2.1.2 影響化學反應速率的因素 課件高二上學期化學蘇教版（2019）選擇性必修1

化學反應速率與化學平衡第一單元化學反應速率2.1.2影響化學反應速率的因素化學反應速率的圖像分析課前導入同學們，在我們的日常生活中，大家有沒有注意到一些有趣的現(xiàn)象呢？比如，把食物放在冰箱里可以保存更長的時間，而在炎熱的夏天，食物卻很容易變質。為什么會有這樣的差別呢？還有，我們在加油站會看到“嚴禁煙火”的標志，這是因為汽油很容易燃燒，但是在常溫下，汽油卻能比較穩(wěn)定地儲存。這背后到底隱藏著怎樣的化學奧秘呢？其實，這些現(xiàn)象都與化學反應速率有關。今天，我們就一起來探究影響化學反應速率的因素。濃度對反應速率的影響硫代硫酸鈉溶液與稀硫酸發(fā)生下列反應：Na2S2O3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O向A、B、C三支試管中各加入2mL不同濃度的硫代硫酸鈉溶液，濃度依次為0.1mol·L－1、0.05mol·L－1、0.01mol·L－1，再同時各加入2mL0.2mol·L－1稀硫酸，觀察并比較試管中出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象的快慢。濃度對反應速率的影響一、實驗現(xiàn)象A試管：溶液很快出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，渾濁程度較為明顯，產生的淡黃色沉淀（硫單質）迅速增多，同時有少量氣泡（二氧化硫）產生。B試管：出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象的時間比A試管晚一些，渾濁程度相對較弱，沉淀生成的速度較為緩慢，氣泡產生量也較少。C試管：經過較長時間才出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，渾濁程度很弱，沉淀生成極為緩慢，幾乎看不到明顯的氣泡產生。二、實驗結論濃度對反應速率的影響：在相同條件下，反應物濃度越大，反應速率越快。在本實驗中，硫代硫酸鈉溶液的濃度不同，稀硫酸濃度相同。A試管中硫代硫酸鈉濃度最高，反應速率最快；C試管中硫代硫酸鈉濃度最低，反應速率最慢。壓強對反應速率的影響在化學反應中，若反應物分別以氣體、液體或固體三種狀態(tài)存在，改變反應體系的壓強，反應物的濃度是否都發(fā)生變化呢？對于有氣體參加的反應，在密閉容器中保持溫度不變時，增大壓強，氣體體積減小，相當于增大反應物的濃度，反應速率增大；減小壓強，氣體體積增大，相當于減小反應物的濃度，反應速率減小。由此可見，壓強改變對反應速率的影響可以歸結為濃度改變對反應速率的影響。對于固體、液體之間或在溶液中進行的反應而言，改變壓強對它們體積的影響很小，因此可以忽略壓強改變對反應速率的影響。溫度對反應速率的影響酸性高錳酸鉀溶液與草酸（H2C2O4）發(fā)生下列反應：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O取3支試管，向試管中分別加入2mL0.01mol·L－1酸性高錳酸鉀溶液，再向試管中分別加入2mL0.1mol·L－1草酸溶液。將第一支試管放入冰水中，第二支試管置于室溫下，第三支試管放入約80℃的熱水中。請預測：能觀察到什么現(xiàn)象？三種情況下反應的實驗現(xiàn)象會有什么差異？請用實驗檢驗你的預測。一、現(xiàn)象預測酸性高錳酸鉀溶液呈紫紅色，草酸具有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應過程中會有氣泡（二氧化碳）產生。溫度會影響反應速率，一般來說，溫度升高，反應速率加快；溫度降低，反應速率減慢。對于放入冰水中的第一支試管，由于溫度較低，反應速率最慢，所以褪色時間最長，產生氣泡的速度最慢。置于室溫下的第二支試管，反應速率適中，褪色時間和產生氣泡的速度處于中等水平。放入約80℃熱水中的第三支試管，溫度較高，反應速率最快，褪色時間最短，產生氣泡的速度最快。溫度對反應速率的影響溫度對反應速率的影響二、實驗現(xiàn)象第一支試管（冰水中）：溶液顏色逐漸變淺，但褪色過程較為緩慢，需要較長時間才能完全褪色。產生氣泡的速度緩慢，氣泡較少。第二支試管（室溫下）：溶液顏色較快地變淺，褪色時間比在冰水中明顯縮短。產生氣泡的速度適中，氣泡量中等。第三支試管（約80℃熱水中）：溶液顏色迅速變淺，幾乎在很短的時間內就完全褪色。產生氣泡的速度非?？欤瑲馀萘看?。三、實驗結論溫度對反應速率的影響：該實驗表明，溫度對化學反應速率有顯著影響。升高溫度可以加快反應速率，降低溫度則會減慢反應速率。溫度對反應速率的影響實驗表明，其他條件相同時，升高溫度，反應速率增大；降低溫度，反應速率減小。隨著溫度的升高，反應物的活化分子數(shù)目增多，分子運動加快，活化分子有效碰撞的次數(shù)增多，反應速率增大?？茖W研究表明，對于許多反應而言，一般溫度每升高10K，其反應速率可增加2~4倍。在實驗室或工業(yè)生產中，常采用加熱的方法使化學反應在較高的溫度下進行，以提高反應速率。催化劑對反應速率的影響向A、B、C3支試管中分別加入等體積5%的H2O2溶液，再向試管中分別加入2~3滴洗滌劑。向試管A中加入2~3滴FeCl3溶液，向試管B中加入少量MnO2粉末，C試管留作比較用。觀察、比較3支試管中發(fā)生的實驗現(xiàn)象，并試著分析導致實驗現(xiàn)象差異的原因。實驗現(xiàn)象試管A：加入FeCl3溶液后，H2O2溶液中迅速產生少量氣泡，氣泡產生的速度相對較慢，溶液表面有輕微的泡沫。試管B：加入MnO2粉末后，H2O2溶液中立即產生大量氣泡，氣泡產生的速度非?？?，溶液表面泡沫豐富。試管C（對照管）：沒有添加任何催化劑，H2O2溶液中只有極少量的氣泡緩慢產生，溶液表面泡沫很少。催化劑對反應速率的影響二、原因分析催化劑的作用：FeCl3和MnO2在這個反應中都起到了催化劑的作用。催化劑能夠改變反應的速率，而在反應前后自身的質量和化學性質不變。FeCl3中的Fe3+可以與H2O2發(fā)生反應，形成中間產物，降低了反應的活化能，從而加快了分解的速率。但FeCl3的催化效果相對較弱。MnO2對H2O2的分解具有很強的催化作用。與接觸后，能夠提供更多的活性位點，使H2O2分子更容易發(fā)生分解反應，生成水和氧氣。實驗現(xiàn)象差異的原因：試管B中H2O2加入MnO2后產生大量氣泡，是因為的催化效率高，能夠極大地加快的分解速度。試管A中H2O2加入FeCl3后產生的氣泡相對較少，是因為FeCl3的催化效率低于MnO2。試管C中H2O2沒有催化劑，H2O2的分解主要依靠自身的緩慢分解，所以產生的氣泡最少。催化劑在生產和生活中的應用催化劑是改變化學反應速率最有效的手段之一。據(jù)統(tǒng)計，90%以上的化學工業(yè)涉及的化學反應都使用催化劑，使用催化劑可以帶來巨大的經濟效益。在環(huán)境保護領域，如汽車尾氣的凈化、廢水的處理等，也需應用各種性能優(yōu)異的催化劑。目前，各種高效、經濟、選擇性強的催化劑的研制是全世界化學科學工作者關心和研究的課題。酶的催化作用酶是一種特殊的、具有催化活性的生物催化劑，它存在于動物、植物和微生物中。與生命現(xiàn)象關系密切的化學反應大多是酶催化的?？梢哉f，沒有酶的催化作用，就不可能有生命現(xiàn)象。通常認為，酶的催化作用是酶與反應物先形成中間化合物，然后中間化合物分解成產物并釋放酶酶的催化作用與一般非生物催化劑相比，酶的催化作用主要有以下特點：1.高效的催化活性。酶的催化效率比非酶催化要高得多。如在人體正常體溫時，食物中蛋白質的水解在胃蛋白酶的作用下短時間內就能完成，而在體外需要在濃的強酸或強堿的作用下煮沸相當長時間才能完成。2.高度的選擇性。一種酶只能催化一種或一類物質的反應。如淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化纖維素的水解；尿素酶只能催化尿素的水解，對尿素取代物的水解反應無催化作用。3.特殊的溫度效應。酶對溫度非常敏感。酶催化反應通常在比較溫和的條件或常溫常壓下進行，溫度過高會引起酶蛋白變性，從而使酶失去活性。其他因素對反應速率的影響除了改變反應物的濃度、壓強、溫度和使用催化劑能改變化學反應速率外，許多方法也能改變反應速率。如增大反應物間的接觸面積，反應速率會隨之增大。例如，在硫酸工業(yè)中，硫鐵礦在焚燒前要先用粉碎機粉碎，以增大礦石與氧氣的接觸面積，加快燃燒；在三氧化硫的吸收階段，吸收塔里要裝填瓷環(huán)，增大氣液接觸面積，使氣體的吸收速率增大。此外，光、電磁波、超聲波等因素也會對反應速率產生影響?；瘜W反應速率的辯證分析與合理應用化學反應為何有快有慢？影響化學反應速率的主要因素有哪些？我們可以從事物變化的內因和外因兩方面辯證地分析和研究。一是內因，即物質的本性。在通常情況下，有些物質混合后沒有發(fā)生化學變化，但改變其中的某種反應物，化學反應隨之發(fā)生，如銀與稀鹽酸不反應，而鋅與稀鹽酸混合立即產生氫氣，這是由兩種不同金屬的本性決定的，即鋅是較活潑金屬，而銀不活潑。在相同條件下，同類型的某些反應物能轉化為同類型的產物，但反應速率差異很大，如鎂在冷水中反應生成氫氧化鎂，過程緩慢，而鈉遇冷水劇烈反應生成氫氧化鈉。二是外因?；瘜W反應速率受制于許多外界條件的影響，我們可以根據(jù)反應物的性質和反應的特點（即內因）選擇恰當?shù)姆磻獥l件（外因）來調控反應速率。例如，鎂與水的反應可以通過升高溫度來增大反應速率，實驗室用大理石與鹽酸反應制CO2可以通過調節(jié)鹽酸的濃度控制生成CO2的速率不至于過小或過大，H2O2分解制O2時可以加入少量MnO2增大反應速率?；瘜W反應速率的辯證分析與合理應用因此，我們可以通過內因、外因兩方面的分析，合理地調控化學反應速率，在科學研究和生產、生活中發(fā)揮更大的作用。例如，不少國家曾用銅做硬幣材料，20世紀80年代因銅太昂貴需要尋找替代金屬。鋅與銅的硬度、密度接近，且鋅比銅便宜，鋅便成為首選金屬。但鋅比銅更活潑，鋅制的硬幣在空氣中被腐蝕的速度較快，很快鋅也被放棄而改用銅鋅合金。又如，對氣體反應合成氨而言，工業(yè)上通常是在較高溫度（500℃左右）、較大壓強（1.3×107~3×107Pa）和含鐵化合物的催化劑條件下進行，以保證有較大的反應速率。目前環(huán)境問題的解決也依賴于催化劑的使用，如在汽車尾氣排氣口裝上催化處理器，能將有毒氣體轉化為無毒氣體；生物降解催化劑能促進一些工業(yè)廢品或生活垃圾中的部分殘留物顯著降解，而不對環(huán)境造成污染，甚至可以將工業(yè)和生活廢物較快地轉化為可利用資源等。全程速率—時間圖像1.如Zn與足量鹽酸的反應，反應速率隨時間的變化出現(xiàn)如圖情況原因解釋：AB段(v漸大)，因為該反應為放熱反應，隨著反應的進行，溫度逐漸升高，導致反應速率逐漸增大；BC段(v漸小)，則主要原因是隨著反應的進行，溶液中c(H＋)逐漸減小，導致反應速率逐漸減小。要抓住各階段的主要矛盾，全面分析。物質的量(或濃度)—時間圖像分清反應物和生成物，濃度減小的為反應物，濃度增大的為生成物，分清消耗濃度和增加濃度，反應物的消耗濃度和生成物的增加濃度之比，等于化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之比。舉例分析如下：甲：如圖表示一定溫度下，A、B、C三種氣體物質的濃度隨時間的變化情況，試回答：①該反應的化學方程式為2A=B＋3C。②反應物的轉化率是40%。③10s內v(C)＝0.12mol·L－1·s－1。物質的量(或濃度)—時間圖像乙：某溫度時，在定容(VL)容器中，X、Y、Z三種物質的物質的量隨時間的變化曲線如圖所示。①由圖像得出如下信息A．反應物是_X、Y_，生成物是__Z__；B．__t3__時反應達到平衡，X、Y沒有全部反應。

【方法技巧】解答速率圖像題的基本思路（1）看面：搞清縱、橫坐標所代表的意義，并與有關的原理相聯(lián)系。（2）看線：弄清線的走向、變化趨勢及線的陡與平所表示的含義。（3）看點：弄清曲線上點的含義，特別是一些特殊點，如起點、終點、交點、折點、最高點、最低點。例如在濃度—時間圖上，一定要看清反應至終點時反應物的消耗量、生成物的增加量，并結合有關原理進行推理判斷。（4）看變化趨勢：在速率—時間圖上，要注意看清曲線是連續(xù)的還是跳躍的，分清漸變和突變，大變和小變。1.把0.1molMnO2粉末加入50mL過氧化氫的溶液里(ρ＝1.1g·L－1)，在標準狀況下，放出氣體的體積y和時間t的關系曲線如圖所示。(1)實驗時放出氣體總體積是________。(2)放出一半氣體所需的時間約為________。(3)A、B、C、D各點反應速率快慢的順序是________。(4)過氧化氫溶液的初始物質的量濃度為________。

D＞C＞B＞A

0.11mol/L1min60mL組號反應溫度(℃)Na2S2O3H2SO4H2O(mL)(mol·L－1)(mL)(mol·L－1)(mL)A1050.1100.15B1050.150.11