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第2课时 影响化学反应速率的因素
学习目标：1.理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。(重点)2.了解化学反应速率的改变在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
[自 主 预 习·探 新 知]
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，增大反应物浓度，反应速率加快；减小反应物浓度，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反应速率与参与反应的物质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。
微点拨：改变固体或纯液体的用量，对化学反应速率无影响。
2．压强对化学反应速率的影响
(1)基本规律(对于有气体参加或生成的反应)
(2)解释
压强增大→→化学反应速率加快；
反之，压强减小，化学反应速率减慢。
微点拨：改变压强的实质是改变体积而使浓度发生改变，从而实现反应速率的改变。对于没有气体参加的反应，改变体系压强，反应物的浓度不变，反应速率不发生改变。
3．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：温度每升高10 K，反应速率增加到原来的2～4倍。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：
a．定义：过渡态的能量与反应物的能量之间的差值。
b．符号：Ea。
c．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，故升高温度可以加快化学反应的速率。
微点拨：无论是可逆反应的正反应还是逆反应，是吸热反应还是放热反应，升高温度反应速率均加快，降低温度反应速率均减慢。
4．催化剂对化学反应速率的影响
(1)催化剂：能加快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、降低反应的活化能来提高化学反应速率。
(3)催化剂的特点
[基础自测]
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)向一堆篝火中“鼓风”，有利于它继续燃烧下去。( )
(2)压强越大反应速率越大。( )
(3)二氧化锰在过氧化氢的分解前后质量减少。( )
(4)升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。( )
(5)用锌和稀硫酸反应制取H2时，滴加几滴硫酸铜溶液能加快反应速率。( )
(6)化学反应达到最大限度时，正逆反应速率也达到最大且相等。( )
[提示] (1)√
(2)× 对于没有气体参加的反应体系，压强增大反应物浓度不一定增大；故压强越大，反应速率不一定越大。
(3)× 催化剂在反应前后质量不变。
(4)× 升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率均加快。
(5)√
(6)× 化学反应达到最大限度时，正逆反应速率不一定达到最大。
2．现有反应A(g)＋B(g)C(g)。从正反应开始，在其他条件不变时，某一反应物的浓度、反应持续时间、反应温度跟反应速率之间的关系曲线如图所示，其中有明显错误的是( )
【导学号：41722108】
B [当c(B)＝0时，v＝0，故B项错。]
3．同质量的锌与盐酸反应，欲使反应速率增大，选用的反应条件组合正确的是( )
①锌粒 ②锌片 ③锌粉 ④5%的盐酸 ⑤10%的盐酸 ⑥15%的盐酸 ⑦加热 ⑧用冷水冷却 ⑨不断振荡 ⑩迅速混合后静置
A．②⑥⑦⑩ B．①④⑧⑩
C．③⑤⑦⑨ D．③⑥⑦⑨
D [增大反应物浓度、加热，增大固体反应物表面积均能加快反应速率。]
[合 作 探 究·攻 重 难]
外界条件对化学反应速率的影响
反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g) ΔH＜0；在一容积可变的密闭容器中进行，试回答下列问题：
[思考交流]
1．增加Fe的量，化学反应速率是否变化，为什么？
[提示] 无变化。由于固体或纯液体的浓度可视为常数，所以改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响。
2．用铁粉取代铁粒，加入密闭容器，化学反应速率怎样变化？为什么？
[提示] 加快。因为增加固体的表面积能够加快化学反应速率。
3．保持体积不变，充入N2使体系压强增大，化学反应速率怎样变化？为什么？
[提示] 不变。因为保持体积不变，充入N2，容器内的压强虽然增大，但反应物的浓度没有改变，反应速率不变。
4．保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，化学反应速率怎样变化？为什么？
[提示] 减小。因为容器内的压强保持不变，充入N2，容器的容积增大，反应物的浓度减小，化学反应速率减小。
5．达平衡后，将容器的容积缩小一半，对该可逆反应的正逆反应速率各有什么影响？平衡是否移动？
[提示] 该反应Δνg＝0，增大压强，v正、v逆同时增大且v正＝v逆，化学平衡不发生移动。
6．你还有哪些加快反应速率的措施？
[提示] 升高反应体系的温度，加入催化剂等。
[对点训练]
题组1 浓度对反应速率的影响
1．对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，其他条件不变时，下列措施不能改变化学反应速率的是( )
A．增大C(s)的量
B．增大H2O(g)的浓度
C．增大CO(g)或H2(g)的浓度
D．减小H2O(g)的浓度
A [改变物质的浓度，可以改变化学反应速率，而改变固体物质的量不能改变化学反应速率。]
2．下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca(A)cb(B)的叙述中，正确的是( )
A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都不变的常数
B．a、b是化学方程式中A和B的系数
C．对于某个特定的化学反应，k与所有外界条件都无关
D．v＝kca(A)cb(B)需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出
D [在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k是反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。由此可见，A、B、C项均错误。]
题组2 压强对反应速率的影响
3．增大压强对下列反应的速率无影响的是( )
A．CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
B．H2(g)＋I2(g)===2HI(g)
C．NaCl＋AgNO3===AgCl↓＋NaNO3
D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
C [对于没有气体参加或生成的反应，压强对化学反应速率无影响，故答案选C。]
4．反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施能使该反应的反应速率加快的是( )
A．移去NO
B．压强不变充入He使体积增大
C．体积不变充入He使压强增大
D．体积不变充入NO使压强增大
D [A项，减小NO的物质的量，反应速率减小；B项，反应体系中物质的浓度减小，反应速率减小；C项，反应体系中物质的浓度不变，反应速率不变；D项，增大了物质的浓度，反应速率加快。]
压强对反应速率影响的归纳
(1)恒温时
增大压强体积缩小反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。
②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。
(3)恒温恒压时
充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。
题组3 温度对反应速率的影响
5．设C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＞0的反应速率为v1，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的反应速率为v2，对于这两个反应，当温度升高时，v1和v2的变化情况为( )
A．同时增大 B．同时减小
C．v1增大，v2减小 D．v1减小，v2增大
A [温度升高时，不论是吸热反应还是放热反应，反应速率均增大，故本题选A。]
6．Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况如图所示。下列关于反应速率变化的原因分析正确的是( )
A．AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，因为反应吸收热量，体系温度降低，反应速率下降
B．BC段反应速率下降是因为随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小
C．BC段反应速率下降是因为溶液中的Cl－随着反应的进行被消耗，浓度降低
D．B点反应速率最大是因为此时的体系温度最高，反应物浓度最大
B [AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。故B项正确。]
题组4 催化剂对反应速率的影响
7．对于某一可逆反应，使用催化剂的作用在于( )
A．提高反应物的平衡转化率
B．同等程度地改变正、逆反应速率
C．增大正反应速率，减小逆反应速率
D．改变平衡状态
B [催化剂不影响物质的平衡转化率，不影响化学平衡，只能同等程度地改变正、逆反应速率。]
8．下列说法不正确的是( )
A．催化剂能改变化学反应速率
B．催化剂能降低化学反应的活化能
C．反应前后催化剂的质量和化学性质不发生变化
D．任何温度下，只要加入催化剂，反应速率就加快
D [催化剂的催化作用须在一定温度下才发挥作用。]
从图像认识影响反应速率的外界条件
[思考交流]
画出外界条件改变时影响化学平衡的vt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
①加入催化剂
v(正)、v(逆)均增大相同倍数
平衡不移动
________
任一平衡体系
②增大反应物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v(正)＞v(逆)
正向移动
________
③减小反应物浓度
v(正)、v(逆)均减小，且v(逆)＞v(正)
逆向移动
________
④增大生成物浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v(逆)＞v(正)
逆向移动
________
⑤减小生成物浓度
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
⑥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
________
⑦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
________
[提示]
[对点训练]
1．如图为某化学反应的反应速率与时间的关系曲线图。在t1时刻升高温度或增大压强，下列反应的反应速率变化符合示意图的是( )
A．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＜0
B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0
C．H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0
D．C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0
A [分析图像可知，升高温度或增大压强后化学平衡逆向移动，说明该反应具有以下特点：正反应为放热反应，反应前后气体分子数增大，故A项正确。]
2．可逆反应2X(g)＋Y(s)2Z(g)在t1 min时达到平衡状态。当增大平衡体系的压强(减小容器体积)时，下列有关正、逆反应速率(v)随时间(t)变化的图像正确的是( )
【导学号：41722109】
C [对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，达到平衡状态后，增大平衡体系的压强(减小容器体积)，平衡不移动，正、逆反应速率仍相等，但由于压强增大，所以正、逆反应速率同等程度地增大。]
3．试分析下列可逆反应2A(g)＋B(g)2C(g)的反应速率随压强变化的曲线图，正确的是 ( )
C [增大压强，正、逆反应的反应速率均增大，选项A、B、D错误。]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．对于反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＜0，下列措施能加快反应速率但不改变反应放出的热量的是( )
A．升高温度 B．减小压强
C．加入CO D．加入催化剂
D [该反应为放热反应，升高温度反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，反应放出的热量减少，A项错误；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，减小压强平衡不移动，反应放出的热量不变，但反应速率降低，B项错误；加入CO，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，反应放出的热量增加，C项错误；加入催化剂平衡不移动，反应放出的热量不变，反应速率增大，D项正确。]
2．一定量的锌粉和6 mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，能够加快反应速率，但不影响产生H2的总量的是( )
【导学号：41722110】
①石墨粉 ②CuO ③铜粉 ④铁粉 ⑤浓盐酸
A．①②⑤ B．①③⑤
C．③④⑤ D．①③④
B [①加入石墨粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；②加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，加快反应速率，但与盐酸反应的锌的量减少，故生成氢气的总量减少；③加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；④加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，锌反应完全后，铁也可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增加；⑤加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量。本题选B。]
3．可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g) ΔH＞0速率图像如图所示。导致t′时刻的速率图线变化的原因可能是( )
A．增大了A的浓度
B．使用了催化剂
C．增大了压强
D．升高了温度
B [因为在t′时刻v正′和v逆′同等倍数的增大，又因该反应为气体体积缩小的反应，所以只有使用催化剂符合题意。]
4．请填写下列事实中影响化学反应速率的主要因素：
(1)集气瓶中有H2和Cl2的混合气体，在瓶外点燃镁条时集气瓶中发生爆炸：________；
(2)黄铁矿煅烧时要粉碎成细小的颗粒：
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(3)KI晶体和HgCl2晶体混合后无明显现象，若一起投入水中，很快生成HgI2沉淀：
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(4)熔化的KClO3放出气体很慢，撒入少量MnO2后很快放出气体：
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(5)同浓度、同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块，产生气体的速率有快有慢：
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(6)同样大小的石灰石分别与0.1 mol·L－1的盐酸和1 mol·L－1的盐酸反应，反应速率不同：
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(7)夏天的食品易发霉，而冬天不易发霉：
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[答案] (1)光
(2)反应物的接触面积
(3)反应物的接触面积
(4)催化剂
(5)反应物本身的性质
(6)反应物的浓度
(7)温度
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