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第二章
化学反应速率与化学反应平衡
第二课时
第一节 化学反应速率
相同条件下，由于反应物的组成、结构和性质等因素，不同的化学反应会有不同的速率，而外界条件(浓度、压强、温度及催化剂等因素)也会影响反应速率。
铁丝在氧气中燃烧
镁条在空气中燃烧
氢气在氯气中燃烧
定量角度分析温度、浓度对化学反应速率是如何影响的？
定量探究浓度、温度对反应速率的影响:
H202+2HI===2H20+I2
（1）为了有更明显的现象，还需要加入什么试剂？
（2）对比实验的数据是？
淀粉，用于显色
溶液由无色变为蓝色的时间
在298K时，实验测得溶液中的反应H202+2HI===2H20+I2在不同浓度时的化学反应速率见表。 实验编号 1 2 3 4 5
c(HI)／mol·L一1 0.100 0.200 0.300 0．100 0.100
c(H202)／mol·L一1 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300
显色时间 30 15 10 15 10
1．请你找出化学反应速率与H202浓度及HI浓度之间的关系，并尝试写出相应的数学表达式。 2．请针对“化学反应速率与反应物浓度的关系”谈谈你的看法。 在HI浓度一定时，H202浓度每增大一倍，反应速率就提高一倍；在H202浓度一定时，HI浓度每增大一倍，反应速率就提高一倍
定量探究浓度、温度对反应速率的影响:
H202+2HI===2H20+I2
V=kc(H2O2)c(HI)
k：反应速率常数，与温度、催化剂正相关
v：反应速率
不能直接根据化学方程式写出反应速率与反应物浓度的关系，而必须通过实验来测定。
阿伦尼乌斯公式
定量探究浓度、温度对反应速率的影响:
H202+2HI===2H20+I2
V=kc(H2O2)c(HI)
阿伦尼乌斯公式
得出什么结论？
大量实验证明，温度每升高 10 ℃，化学反应速率通常增大为原来的 2~4 倍。这表明温度对反应速率的影响非常显著。催化剂也可以改变化学反应速率。对于有气体参加的化学反应，改变压强同样可以改变化学反应速率。
如何解释浓度、压强、温度及催化剂等因素对化学反应速率的影响呢？为什么说化学反应是有历程的？
反应历程(反应机理)（其中四步）：
每一步反应称为基元反应
总反应：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)
基元反应和反应历程
一些说明
从微观上看，反应物分子一般总是经过若干个简单的反应步骤才最终转化为产物分子的。每一个简单的反应都称为一个基元反应。
反应历程是化学中用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应，反应历程又称反应机理。
基元反应
例如：反应2HI H2+I2
反应历程
第一步：2HI H2+2I·
第二步：2I· I2
基元反应和反应历程
一些说明
任何气体中分子间的碰撞次数都是非常巨大的。通常情况下，当气体的浓度为 1 mol/L 时，在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到 1028 次。如果反应物分子间的任何一次碰撞都能发生反应的话，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。
气体分子的碰撞频率
请同学们查看教材P26-HI 分解反应中分子碰撞示意图
简单碰撞理论：反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件，但并不是每次碰撞都能引起反应，只有少数分子碰撞才能发生化学反应。能引发化学反应的碰撞称之为有效碰撞，反应物分子间有效碰撞的频率越高，化学反应速率越大。
吉尔伯特·牛顿·路易斯
如何使分子之间都发生有效碰撞？
投篮那些事
力道不足
——进不去球
取向不对
——进不去球
力道、取向恰好
——进球
基元反应和反应历程
示例：HI 分解反应中分子碰撞示意图
能量不足，碰撞无法发生反应
HI
HI
HI
HI
取向不对，碰撞无法发生反应
HI
HI
HI
HI
有效碰撞，发生反应
H2
I2
HI
HI
基元反应和反应历程
有效碰撞
有效碰撞必须满足两个条件
发生碰撞的分子具有较高的能量
活化
分子
分子在一定方向上发生碰撞
合理
取向
单位时间内，发生有效碰撞的次数越多，反应速率越快
活化分子与活化能
能量
反应物
生成物
反应过程
活化能
E1
E2
活化分子变成生成物分子放出的能量
活化分子比普通分子多具有的能量
具有足够高的能量，能发生有效碰撞的分子
活化分子
反应物分子平均能量
ΔH
有效碰撞
E1：正反应活化能
E2：逆反应活化能
达到活化能才能发生反应，通常需要条件引发
活化分子与活化能
能量
反应物
生成物
反应过程
活化能
E1
活化能越低
越有可能发生有效碰撞
活化分子
ΔH
有效碰撞
反应越容易发生
反应速率越快
反应有多个基元反应组成，其反应速率由速率最慢的决定,即活化能最大的
——慢反应决速步
简单碰撞理论
解释温度对化学反应速率的影响
其它条件不变时
升高温度
活化分子
其它条件不变时，升高温度，单位体积内活化分子的数目增大，单位体积内活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢
其它条件不变时
增大反应物浓度
活化分子
解释浓度对化学反应速率的影响
在其它条件不变时，增大反应物浓度，单位体积内活化分子的数目增大，单位时间内有效碰撞次数增多，化学反应速率加快；反之则慢
简单碰撞理论
【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________
_________________。
不变
纯固体的浓度视为常
数，改变用量不影响化学反应速率
高温
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
解释压强对化学反应速率的影响
容器的容积不变
压缩体积或充入气态反应物
活化分子
在其它条件不变时，增大气体反应体系压强，相当于压缩体积，反应物的浓度增大，单位体积内活化分子数目增大，化学反应速率加快；反之则慢。(有气体反应)
简单碰撞理论
【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________
_________________。
不变
纯固体的浓度视为常
数，改变用量不影响化学反应速率
变大
增大反应物浓度
加快化学反应速率
高温
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
解释压强对化学反应速率的影响
在其它条件不变时，充入非反应气体，压强不变，体积增大，各物质浓度减小，反应速率减慢
活化分子
容器内压强不变
充入非反应气体
简单碰撞理论
【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________
_________________。
不变
纯固体的浓度视为常
数，改变用量不影响化学反应速率
变大
增大反应物浓度
加快化学反应速率
高温
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
变小
保持压强不变，充
入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小
【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________
_________________。
高温
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
不变
纯固体的浓度视为常
数，改变用量不影响化学反应速率
变大
增大反应物浓度
加快化学反应速率
变小
保持压强不变，充
入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小
解释压强对化学反应速率的影响
活化分子
在其它条件不变时，充入非反应气体，压强增大，但各物质浓度不变，反应速率不变
容器的容积不变
充入非反应气体
简单碰撞理论
【例1】在带有活塞的密闭容器中发生如下反应：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改变下列条件化学反应速率如何改变(填“变大”“变小”或“不变”)，阐述理由。
(1)增加铁片的质量(不考虑表面积的变化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容积不变，增加水蒸气的通入量_____，理由_______________
_________________。
高温
(3)保持容器内压强不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容积不变，充入一定量的氩气_____，理由________________
_____________________________________________________________。
不变
纯固体的浓度视为常
数，改变用量不影响化学反应速率
变大
增大反应物浓度
加快化学反应速率
变小
保持压强不变，充
入氩气，容器体积增大，水蒸气的浓度变小，因而化学反应速率变小
不变
充入氩气，反应物和生成物的浓度均不改变，因而化学反应速率不变
容器的容积不变，
观察下图，思考：为什么催化剂对化学反应速率有显著影响？
解释催化剂对化学反应速率的影响
能量
反应物
生成物
活化分子
反应过程
活化能
E1
E2
活化分子变成生成物分子放出的能量
E3
E3：加入催化剂后反应物的活化能
当其他条件相同时，使用催化剂，改变反应历程，活化能降低，活化分子百分数增多，单位体积、单位时间内有效碰撞次数增多→化学反应速率增大
简单碰撞理论
解释催化剂对化学反应速率的影响
能量
反应物
生成物
活化分子
反应过程
活化能
E1
E2
活化分子变成生成物分子放出的能量
E3
E3：加入催化剂后反应物的活化能
简单碰撞理论
由图像还可以看出，催化剂的存在并不改变反应物和生成物的相对能量，即不改变反应热
解释催化剂对化学反应速率的影响
简单碰撞理论
催化剂的特性
催化剂具有选择性，不同反应有不同的催化剂
01
可逆反应中催化剂对正、逆反应的速率改变程度相同
02
催化剂有一定的活化温度，不同催化剂的活化温度不同
03
其他因素对化学反应速率的影响
光辐照
电弧
放射线辐照
强磁场
超声波
高速研磨
总之，向反应体系输人能量，都有可能改变化学反应速率
飞秒化学
飞秒化学是物理化学的一支，研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒(fs， 1 fs=10-15 s) 。在这个极小的时间段里，产生的飞秒激光可以用于检测分子、原子、离子的结构、组成、运动等形成飞秒检测范畴。
始态、过渡态、终态
飞秒激光器
冲刺时间分辨技术
1．控制变量法是化学实验的常用方法之一。下图实验探究影响反应速率的因素是(　　)
A．浓度 B．温度 C．催化剂 D．固体质量
2．下列事实能说明影响化学反应速率的决定性因素是反应物本身性质的是(　　)
A．大小、形状相同的镁片、铁片，前者与盐酸反应放出H2的速率比后者大
B．Cu与浓硝酸反应比与稀硝酸反应快
C. N2与O2在常温、常压下不反应，放电时可反应
D．Cu与浓硫酸能反应，而不与稀硫酸反应
B
A
3．在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＜0。下列说法正确的是(　　)
A．保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2(g)，反应速率加快
B．保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
C．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
D．保持容器内气体压强不变，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，再次平衡时反应速率一定加快
A
4．活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．该反应为吸热反应
B．产物的稳定性：P1>P2
C．该历程中最大正反应的活化能E正＝186.19 kJ·mol－1
D．相同条件下，由中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)C
5．一定条件下，容积为2 L的密闭容器中，将2 mol L气体和3 mol M气体混合，发生如下反应：2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)，10 s末，生成2.4 mol R，并测得Q的浓度为0.4 mol·
L－1。计算：
(1)10 s末L的物质的量浓度为____________。
(2)前10 s内用M表示的化学反应速率为________________。
(3)化学方程式中x值为________。
(4)在恒温恒容条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(5)在恒温恒压条件下，往容器中加入1 mol氦气，反应速率________。
0.2 mol·L－1
0.12 mol·L－1·s－1
1
不变
减小
影响化学反应速率的因素
简单碰撞理论
内因
内容
外因
浓度
压强
温度
催化剂
应用
第一节
化学反应速率
第2课时

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