增大压强，气体体积减小，相当于增大反应物的浓度，反应速率增大；减小压强，气体体积增大，相当于减小反应物的浓度，反应速率减小。
压强改变→气体反应物浓度不变→反应速率不变
由此可见，压强改变对反应速率的影响可以归结为浓度改变对反应速率的影响。对于固体、液体之间或在溶液中进行的反应而言，改变压强对它们体积的影响很小，因此可以忽略压强改变对反应速率的影响。
温度对反应速率的影响
观察思考
酸性高锰酸钾溶液与草酸（H2C2O4）发生下列反应：
取3支试管，向试管中分别加入2 mL 0.01 mol ·L－1酸性高锰酸钾溶液，再向试管中分别加入2 mL 0.1 mol ·L－1草酸溶液。将第一支试管放入冰水中，第二支试管置于室温下，第三支试管放入约80 °C的热水中。请预测：能观察到什么现象？三种情况下反应的实验现象会有什么差异？请用实验检验你的预测。
现象预测：
实验现象：
实验结论：
思考：如何用碰撞理论简单解释温度对反应速率的影响？
实验表明，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。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
升高温度
不变
增加
增加
加快
增加
升高温度
随着温度的升高，反应物的活化分子数目增多，分子运动加快，活化分子有效碰撞的次数增多，反应速率增大。科学研究表明，对于许多反应而言，一般温度每升高10 K，其反应速率可增加2~4倍。在实验室或工业生产中，常采用加热的方法使化学反应在较高的温度下进行，以提高反应速率。
思考：对于一个可逆反应C+CO2 2CO(正反应吸热) ，升高温度，正反应速率和逆反应速率将怎样变化？
同一个体系中，升高温度，正反应反应物(C+CO2)活化分子比例增加，同时逆反应反应物(CO)活化分子比例也升高，反应速率均增大。
V正和V逆均增大
单位体积活化分子数目
有效碰撞次数
反应速率
增大反应物的浓度
升高温度
增大压强减小体积
增多
增多
增大
催化剂对反应速率的影响
观察思考
向A、B、C 3支试管中分别加入等体积5%的 H2O2溶液，再向试管中分别加入2~3滴洗涤剂。向试管A中加入2~3滴FeCl3溶液，向试管B中加入少量MnO2粉末，C试管留作比较用。观察、比较3支试管中发生的实验现象，并试着分析导致实验现象差异的原因。
根据另一种常用的反应速率理论（过渡态理论），反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态。过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量的差为反应的活化能。
图2-8中，Ea为正反应的活化能，Ea′为逆反应的活化能。化学反应速率与反应的活化能大小密切相关，活化能越小，反应速率越大。
实验表明，催化剂对化学反应速率有显著影响。催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率
的。如图2-9所示，有催化剂参与的反应，
活化能（Ea1）较小，则反应速率较大；
而没有催化剂参与的反应，活化能（Ea2）
较大，则反应速率较小。
影响
外因 单位体积内 活化分子百分数 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数
使用适当催化剂
不变
增加
增加
增加
增加
用碰撞理论解释催化剂对速率的影响
拓展视野
每一个化学反应自开始后所经历的过程称为反应历程。研究表明，许多反应的反应历程较为复杂，反应物并不能直接一步转化为生成物。化学家提出了“基元反应”的模型，说明了有效碰撞与活化分子的关系，进而明确了反应的活化能对基元反应速率的影响。
基元反应模型与化学反应速率研究
由正、逆反应的活化能图示（图2-8）可知，基元反应的逆反应也是一步即可完成的基元反应，并且经过同一个“过渡状态”。基元反应模型可以解释化学反应的能量变化，
可近似地估算出反应的焓变ΔH，还可
以解释浓度、温度、催化剂对反应速率
的影响。
复杂反应中的速率控制步骤往往决定了该反应的速率。如2NO＋O2=2NO2不是基元反应。根据实验现象，化学家提出了由三步构成的反应模型：
① 2NO=N2O2（快）
② N2O2=2NO（快）
③ N2O2＋O 2=2NO2（慢）
其中，第一步反应的产物N2O 2是第二、第三步的反应物。依据反应模型的理论计算表明，慢反应③是决定整个反应速率的关键步骤。
催化剂是改变化学反应速率最有效的手段之一。据统计，90%以上的化学工业涉及的化学反应都使用催化剂，使用催化剂可以带来巨大的经济效益。在环境保护领域，如汽车尾气的净化、废水的处理等，也需应用各种性能优异的催化剂。目前，各种高效、经济、选择性强的催化剂的研制是全世界化学科学工作者关心和研究的课题。
跨学科链接
酶是一种特殊的、具有催化活性的生物催化剂，它存在于动物、植物和微生物中。与生命现象关系密切的化学反应大多是酶催化的。可以说，没有酶的催化作用，就不可能有生命现象。
酶的催化作用
通常认为，酶的催化作用是酶与反应物先形成中间化合物，然后中间化合物分解成产物并释放酶（图2-11）。
与一般非生物催化剂相比，酶的催化作用主要有以下特点：
1. 高效的催化活性。酶的催化效率比非酶催化要高得多。如在人体正常体温时，食物中蛋白质的水解在胃蛋白酶的作用下短时间内就能完成，而在体外需要在浓的强酸或强碱的作用下煮沸相当长时间才能完成。
2. 高度的选择性。一种酶只能催化一种或一类物质的反应。如淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化纤维素的水解；尿素酶只能催化尿素的水解，对尿素取代物的水解反应无催化作用。
3. 特殊的温度效应。酶对温度非常敏感。酶催化反应通常在比较温和的条件或常温常压下进行，温度过高会引起酶蛋白变性，从而使酶失去活性。
其他因素对反应速率的影响
除了改变反应物的浓度、压强、温度和使用催化剂能改变化学反应速率外，许多方法也能改变反应速率。如增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大。例如，在硫酸工业中，硫铁矿在焚烧前要先用粉碎机粉碎，以增大矿石与氧气的接触面积，加快燃烧；在三氧化硫的吸收阶段，吸收塔里要装填瓷环，增大气液接触面积，使气体的吸收速率增大。此外，光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。
复杂反应的控速步骤
NO氧化反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)分两步进行：
I．2NO(g) N2O2(g) （快）；
II．N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g) （慢）
反应慢的基元反应是决定整个反应的关键步骤
学以致用
请依据影响化学反应速率的因素，与同学交流讨论以下问题。
1. 工业上用氮气与氢气反应合成氨时，常在高温、高压下进行，并使用适当的催化剂。这些条件对合成氨的反应速率有何影响？
2. 在燃烧木柴时，若使用较细的木柴，并将木柴架空，则木柴的燃烧会更旺。为什么？
3. 将食品置于低温条件下，常常可以保存更长时间。为什么？
4. 实验室通过分解双氧水的反应制取氧气时，常加入少量二氧化锰。为什么？
在化学实验和化工生产中，人们常根据实际需要综合考虑影响化学反应速率的因素，通过调控化学反应的条件，使化学反应按预期的速率进行。
学科提炼
化学反应为何有快有慢？影响化学反应速率的主要因素有哪些？我们可以从事物变化的内因和外因两方面辩证地分析和研究。
化学反应速率的辩证分析与合理应用
一是内因，即物质的本性。在通常情况下，有些物质混合后没有发生化学变化，但改变其中的某种反应物，化学反应随之发生，如银与稀盐酸不反应，而锌与稀盐酸混合立即产生氢气，这是由两种不同金属的本性决定的，即锌是较活泼金属，而银不活泼。在相同条件下，同类型的某些反应物能转化为同类型的产物，但反应速率差异很大，如镁在冷水中反应生成氢氧化镁，过程缓慢，而钠遇冷水剧烈反应生成氢氧化钠。
二是外因。化学反应速率受制于许多外界条件的影响，我们可以根据反应物的性质和反应的特点（即内因）选择恰当的反应条件（外因）来调控反应速率。例如，镁与水的反应可以通过升高温度来增大反应速率，实验室用大理石与盐酸反应制CO2可以通过调节盐酸的浓度控制生成CO2的速率不至于过小或过大，H2O2分解制O2时可以加入少量MnO2增大反应速率。
因此，我们可以通过内因、外因两方面的分析，合理地调控化学反应速率，在科学研究和生产、生活中发挥更大的作用。例如，不少国家曾用铜做硬币材料，20世纪80年代因铜太昂贵需要寻找替代金属。锌与铜的硬度、密度接近，且锌比铜便宜，锌便成为首选金属。但锌比铜更活泼，锌制的硬币在空气中被腐蚀的速度较快，很快锌也被放弃而改用铜锌合金。
又如，对气体反应合成氨而言，工业上通常是在较高温度（500 °C左右）、较大压强（1.3×107 ~3×107 Pa）和含铁化合物的催化剂条件下进行，以保证有较大的反应速率。目前环境问题的解决也依赖于催化剂的使用，如在汽车尾气排气口装上催化处理器，能将有毒气体转化为无毒气体；生物降解催化剂能促进一些工业废品或生活垃圾中的部分残留物显著降解，而不对环境造成污染，甚至可以将工业和生活废物较快地转化为可利用资源等。
1.对于在溶液中进行的反应，对反应速率影响最小的因素是（ ）
A.温度 B.浓度 C.压强 D.催化剂
C
课堂训练
2.下列条件的变化，是因为降低反应所需的能量而增加单位体积内的反应物活化分子百分数致使反应速率加快的是（ ）
A.增大浓度 B.增大压强
C.升高温度 D.使用催化剂
D
3.设C+CO2 2CO(正反应吸热)反应速率为v1；
N2 + 3H2 2NH3(正反应放热)反应速率为v2。
对于前述反应，当温度升高时，v1和v2变化情况为（ ）
A.同时增大 B.同时减小
C.v1减少，v2增大 D. v1增大，v2减小
A
4.下列说法中错误的是（ ）
A. 碰撞分子具有足够能量和适当取向时,才能发生化学反应
B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子
C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应
E.能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
F.活化能指活化分子多出反应物分子能量的那部分能量
G.使用催化剂能改变分子的活化能
H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应
C、D、H
5.将一定浓度的盐酸倒入装有块状碳酸钙固体的烧杯中，若作如下改变，其中能使最初的化学反应速率增大的是_______。
A.盐酸的浓度不变，而使盐酸的用量增加一倍
B.盐酸的浓度增大一倍，但盐酸的用量减少到原来的一半
C.盐酸的浓度和用量都不变，增加碳酸钙的质量
D.盐酸和碳酸钙不变，增大压强
E.将块状CaCO3用CaCO3粉末代替
B、E
看
观
谢
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