高中化學(xué) 2.2 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素知識(shí)導(dǎo)學(xué)素材 新人教版選修4（通用）

第二節(jié) 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素案例探究 我們都有這樣的生活常識(shí)：冬天食物不易變質(zhì)，而夏天食物則容易腐爛。如果把鮮牛奶放在冰箱里，能存放46天，而在常溫下最多只能保存48小時(shí)甚至更短。比較兩種保存方式的差異，最明顯的莫過于溫度：冰箱在保鮮狀態(tài)下，溫度一般控制在4 ，比室溫低得多。也就是說溫度越低食物腐敗的速率越慢，保鮮期就越長(zhǎng)。簡(jiǎn)言之，冰箱的保鮮原理：降低溫度、減緩反應(yīng)速率、提高保鮮期。問題與討論： 1.是否使用了電冰箱，食品就會(huì)永遠(yuǎn)保鮮？試分析說明。 2.為什么東北地區(qū)冬天把食品存放在厚厚的雪堆中？ 溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素之一。很多反應(yīng)能夠發(fā)生，都需要合理的溫度條件。 這不是因?yàn)闇囟扔绊懥朔磻?yīng)速率，而是因?yàn)檫_(dá)到某一溫度是化學(xué)反應(yīng)能夠發(fā)生的基本要素。比如物質(zhì)燃燒要達(dá)到該物質(zhì)的著火點(diǎn)。當(dāng)反應(yīng)能夠發(fā)生時(shí)，溫度條件不同反應(yīng)速率不同，這說明溫度影響了化學(xué)反應(yīng)速率。自學(xué)導(dǎo)引1.(1)化學(xué)反應(yīng)速率與分子間的_頻率有關(guān)，因此所有能夠改變_、_，以及_的外界條件，都可以用來_、_反應(yīng)的速率。_、_、_、_等都可以改變反應(yīng)速率。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因是指_，如金屬鈉與冷水劇烈反應(yīng)，而鎂和沸水僅能微弱反應(yīng)。外因是指外界條件如_、_、_、_等。影響化學(xué)反應(yīng)速率的決定因素是內(nèi)因。(2)濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響由教材實(shí)驗(yàn)2-2表明：_。許多實(shí)驗(yàn)證明：在其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率_；減小反應(yīng)物濃度，化學(xué)反應(yīng)速率_。這是因?yàn)樵谄渌麠l件不變時(shí)，活化分子的百分?jǐn)?shù)是一定的，因此單位體積內(nèi)活化分子的數(shù)目與單位體積內(nèi)分子的總數(shù)成正比，也就是與反應(yīng)物的濃度成正比。當(dāng)反應(yīng)物濃度增大時(shí)，單位體積內(nèi)分子總數(shù)_，活化分子數(shù)也相應(yīng)_，單位時(shí)間內(nèi)有效碰撞次數(shù)_，化學(xué)反應(yīng)速率_。答案:(1)有效碰撞 內(nèi)能 運(yùn)動(dòng)速率 碰撞幾率 改變 控制 加熱 攪拌 增大反應(yīng)物的濃度 使用催化劑 反應(yīng)物本身的性質(zhì) 溫度 濃度 壓強(qiáng) 催化劑(2)加入較濃的H2C2O4溶液的試管褪色更快些 增大 減小 增大 增大 增加 加快2.壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響在其他條件不變時(shí)，對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)(或縮小反應(yīng)容器的體積)，相當(dāng)于_，反應(yīng)速率_；反之減小壓強(qiáng)(或增大反應(yīng)容器的體積)，相當(dāng)于_ ，反應(yīng)速率_。壓強(qiáng)的影響只適用于討論有氣體參加的反應(yīng)。壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響，必然伴有反應(yīng)容器體積的改變，歸結(jié)到反應(yīng)物濃度的改變；如果壓強(qiáng)改變，而反應(yīng)容器的體積不變時(shí)，反應(yīng)物濃度不變，反應(yīng)速率也不會(huì)改變。由于固體、液體粒子間的_，增大壓強(qiáng)幾乎不能改變它們的_，因此可以認(rèn)為對(duì)只有固體或液體參加的反應(yīng)，壓強(qiáng)的變化對(duì)反應(yīng)速率的影響可以_。答案:增大反應(yīng)物的濃度 加快 減小反應(yīng)物的濃度減小 距離 濃度 忽略不計(jì)3.溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響由教材實(shí)驗(yàn)2-3：寫出Na2S2O3溶液與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_。實(shí)驗(yàn)中，_組首先出現(xiàn)渾濁。許多實(shí)驗(yàn)證明：其他條件相同時(shí)，升高溫度反應(yīng)速率_，降低溫度反應(yīng)速率_。這是因?yàn)榧訜釙r(shí)，一方面使分子獲得_，另一方面含有較高能量的分子間_也隨之增大。這兩個(gè)方面都使分子間的_提高，所以反應(yīng)速率加快。答案:Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S+H2O 加熱的一組 加快 減慢 能量 碰撞次數(shù) 有效碰撞頻率4.催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響由教材實(shí)驗(yàn)2-4：寫出H2O2分解的化學(xué)方程式_。實(shí)驗(yàn)表明，MnO2能_H2O2的分解，是H2O2分解的_。選用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┛梢訽提高反應(yīng)速率。使用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┦歉淖兎磻?yīng)速率的常用有效方法之一。由于催化劑可以_，也就等于提高了_，從而提高了_。除此之外，對(duì)于給定條件下反應(yīng)物之間能夠同時(shí)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)的情況，理想的催化劑還具有大幅度提高主要產(chǎn)物在最終產(chǎn)物中比率的作用。除了上述幾種方法之外，還有很多行之有效的改變化學(xué)反應(yīng)速率的方法，例如通過_、_、_、_、_、_等等，總之，向反應(yīng)體系輸入能量，都有可能改變化學(xué)反應(yīng)速率。答案:2H2O22H2O+O2 加快 催化劑 大幅度 降低化學(xué)反應(yīng)所需要的活化能 活化分子百分?jǐn)?shù) 有效碰撞的頻率 光輻射 放射線輻射 超聲波 電弧 強(qiáng)磁場(chǎng) 調(diào)整研磨疑難剖析一、有效碰撞 活化分子間以合適取向的碰撞，才是有效碰撞，才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?！纠?】 有效碰撞是指( )A.反應(yīng)物分子間的碰撞 B.反應(yīng)物活化分子間的碰撞C.能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的碰撞 D.反應(yīng)物活化分子間有合適取向的碰撞解析：反應(yīng)物分子間發(fā)生碰撞是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提，但不具有一定能量的反應(yīng)物分子間的碰撞，不足以斷裂化學(xué)鍵，故A不一定為有效碰撞；反應(yīng)物中活化分子間的碰撞也不一定發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如果分子不是沿著合適的取向相碰撞，也不能使舊鍵斷裂，故B不一定是有效碰撞。答案：CD二、化學(xué)反應(yīng)快慢的判斷 判斷化學(xué)反應(yīng)的快慢，首先考慮內(nèi)因(即反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì))，然后比較外因條件?！纠?】 下列判斷正確的是( )A.0.1 molL-1的鹽酸和0.1 molL-1的醋酸分別與2 molL-1的NaOH反應(yīng)的速率相同B.0.1 molL-1的鹽酸和0.1 molL-1的HNO3分別與大小相同的大理石反應(yīng)的速率相同C.Mg和Fe與0.1 molL-1的鹽酸反應(yīng)速率相同D.大理石塊與大理石粉分別與0.1 molL-1的鹽酸反應(yīng)的速率相同解析：影響化學(xué)反應(yīng)的速率有內(nèi)因與外因之分，內(nèi)因指的是反應(yīng)物本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。例如，在完全相同的外界條件下，Mg、Fe由于自身金屬活潑性的不同，反應(yīng)速率v(Mg)v(Fe)。外因主要指的是溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑、反應(yīng)物顆粒的大小、紫外線輻射等因素。A中0.1 molL-1的鹽酸與0.1 molL-1的醋酸中自由移動(dòng)的c(H+)是不相同的；D中大理石粉改變了與鹽酸的接觸面積，所以改變了反應(yīng)速率。答案：B三、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素 外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，主要從濃度(溶液或氣體)、壓強(qiáng)(對(duì)于有氣體參與的反應(yīng))、溫度、催化劑等方面綜合分析?！纠?】 反應(yīng)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一可變?nèi)莘e的密閉容器中進(jìn)行，下列條件的改變對(duì)其反應(yīng)速率幾乎無影響的是( )A.增加C的量B.將容器的體積縮小一半C.保持體積不變，充入N2使體系壓強(qiáng)增大D.保持壓強(qiáng)不變，充入N2使容器體積增大解析：A選項(xiàng)中C為固態(tài)反應(yīng)物，增加固體的量對(duì)反應(yīng)速率無影響；B選項(xiàng)將容器的體積縮小一半，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快；C選項(xiàng)中充入N2使體系壓強(qiáng)增大，但容器的容積未變，參加反應(yīng)的各種氣體濃度未變，故反應(yīng)速率不變；D選項(xiàng)中保持恒壓，充入N2使容器體積增大，參加反應(yīng)的各種氣體濃度減小，反應(yīng)速率減小。答案：AC友情提示:(1)改變固體或純液體的量，對(duì)反應(yīng)速率無影響；(2)壓強(qiáng)的改變實(shí)質(zhì)是改變反應(yīng)物的濃度，判斷時(shí)看反應(yīng)物的濃度是否發(fā)生改變。只有濃度改變了反應(yīng)速率才改變，不能簡(jiǎn)單機(jī)械地死背結(jié)論。對(duì)于氣體反應(yīng)有以下幾種情況：恒溫時(shí)：增大壓強(qiáng)體積減小濃度增大反應(yīng)速率增大。恒容時(shí)：a.充入氣體反應(yīng)物反應(yīng)物濃度增大總壓增大反應(yīng)速率增大；b.充入“無關(guān)氣體”(如He、Ne、Ar或不參與反應(yīng)的N2等) 引起總壓增大，但各反應(yīng)物的分壓不變，各物質(zhì)的濃度不變反應(yīng)速率不變。恒壓時(shí)：充入“無關(guān)氣體”(如He、Ne、Ar或不參與反應(yīng)的N2等) 引起體積增大各反應(yīng)物濃度減小反應(yīng)速率減慢?！纠?】 已知：Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S+H2O，下列各組實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)速率最快的是 ( )組號(hào)反應(yīng)溫度/Na2S2O3H2SO4H2O體積/mL體積/mL濃度/molL-1體積/mL濃度/molL-1A1050.250.110B1050.150.110C3050.150.110D3050.250.210解析：本題主要比較溫度和濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。溶液混合后總體積都相同，從溫度方面判斷C、D的反應(yīng)速率大于A、B的反應(yīng)速率；從濃度方面判斷，A、D的反應(yīng)速率大于B、C的反應(yīng)速率。所以反應(yīng)速率最快的為D。答案：D友情提示:多個(gè)外界條件變化時(shí)，要對(duì)比找出其他相同條件，然后比較。四、化學(xué)反應(yīng)速率的圖象 解題時(shí)注意圖象的變化趨勢(shì)，分清影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素?！纠?】 把除去氧化膜的鎂條投入到盛有少量稀鹽酸的試管中，發(fā)現(xiàn)氫氣發(fā)生的速率變化情況如下圖所示。其中t1t2速率變化的主要原因是_；t2t3速率變化的主要原因是_。解析：Mg與HCl溶液的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中，反應(yīng)物的濃度不斷減小，因此，該反應(yīng)中并存兩個(gè)影響化學(xué)反應(yīng)速率的外因：一是反應(yīng)放出的熱能使反應(yīng)體系溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快；二是反應(yīng)使HCl物質(zhì)的量濃度減小，化學(xué)反應(yīng)速率減慢。由圖象可知，在t1t2的時(shí)間內(nèi)，溫度變化是影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要外因；在t2t3的時(shí)間內(nèi)，HCl物質(zhì)的量濃度的變化是影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要外因。答案：反應(yīng)是放熱反應(yīng)，使溫度升高，所以反應(yīng)速率加快 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，H+濃度減小，反應(yīng)速率逐漸減慢拓展遷移拓展點(diǎn)一：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的先決條件 舊鍵的斷裂和新鍵的形成都是通過反應(yīng)物分子(或離子)的相互碰撞來實(shí)現(xiàn)的，如果反應(yīng)物的分子(或離子)相互不接觸、不碰撞，就不可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，反應(yīng)物分子(或離子)間的碰撞是反應(yīng)發(fā)生的條件。但并不是所有反應(yīng)物的分子碰撞都發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。拓展點(diǎn)二：活化分子的碰撞取向于化學(xué)反應(yīng) 子間的自由碰撞必然會(huì)有不同的碰撞取向。研究發(fā)現(xiàn)，有效的分子碰撞，分子除了要有足夠的能量以外，還要有合適的碰撞取向。從分子能量的方面來看，活化分子具備發(fā)生有效碰撞的條件。從分子碰撞取向的方面來看，活化分子的某次碰撞還不一定能引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。若分子碰撞取向合適，就發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；若分子碰撞取向不合適，則化學(xué)反應(yīng)不能發(fā)生。也就是說，只有活化分子且以合適的取向發(fā)生碰撞以后，才能使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂，從而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。以上四項(xiàng)內(nèi)容，再以HI的分解反應(yīng)為例做更加直觀、明確的說明：2HIH2+I2HI分子有可能有以下幾種碰撞，如下圖所示。HI分子的幾種可能的碰撞模式化學(xué)反應(yīng)體系中反應(yīng)物、產(chǎn)物的能量和活化能的關(guān)系 在a中，HI分子沒有足夠的能量，因此碰撞過輕，兩個(gè)分子又彼此彈離；在b中由于碰撞沒有合適的取向，因此兩個(gè)分子也彼此彈離；在c中，分子具有足夠的能量且碰撞的取向合適，成為活化分子的有效碰撞，因此導(dǎo)致HI鍵的斷裂，HI和II鍵的形成，即HI發(fā)生分解反應(yīng)，生成了H2和I2。 拓展點(diǎn)三：影響化學(xué)反應(yīng)速率的其他外界條件 影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件除濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑外，還有很多因素可以改變反應(yīng)速率。如光輻照、放射線輻照、超聲波、電弧、激光、強(qiáng)磁場(chǎng)、高速研磨、反應(yīng)物顆粒大小、擴(kuò)散速率、溶劑等等?？傊?，向反應(yīng)體系輸入能量，都有可能改變化學(xué)反應(yīng)速率。 利用我們學(xué)習(xí)的與分子結(jié)構(gòu)調(diào)整及價(jià)鍵破壞過程相關(guān)的活化分子與活化能理論，就能理解上述措施的作用。 說明：內(nèi)因是反應(yīng)物的分子結(jié)構(gòu)。與其他事物變化的規(guī)律一樣，化學(xué)反應(yīng)速率的變化， 內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因是變化的條件，外因通過內(nèi)因而起作用。物質(zhì)客觀存在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，外部因素才能改變其化學(xué)反應(yīng)速率，如果物質(zhì)根本就不存在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，外部因素再多、再強(qiáng)也不能使化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。 在多項(xiàng)影響化學(xué)反應(yīng)速率的外因中，催化劑、反應(yīng)物的溫度、反應(yīng)物的濃度、氣體反應(yīng)物的壓強(qiáng)等是主要方面，其他是次要方面。在影響化學(xué)反應(yīng)速率外因的主要方面中，催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的效果最好，但催化劑的適應(yīng)面不是很大，且催化劑易中毒。反應(yīng)物的溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響能適應(yīng)所有的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物的濃度、氣態(tài)反應(yīng)物的壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，適應(yīng)的范圍較小。 在根據(jù)外部條件的變化和化學(xué)反應(yīng)速率變化的規(guī)律判斷化學(xué)反應(yīng)速率的變化情況時(shí)，要采用“一變他定”“先分后綜”的方法。如分析濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，就要假設(shè)其他一切條件不變；若分析溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，就要假設(shè)其他一切條件不變。若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率都有影響，要先逐個(gè)條件分析判斷，再綜合分析判斷，還要注意各個(gè)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的結(jié)果是相輔還是相抵。如升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，既升高溫度又增大反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率更是加快(相輔)；升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，減小反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)的速率減慢，既升高溫度又減小反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反