2021届高三化学一轮复习《化学反应速率及影响因素中知识的归纳与应用》教学设计

《化学反应速率及影响因素中知识的归纳与应用》教学设计
目标要求
1.知道化学反应速率的表示方法，通过实验探究了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。

2.知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响；知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。

一、化学反应速率的概念和计算： 1．含义
化学反应速率是用来衡量化学反应快慢的物理量。

2．常用表示方法及计算
3．化学反应速率与化学计量数的关系
同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能不同，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的化学计量数之比。

如在反应a A(g)＋b B(g)
c C(g)＋
d D(g)中，存在v (A)∶v (B)∶v (C)∶v (D)＝a ∶b ∶c ∶d 。

4．化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式” (1)写出有关反应的化学方程式。

(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。

(3)根据已知条件列方程式计算。

例如：反应 m A(g) ＋ n B(g)
p C(g)
起始浓度/mol·L －
1 a b c 转化浓度/mol·L －
1 x
nx m px
m
某时刻浓度/mol·L －
1 a －x b －nx m c ＋px m
判断：
(1)对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显(×)
(2)对于任何化学反应来说，都必须用单位时间内反应物或生成物浓度的变化量来表示化学反应速率(×) 解析 对于一些化学反应也可以用单位时间内某物质的质量、物质的量、体积、压强的变化量来表示化学反应速率。

(3)单位时间内反应物浓度的变化量表示正反应速率，生成物浓度的变化量表示逆反应速率(×)
(4)化学反应速率为0.8 mol·L －1·s －1是指1 s 时某物质的浓度为0.8 mol·L －
1(×)
(5)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同(√) (6)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越快(×)
例题
1．对于可逆反应A(g)＋3B(s)2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应
速率最快的是( )
A ．v (A)＝0.5 mol·L －
1·min －1
B ．v (B)＝1.2 mol·L －1·s －1
C ．v (D)＝0.4 mol·L －1·min －1
D ．v (C)＝0.1 mol·L －1·s －1
答案 D
解析 本题可以采用归一法进行求解，通过方程式的化学计量数将不同物质表示的反应速率换算成同一物质表示的反应速率进行比较，B 物质是固体，不能表示反应速率；C 项中对应的v (A)＝0.2 mol·L －
1·min －
1；D 项中对应的v (A)＝3 mol·L －
1·min －
1。

2．已知4NH 3(g)＋5O 2(g)===4NO(g)＋6H 2O(g)，若化学反应速率分别用v (NH 3)、v (O 2)、v (NO)、v (H 2O)(单位：mol·L －
1·s －
1)表示，则下列关系正确的是( )
A.4
5
v (NH 3)＝v (O 2) B.5
6
v (O 2)＝v (H 2O) C.2
3v (NH 3)＝v (H 2O) D.4
5
v (O 2)＝v (NO) 答案 D
解析 该反应中v (NH 3)∶v (O 2)∶v (NO)∶v (H 2O)＝4∶5∶4∶6，根据上述关系分析选项，推知D 项正确。

3．把0.3 mol X 气体和0.4 mol Y 气体混合于2 L 密闭容器中，使它们发生如下反应：4X(g)＋5Y(g)===n Z(g)＋6W(g)，2 min 末生成0.3 mol W 。

若测知Z 的浓度变化表示的反应速率为0.05 mol·L －
1·min －
1。

计算： (1)前2 min 内用Y 的浓度变化表示的反应速率为 mol·L －
1·min －
1。

(2)化学方程式中n 的值是 。

(3)X 的转化率为 。

答案 (1)0.062 5 (2)4 (3)66.7% 解析 列出三段式：
4X(g)＋5Y(g)===n Z(g)＋6W(g) 起始量/mol 0.3 0.4 0 0 变化量/mol 0.2 0.25 0.05n 0.3 2 min 末量/mol 0.1 0.15 0.05n 0.3 (1)v (Y)＝0.25 mol 2 L×2 min ＝0.062 5 mol·L －1·min －1。

(2)v (Z)＝
0.05n mol 2 L×2 min
＝0.05 mol·L －1·min －
1，
解得n ＝4。

(3)X 的转化率为：0.2 mol
0.3 mol
×100%≈66.7%。

总结
1．化学反应速率计算的一般方法
(1)定义式法：找出各物质的起始量、某时刻量，求出转化量，利用定义式v ＝Δc Δt ＝Δn
V ·Δt 来计算。

(2)用已知物质的反应速率，计算其他物质表示的反应速率——关系式法。

化学反应速率之比＝物质的量浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。

2．比较反应速率大小的常用方法
(1)换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。

(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应a A ＋b B===c C ＋d D ，比较v A a 与v B
b ，
若
v A a ＞v B
b
，则A 表示的反应速率比B 的大。

错误!未找到引用源。

二、影响化学反应速率的因素 1．内因
反应物本身的性质是主要因素。

如相同条件下Mg 、Al 与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg ＞Al 。

2．外因
(1)实验Ⅰ：定性探究影响化学反应速率的外界因素 实验原理
Na 2S 2O 3＋H 2SO 4===Na 2SO 4＋SO 2↑＋S↓＋H 2O 2H 2O 2=====催化剂
2H 2O ＋O 2↑ 实验方案设计
影响因素
实验步骤
实验现象
实验结论
浓度
均出现浑浊，但后者出现浑浊更快
增大浓度，化学反应速率增大
温度
混合后均出现浑浊，但
70 ℃热水一组首先出现
浑浊
升高温度，化学反
应速率增大
催化剂前者无明显现象，后者
出现大量气泡
催化剂能加快化学
反应速率
(2)实验Ⅱ：反应速率的定量测定和比较
实验步骤①取一套装置(如图所示)，加入40 mL 1 mol·L－1的硫酸和锌粒，测量收集10 mL H2所需的时间。

②取另一套装置，加入40 mL 4 mol·L－1的硫酸和锌粒，测量收集10 mL H2所需的时间。

实验现象锌与稀硫酸反应产生气泡(写现象)，收集10 mL气体，②所用时间比①所用时间短。

实验结果
加入试剂
反应时间
(填“长”或“短”)
反应速率
(填“快”或“慢”)
40 mL 1 mol·L－1硫酸长慢
40 mL 4 mol·L－1硫酸短快
实验结论 4 mol·L－1硫酸与锌反应比1 mol·L－1硫酸与锌反应的速率快。

注意事项①锌的颗粒(即表面积)大小基本相同；②40 mL的稀硫酸要迅速加入；③装置气密性良好，且计时要迅速准确；④气体收集可以用排水量气装置(如图所示)代替。

实验讨论除本实验测定反应速率的方法外，可行的方案还有(至少填两种)：
①测定一定时间内产生的H2的体积；
②测定一段时间内H＋的浓度变化；
③测定一段时间内锌粒的质量变化。

(3)压强对化学反应速率的影响
①研究对象——气体模型的理解
对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比。

如图所示：
由图可知：其他条件不变时，增大压强，气体体积缩小，浓度增大。

②影响规律
对于有气体参加的化学反应，在相同温度下，增大压强(减小容器容积)，反应速率增大；减小压强(增大容器容积)，反应速率减小。

(4)其他影响化学反应速率的因素：如光辐照、放射线辐照、超声波、电弧、强磁场、高速研磨等。

总之，向反应体系输入能量，都有可能改变化学反应速率。

3．用图像表示浓度、温度、压强对化学反应速率的影响
图像图像分析
(1)其他反应条件一定，化学反应速率随反应物浓度增大而
增大
(2)其他反应条件一定，化学反应速率随温度的升高而增大
(3)有气体参加的反应，化学反应速率随着压强增大而增大
(4)有气体参加的反应，化学反应速率随着容器体积的增大
而减小
(5)分别在较低温度和较高温度下反应，化学反应速率随着
压强的增大及温度的升高而增大
4.理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。

②活化能：如图
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。

(注：E2为逆反应的活化能)
③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。

(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
注：稀有气体对反应速率的影响
A(g)＋B(g)C(g)，恒温恒容，充入氦气，对反应速率有何影响？恒温恒压，充入氦气，对反应速率又有何影响？
例：一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)=2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。

(1)缩小体积使压强增大：__________，原因是_________________________________
________________________________________________________________________。

(2)恒容充入N2：__________。

(3)恒容充入He：__________，原因是_______________________________________
________________________________________________________________________。

(4)恒压充入He：__________。

答案(1)增大单位体积内，活化分子数目增加，有效碰撞的次数增多，因而反应速率增大(2)增大(3)不变单位体积内活化分子数不变，因而反应速率不变(4)减小
判断：
(1)催化剂都不参加化学反应(×)
(2)升高温度时，不论正反应是吸热还是放热，正、逆反应的速率都增大(√)
(3)一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜能够提高反应速率(√)
(4)已知反应A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)的ΔH>0，升高温度可缩短达到平衡的时间(√)
(5)碳酸钙与盐酸反应的过程中，再增加CaCO3固体，可以加快反应速率(×)
(6)增大反应体系的压强，反应速率一定增大(×)
(7)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大(×)
(8)加热使反应速率增大的原因之一是活化分子百分数增大(√)
(9)100 mL 2 mol·L－1盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变(×)
例题
1．10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是()
A．K2SO4溶液B．CH3COONa溶液
C．CuSO4溶液D．Na2CO3溶液
答案AB
解析K2SO4溶液对盐酸起稀释作用，使反应速率降低，但不影响H＋的总物质的量，故不影响生成H2的物质的量，A正确；CH3COONa溶液中的CH3COO－结合盐酸中的H＋生成弱酸CH3COOH，降低了H＋浓度，随着反应的进行，CH3COOH又逐渐电离出H＋，不影响H＋的总物质的量，故不影响生成H2的物质的量，B正确；CuSO4会与Zn发生置换反应，铜附着在Zn表面，形成原电池，加快产生氢气的速率，C错误；Na2CO3与HCl发生反应2H＋＋CO2－3===H2O＋CO2↑，减小了H＋的总物质的量，虽然能够降低反应速率，但同时也减少了氢气的总量，D错误。

4．已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为
H2O2＋I－―→H2O＋IO－慢
H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－快
下列有关该反应的说法正确的是()
A．反应速率与I－浓度有关B．IO－也是该反应的催化剂
C．反应活化能等于98 kJ·mol－1 D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
答案 A
解析A项，将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，该反应中I－作催化剂，其浓度的大小将影响该反应的反应速率；B项，该反应中IO－是中间产物，不是该反应的催化剂；C项，反应的活化能表示一个化学反应发生所需要的最小能量，分解1 mol H2O2放出98 kJ热量，不能据此判断该反应的活化能；D项，由反应速率与对应物质的化学计量数的关系可知v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)。

总结：
绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随温度升高，反应速率逐渐增大，物质转化效率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。