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化学反应的速率
第一课时
化学反应是有历程的 化学反应速率
1.温度对化学平衡的影响：升高温平衡向__________ 反应方向移动;降低温度，平衡向________ 反应方向移动。
2.浓度对化学平衡的影响：增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向________方向移动，减小生成物浓度或增大反应物浓度，平衡向________方向移动。
复习回顾
吸热
放热
正反应
逆反应
3.压强对化学平衡的影响：增大压强，化学平衡向________________________方向移动，减小压强，化学平衡向____________________方向移动。
气态物质系数减小
气态物质系数增大
根据有关计算可知，在常温、常压下，反应∶2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)
其化学平衡常数的数量级高达1083，表明反应正向进行的趋势极大。
联想质疑
但是，在常温、常压下，即使经过几千年，氢气和氧气的混合气也不会发生反应生成水，而将混合气点燃时反应却在爆鸣声中瞬间完成。这说明，在研究化学反应时，只关注反应的方向和限度是不够的，还要考虑化学反应的速率。
描述化学反应快慢的物理量
化学反应速率
化学反应的速率千差万别，有的进行得极其缓慢，如聚乙烯塑料的降解反应，需要上百年才能完成;有的一触即发瞬间完成，如氢气和氧气的爆炸反应;更多的则介于二者之间。100多年来，科学家进行了大量的研究，正在逐步揭开化学反应速率之谜。
请仔细阅读所给材料，针对以下问题与同学们交流研讨
1.你对“化学反应是有历程的”这一说法有哪些认识
2.造成化学反应速率千差万别的原因是什么
研究表明，氢气和氧气的混合气体在点燃或有催化剂存在的条件下，可以发生爆炸式反应生成液态水。这个看似简单的化学反应实际上是具有历程的，大约要经历 12步反应才能完成。以下列出主要的四步反应:
H2 2H·
点燃或催化剂
H·+O2 ·OH+O·
0·+H2 ·OH+H·
·OH+H2 H2O＋H·
基元反应
微粒H·、·OH和O·存在未成对电子，它们称为自由基（H·和O·也称为自由原子）。自由基的反应活性很强，寿命极短。
当温度为 700 ℃、氧气的压强为 10 Pa 时，H,在催化剂的催化作用下生成 H·，而一个H·通过与其他分子反应，在0.3s内就可以产生10个H·;H·的产生又可以引发体系内其他的反应，整个过程进行得非常快，瞬间就能达到化学平衡。但是在常温、常压下，如果无催化剂存在，体系中没有引发反应的H·，该反应则慢得测不出其速率
结论：大多数化学反应都是分几步完成的，其中能够一步完成的反应称为基元反应。
一.化学反应是有历程的
基元反应构成的反应序列（又称反应机理），
基元反应的总和
由几个基元反应组成的总反应
反应物一步直接转化为生成物的，总反应就是基元反应。
1.复杂反应的化学方程式是总反应的化学方程式，它只能表示出反应物和生成物以及它们之间的化学计量关系，不能表示反应历程。
2.反应不同，反应历程就不相同;同一反应在不同条件下的反应历程也可能不同
注意
化学反应是如何进行的 长期以来，一直是个谜。飞秒化学是以飞秒为时间标度研究化学反应详细过程的化学前沿领域。
飞秒化学
化学反应，实质上就是旧化学键的伸长、断裂和新化学键的生成过程，是反应物获得能量形成过渡态，再生成产物的过程，其中每一个过程所用时间大都在皮秒（1ps=10-12s）和飞秒（1fs=10-15s）量级。要实现对反应过程的检测，必须使用时间标度为飞秒量级的手段，如超短脉冲激光技术。
1999年度诺贝尔化学奖获得者艾哈迈德·泽维尔首先使用飞秒超快"摄像机"——超短脉冲激光技术对化学反应过程进行研究，为化学反应的动态过程"拍照"，使人们能像观看"慢动作"那样观察处在化学反应过程中的原子和分子的转变。
有人评价，如果说伽利略发明的望远镜使远处的物体变得更近更大，那么泽维尔使用的激光技术则是对准了分子世界，对准了当代科学前沿。
目前，人们不仅利用飞秒探测技术研究简单的化学反应过程，而且正在试图利用这一技术探索复杂的化学反应过程，并已将目光移向光合作用、视觉的基元过程等生命科学中的尖端问题。飞秒化学开创了化学的新世纪。
我国在飞秒激光器的研究方面已达到国际水平。
活动探究
化学反应速率的表示方法
问题二：怎样定量地表示化学反应速率
c(HC1)/(mol·L-1) 2.0 1.5 1.0
m(Mg)/g
n(Mg)/mol
t/min
反应速率v
实验结果记录
1.根据所得实验数据，你认为应该怎样表示该化学反应的速率 请将计算结果填入表中。
可以用单位时间内某物质浓度、质量或物质的量等的改变量（取绝对值）来表示该物质的化学反应速率。
思考交流
2.如果分别用单位时间内盐酸浓度的减小、氯化镁浓度的增大来表示该化学反应的速率，需要哪些数据 二者在数值上相等吗 为什么
浓度变化量、时间；对于一个具体的化学反应，用不同的反应物或生成物表示的化学反应速率的数值往往不相同，用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。
3.盐酸浓度的改变对该化学反应的速率产生了怎样的影响
盐酸浓度减小，反应速率变慢
1.含义 描述化学反应进行快慢的物理量。
2.表示方法
(1)对于反应体系体积不变的化学反应,可以用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示该物质的化学反应速率。
二.化学反应速率
(2)表达式:v=　 　。
3.常用单位

mol·L-1·s-1
mol·L-1·min-1
在密闭容器中，合成氨的反应，刚开始时氮气为8mol/L与氢气的浓度为20mol/L，5min后，测得容器内剩余的氮气的浓度为6mol/L。用N2、H2、NH3的浓度变化表示的反应速率。
反应前C 8 20 0
△C 2 6 4
5min末C 6
迁移应用
思考：以上三者数值是否相等？是否矛盾？有何规律？
vmol/(L·min) 0.4 1.2 0.8
结论：在同一个反应中，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数（系数）之比，即：
v(N2 )： v(H2 )： v(NH3 )= 1 ：3 ：2
(1)同一反应选用不同物质的浓度改变量表示速率,数值可能不同,但表示的意义相同。
(2)在同一化学反应中,用各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。
4.用不同物质表示的反应速率之间的关系
(3)对任意一个化学反应aA+bB=dD+eE,化学反应速率为
1、反应4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 在5L的密闭容器中进行，30s后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率可表示为( )
A、v(O2)=0.01 mol/(L·s) B、v (NO)=0.008 mol/(L·s)
C、v (H2O)=0.003 mol/(L·s )
D、v (NH3)=0.002 mol/(L·s )
C D
2、在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是（ ）
（A）υ(H2)=0.1 mol·L-1·min-1 （B）υ(N2)=0.2 mol·L-1·min-1
（C）υ(NH3)=0.15 mol·L-1·s-1 （D）υ(H2)=0.3 mol·L-1·min-1
B
3、某温度时，在2L容器中，x、y、z三种物质随时间的变化曲线如图所示。由图中数据分析，该反应的化学方程式是：____________，反应开始至2min，z的平均速率是___________________________ 。
0.05mol/(L·min)
3x+y 2z
y
x
z
时间/min
0.9
0.7
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
物质的量mol
1 2 3 4 5
（1）反应速率均为正数，没有负数
（2）反应速率是一段时间内的平均速率，不是瞬时速率
（3）不同的物质表示的同一反应的反应速率，其数值不一定相等，其数值之比等于化学方程式的计量数之比
特别强调
（4）固体和纯液体的浓度视为常数（保持不变），即不用固体物质与液体物质表示反应速率。
（5）用化学反应速率来比较不同反应进行得快慢或同一反应在不同条件下反应的快慢时，应选择同一物质来比较。
(1)定义式法
利用公式v= ， 计算化学反应速率。
(2)关系式法
利用化学反应速率之比=物质的量浓度变化量之比=化学计量数之比。
5.反应速率的计算
(3)“三段式”法
①求解化学反应速率计算题的一般步骤:
a.写出有关反应的化学方程式。
b.找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
c.根据已知条件列方程计算。
②计算中注意以下量的关系:
a.对反应物:c(起始)-c(转化)=c(某时刻)
b.对生成物:c(起始)+c(转化)=c(某时刻)
c.转化率= ×100%
【典例】将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合,并在一定条件下发生如下反应:2A(g)+B(g) 2C(g),若经2 s后测得C的浓度为0.6 mol·L-1,则下列说法中错误的是(　　)
A.用物质A表示反应的平均速率为0.3 mol·L-1·s-1
B.用物质B表示反应的平均速率为0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s时物质A的转化率为30%
D.2 s时物质B的浓度为0.7 mol·L-1
B
【解析】解题时先利用所给条件列出“三段式”:
　　　　　　　　　　 2A(g)　+　B(g) 2C(g)
起始浓度/(mol·L-1) 2 1 0
2 s内变化浓度/(mol·L-1) 0.6 0.3 0.6
2 s时浓度/(mol·L-1) 1.4 0.7 0.6
依据化学反应速率的定义可知
v(A)= =0.3 mol·L-1·s-1;
同理可知:v(B)=0.15 mol·L-1·s-1;
2 s时A的转化率= ×100%=30%;
2 s时B的浓度为0.7 mol·L-1;即B项错误。
测定化学反应速率的关键是测定某一时间间隔内反应体系中某物质浓度的变化。物质的某些物理性质（如压强、体积、吸光度、电导率等）与其物质的量或浓度存在函数关系，因此人们常用物理方法，通过准确而快速地测定反应物或生成物浓度的变化来确定化学反应速率。
5.反应速率的测定方法
量气法测定化学反应速率
化学
反应
化学反应是
有历程的
基元反应
复杂反应
简单反应
反应历程
化学反应速率
定义
公式及计算
比较及测定
课堂小结
第二课时
浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响
1. _____________ 和 ___________ 决定着一个反应的反应历程，而反应历程的差别又造成了 ______________________ 的不同。
2.化学反应速率的表达式 ，单位 。
3.在同一个反应中，各物质的反应速率之比等于方程式中的______________________ 之比。
知识回顾
反应物的结构
反应条件
化学反应速率
化学计量数
mol·L-1·s-1
mol·L-1·min-1
对于很多反应，增大反应物的浓度可以提高化学反应速率。例如，铁丝在空气中加热只能变得红热，而在充满氧气的集气瓶中点燃则可以剧烈燃烧、火星四溅。那么，反应物的浓度与化学反应的速率之间存在着定量关系吗
联想质疑
在298K时，实验测得溶液中的反应H2O2+2HI=2H2O＋I2在不同浓度时的速率。
交流研讨
请与同学们交流研讨∶
1.找出化学反应速率与H2O2浓度、HI浓度之间的关系，并尝试写出相应的数学表达式。
2.针对"化学反应速率与反应物浓度的关系"发表自己的看法。
结论
在HI浓度一定时，H2O2浓度每增大一倍，反应速率就提高一倍;在H2O2，浓度一定时，HI浓度每增大一倍，反应速率也提高一倍。
v=kc(H2O2)c(HI)
反应速率常数
反应速率常数——K
1.含义：单位浓度下的化学反应速率
2.意义：反应速率常数越大，反应进行得越快。
3.影响因素：
与浓度无关，受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
结论：根据化学反应速率与反应物浓度的关系式，可以清楚地判断反应物浓度的改变对化学反应速率的影响。
一个化学反应的速率与参与反应的物质的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。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。
说明：
一些化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系
化学反应 反应速率与参与反应物质的浓度的关系式
H2＋Cl2==2HCl
H2＋I2==2HI（气体反应） v=kc(H2)c(I2)
CO＋NO2==CO2+NO v=kc2(NO2)
一般规律：增大反应物的浓度加快化学反应速率，
减小反应物的浓度减慢化学反应速率。
压强对化学反应速率的影响
三、浓度对化学反应速率的影响
（1） 对于有气体参加或气体生成的反应，在其他条件一定时，压强与浓度成正比，增大压强加快化学反应速率增大，减小压强减慢化学反应速率。
（2） 对于只涉及液体和固体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。
温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率。因此，可以通过研究温度对反应速率常数的影响来了解温度对化学反应速率的影响。
一些反应在298K 和308K 时的反应速率常数之比
交流研讨
请根据表中数据与同学们交流研讨∶
1.温度对化学反应速率有怎样的影响
温度对化学反应速率的影响是多种多样的。
对于大多数反应，温度升高化学反应速率加快，但加快的程度不同。
2.升高相同温度，对不同化学反应的反应速率的影响程度一样吗
不同的化学反应的活化能不同，
所以温度对反应速率的影响不同。
活化能：过渡态的能量与反应物的能量之差
意义：化学反应通常需要获得一定能量（活化能）才能实际发生。
影响：不同反应活化能不同，反应速率不同。活化能越高，反应越困难。
基元反应H2＋Cl·=HCl＋H·活化能示意图
过渡态
活化能
H-H键断裂
H-Cl键形成
100多年来，为了正确认识活化能的科学意义，并力争从理论上进行计算，科学家一直在进行探讨，提出了若干个化学反应速率理论。其中，最著名的是基元反应碰撞理论和基元反应过渡态理论。
追根寻源
基元反应碰撞理论认为，化学反应之所以能发生，是反应物分子碰撞的结果，但只有能量超过某一限度Ec（相当于活化能）并满足一定方向要求的活化分子间的碰撞，才是真正发生反应的有效碰撞。
这个理论解释了温度、活化能对化学反应速率的影响。例如，低温时，活化分子少，有效碰撞少，化学反应速率就低;高温时，活化分子多，有效碰撞多，化学反应速率就高。又如，活化能高，能量超过活化能的活化分子少，有效碰撞少，化学反应速率就低。
基元反应过渡态理论认为，基元反应在从反应物到产物的变化过程中要经历一个中间状态，这个状态称为过渡态。
AB＋C→[A…B…C]→A＋BC
反应物 过渡态 产物
过渡态是处在反应过程中具有最高能量的一种分子构型，过渡态能量与反应物的平均能量的差值相当于活化能。实验研究已证实过渡态确实存在。
阿伦尼乌斯公式
1889年，阿伦尼乌斯在大量实验的基础上，提出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式∶
追根寻源
式中∶k为反应速率常数;A为比例系数;e为自然对数的底;R为理想气体常数;Ea为活化能，单位为J·mol或kJ·mol-'。
该经验公式表明，当Ea>0时，升高温度，反应速率常数增大，化学反应速率随之提高。由该公式还可知，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提高的倍数不同的原因。
一些化学反应的活化能
规律：升高温度加快化学反应速率，
降低温度减慢化学反应速率。
四、温度对化学反应速率的影响
升高温度
提高反应物分子能量
增大反应物间的碰撞频率
增大反应物形成过渡态比例
加快化学反应速率
一些化学反应使用催化剂前后的活化能及反应速率常数之比
交流研讨
观察臭氧分解反应的历程，思考催化剂是如何降低反应活化能，改变反应速率常数的？
观察思考
臭氧分解反应的历程
平流层中的氯氟烃为什么会对臭氧层产生破坏作用 这是由于氯氟烃光解产生的氯自由基的催化作用改变了臭氧分解反应的历程，降低了反应的活化能，加快了臭氧的分解反应。
催化剂：
能改变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。
五、催化剂对化学反应速率的影响
催化原理：
（1）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。
催化剂特点：
催化剂可以较大幅度地降低反应的活化能，从而非常有效地提高化学反应速率。
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具有催化作用。
化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。
影响化学反应
速率的因素
增大反应物的浓度加快化学反应速率，减小反应物的浓度减慢化学反应速率。
有气体参加的反应，增大压强加快反应速率，减小压强减慢反应速率。
升高温度，加快反应速率，降低温度，减慢反应速率。
使用催化剂，降低反应活化能，加快反应速率。
课堂小结

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