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第二章 化学反应速率及化学平衡
第1节 反应反应速率
第2课时 化学反应速率的影响因素 活化能
1. 理解外界条件(温度、浓度、压强、催化剂等)对化学反应速率的影响，认识其一般规律。
2. 了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。
3. 能从定性和定量结合的角度，用一定的理论模型说明外界条件改变对化学反应速率的影响。
一、影响化学反应速率的因素
1. 实验探究——定性与定量研究影响化学反应速率的因素
【实验探究 I】
影响因素
实验步骤
实验现象
结论
浓度
取两支试管，各加入5mL 0.1 mol/LNa2S2O3溶液，然后向一支试管中加入5mL 0.1 mol/LH2SO4溶液，向另一支试管中加入5mL 0.5 mol/LH2SO4溶液，记录出现浑浊的时间
________________
________________
温度
取两支试管，各加5mL0.1 mol/LNa2S2O3溶液，另取两支试管各加入5mL0.1mol/LH2SO4溶液，将四支试管分成两组(各有一支盛有Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的试管)，一组放入冷水中，另一组放入热水中，经过一段时间后，分别混合并振荡，记录出现浑浊的时间
________________
________________
催化剂
在两支试管中各加入2mL5%H2O2溶液，再向两支盛有H2O2溶液的试管中分别加入0.1 mol/L FeCl3溶液和H2O各1mL，摇匀，比较产生气泡的快慢
________________
________________
【实验探究 II】
试剂
所用时间
反应速率
结论
1mol/LH2SO4溶液
________________
________________
________________
4mol/LH2SO4溶液
________________
________________
【问题与讨论】参考答案：
实验探究 I用的是定性观察法，实验探究 II用的是定量测定法，这两种方法又都是________________。
2．主要因素：反应物的________________等因素。
3．外界因素
（1）浓度对反应速率的影响
（2）压强对反应速率的影响
①压强对化学反应速率的影响，实质上是________________实现的，因此________________会对气体参与的化学反应速率会产生影响。
②压强的改变是通过________________引起的。压缩容器容积，气体压强增大，气体物质的浓度都增大，正、逆反应速率都增加；增大容器容积，气体压强减小；气体物质的浓度都减小，正、逆反应速率都减小。对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对反应速率几乎无影响。
③对于那些反应物和生成物都有气体参加的可逆反应来说，增大体系的压强，反应物和生成物的浓度都增加，所以，________________的速率都增大。
④对于气体反应体系，压强对反应速率的影响
3.温度对化学反应速率的影响
（1）一般规律：________________。
（2）原因分析
（3）化学反应速率与温度的定量关系
①在其它条件不变的情况下，升高温度，化学反应要加快。经过实验测定，对于在溶液中进行的反应，温度________________。
②经验公式
阿伦尼乌斯总结出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式：（式中A为比例系数，e为自然对数的底，R为摩尔气体常数量，Ea为活化能，单位：kJ·mol-1或J·mol-1。）
由公式知，当Ea＞0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率也随之增大。可知，温度对化学反应速率的影响与活化能有关。
①在实验室进行化学反应时，________________增大反应的速率。
②为________________，我们将食品放入冰箱中保存，以降低食品变质的速率。
4.催化剂对化学反应速率的影响
（1）概念：__________________________________________________________________。
（2）规律：催化剂大多能加快反应速率，与温度、浓度等其他因素相比，________________。
（3）理论分析：
当温度和反应物浓度一定时，使用催化剂可以改变反应历程，降低反应的活化能，提高活化分子的百分数，因此活化分子的数目增多，有效碰撞频率增大，进而提高反应速率。
（4）催化剂的特点：
①________________。只对某一反应或某类反应起催化作用。不同的反应需要使用不同的催化剂，且催化剂具有一定的活化温度，催化剂不同，活化温度不同。
②________________。可以改变反应的途径，大幅度的降低反应的活化能，从而有效的提高化学反应速率。
③________________。对于可逆反应，加入催化剂可同等程度地加快正、逆反应速率，不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率，不会引起化学平衡的移动。
【应用】催化剂在现代化学和化工生产中占有极为重要的地位。大约85%的反应需要催化剂。尤其是现代大型化工业、石油工业中，很多反应还必须使用性能良好的催化剂。例；接触法制硫酸工业。
【拓展提升】特殊情况
（1）温度
①催化反应，升高温度，催化剂________________，反应速率减慢
②有机反应，升高温度，有可能发生________________，主反应速率减慢
（2）压强
①改变非气体反应的压强，反应速率________________。
②改变等体反应的压强，v正和v逆变化幅度________________。
（3）浓度
①固体和纯液体的浓度为定值，改变固体或纯液体的用量，________________；
②加入固体物质，有可能改变________________，反应速率可能加快。
（4）无关气体
①恒容容器通无关气体，________________；
②恒压容器通无关气体，________________。
二、活化能
1．基元反应
（1）定义：基元反应是指在反应中一步直接________________反应，又称为简单反应。
（2）基元反应过渡状态理论
基元反应过渡状态理论认为，基元反应在从反应物到生成物的变化过程中要________________，这个状态称为过渡态。
AB＋C―→[A…B…C]―→A＋BC
反应物 过渡态 生成物
过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，________________平均能量的差值相当于________________[活化能(能垒)越高，此步基元反应速率越慢]。例如，一溴甲烷与NaOH溶液反应的过程可以表示为CH3Br＋OH－―→[Br…CH3…OH]―→Br－＋CH3OH
2. 活化能与反应机理
使用催化剂，可以改变活化能，改变反应机理，在反应机理中每一步反应的活化能不同，且均比总反应的活化能低，故一般使用催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，如图所示：
E1为________________，E2、E3为使用催化剂反应机理中________________。
三、有效碰撞理论与活化能
1. 相关概念
2. 图示
图中：E1为反应的活化能，E2为逆反应的活化能（活化分子变成生成物分子所释放的能量），E3使用催化剂时的活化能，反应热为E2-E1。
①________________表示________________，E2表示逆反应的活化能
②________________表示反应热
3．反应历程中的速率
（1）决速反应：________________
（2）决速浓度：最慢反应中反应物的浓度决定________________
4．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
（1）关系：活化分子的百分数越大，单位时间内有效碰撞的次数越多，________________。
（2）解释
①影响化学反应速率的内因——________________，决定了反应的活化能的大小；
②使用催化剂降低了反应的活化能，________________，进而单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；
③升高反应体系的温度，吸收能量，________________，进而单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；
④增大反应物的浓度，单位体积内分子总数增大，________________，单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；
⑤增大气体压强，减小反应体系的体积，________________，活化分子百分数不变，单位体积内活化分子数增大，从而增大反应速率；
⑥________________，增大单体时间和单体体积内的有效碰撞次数，从而增大反应速率。
（3）催化剂对反应的影响
①催化剂参与反应，________________，加快反应速率
②催化剂不能改变反应热，可以降低反应所需的温度，________________
③总反应的活化能________________的活化能
④催化剂具有________________：相同反应物用不同催化剂生成物不同
A+BC A+BD
【例1】（2023春·甘肃白银·高二统考期末）实验室制备的装置如图所示，下列措施可使该反应速率加快的是
A．将碳酸钙固体粉碎 B．将稀盐酸换成同浓度的稀硝酸
C．将稀盐酸换成等浓度的稀硫酸 D．将分液漏斗中的稀盐酸稀释后使用
【变式1-1】（2023秋·山西大同·高二统考期末）对于在同一容器中进行的反应：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)，下列说法错误的是
A．增加C(s)的量，可以加快反应速率
B．升高温度，可以加快反应速率
C．保持体积不变，充入He，反应速率不变
D．将容器体积扩大至原来2倍，反应速率减慢
【变式1-2】（2023春·浙江·高二期中）某兴趣小组进行了如下实验：向酸化的溶液中同时加入KI溶液、维生素C和淀粉溶液，发现一段时间后溶液变蓝。查阅资料可知体系中存在两个主要反应：
反应ⅰ：
反应ⅱ：(维生素C)
下列说法不正确的是
A．反应速率：反应ⅰ<反应ⅱ
B．可得氧化性强弱：
C．溶液的pH始终保持不变
D．溶液最终变蓝，说明所加
【变式1-3】（2023春·浙江·高二期中）根据以下实验操作和现象，分析所得结论正确的是
选项
实验操作
现象
结论
A
向浊液中加入过量NaOH溶液，振荡
浊液变澄清
说明具有碱性
B
用大理石和浓盐酸制，并将产生的气体通入溶液中
溶液变浑浊
说明的酸性比强
C
取A、B两份植物油，B中加入18-冠-6冠醚，再分别滴加酸性溶液，振荡后静置
B中紫红色先褪去
说明冠醚可增大与植物油的反应接触面积，加快反应速率
D
取a、b两份各2mL的5%，分别滴入5滴的溶液和溶液
a产生气泡的速率更快
不能说明对分解的催化效率比好
A．A B．B C．C D．D
【例2】（2023秋·浙江·高二期末）如图，这种具有不同能量的分子百分数和能量的对应关系图，叫做一定温度下分子能量分布曲线图。图中E表示分子平均能量，Ec是活化分子县有的最低能量。下列说法正确的是
A．反应物用量增加，有效碰撞次数增多，反应速率一定增大
B．升高温度，反应的活化能基本保持不变，图中阴影部分面积会增大
C．Ec-E的值就是反应的活化能
D．恒压容器中发生反应N2+O2=2NO，若向容器中充入He，活化分子个数不变，正、逆反应的速率均不变
【变式2-1】（2023春·湖北·高二校联考期中）化学反应： △H实际上是经过两步基元反应完成的：第一步：；第二步：……。该反应过程的能量变化如图所示，下列说法不正确的是
A．第一步反应的逆反应的活化能是()
B．第二步基元反应是：
C．分子有效碰撞几率最大的步骤对应的基元反应是第一步
D．若使用催化剂，()不会发生变化
【变式2-2】（2022春·辽宁大连·高一大连市第二十三中学校联考期中）下列说法正确的是
A．图甲中曲线Ⅱ可以表示催化剂降低了反应的活化能
B．图乙中分子发生了有效碰撞
C．升高温度和增大压强都是通过增大活化分子百分数来加快化学反应速率的
D．活化能的大小不仅意味着一般分子成为活化分子的难易，也会对化学反应前后的能量变化产生影响
【变式2-3】（2023秋·四川成都·高二统考期末）图为某可逆反应过程的能量变化图，下列说法错误的是
A．表示正反应的活化能 B．
C．增大反应物的浓度不能改变的数值 D．升高温度降低的数值
【变式2-4】（2022秋·四川广元·高二广元中学校考期中）下列有关有效碰撞理论和活化能的认识，正确的是
A．增大压强(对于气体反应)，活化分子总数增大，故反应速率增大
B．温度升高，分子动能增加，反应所需活化能减小，故反应速率增大
C．选用适当的催化剂，分子运动加快，增加了碰撞频率，故反应速率增大
D．增加浓度，单位体积内活化分子数增加从而反应速率增大，但活化分子数占分子总数百分比不变
一、单选题
1．（2023秋·北京西城·高二统考期末）关于化学反应速率增大的原因，下列分析不正确的是
A．有气体参加的化学反应，增大压强使容器容积减小，可使单位体积内活化分子数增多
B．增大反应物的浓度，可使活化分子之间发生的碰撞都是有效碰撞
C．升高温度，可使反应物分子中活化分子的百分数增大
D．使用适宜的催化剂，可使反应物分子中活化分子的百分数增大
2．（2022秋·山西阳泉·高二统考期末）根据碰撞理论，活化分子间只有发生有效碰撞才能进行反应。下列说法正确的是
A．能量达到活化能的分子发生的碰撞均为有效碰撞
B．选用适当的催化剂，分子运动加快，增加了碰撞频率
C．其他条件相同时，升高温度可以增加反应物分子中活化分子的百分数
D．其他条件相同时，增大反应物浓度会增加反应物中活化分子的百分数
3．（2023秋·重庆沙坪坝·高二重庆南开中学校考期末）反应的过程与能量变化如下图所示(均大于0)。下列说法不正确的是
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．该反应的焓变为
C．该反应逆反应的活化能为
D．形成的过渡态分子是由于和分子发生了碰撞
4．（2023秋·江西新余·高二统考期末）乙烯与HC1气体催化加成反应的能量与反应历程的关系如图所示，下列说法正确的是
A．第一步反应速率比第二步的快
B．两步反应的ΔH均小于0
C．加入催化剂，总反应的ΔH不变
D．第一步的正反应活化能比第二步的小
5．（2023秋·湖北孝感·高二统考期末）下列示意图表示正确的是
A．甲图可表示氢氧化钡晶体和氯化铵固体混合搅拌过程中的能量变化
B．乙图可表示一氧化碳的燃烧热
C．丙图中，曲线II表示反应时加入了催化剂
D．丁图中HI分子发生了有效碰撞
6．对于在同一容器中进行的反应：C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)，下列说法错误的是
A．增加C(s)的量，可以加快反应速率
B．升高温度，可以加快反应速率
C．保持体积不变，充入He，反应速率不变
D．将容器体积扩大至原来2倍，反应速率减慢
7．采取下列措施对增大化学反应速率有明显效果的是
A．N2和H2合成NH3时，不断分离出产物NH3
B．Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用浓硫酸
C．Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应时，增大压强
D．大理石与盐酸反应制取CO2时，将块状大理石改为粉末状大理石
8．（2022秋·陕西渭南·高二统考期末）理论研究表明，在101kPa和298K下，异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法不正确的是
A．正反应的活化能小于逆反应的活化能 B．比稳定
C．该异构化反应的 D．使用催化剂可以改变反应的活化能
9．（2023秋·天津红桥·高二期末）某反应过程的能量变化如图所示，下列说法不正确的是
A．该反应为放热反应
B．曲线B为使用催化剂的反应历程，且包含多个基元反应
C．使用合适的催化剂可以降低反应的活化能
D．活化分子间发生的碰撞不一定是有效碰撞
10．（2023秋·广东佛山·高二统考期末）平流层中的氟氯烃破坏臭氧层的部分过程如下：
①(慢反应)
②(快反应)
下列说法错误的是
A．为该过程的催化剂
B．催化剂能降低反应的活化能，提高活化分子百分数
C．增加的浓度能使臭氧分解的速率变快
D．反应①的活化能小于反应②
11．（2022秋·浙江杭州·高二校考期中）水煤气的制备反应为：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，下列说法不正确的是
A．升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率增大
B．适当增大压强，活化分子百分数增大，化学反应速率增大
C．使用催化剂，降低反应活化能，加快反应速率
D．降低CO浓度，单位体积内活化分子数目减少，化学反应速率减小
12．（2023秋·陕西西安·高二西安市第八十九中学校考期末）下列说法中正确的是
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应
②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应
③一般说来，活化分子比普通分子具有更高的能量
④化学反应的实质是原子的重新组合
⑤化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程
⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞
A．①③④⑤ B．②③⑥ C．③④⑤⑥ D．②④⑤
13．（2023春·山西太原·高二统考期末）甲醇-水蒸气重整制氢的总反应可表示为：。研究认为该反应可通过如下步骤来实现：
①
②
反应进程中体系能量变化如图所示。
下列说法正确的是
A．若反应①为慢反应，则反应①的活化能小于反应②
B．反应①和②过程中均有O-H键断裂
C．选择优良的催化剂能降低总反应的焓变
D．总反应的
14．（2023秋·河北邯郸·高二统考期末）不同催化剂会改变反应的选择性[CH3OCH3的选择性= ]，在某催化剂催化下发生的两个反应的能量变化如图所示，下列说法错误的是
A．ΔH1< ΔH2
B．反应①、反应②均为放热反应
C．在该条件下，CH3OCH3(g)的生成速率比C2H4(g)的大
D．改变加入的催化剂，可使E2- E1的值变小
二、填空题
15．（2022秋·湖南长沙·高二校考期中）在日常生活和工农业生产中经常涉及到吸热反应和放热反应，回答下面问题：
(1)下列反应一定属于吸热反应的是___________。
A．酸碱中和反应 B．燃烧反应
C． 铝热反应 D．C(s)+CO2(g)2CO(g)
(2)在101kPa时，H2在1.0molO2中完全燃烧，生成2.0mol液态水，放出571.6k的热量，表示氢气燃烧的热化学方程式为___________，氢气的燃烧热为___________kJ•mol-1。
(3)我国科学家利用计算机模拟了甲醇(CH3OH)与水在铜基催化剂上的反应机理和能量图如图：
①反应I的△H___________0(填“<”“>”或“=”)，反应Ⅱ的活化能是___________kJ•mol-1。
②在相同条件下反应I的反应速率___________(填“<”“>”或“=”)反应Ⅱ的反应速率。
③写出反应Ⅱ的热化学方程式___________。
(4)取30mL0.5mol•L-1H2SO4溶液与50mL0.5mol•L-1NaOH溶液于小烧杯中，用如图所示：装置进行中和反应反应热的测定实验。
①仪器a的名称是___________。
②若实验中测得中和热数值总是偏小，可能的原因是___________(答出一条即可)。
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