第3节 化学反应的速率.ppt

金品质,高追求 我们让你更放心,！,化学,选,修,(,化学反应原理,),(,配,鲁科版,),金品质,高追求 我们让你更放心！,返回,化学,选,修,(,化学反应原理,),(,配,鲁科版,),第,3,节化学反应的速率,化学反应的方向、限度与速率,北京的故宫是世界著名的古建筑群，是世界珍贵的文化遗产。保和殿后面的那块巨大的,“,云龙陛石,”,上曾经雕刻有精美的蟠龙图案，近些年来，尤其是上一世纪，这些浮雕遭到严重的损坏，那上边好多的细小花纹已经模糊不清了。据统计，世界上的古建筑在上世纪所遭受的腐蚀,(,如下面的雕像,),比过去几百年甚至上千年所遭受的腐蚀还要严重，有的已经面目全非了。,我们知道,CaCO,3,在风吹日晒、雨淋时会和,H,2,O,、,CO,2,反应生成可溶性的,Ca(HCO,3,),2,而使石雕、建筑受损，但是历史上几千年这种腐蚀都是很慢的。为什么上世纪的腐蚀就这么快呢？,提示：,这就要从化学反应速率问题说起。化学反应速率受温度、浓度等因素的影响，上世纪,CaCO,3,H,2,O,CO,2,Ca(HCO,3,),2,反应速率加快，是由于气温升高、,CO,2,浓度增大以及空气中,SO,2,等形成的酸雨等因素造成的。,1,化学反应速率通常用,_,或者,_,来表示。对于化学反应：,a,A,b,B,c,C,d,D,，若以,v,表示化学反应速率，,c,表示反应物或生成物浓度的变化,(,取绝对值,),，,t,表示一定的时间间隔。,则,v,(A,),_,，,v,(B,),_,，,v,(C,),_,，,v,(D,),_,。反应物,(,或生成物,),的浓度单位可以用,_,表示，反应时间的单位可以用,_,等表示，由此得出反应速率的单位为,_,、,_,或,_,。,对某一具体化学反应来说，在用,_,表示化学反应速率时所得,_,往往不相同。,2,交流与探讨,(,见教材,P,31,交流与讨论,),数据处理如下表所示：,t,t,2,t,1,t,3,t,2,t,4,t,3,t,5,t,4,v,(N,2,O,5,)/mol(Lmin),1,0.21,0.15,0.10,0.08,v,(O,2,)/mol(Lmin),1,0.10,0.08,0.05,0.04,v,(NO,2,)/mol(Lmin),1,0.42,0.30,0.20,0.16,通过分析上述数据发现，以浓度随时间的变化来表示反应速率时，,v,(,反应物,),及,v,(,生成物,),的,_,不同，,_,也不相等，但是，用各物质表示的,_,之比等于化学方程式中各自的,_,之比，即对于任一化学反应：,a,A,b,B,d,D,e,E,，用,A,、,B,、,D,、,E,四种不同物质表示其化学反应速率时其比值应为,_,。,化学计量数速率数值化学反应速率数值化学计量数,a,b,d,e,3,对于,CaCO,3,2HCl CaCl,2,CO,2,H,2,O,的反应，能否用,CaCO,3,来表示该反应的反应速率？,不能。化学反应速率是用反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示的，而,CaCO,3,是固体，其浓度是一常数。,4,在化学反应中，能量较高，有可能发生有效碰撞的分子称为,_,。活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为,_,。当改变影响化学反应速率的一个条件，使单位体积内活化分子数目增多，,_,，所以，反应速率,_,。,活化分子活化能活化分子发生有效碰撞的次数增多加快,5,影响化学反应速率的因素主要有内因和外因两个方面，内因指,_,，外因包括,_,、,_,、,_,、,_,等因素。,反应物本身的性质浓度压强温度催化剂,6,浓度的影响,在其他条件不变时，增加反应物的浓度可,_,化学反应速率，减小反应物的浓度可,_,化学反应速率。,注意：改变,_,或,_,对化学反应速率无影响，但改变固体,_,会影响化学反应速率，因为当固体或纯液体参加反应时，反应速率只与,_,、,_,有关。,加快减慢反应物的质量体积接触面积接触面积本身活泼性,7,压强的影响,在其他条件不变时，增大压强会,_,气体物质的化学反应速率，减小压强会,_,气体物质的化学反应速率。压强对化学反应速率的影响是通过改变气体反应物的,_,实现的，不改变浓度的压强变化对化学反应速率,_,影响。,加快减慢浓度没有,8,温度的影响,在其他条件不变的条件下，升高温度,_,化学反应速率，降低温度,_,反应速率。,一般说来，温度每升高,10,，化学反应速率增大到原来的,_,倍。,9,催化剂的影响,在其他条件不变时，使用催化剂能够,_,化学反应速率。由于催化剂的,_,及,_,在反应前后不变，反应历程中必定既包括有催化剂,_,的反应，又包括催化剂,_,的反应，可见，催化剂通过参加反应，降低,_,，从而提高了化学反应速率。,反应的活化能,加快,减慢,2,4,加快,性质,质量,参加,生成,对化学反应进行的认识,1,反应历程,(1),自由基,(,又称自由原子,),：有未成对电子的原子或原子团，如,H,O,2,OH,O,中，微粒,H,、,OH,、,O,均称为自由基，自由基的活性很强，寿命极短。,(2),基元反应：能够一步完成的反应，如,O,H,2,OH,H,就是基元反应。,(3),反应历程：基元反应构成的反应序列称为反应历程,(,又称反应机理,),，基元反应的总和称为总反应。,(4),复杂反应和简单反应：由几个基元反应组成的总反应也称为复杂反应。大多数反应都是复杂反应，如氢气和氧气反应生成水。由一个基元反应一步完成的反应，称为简单反应。如酸碱中和反应,H,OH,H,2,O,。,2,化学反应的控制,一个看似简单的化学反应通常要分几步完成，有的步骤完成得快，有的步骤完成得慢，整个化学反应的快慢取决于反应慢的步骤。反应物的结构决定化学反应能否进行及进行的方向，而反应的条件则是化学反应是否进行的前提。如材料中若无催化剂或常温、常压下无点燃条件，体系中也就没有引发反应的,H,自由基，该反应的速率就慢得测不出来。,3,化学反应速率不同的原因,反应物的结构是造成化学反应速率千差万别的本质因素,(,内因,),；反应条件是速率差异的外部因素,(,外因,),，外因通过内因而起作用。如常温、常压下：,2H,2,(g),O,2,(g)2H,2,O(l),的化学平衡常数数量级高达,10,23,，表明反应正向反应的趋势极大，但在常温常压下即使经过几千年的时间,H,2,和,O,2,混合也不会生成水，但在点燃的条件下却能快速地反应。,关于,Cl,2,H,2,2HCl,的反应历程如下：,Cl,2,2Cl,Cl,H,2,HCl,H,H,Cl,2,HCl,Cl,2Cl Cl,2,关于,CH,3,COOC,2,H,5,OH CH,3,COO,C,2,H,5,OH,的反应历程如下：,CH,3,COOC,2,H,5,OH,CH,3,COO,C,2,H,5,OH,根据上述材料回答下列问题：,(1),在上述反应中，属于基元反应的是,(,),A,只有,B,C,只有,D,(2),在上述反应中，属于简单反应的是,(,),A,Cl,2,2Cl,B,H,Cl,2,HCl,Cl,C,Cl,2,H,2,2HCl,D,CH,3,COOC,2,H,5,OH,CH,3,COO,C,2,H,5,OH,(3),在上述反应中，属于复杂反应的是,(,),A,Cl,2,2Cl,B,H,Cl,2,HCl,Cl,C,Cl,2,H,2,2HCl,D,CH,3,COOC,2,H,5,OH,CH,3,COO,C,2,H,5,OH,解析：,本题考查对化学反应历程的认识，基元反应是指反应历程中的每一步反应，简单反应和复杂反应都是针对总反应来说的，只有一个基元反应的总反应叫做简单反应，有多个基元反应的总反应叫做复杂反应。,答案：,(1)D,(2)D,(3)C,化学反应速率,1,化学反应速率的概念,化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。,2,化学反应速率的表示方法,化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。符号为,v,，单位为,molL,1,min,1,或,molL,1,s,1,或,molL,1,h,1,。,3,化学反应速率的表达式,某一物质,A,的化学反应速率的表达式为：,v,(A,),式中：,c,(A,),某物质,A,的浓度变化，常用单位为,molL,1,。,t,时间，常用单位为,s,、,min,、,h,。,v,(A,),物质,A,的反应速率，常用单位是,molL,1,s,1,、,molL,1,min,1,等。,4,化学反应速率的计算规律,在同一化学反应中，若用不同物质的浓度变化来表示化学反应速率，它们之间的关系是速率之比等于反应方程式中相应的物质的化学计量数之比。如：对于化学反应,a,A(g,),b,B(g,),c,C(g,),d,D(g,),，有下列恒等式：,v,(A),v,(B),v,(C),v,(D,),a,b,c,d,5,有关化学反应速率的注意事项,(1),化学反应速率均为正值，没有负值。,(2),化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率，而不是在某一时刻的瞬时速率。,(3),由于在反应中纯固体和纯液体的浓度是恒定不变的，因此对于有纯液体或固体参加的反应一般不用纯液体或固体来表示化学反应速率。通常固体物质间的反应是通过增大该物质的接触面积,(,如粉碎成细小颗粒、充分搅拌、振荡等,),来达到加快反应的目的。,(4),对于同一化学反应，在相同的反应时间段内，用不同的物质来表示其反应速率，其数值可能不同，但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此，表示化学反应的速率时，必须指明是用反应体系中的何种物质作标准。,6,测定化学反应速率的物理方法,(1),量气法：对于反应,2H,2,O,2,2H,2,O,O,2,，可测量反应中唯一的气体产物氧气在温度、压强一定时的体积变化。,(2),比色法：对于某些对特定波长的光的吸收性能不同的物质，可以通过吸光度来测定反应物浓度。例如，在丙酮的溴化反应过程中：,CH,3,COCH,3,Br,2,CH,3,COCH,2,Br,HBr,有色反应物,Br,2,吸收波长为,450 nm,的光波，因此可用分光光度计测量溶液对该波长的吸光度，据此计算化学反应速率。,(3),电导法：根据离子导电能力的差异，通过电导率的变化测定反应物中离子浓度变化，从而计算化学反应速率。例如：在乙酸乙酯皂化反应中：,CH,3,COOC,2,H,5,OH,CH,3,COO,C,2,H,5,OH,由于,OH,的电导远大于,CH,3,COO,的电导，可以利用电导仪测量出溶液电导的变化，据此求得,OH,浓度的变化，从而求得化学反应速率。,(4),此外，激光技术也已广泛应用于化学反应速率的测定。,下列说法正确的是,(,),A,化学反应速率是对可逆反应而言的，非可逆反应不谈化学反应速率,B,在可逆反应里，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值,C,在同一化学反应里，其化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同,D,化学反应速率的单位可以是,g(Ls,),1,，也可以是,kg(Ls,),1,，甚至可以用,t(Ls,),1,等来表示,解析：,化学反应速率适合所有的反应，并非专指可逆反应，所以,A,项不正确；单位时间是正值，反应物浓度的减小或生成物浓度的增大也是正值，那么其比值即速率也必为正值，所以,B,项不正确；由化学反应速率的概念及反应速率与计量数的关系可知,C,项正确；由化学反应速率的概念公式,v,B,，可以看出,v,B,的单位中不会出现,“,kg,”“,g,”“,t,”,等质量单位，,D,项不正确。,答案：,C,浓度对化学反应速率的影响,1,规律总结：通常增大反应物的浓度可以提高化学反应速率，化学反应速率与反应物浓度存在一定的定量关系。,2,实验探究,(1),实验内容：在,298 K,时，测,H,2,O,2,2HI 2H,2,O,I,2,在不同浓度时的化学反应速率，结果如表所示：,实验编号,1,2,3,4,5,c,(HI)/molL,1,0.100,0.200,0.300,0.100,0.100,c,(H,2,O,2,)/molL,1,0.100,0.100,0.100,0.200,0.300,v,/molL,1,s,1,0.00760,0.0153,0.0227,0.0151,0.0228,(2),实验结论：在,HI,浓度一定时，化学反应速率与,c,(H,2,O,2,),成正比，在,H,2,O,2,浓度一定时，化学反应速率与,c,(HI,),成正比，因此化学反应速率的数学表达式为：,v,k,c,(H,2,O,2,),c,(HI),。,3,反应速率常数,(,k,),(1),含义：表示单位浓度下的化学反应速率。,(2),意义：通常反应速率常数越大，反应进行得越快。,(3),影响因素：反应速率常数,(,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。一般来说，,k,随温度变化很明显，温度升高，,k,值通常增大。,4,分析以下三个反应的速率方程知：,H,2,Cl,2,2HCI,v,kc,(H,2,),(Cl,2,),H,2,I,2,2HI,v,kc,(H,2,),c,(I,2,),CO,NO,2,CO,2,NO,v,kc,(NO,2,),总反应的化学反应速率与参加反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据化学方程式直接写出。在很多反应中，这种关系式中浓度的方次与化学反应方程式中的系数并无确定关系。,5,压强对化学反应速率的影响,对于气态物质，在温度、体积一定时，压强与浓度成正比。因此上述关系式中的浓度可以用分压表示。而对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。,对于气体反应体系，有以下几种情况：,(1),恒温时,增大压强 体积缩小 浓度增大 反应速率加快。,(2),恒温恒容时,充入反应物浓度增大总压强增大反应速率加快。,充入,“,惰性气体,”,总压增大，但反应体系中各组分分压不变，即各组分的浓度不变，反应速率不变。,(3),恒温恒压时,充入,“,惰性气体,”,体积增大 各反应物浓度减小 反应速率减慢。,下列不同条件下的化学反应,A,B C,D,，反应速率由大到小的顺序正确的一组是,(,),常温下,20,mL,溶液含,A,和,B,各,0.001 mol,常温下,100,mL,溶液含,A,和,B,各,0.01 mol,常温下,10,mL,溶液含,A,和,B,各,0.0005 mol,的溶液再加入蒸馏水,30,mL,常温下,100,mL,溶液含,A 0.01 mol,和,B 0.005 mol,A,B,C,D,解析：,根据题意可知，其他条件相同，只有,A,、,B,的浓度不同，根据浓度对反应速率的影响，浓度越大，反应速率越快。将题目给出的,A,、,B,不同的量转化为物质的量浓度进行比较。,中,A,、,B,物质的量浓度均为,0.05,molL,1,；,中,A,、,B,物质的量浓度均为,0.1,molL,1,；,中,A,、,B,物质的量浓度均为,0.0125,molL,1,；,中,A,物质的量浓度为,0.1,molL,1,，,B,物质的量浓度为,0.05,molL,1,；即浓度的大小顺序为,，其速率顺序与之相同，,C,选项符合题意。,答案：,C,温度对化学反应速率的影响,1,经验规律,(1),范托夫的近似经验规律：温度每升高,10 K,，反应速率增加,2,4,倍。利用这个规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略的估计，但这个规律的适用范围有限。,(2),阿伦尼乌斯的经验公式：,，其中式中,k,为反应速率常数；,A,为比例系数；,e,为自然对数的底；,R,为摩尔气体常量；,E,a,为活化能，单位为,Jmol,1,或,kJmol,1,。该经验公式表明，当,E,a,0,时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之增大。,2,教材交流研讨总结,(1),温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率，从实验可知，升高温度可增大反应速率常数，从而加快反应速率。,(2),升高温度虽然增大反应速率常数，但对不同的反应的影响程度是不一样的，即升高相同的温度，对不同的反应其反应速率常数增大的倍数是不同的。,3,活化能,E,a,(1),不同的反应，活化能差值很大。,(2),活化能越大，反应越难进行，反应速率常数越小。,(3),只有基元反应的活化能才是活化分子平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。,(4),基元反应碰撞理论认为，化学反应之所以能发生，是反应物分子碰撞的结果，但只有能量超过某一限度,E,c,(,相当于活化能,),并满足一定方向要求的活化分子间的碰撞，才是真正发生反应的有效碰撞。这个理论解释了温度、活化能对化学反应速率的影响。,(5),基元反应过渡理论认为基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。,如：,AB,C A,B,C A,BC,反应物 过渡态 产物,过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型。过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。实验研究已证实过渡态确实存在。,已知硫代硫酸钠溶液与稀,H,2,SO,4,反应可析出单质硫沉淀：,Na,2,S,2,O,3,H,2,SO,4,Na,2,SO,4,S,SO,2,H,2,O,，某同学按下表进行实验，请你判断哪一组先出现浑浊。,编号,加,3%Na,2,S,2,O,3,(mL),加,1,5,的,H,2,SO,4,(,滴,),温度,(,),出现浑浊的快慢,1,5,25,室温,2,5,15,室温,10,3,5,25,室温,20,解析：,反应物的浓度越大，反应温度越高，反应速率越快。由编号,1,和,3,可看出，两反应物浓度相同，但温度,3,高于,1,，故,3,先出现浑浊。再将,3,和,2,比较，,3,的浓度、温度均比,2,高，故最先出现浑浊的应为第,3,组。,答案：,先出现浑浊的是第,3,组,催化剂对化学反应速率的影晌,1,规律总结：催化剂能够改变化学反应速率。能加快化学反应速率的催化剂叫正催化剂，能减慢化学反应速率的催化剂叫负催化剂，在实际应用中，如不特别说明，凡是说催化剂都是指正催化剂。,2,实验探究：下表列出一些反应在使用催化剂前后的活化能的数据以及化学反应速率常数之比。,化学反应,催化剂,E,a,/,kJmol,1,无催化剂,有催化剂,C,12,H,22,O,11,(,蔗糖,),H,2,O C,6,H,12,O,6,(,葡萄糖,),C,6,H,12,O,6,(,果糖,),蔗糖酶,107,36,9.2,10,11,(310 K),2HI H,2,I,2,金,184,105,1.6,10,8,(503 K),CH,3,CHO CH,4,CO,碘,210,136,7.5,10,4,(793 K),2H,2,O,2,2H,2,O,O,2,过氧化氢酶,75,25,5.8,10,8,(298 K),理论解释：使用催化剂 降低反应所需的能量 更多的分子成为活化分子 大大增加单位体积内的活化分子百分数 成千上万倍地增大化学反应速率。,3,催化剂的含义及对反应速率的影响,(1),催化剂是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),催化剂在整个化学反应的历程中,(,由于质量和化学性质不变,),，必定包括有催化剂参与的反应，也包括有催化剂生成的反应。,(3),催化剂不改变化学反应平衡常数，不能改变平衡转化率，不能使化学平衡移动。但其能大大加快化学反应速率，从而缩短达到平衡所用时间。,(4),催化剂具有选择性。酶催化剂还具有催化效率高、专一、反应条件温和等特点。,(5),使用催化剂的意义,采用升温、加压等往往对设备有很高的要求，增大反应物浓度又造成转化率不高。因此，研制高效催化剂来提高相关反应的化学速率具有重大的意义。,说明：,在化学工业中往往会提到催化剂中毒这一现象，它是指催化剂与杂物相接触后其活性大大降低。,除了浓度、压强、温度、催化剂等能改变化学反应速率外，反应物颗粒的大小、溶剂的性质、光、超声波、磁场等也会对化学反应速率产生影响。,某中学化学小组查阅资料发现金属氧化物,A,也能催化氯酸钾的分解，且,A,和二氧化锰的最佳催化温度均在,500,左右，于是对,A,和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验。实验时均以收集,500,mL,氧气为准,(,其他可能影响实验的因素均已忽略,),。,用,MnO,2,作催化剂,实验序号,KClO,3,质量,/g,MnO,2,质量,/g,反应温度,/,待测数据,1,8.00,2.00,500,2,8.00,2.00,500,用,A,作催化剂,实验,序号,KClO,3,质量,/g,A/g,反应温度,/,待测数据,1,8.00,2.00,500,2,8.00,2.00,500,请回答：上述实验中的待测数据是,_,。,完成此研究后，他们准备发表一篇研究报告，请你替他们拟一个报告的题目：,_,。,解析：,催化剂是参与化学反应但反应前后的质量和性质保持不变的物质。对,A,和二氧化锰的催化性能进行比较，必须进行定量对照实验，测定相同条件下收集,500,mL,氧气的时间为多少，计算出反应速率，从而得出两者的催化性能。,答案：,时间,A,与二氧化锰催化效果的对照研究,1,(2011,年临沂模拟,),将,4 mol A,气体和,2 mol B,气体在,2 L,的容器中混合并在一定条件下发生如下反应：,2A(g),B(g)2C(g),，若经,2 s,后测得,C,浓度为,0.6,molL,1,，现有下列几种说法：,用物质,A,表示的反应的平均速率为,0.3,molL,1,s,1,用物质,B,表示的反应的平均速率为,0.6,molL,1,s,1,2 s,时物质,A,的转化率为,70%,2 s,时物质,B,的浓度为,0.7,molL,1,其中正确的是,(,),A,B,C,D,解析：,解决本题的关键是抓住有关化学反应速率的计算公式及转化率的含义，即可速解。具体分析如下：,解题时先利用所给条件列出反应式：,2A(g),B(g,),2C(g),起始浓度,/,molL,1,2,1 0,2 s,时浓度,/,molL,1,2,0.6 1,0.6,1.4,0.7,利用算出的数据，就可以对问题进行分析。,2 s,时,B,的浓度为,0.7,molL,1,。,检查,4,种说法，只有,正确，,B,项正确。,答案：,B,2,下列说法正确的是,(,),A,化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的质量变化来表示,B,用不同物质的浓度变化表示同一时间内、同一反应的速率时，其数值之比等于反应方程式中对应物质的化学计量数之比,C,化学反应速率的单位由时间单位和浓度单位决定,D,在反应过程中，反应物的浓度逐渐变小，所以用反应物表示的化学反应速率为负值,解析：,化学反应速率通常用单位时间内反应物或生成物的物质的量浓度的变化来表示，化学反应速率是取浓度变化的绝对值，所以都为正值。,答案：,BC,祝,您,学业有成,