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高二化学教案:《影响化学反应速率的因素及图像分析》教学设计

来源:学科网 2018-11-18 19:39:59

  一、复习回顾

  知识结构框架

  二、知识梳理

  课程引入:

  上节课我们学习了化学反应速率,这堂课我们重点来学习影响反应速率的因素。

  考点1:影响化学反应速率的因素以及微观解释:

  1.决定因素(内因):反应物的性质。

  2.条件因素(外因)

  (1)浓度对化学反应速率的影响。

  其他条件不变时,增大反应物的浓度,可以增大反应速率;减小反应物的浓度,

  可以减小化学反应的速率。

  注意:此规律只适用于气体或溶液的反应,对于纯固体或液体的反应物,一般情况下其浓度是常数,因此改变它们的量不会改变化学反应速率。

  原因:在其他条件不变时,对某一反应来说,活化分子百分数是一定的,所以当反应物的浓度增大时,单位体积内的分子数增多,活化分子数也相应的增多,反应速率也必然增大。

  (2)压强对化学反应速率的影响。

  结论:对于有气体参加的反应,若其他条件不变,增大压强,反应速率加快;减小压强,反应速率减慢。

  原因:对气体来说,若其他条件不变,增大压强,就是增加单位体积的反应物的物质的量,即增加反应物的浓度,单位体积内活化分子数增多,因而可以增大化学反应的速率。

  对于气体反应体系,充入“惰性气体”时反应速率变化情况:

  ①恒容时:充入“惰性气体” 总压增大,但各物质浓度不变,反应速率不变。

  ②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。

  (3)温度对化学反应速率的影响。

  结论:其他条件不变时,升高温度,可以增大反应速率,降低温度,可以减慢反应速率。

  原因:①浓度一定时,升高温度,分子的能量增加,从而增加了活化分子的数量,反应速率增大。

  ②温度升高,使分子运动的速率加快,单位时间内反应物分子间的碰撞次数增加,反应速率也会相应的加快。前者是主要原因。

  ③阿伦尼乌斯方程:k===Ae –Ea/RT (Ea表示活化能)

  该方程表明:当Ea>0时,升高温度,反应速率常数增大,化学反应速率加快。

  Ea值越大,改变温度对反应速率的影响程度就越大,这就是升高相同温度时不同化学反应的速率增加的倍数不同的原因。

  (4)催化剂对化学反应速率的影响。

  结论:催化剂可以改变化学反应的速率。正催化剂:能够加快反应速率的催化剂。

  负催化剂:能够减慢反应速率的催化剂。如不特意说明,指正催化剂。

  原因:在其他条件不变时,使用催化剂可以大大降低反应所需要的能量,会使更多的反应物分子成为活化分子,大大增加活化分子百分数,因而使反应速率加快。

  ①催化剂是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。由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变,反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应,又包括使催化剂再生成的反应。

  ②催化剂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。催化剂不能改变化学反应的平衡常数,不能改变平衡转化率。

  ③催化剂具有选择性,某种催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂,但对其他反应就不一定有催化作用。

影响[来

外因

单位体积内[

有效碰撞次数o

化学反应速率[

分子总数

活化分子数

活化分子百分数

增大反应物浓度

增加

增加

不变

增加

加快

增大压强

增加

增加

不变

增加

加快

升高温度

不变

增加

增大

增加

加快

使用催化剂

不变

增加

增大

增加

加快

  (5)其他因素

  如光照、反应物固体的颗粒大小、电磁波、超声波、溶剂的性质等,也会对化学反应的速率产生影响。

  考点3:外界条件对化学反应速率影响的规律

  解释化学反应速率快慢的链条思维:活化能→活化分子→有效碰撞→化学反应速率。

  三、例题精析

  【例题1】在一定温度下,密闭容器内进行如下反应:3Fe(s)+4H2O(g)===Fe3O4(s)+4H2(g),下列判断正确的是(    )

  A.保持体积不变,增加Fe的量,反应速率加快

  B.将容器的体积缩小一半,反应速率加快

  C.保持体积不变,充入Ne使体系压强增大,反应速率加快

  D.保持压强不变,充入Ne使容器的体积增大,反应速率不变

  【答案】B

  【解析】本题考查浓度与反应速率的关系。由于固体的浓度为常数,增加铁的量,反应速率几乎无影响;容器体积缩小,相当于增大气体的浓度,反应速率加快;体积不变的情况下,充入不参与反应的气体,反应物和生成物的浓度不变,速率不变;压强不变,充入不参与反应的气体使体积增大,由于反应物和生成物的浓度减小,速率减小。

  【例题2】已知:Na2S2O3+H2SO4===Na2SO4+SO2↑+S↓+H2O,下列各组实验中,反应速率最快的是(    )

组号

反应温度/℃

Na2S2O3

H2SO4

H2O体积/mL

体积/mL

浓度/(mol·L-1)

体积/mL

浓度/(mol·L-1)

A

10

5

0.2

5

0.1

10

B

10

5

0.1

5

0.1

10

C

30

5

0.1

5

0.1

10

D

30

5

0.2

5

0.2

10

  【答案】D

  【解析】本题主要比较温度和浓度对化学反应速率的影响。溶液混合后总体积都相同,从温度方面判断C、D的反应速率大于A、B的反应速率;从浓度方面判断,A、D的反应速率大于B、C的反应速率。所以反应速率最快的为D。

  【例题3】(2016?进贤县校级模拟)反应C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(    )

  ①增加C的量

  ②将容器的体积缩小一半

  ③保持体积不变,充入N2使体系压强增大?????

  ④保持压强不变,充入N2使容器体积变大.

  A.①④           B.②③

  C.①③           D.②④

  【答案】C

  【解析】①因浓度越大,化学反应速率越快,但是固体量的增减不影响反应速率,所以增加C(s)的量,反应速率不变,故①选;②将容器的体积缩小一半,反应体系中物质的浓度增大,则化学反应速率增大,故②不选;③保持体积不变,充入氮气,氮气不参与反应,反应体系中的各物质的浓度不变,则反应速率不变,故③选;④保持压强不变,充入氮气,使容器的体积变大,反应体系中各物质的浓度减小,则反应速率减小,故④不选;故选C。

  四、课堂练习

  【基础】

  1. 一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示,下列描述正确的是(    )

  A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol/(L·s)

  B.反应开始时10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 mol/L

  C.反应开始时10 s,Y的转化率为79.0%

  D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g)Z(g)

  【答案】C

  【解析】化学反应速率的有关图像。计算出X、Y减少的物质的量,Z增加的物质的量,然后根据速率的计算公式计算出答案。

  2. 在一定条件下,可逆反应:N2+3H22NH3(正反应放热)达到平衡,当单独改变下列条件后,下列有关叙述错误的是(    )

  A.加催化剂,v正、v逆都发生变化且变化的倍数相等

  B.加压,v正、v逆都增大,且v正增大倍数大于v逆增大倍数

  C.降温,v正、v逆都减小,且v正减小倍数大于v逆减小倍数

  D.加入氩气,v正、v逆都增大,且v正增大倍数小于v逆增大

  【答案】 CD

  【解析】催化剂能同倍程度改变v正、v逆,A正确。加压,v正、v逆均增大,且向正反应方向移动,v正> v逆,B正确。降温,v正、v逆均减小,且向正反应方向移动,v正> v逆,C错误。加入氧气,如恒温、恒容,平衡不移动,v正、v逆不变化,如恒温、恒压,平衡向逆反应方向移动,v正、v逆均减小,且v正< v逆,D错误。

  【巩固】

  3. 与发生氧化还原反应生成和的速率如图所示,已知这个反应速率随着溶液中的增大而加快。

  (1)反应开始时,反应速率加快的原因是      。

  (2)反应后期时,反应速率下降的原因是      。

  【答案】(1)开始发生反应,随增大,加快。

  (2)反应进行至时,因C(反应物)减小,且反应使也减小,则减慢。

  【解析】由于与反应随增大而加快,首先写出二者反应的化学方程

  式(或离子方程式:)可见反应后有生成。

  4. 丙酮和碘在酸性溶液中发生如下反应: CH3COCH3+I2 → CH3COCH2I +H++I—。25℃时,该反应的速率由下列经验式决定:υ== k·c(CH3COCH3)·c(H+),式中k==2.73×10—5L/(mol·s)。

  又知开始时c(I2)==0.01mol/L ,c(CH3COCH3)==0.1mol/L,c(H+)==0.01mol/L。问25℃时,当溶液中的I2反应掉一半时,反应速率比开始时是快还是慢?

  【答案】反应速率加快了

  【解析】由反应速率的经验式直接计算两个条件下的反应速率即可作答。反应开始时,

  υ(始)==2.73×10—5L/(mol·s)·0.1mol/L·0.01mol/L==2.73×10—8mol/L·s

  当溶液中的碘消耗一半时,根据反应方程式可知,c(CH3COCH3)==0.1mol/L—0.01mol/L×1/2==0.095mol/L

  c(H+)==0.01mol/L+0.01mol/L×1/2==0.015mol/L

  υ(终)==2.73×10—5L/(mol·s)·0.095mol/L·0.015mol/L==3.89×10—8 mol/L·s

  υ(终)>υ(始),故反应速率加快了。

  随着反应的进行,反应物的浓度降低,其反应速率应减慢。这是原有知识引发的习惯思维。事实上,与化学反应速率有关的物质及方次(幂指数)是实验测定的结果,突破惯性思维、依据实验事实、探寻客观规律是创造性思维产生和发展的基础。

  【拔高】

  1. 某温度时,在容积为2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据回答:

  (1)反应开始2 min内:v(X)=__________________

  v(Y)= __________________  v(Z)= __________________

  (2)该反应的化学方程式为:_____________________________

  【答案】0.025 mol /(L·s)、0.075 mol /(L·s)mol /(L·s)、0.050 mol /(L·s);X+3Y=2Z。

  【解析】 根据图像,0-2 min内,X的物质的量由1 mol变为0.9 mol,浓度变化为0.1 mol÷2 L=0.05 mol/L,同样可得Y、Z的速率。根据速率之比等于系数之比,可得化学方程式。注意X、Y减小,为反应物,Z增多,为生成物。

  2. 用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,按照相同的物质的量投料,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。下列说法中正确的是(    )

  A.温度:T1>T2>T3

  B.正反应速率:v(A)>v(C) v(B)>v(D)

  C.平衡常数:K(A)>K(C) K(B)=K(D)

  D.平均摩尔质量:M(A)<M(C) M(B)>M(D)

  【答案】C

  【解析】此反应为放热反应,温度越高CO转化率越低,所以T1<T2<T3,v(A)<v(B)<v(C),A、B选项错误,C选项正确;依据平均摩尔质量=,气体总质量不变,依据转化率气体的总物质的量由小到大的顺序为A<B<D<C;D选项错误。

  五、课后作业

  【基础】

  1. 100 mL 3 mol·L-1的硫酸溶液跟过量锌粉反应,在一定温度下,为了减缓反应进行的速率,又不影响生成氢气的总量,可向反应物中加入适量的(    )

  A.Na2CO3固体      B.3 mol·L-1的硫酸

  C.CH3COOK溶液      D.KNO3溶液

  2.在实验Ⅰ和实验Ⅱ中,用定量、定浓度的盐酸与足量的石灰石反应,并在一定的时间内测量反应所放出的CO2的体积。实验Ⅰ用的是块状的石灰石,实验Ⅱ用的是粉末状石灰石。下图中哪个图像能正确反映两种实验的结果(    )

  3.一定温度下,反应N2+O2(    )

  A.缩小体积使压强增大      B.恒容,充入N2

  C.恒容,充入He      D.恒压,充入He

  【巩固】

  1.反应C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(    )

  A.增加H2O的量

  B.将容器的体积缩小一半

  C.保持体积不变,充入N2使体系压强增大

  D.保持压强不变,充入N2使容器体积变大

  2.下列表格中的各种情况,可以用下面对应选项中的图像曲线表示的是(    )

选项

反应

纵坐标

A

外形、大小相近的金属和水反应

反应

速率

Na

K

B

4 mL 0.01 mol·L-1的KMnO4溶液,分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2 mL反应

0.1 mol·L-1的H2C2O4溶液

0.2 mol·L-1的H2C2O4溶液

C

5 mL 0.1 mol·L-1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L-1H2SO4溶液反应

热水

冷水

D

5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2

无MnO2粉末

加MnO2粉末

  3.用3克块状大理石与30毫升3mol/L盐酸反应制取CO2气体,若要增大反应速率,可采取

  的措施是①再加入30毫升3mol/L盐酸 ②改用30毫升6mol/L盐酸 ③改用3克粉末状大理石   ④适当升高温度(    )

  A.①②④           B. ②③④

  C.①③④           D. ①②③

  【提高】

  1.下列说法正确的是(    )

  A.增大压强,活化分子数增多,化学反应速率一定增大

  B.升高温度,活化分子百分数增大,化学反应速率一定增大

  C.加入反应物,使活化分子百分数增大,化学反应速率增大

  D.使用催化剂,降低了反应的活化能,增大了活化分子数,化学反应速率一定增大

  2.将a?g块状碳酸钙跟足量盐酸反应,反应物损失的质量随时间的变化曲线如图中的实线所示,在相同条件下,将b?g?(?a>b?)粉末状碳酸钙与同浓度的盐酸反应,则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是(    )

  3.已知图一表示的是可逆反应CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) ΔH>0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系,图二表示的是可逆反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0的浓度(c)随时间(t)的变化情况。下列说法中正确的是(    )

  A.图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强

  B.图一t2时改变的条件一定是增大了反应物的浓度

  C.图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强

  D.若图二t1时改变的条件是增大压强,则混合气体的平均相对分子质量将减小

  【答案】

  【基础】C   B   C

  【巩固】C   C   B

  【提高】B   C   A

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