第2课时 影响化学反应速率的因素(基础课)
学习任务 1．通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 2．通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。 3．通过 “外界条件对化学反应速率的影响 ”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。
旧知回顾 影响化学反应速率的因素 1．内因：主要取决于物质本身的内在性质。 2．外因：除浓度、 温度、接触面积、催化剂外，还有压强(对于一些有气态物质参加的反应)、溶剂、光波、电磁波、超声波等。 3．充入非反应气体对化学反应速率的影响 (1)恒容时：充入非反应气体→压强增大，但各物质浓度不变→反应速率不变。 (2)恒压时：充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
一、浓度、压强对化学反应速率的影响
1．浓度对化学反应速率的影响
(1)基本规律：其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；减小反应物的浓度，反应速率减慢。
(2)反应速率与反应物浓度的定量关系
①速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中，k为反应速率常数。
②反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越快。k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
③一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
2．压强对化学反应速率的影响
增大压强，化学反应速率一定增大吗？
提示：不一定，对于只涉及固体和液体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。
二、温度对化学反应速率的影响
1．基本规律
2．经验规律——范托夫规律：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，但这个规律适用范围有限。
3．过渡态及活化能
(1)过渡态：一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。
(2)活化能：
①定义：过渡态的能量与反应物的平均能量之间的差值。
②符号：Ea。
③单位：kJ·mol-1或J·mol-1。
4．解释：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，故升高温度可以提高化学反应的速率。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g) ΔH＞0，升高温度能加快正反应速率，降低逆反应速率。 (×)
(2)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠溶液均能够提高反应速率。 (×)
三、催化剂及其他因素对化学反应速率的影响
1．催化剂：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．催化原理：通过参与反应改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。
3．催化剂的特点
4．其他因素对化学反应速率的影响
如光辐射、放射线辐射、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。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)催化剂能使不能发生的化学反应发生。 (×)
(2)加入催化剂，降低反应的活化能，化学反应速率增大，但反应路径没改变。 (×)
(3)用相同质量的锌粉和锌片与同浓度的足量盐酸反应，产生氢气的量和速率都相同。 (×)
外界条件对化学反应速率的影响
以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。
1．为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？
提示：其他条件不变，当增大反应物的浓度时，单位体积中活化分子的数量增加，有效碰撞的频率增大，导致化学反应速率增大。
2．如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？
提示：改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。
3．为什么温度的变化会影响化学反应速率？
提示：在其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大。
4．催化剂对化学反应速率的影响有何特点？
提示：不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。
外界条件对反应速率的影响
条件变化 (注意：压强 只适用于 有气体参 加的化学 反应) 微观因素变化
分子 总数 活化 分子 百分 数 活化 分子 数目 分子 平均 运动 速率 单位 体积 内活 化分 子数 目 有效 碰撞 次数 化学 反应 速率 变化
浓度 增大 增加 不变 增加 不变 增加 增加 加快
压强 增大 不变 不变 不变 不变 增加 增加 加快
温度 升高 不变 增加 增加 增大 增加 增加 加快
催化剂 使用 不变 增加 增加 不变 增加 增加 加快
【例1】 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( )
A．增加CO的用量
B．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
C．升高体系的反应温度
D．将容器的体积缩小一半
B [增大反应产物的浓度，反应速率增大，A项不符合题意；体积不变，充入N2使体系压强增大，但反应体系中的各物质的浓度不变，反应速率不变，B项符合题意；保持体积不变，升高温度，反应速率加快，C项不符合题意；将容器的体积缩小一半，压强增大，各物质的浓度增大，反应速率加快，D项不符合题意。]
压强对气相反应体系化学反应速率的影响规律
压强改变→
(1)恒温时：增大压强，体积缩小，气相反应物浓度增大，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等不参与反应也不干扰反应的气体 )，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。
1．下列有关反应速率的说法不正确的是( )
A．用铁片和稀硫酸反应制氢气时，改用98%的浓硫酸可以加快反应速率
B．升高温度和使用催化剂都可以使反应速率加快
C．在碳酸钙和稀盐酸的反应中，多加些碳酸钙不能使反应速率明显加快
D．如图是室温下H2O2溶液中，H2O2催化分解放出氧气的反应中c(H2O2)随反应时间变化的曲线，说明随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小
A [常温下铁遇浓硫酸钝化，故A项错误；升高温度和使用催化剂都可以使反应速率加快，故B项正确；碳酸钙是固体，碳酸钙和稀盐酸的化学反应速率快慢与碳酸钙的多少无关，故C项正确；反应物浓度越大，反应速率越大，根据图知，随着反应的进行，H2O2溶液浓度逐渐降低，则随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小，故D项正确。]
2．已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g) ΔH的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是( )
A．加入催化剂，该反应的反应热ΔH将减小
B．每形成2 mol A—B键，将放出b kJ能量
C．该反应的活化能为(a－b) kJ·mol-1
D．ΔH＜0，降低温度，反应速率会加快
[答案] B
[教材 追根寻源]
汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
Ⅰ．NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ．CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ．NO*===N*＋O*
Ⅳ．CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ．N*＋ N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ．NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及反应产物浓度随温度变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta ℃升至Tb ℃的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图2中T2 ℃时反应Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时发生的主要反应为反应________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
[解析] (1)由图1可知，温度升高，反应物的消耗量增大，说明催化剂的活性增强，反应速率加快。(2)由图2可知，T2 ℃时，N2的浓度小于N2O的浓度，说明反应Ⅴ的反应速率小于反应Ⅵ的反应速率，则反应Ⅴ的活化能大于反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时，反应产物中二氧化碳的浓度最大，说明发生的主要反应为反应Ⅳ。
[答案] (1)温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快 (2)> Ⅳ
可逆反应的速率—时间(v-t)图像
合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol-1达到平衡后，某一时刻改变条件：
1．画出t1时刻加入少量N2(容积不变)，再次达到平衡时的v-t图像。
提示：
2．画出t2时刻升高温度(其他条件不变)时的v-t图像。
提示：
3．画出t3时刻缩小容器体积时的v-t图像。
提示：
平衡 体系 条件变化 速率变化 平衡 变化 速率变化曲线
任一 平衡 体系 增大反应物的浓度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
减小反应物的浓度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
任一 平衡 体系 增大反应产物的浓度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
减小反应产物的浓度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
正反 应方 向为 气体 体积 增大 的放 热反 应 增大压强或升高温度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
减小压强或降低温度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
反应 前后 气体 系数 和相 等的 平衡 体系 正催化剂或增大压强 v(正)、v(逆)同等倍数增大 平衡不移动
负催化剂或减小压强 v(正)、v(逆)同等倍数减小
【例2】 已知反应X(g)＋Y(g) nZ(g) ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度
B．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强
C．反应方程式中n＝1
D．0～5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L-1·min-1
A [升高温度，10 min时反应物和反应产物浓度不会瞬间同时增大，A错误；0～5 min内，用X表示的反应速率v(X)＝＝0.08 mol·L-1·min-1，用Z表示的反应速率v(Z)＝＝0.08 mol·L-1·min-1，根据反应速率之比等于各物质化学式前的系数之比可知，化学方程式中n＝1，C、D正确；由C项知，正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，各物质的浓度均增大，平衡向正反应方向移动，B正确。]
(1)条件增强，曲线在原图像的上方；条件减弱，曲线在原图像的下方。
(2)浓度改变时，图像曲线一条无断点，一条有断点；其他条件改变时，图像曲线均有断点。
1．一定条件下进行反应2X(g)＋Y(g) Z(s)＋3W(g) ΔH<0。达到平衡后，t1时刻改变某一条件所得v－t图像如图，则改变的条件为( )
A．增大压强 B．升高温度
C．加催化剂 D．增大反应产物浓度
[答案] B
2．在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH＜0，t1 s达到平衡后，在t2 s时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＝Ⅱ
B．t2 s时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C．O～t2 s内，v正＞v逆
D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：
K(Ⅰ)＝K(Ⅱ)
C [反应速率与其物质的量浓度成正比，Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等，说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变，则A的体积分数：Ⅰ＝Ⅱ，故A正确；向密闭容器中加物质C，逆反应速率瞬间增大，再次建立的平衡与原平衡等效，说明和原平衡相同，符合图像，故B正确；由题图可知，O～t1 s内，逆反应速率增大，说明平衡正向移动，即v正＞v逆，t1～t2 s内，逆反应速率不变，说明处于平衡状态，即v正＝v逆，故C错误；化学平衡常数只与温度有关，Ⅰ、Ⅱ温度相同，则其平衡常数相同，故D正确。]
1．影响化学反应速率的主要因素：反应物本身的性质。 2．影响化学反应速率的外界因素：温度、浓度、压强、催化剂等。 3．加快反应速率的实质：增大单位体积内反应物活化分子数或活化分子百分数。
1．下表是各组反应的反应物和温度，反应刚开始时，放出H2速率最快的是( )
选项 金属(粉末状)/mol 酸的浓度及体积 反应温度
A Mg 0.1 6 mol·L-1 硝酸 10 mL 60 ℃
B Mg 0.1 3 mol·L-1盐酸 10 mL 60 ℃
C Fe 0.1 3 mol·L-1 盐酸 10 mL 60 ℃
D Mg 0.1 3 mol·L-1硫酸 10 mL 60 ℃
[答案] D
2．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，反应①A＋K―→AK Ea1(K为催化剂)，反应②AK＋B―→AB＋K Ea2。下列说法不正确的是( )
A．第①步为决速步骤
B．升高温度，该反应的速率加快
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol-1
D．催化剂降低了活化能，加快了反应速率
C [第①步的正反应活化能Ea1>第②步正反应活化能Ea2，所以反应速率：①<②，而总反应速率取决于慢的反应，故决速步骤为第①步，A正确；升高温度，反应速率加快，B正确；Ea是总反应正反应的活化能，C错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，D正确。]
3．“接触法制硫酸”的主要反应是2SO2＋O22SO3，在催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法不正确的是( )
A．使用催化剂只能加快正反应速率
B．反应②的活化能比反应①小
C．该反应的催化剂是V2O5
D．反应过程中既有V—O键的断裂，又有V—O键的形成
A [使用催化剂正、逆反应速率都加快，故A项错误；由题图可知，反应②的反应速率快于反应①，则反应②的活化能比反应①小，故B项正确；催化剂在化学反应前后的质量和化学性质都不发生改变，由题图可知V2O5参加化学反应且反应前后的质量和化学性质都没发生改变，则该反应的催化剂是V2O5，故C项正确；由题图可知反应①中有V—O键的断裂，反应②中有V—O键的形成，则反应过程中既有V—O 键的断裂，又有V—O键的形成，故D项正确。]
4．反应2NO(g)＋Cl2(g)===2NOCl(g)在295 K 时其反应物浓度与反应速率关系的数据如表：
c(NO)/(mol·L-1) c(Cl2)/(mol·L-1) v(Cl2)/(mol·L-1·s-1)
① 0.100 0.100 8.0×10-3
② 0.500 0.100 2.0×10-1
③ 0.100 0.500 4.0×10-2
注：①反应物浓度与反应速率关系式为v(Cl2)＝k·cm(NO)·cn(Cl2)(式中速率常数k＝，其中Ea为活化能，A、R均为大于0的常数，T为温度)；②反应级数是反应速率方程式中各反应物浓度的指数之和。下列说法不正确的是( )
A．m＝2，n＝1，反应级数为3级
B．当c(NO)＝0.200 mol·L-1，c(Cl2)＝0.300 mol·L-1时，v(NO)＝0.192 mol·L-1·s-1
C．加入催化剂可以改变反应途径，也可以增大速率常数k，而加快反应速率
D．升高温度，可以增大反应的活化能Ea，从而使速率常数k增大
[答案] D
5．在500 ℃时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0的体系中，只改变下列条件，请把影响结果填入表中。
改变条件 正反应速率 逆反应速率
(1)增大O2的浓度
(2)增大SO2的浓度
(3)减小SO3的浓度
(4)压缩体积增大压强
(5)升高温度
(6)加入催化剂
(7)体积不变充入氖气
[解析] 增大反应物或反应产物的浓度，正、逆反应速率均增大，减小反应物或反应产物的浓度，反应速率均减小；压缩体积增大压强、升高温度、使用催化剂均会使反应速率增大。
[答案]
改变条件 正反应速率 逆反应速率
(1)增大O2的浓度 增大 增大
(2)增大SO2的浓度 增大 增大
(3)减小SO3的浓度 减小 减小
(4)压缩体积增大压强 增大 增大
(5)升高温度 增大 增大
(6)加入催化剂 增大 增大
(7)体积不变充入氖气 不变 不变
数智分层作业(十五) 影响化学反应速率的因素
(选择题每小题只有一个选项符合题目要求，选择题每小题3分，本试卷共45分)
1．下列成语中所描述的行为对相应燃烧反应影响最小的是( )
A．杯水车薪 B．抱薪救火
C．煽风点火 D．火上浇油
[答案] A
2．100 mL 3 mol·L-1的硫酸跟过量锌粉反应，在一定温度下，为了减小反应进行的速率，又不影响生成氢气的总量，可向反应物中加入适量的( )
A．Na2CO3固体 B．3 mol·L-1的硫酸
C．CH3COOK溶液 D．KNO3溶液
C [A项，Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，既降低了c(H＋)，反应速率减小，又减少了n(H＋)，生成H2的量减少；B项，c(H＋)不变，n(H＋)增加，反应速率不变，生成H2的量增加；C项，CH3COO－＋H＋ CH3COOH，降低了c(H＋)，反应速率减小，因为2CH3COOH＋Zn===(CH3COO)2Zn＋H2↑，故产生H2的总量不变；D项在酸性条件下具有强氧化性，与锌反应生成NO气体，不生成H2。]
3．Na2S2O3溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是( )
选项 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀硫酸 H2O
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL
A 25 5 0.1 10 0.1 5
B 25 5 0.2 5 0.2 10
C 35 5 0.1 10 0.1 5
D 35 5 0.2 5 0.2 10
D [本题采用控制变量法分析外界因素对速率的影响。温度高、浓度大时反应速率会增大。]
4．如图表示某化学反应在使用催化剂(b)和使用催化剂(a)时，反应过程和能量的对应关系。下列说法一定正确的是( )
A．a与b相比，b的活化能更大
B．反应物断键吸收的总能量小于反应产物成键释放的总能量
C．a与b相比，a中活化分子的百分数更高
D．a与b相比，a的反应速率更大
B [a与b相比，a的活化能更大，A错误；该反应为放热反应，反应物断键吸收的总能量小于反应产物成键释放的总能量，B正确；a与b相比，b的活化能小，b中活化分子的百分数更高，C错误；a与b相比，b的活化能更小，b的反应速率更大，D错误。]
5．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 B
C D
A [由题图知，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催化，H2O2的分解速率增大，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。]
6．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测定在不同时间(t)产生氢气体积(V)的数据，根据数据绘制如图，则曲线a、b、c、d所对应的实验组别可能是( )
组别 c(盐酸)/(mol·L-1) 温度/℃ 状态
① 2.0 25 块状
② 2.5 30 块状
③ 2.5 50 粉末状
④ 2.5 30 粉末状
A．④—③—②—① B．①—②—③—④
C．③—④—②—① D．①—②—④—③
C [影响反应速率的因素主要有温度、浓度、接触面积、催化剂等，本题中只有温度、浓度和接触面积，三者兼顾分析才能得到正确答案。题图中曲线 a对应的实验反应最快，故其浓度较大、温度较高且状态应为粉末状。]
7．(10分)将一块质量为5.0 g的铝片投入盛有500 mL 0.5 mol·L-1 H2SO4溶液的烧杯中，该铝片与硫酸反应产生氢气的速率与反应时间的关系可用如图所示的曲线来表示，回答下列问题：
(1)曲线O→a段不产生氢气的原因是_____________________________________
_____________________________________________________________________，
有关反应的化学方程式为_______________________________________________
________________________________________________________________。(4分)
(2)曲线a→b段产生氢气的速率较小的原因是________________。(2分)
(3)曲线b→c段产生氢气的速率增加较快的主要原因是________________________________________________________________。(2分)
(4)曲线c点以后产生氢气的速率逐渐减小的主要原因是________________________________________________________________。(2分)
[答案] (1)铝片表面有Al2O3，硫酸首先与Al2O3反应 Al2O3＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2O (2)氧化膜未完全反应掉，铝与硫酸接触的表面积较小 (3)反应放出的热量使溶液的温度升高而使反应速率增大 (4)随着反应的进行，H2SO4溶液的浓度下降
8．丙酮的碘代反应CH3COCH3＋I2―→CH3COCH2I＋HI的速率方程为v＝COCH3)cn(I2)，其半衰期(当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间)为0.7/k。改变反应物浓度时，反应的瞬时速率如表所示。
c(CH3COCH3) /(mol·L-1) c(I2) /(mol·L-1) v/(10-3 mol·L-1·min-1)
0.25 0.050 1.4
0.50 0.050 2.8
1.00 0.050 5.6
0.50 0.100 2.8
下列说法正确的是( )
A．速率方程中的m＝1、n＝1
B．该反应的速率常数k＝2.8×10-3 min-1
C．增大I2的浓度，反应的瞬时速率增大
D．在过量的I2存在时，反应掉87.5%的CH3COCH3所需的时间是375 min
D [由题给速率方程及第一组数据和第二组数据可得m＝，则m＝1，由第二组数据和第四组数据可得n＝，则n＝0，故A项错误；由上述分析可知，m＝1、n＝0，则v＝kc(CH3COCH3)，代入第一组数据可得，k＝5.6×10-3min-1，故B项错误；由第二组和第四组数据分析可知，当其他条件不变时，增大I2的浓度，反应的瞬时速率不变，故C项错误；存在过量的I2时，反应掉87.5%可以看作经历3个半衰期，即50%＋25%＋12.5%＝87.5%，半衰期为0.7/k，因此所需的时间为 min＝375 min，故D项正确。]
9．反应X===2Z经历两步：①X→Y；②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A．a为c(X)随t的变化曲线
B．t1时，c(X)＝c(Y)＝c(Z)
C．t2时，Y的消耗速率大于生成速率
D．t3后，c(Z)＝2c0－c(Y)
[答案] D
10．(11分)某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验：
【实验原理】
2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O
【实验内容及记录】
实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 溶液褪至无色 所需时间/min
0.6 mol·L-1 H2C2O4溶液 H2O 3 mol·L-1 H2SO4溶液 0.05 mol·L-1 KMnO4溶液
1 3.0 2.0 2.0 3.0 1.5
2 2.0 3.0 2.0 3.0 2.7
3 1.0 4.0 2.0 3.0 3.9
请回答下列问题：
(1)根据上表中的实验数据，可以得到的结论是________________。(4分)
(2)该小组同学根据经验绘制了n(Mn2+)随时间变化的趋势如图甲所示，但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n(Mn2+)随时间变化的实际趋势如图乙所示。该小组同学根据图乙所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究。(7分)
①该小组同学提出的假设是_____________________________________________
_____________________________________________________________________。
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。
实验 编号 室温下，试管中所加试剂及其用量/mL 再向试管 中加入某 种固体 溶液褪至 无色所需 时间/min
0.6 mol·L-1 H2C2O4溶液 H2O 3 mol·L-1 H2SO4溶液 0.05 mol·L-1 KMnO4溶液
4 ________ 2.0 2.0 3.0 MnSO4 t
③若该小组同学提出的假设成立，则t________(填“大于”“小于”或“等于”)1.5。
[解析] (1)三个实验中改变的是H2C2O4溶液浓度(同一浓度的H2C2O4溶液体积不同，但反应时溶液的总体积均为10 mL)，其他条件不变，H2C2O4溶液浓度越大，溶液褪至无色所需时间越短，反应速率越大。(2)①根据乙中图像可知，反应速率先增大后减小，提出的假设为反应生成的对反应起到催化作用。②进行实验时应注意其他条件不变，所以溶液总体积应该为10 mL，故应加入3.0 mL H2C2O4溶液。③催化剂能降低反应的活化能，增大反应速率，溶液褪至无色所需时间变短。
[答案] (1)其他条件不变，增大H2C2O4浓度(或增大反应物浓度)，化学反应速率增大 (2)①反应产物中的MnSO4为该反应的催化剂(或Mn2+对该反应有催化作用) ②3.0 ③小于
1/1第2课时 影响化学反应速率的因素(基础课)
学习任务 1．通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。 2．通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。 3．通过 “外界条件对化学反应速率的影响 ”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。
旧知回顾 影响化学反应速率的因素 1．内因：主要取决于物质本身的内在性质。 2．外因：除浓度、 温度、接触面积、催化剂外，还有压强(对于一些有气态物质参加的反应)、溶剂、光波、电磁波、超声波等。 3．充入非反应气体对化学反应速率的影响 (1)恒容时：充入非反应气体→压强增大，但各物质浓度不变→反应速率不变。 (2)恒压时：充入非反应气体→压强不变→体积增大→各物质浓度减小→反应速率减慢。
一、浓度、压强对化学反应速率的影响
1．浓度对化学反应速率的影响
(1)基本规律：其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率____；减小反应物的浓度，反应速率____。
(2)反应速率与反应物浓度的定量关系
①速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝_____________________，其中，k为反应速率常数。
②反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越__。k与____无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
③一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
2．压强对化学反应速率的影响
增大压强，化学反应速率一定增大吗？
二、温度对化学反应速率的影响
1．基本规律
2．经验规律——范托夫规律：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，但这个规律适用范围有限。
3．过渡态及活化能
(1)过渡态：一种____没有完全断裂、____没有完全形成的高能量的中间状态。
(2)活化能：
①定义：______的能量与______的平均能量之间的差值。
②符号：Ea。
③单位：kJ·mol-1或J·mol-1。
4．解释：升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的________，增大反应物分子形成______的比例，故升高温度可以____化学反应的速率。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g) ΔH＞0，升高温度能加快正反应速率，降低逆反应速率。 ( )
(2)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠溶液均能够提高反应速率。 ( )
三、催化剂及其他因素对化学反应速率的影响
1．催化剂：能____化学反应速率而在反应前后本身的______________不变的物质。
2．催化原理：通过参与反应改变________、改变反应的______来改变化学反应速率。
3．催化剂的特点
4．其他因素对化学反应速率的影响
如光辐射、放射线辐射、超声波、电弧、强磁场、高速研磨、增大反应物________等，均会对化学反应速率产生影响。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)催化剂能使不能发生的化学反应发生。 ( )
(2)加入催化剂，降低反应的活化能，化学反应速率增大，但反应路径没改变。 ( )
(3)用相同质量的锌粉和锌片与同浓度的足量盐酸反应，产生氢气的量和速率都相同。 ( )
外界条件对化学反应速率的影响
以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。
1．为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？
2．如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？
3．为什么温度的变化会影响化学反应速率？
4．催化剂对化学反应速率的影响有何特点？
外界条件对反应速率的影响
条件变化 (注意：压强 只适用于 有气体参 加的化学 反应) 微观因素变化
分子 总数 活化 分子 百分 数 活化 分子 数目 分子 平均 运动 速率 单位 体积 内活 化分 子数 目 有效 碰撞 次数 化学 反应 速率 变化
浓度 增大 增加 不变 增加 不变 增加 增加 加快
压强 增大 不变 不变 不变 不变 增加 增加 加快
温度 升高 不变 增加 增加 增大 增加 增加 加快
催化剂 使用 不变 增加 增加 不变 增加 增加 加快
【例1】 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( )
A．增加CO的用量
B．保持体积不变，充入N2使体系压强增大
C．升高体系的反应温度
D．将容器的体积缩小一半
压强对气相反应体系化学反应速率的影响规律
压强改变→
(1)恒温时：增大压强，体积缩小，气相反应物浓度增大，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等不参与反应也不干扰反应的气体 )，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。
1．下列有关反应速率的说法不正确的是( )
A．用铁片和稀硫酸反应制氢气时，改用98%的浓硫酸可以加快反应速率
B．升高温度和使用催化剂都可以使反应速率加快
C．在碳酸钙和稀盐酸的反应中，多加些碳酸钙不能使反应速率明显加快
D．如图是室温下H2O2溶液中，H2O2催化分解放出氧气的反应中c(H2O2)随反应时间变化的曲线，说明随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小
2．已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g) ΔH的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是( )
A．加入催化剂，该反应的反应热ΔH将减小
B．每形成2 mol A—B键，将放出b kJ能量
C．该反应的活化能为(a－b) kJ·mol-1
D．ΔH＜0，降低温度，反应速率会加快
[教材 追根寻源]
汽车排气管装有三元催化剂装置，在催化剂表面通过发生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反应机理如下[Pt(s)表示催化剂，右上角带“*”表示吸附状态]：
Ⅰ．NO＋Pt(s)===NO*
Ⅱ．CO＋Pt(s)===CO*
Ⅲ．NO*===N*＋O*
Ⅳ．CO*＋O*===CO2＋Pt(s)
Ⅴ．N*＋ N*===N2＋Pt(s)
Ⅵ．NO*＋N*===N2O＋Pt(s)
经测定汽车尾气中反应物浓度及反应产物浓度随温度变化关系如图1和图2所示。
(1)图1中温度从Ta ℃升至Tb ℃的过程中，反应物浓度急剧减小的主要原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)图2中T2 ℃时反应Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反应Ⅵ的活化能；T3 ℃时发生的主要反应为反应________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
可逆反应的速率—时间(v-t)图像
合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol-1达到平衡后，某一时刻改变条件：
1．画出t1时刻加入少量N2(容积不变)，再次达到平衡时的v-t图像。
2．画出t2时刻升高温度(其他条件不变)时的v-t图像。
3．画出t3时刻缩小容器体积时的v-t图像。
平衡 体系 条件变化 速率变化 平衡 变化 速率变化曲线
任一 平衡 体系 增大反应物的浓度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
减小反应物的浓度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
任一 平衡 体系 增大反应产物的浓度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
减小反应产物的浓度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
正反 应方 向为 气体 体积 增大 的放 热反 应 增大压强或升高温度 v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正) 逆向移动
减小压强或降低温度 v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆) 正向移动
反应 前后 气体 系数 和相 等的 平衡 体系 正催化剂或增大压强 v(正)、v(逆)同等倍数增大 平衡不移动
负催化剂或减小压强 v(正)、v(逆)同等倍数减小
【例2】 已知反应X(g)＋Y(g) nZ(g) ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．10 min时，曲线发生变化的原因是升高温度
B．10 min时，曲线发生变化的原因是增大压强
C．反应方程式中n＝1
D．0～5 min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08 mol·L-1·min-1
(1)条件增强，曲线在原图像的上方；条件减弱，曲线在原图像的下方。
(2)浓度改变时，图像曲线一条无断点，一条有断点；其他条件改变时，图像曲线均有断点。
1．一定条件下进行反应2X(g)＋Y(g) Z(s)＋3W(g) ΔH<0。达到平衡后，t1时刻改变某一条件所得v－t图像如图，则改变的条件为( )
A．增大压强 B．升高温度
C．加催化剂 D．增大反应产物浓度
2．在恒温恒压下，某一体积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH＜0，t1 s达到平衡后，在t2 s时改变某一条件，其反应过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数：Ⅰ＝Ⅱ
B．t2 s时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C．O～t2 s内，v正＞v逆
D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数：
K(Ⅰ)＝K(Ⅱ)
1．影响化学反应速率的主要因素：反应物本身的性质。 2．影响化学反应速率的外界因素：温度、浓度、压强、催化剂等。 3．加快反应速率的实质：增大单位体积内反应物活化分子数或活化分子百分数。
1．下表是各组反应的反应物和温度，反应刚开始时，放出H2速率最快的是( )
选项 金属(粉末状)/mol 酸的浓度及体积 反应温度
A Mg 0.1 6 mol·L-1 硝酸 10 mL 60 ℃
B Mg 0.1 3 mol·L-1盐酸 10 mL 60 ℃
C Fe 0.1 3 mol·L-1 盐酸 10 mL 60 ℃
D Mg 0.1 3 mol·L-1硫酸 10 mL 60 ℃
2．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，反应①A＋K―→AK Ea1(K为催化剂)，反应②AK＋B―→AB＋K Ea2。下列说法不正确的是( )
A．第①步为决速步骤
B．升高温度，该反应的速率加快
C．该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol-1
D．催化剂降低了活化能，加快了反应速率
3．“接触法制硫酸”的主要反应是2SO2＋O22SO3，在催化剂表面的反应历程如图所示，下列说法不正确的是( )
A．使用催化剂只能加快正反应速率
B．反应②的活化能比反应①小
C．该反应的催化剂是V2O5
D．反应过程中既有V—O键的断裂，又有V—O键的形成
4．反应2NO(g)＋Cl2(g)===2NOCl(g)在295 K 时其反应物浓度与反应速率关系的数据如表：
c(NO)/(mol·L-1) c(Cl2)/(mol·L-1) v(Cl2)/(mol·L-1·s-1)
① 0.100 0.100 8.0×10-3
② 0.500 0.100 2.0×10-1
③ 0.100 0.500 4.0×10-2
注：①反应物浓度与反应速率关系式为v(Cl2)＝k·cm(NO)·cn(Cl2)(式中速率常数k＝，其中Ea为活化能，A、R均为大于0的常数，T为温度)；②反应级数是反应速率方程式中各反应物浓度的指数之和。下列说法不正确的是( )
A．m＝2，n＝1，反应级数为3级
B．当c(NO)＝0.200 mol·L-1，c(Cl2)＝0.300 mol·L-1时，v(NO)＝0.192 mol·L-1·s-1
C．加入催化剂可以改变反应途径，也可以增大速率常数k，而加快反应速率
D．升高温度，可以增大反应的活化能Ea，从而使速率常数k增大
5．在500 ℃时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0的体系中，只改变下列条件，请把影响结果填入表中。
改变条件 正反应速率 逆反应速率
(1)增大O2的浓度
(2)增大SO2的浓度
(3)减小SO3的浓度
(4)压缩体积增大压强
(5)升高温度
(6)加入催化剂
(7)体积不变充入氖气
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