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基础课时10　影响化学反应速率的因素
学习任务 1．通过实验，从宏观上认识外界因素影响化学反应速率的规律，并能从活化分子的有效碰撞等微观的角度进行分析解释，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。 2．通过建立分析探究外界因素影响化学反应速率的思维模型，即“实验现象→影响规律→理论解释”，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 3．通过定性与定量研究影响化学反应速率的因素，提高学生设计探究方案、进行实验探究的能力，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
一、有效碰撞理论、活化能、活化分子
1．有效碰撞理论
(1)基元反应：大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为基元反应。如2HI===H2＋I2的2个基元反应为2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2。
(2)反应机理：先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。
(3)基元反应发生的先决条件。
基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应。
(4)碰撞理论。
①分子碰撞：化学反应发生的前提是反应物分子间发生碰撞。
②有效碰撞：
(5)活化能和活化分子。
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。
②活化能：活化分子的平均能量与所有分子的平均能量之差称为活化能。
(6)反应物、生成物的能量与活化能的关系图。
2．基元反应发生经历的过程
【特别提醒】　(1)每个基元反应都有对应的活化能，反应的活化能越大，活化分子所占比例越小，有效碰撞的比例也就越小，故化学反应速率越小。
(2)活化分子的百分数越大―→单位体积内活化分数越多―→有效碰撞次数越多―→速率越快。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)活化能大的反应一定是吸热反应。 (×)
(2)发生有效碰撞的分子一定是活化分子。 (√)
(3)有效碰撞次数多，反应速率快。 (×)
(4)基元反应过程中没有任何中间产物生成。 (√)
(5)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化。 (×)
(6)只要条件合适，普通分子之间的碰撞也可能是有效碰撞。 (×)
二、影响化学反应速率的因素
1．浓度对反应速率的影响
(1)实验探究。
实验原理 Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O
实验 操作 A　　　　　B　　　　　　C
实验现象 A中最先出现浑浊，B中其次，C中出现浑浊最晚
实验结论 浓度越大，反应速率越快
(2)影响规律。
其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率增大；减小反应物的浓度，反应速率减小。
(3)理论解释。
反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞概率增多→反应速率加快；反之，反应速率减慢。
【特别提醒】　对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变。
2．压强对反应速率的影响
(1)影响规律。
对于有气体参加的反应，在密闭容器中、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：
增大体系的压强对气体浓度的影响
由图可知：其他条件不变时，增大压强，气体体积减小，浓度增大，化学反应速率加快。
(2)理论解释。
增大压强→气体体积缩小→反应物浓度增大→单位体积内活化分子数增多→单位时间内有效碰撞概率增加→反应速率加快；反之，反应速率减慢。
【特别提醒】　压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度。
(1)恒容下充入稀有气体，气体压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。
(2)恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。
3．温度对反应速率的影响
(1)实验探究。
实验原理 2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O
实验操作 第一支　　　第二支 第三支
实验现象 溶液紫红色褪去所需时间长短：第一支>第二支>第三支
实验结论 反应物的温度越高，反应速率越快
(2)影响规律：其他条件相同时，升高温度，反应速率增大；降低温度，反应速率减小。
(3)理论解释：升高温度→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞次数增多→反应速率增大；反之，反应速率减慢。
【特别提醒】　一般而言，温度对反应速率的影响比浓度、压强等对反应速率的影响要大，也更容易控制。
4．催化剂对反应速率的影响
(1)实验探究。
原理 2H2O22H2O＋O2↑
实验操作 A　　　　　 B　　　　　　　C
实验 现象 A试管中有气泡产生；B试管中迅速产生大量气泡；C试管中只观察到有少量气泡产生
结论 MnO2和FeCl3溶液对H2O2分解都有催化作用，但MnO2催化作用较强，加入合适的催化剂能加快化学反应速率
(2)影响规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率增大。
(3)理论解释：使用催化剂→改变了反应的路径，反应的活化能降低→活化分子的百分数增大→单位时间内有效碰撞概率增加→反应速率加快。
(4)特点。
①选择性：只对某一反应或某类反应起催化作用。
②高效性：可以较大幅度降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
【特别提醒】　(1)催化剂有正、负之分，一般情况下的催化剂是指正催化剂。
(2)催化剂有选择性，不同的化学反应的催化剂不相同，催化剂具有一定的活化温度。
(3)催化剂对可逆反应的正、逆反应的速率影响相同。
5．其他因素对反应速率的影响
除了改变反应物的浓度、压强、温度和使用催化剂能改变反应速率外，许多方法也能改变反应速率。增大反应物间的接触面积，反应速率会随之增大。此外，光、电磁波、超声波等因素也会对反应速率产生影响。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)增加固体反应物的质量，化学反应速率增大。 (×)
(2)任何反应，增大压强，反应速率一定增大。 (×)
(3)恒温恒容密闭容器中发生全为气体的反应，若容器总压强增大，则反应速率一定增大。 (×)
(4)升高温度，吸热反应速率会加快而放热反应速率会减慢。 (×)
(5)锌与稀硫酸反应，稀硫酸的浓度越大，产生H2的速率越快。 (×)
(6)催化剂在反应过程中会参与反应，但反应前后自身的质量与化学性质不变。 (√)
浓度、温度、催化剂对反应速率的影响
材料1　一辆汽车行驶速率的决定因素是什么？影响因素是什么？
内在决定因素：汽车的性能(如电动、混动或者燃油汽车；排量的不同等)。
外在影响因素：天气、路况、燃料质量、司机的驾驶水平和经验……
材料2　在(1)中，运动员没有提供足够的能量，球没有落入篮筐；在(2)中，球虽然具有足够的能量，但没有合适的取向，球也没有落入篮筐；在(3)中，球具有足够的能量和合适的取向，球落入篮筐，这与导致发生化学反应的分子间碰撞类似。
[问题1]　结合材料2中的三个图片进行分析，阐述活化分子与有效碰撞的关系。
提示：(1)中篮球相当于普通分子，不能发生有效碰撞；(2)、(3)中篮球相当于活化分子，其中(2)中篮球相当于发生无效碰撞，不能发生化学反应，(3)中篮球相当于发生有效碰撞，能发生化学反应。
[问题2]　发生有效碰撞的条件是什么？
提示：碰撞力度大——分子必须具有足够高的能量；碰撞角度合适——满足一定方向要求。也就是说，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，而活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞。
[问题3]　如图为某学生设计的“不同条件下H2O2分解速率”的探究实验方案。
甲　　　　　乙　　　　　丙
丁　　　　　戊　　　　　　己
可以进行哪些对照实验？
提示：丙→丁，温度升高；丙→戊，加催化剂。则通过观察丙、丁和戊的反应，可以判断温度和催化剂对化学反应速率的影响。
甲→丙，浓度增大；甲→乙，温度升高。则通过观察甲、乙和丙的反应，可以判断浓度和温度对化学反应速率的影响。
甲→丙，浓度增大；甲→己，加催化剂；则通过观察甲、丙和己的反应，可以判断浓度和催化剂对化学反应速率的影响。
浓度、温度、催化剂对化学反应速率影响的深化理解
1．浓度
(1)固体或纯液体的浓度为常数，所以增加其用量时，化学反应速率不变。
(2)增大固体的表面积或将固体溶于一定溶剂，能增大化学反应速率。
2．温度
温度对反应速率的影响规律，对吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。升温时，化学反应速率增大；降温时，化学反应速率减小。
3．催化剂
(1)催化剂的使用与反应过程的能量变化。
加入催化剂改变反应的历程，降低反应所需的活化能，反应体系中活化分子百分数提高，使反应速率显著增大，但不改变反应过程中的反应热，能量变化如图。
(2)催化剂能改变化学反应的速率，但反应前后质量和化学性质不发生改变，催化剂具有选择性，不同的反应有不同的催化剂。
(3)若催化剂是酶，要注意酶只有在温和条件下催化效果才最好，若温度过高，则酶会失去活性，无催化作用。
1．下列有关化学反应速率的说法正确的是(　　)
A．C与CO2反应生成CO时，增加C的量能使反应速率增大
B．等质量的锌粉和锌片与相同体积、相同物质的量浓度的盐酸反应，反应速率相等
C．SO2的催化氧化是一个放热反应，所以升高温度，反应速率减小
D．汽车尾气中的NO和CO可以缓慢反应生成N2和CO2，使用催化剂可以增大该化学反应的速率
D　[C是固体，增加C的量不影响化学反应速率，A不正确；锌粉的表面积大，反应速率大，B不正确；升高温度，吸热反应、放热反应的速率均增大，C不正确；催化剂可以增大反应速率，D正确。]
2．相同温度条件下，将下列4种不同浓度的NaHCO3溶液，分别加入到4个盛有20 mL 0.06 mol·L-1盐酸的烧杯中，并加水稀释至50 mL，NaHCO3溶液与盐酸反应产生CO2的速率最大的是(　　)
A．20 mL，0.03 mol·L-1
B．20 mL，0.02 mol·L-1
C．10 mL，0.04 mol·L-1
D．10 mL，0.02 mol·L-1
A　[混合后氢离子浓度相同，四种溶液中的大小决定产生CO2速率的大小。混合后的浓度A项最大，故选A。]
压强对反应速率的影响
在一密闭容器中充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)。该密闭容器有一个可移动的活塞(如图)。
[问题1]　向下压缩活塞，各物质浓度怎样变化，反应速率怎样变化？
提示：压缩体积，H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度均增大，反应速率加快。
[问题2]　如果保持温度和容器容积不变，向其中充入稀有气体He，增大压强，反应速率怎样变化？
提示：容积不变，则H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度不变，化学反应速率不变。
[问题3]　保持温度和容器内压强不变，向其中充入稀有气体He，H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度怎样变化？化学反应速率怎样变化？
提示：温度、压强不变，充入He，必然要增大容器体积，使H2(g)、I2(g)、HI(g)浓度减小，化学反应速率减慢。
压强对反应速率影响的深化理解
1．对于没有气体参与的化学反应，由于改变压强，物质的浓度变化很小，可忽略不计，对化学反应速率无影响。
2．对于有气体参加的反应。
①恒温时：
压缩体积压强增大反应物浓度增大化学反应速率增大。
②恒温、恒容时：
充入反应物气体压强增大→反应物浓度增大化学反应速率增大；
充入“无关”气体压强增大→反应物浓度不变→化学反应速率不变。
③恒温、恒压时：
充入“无关”气体→压强不变体积增大反应物浓度减小化学反应速率减小。
压强是否影响化学反应速率，取决于是否影响反应物的浓度。
(1)恒容下充入稀有气体，气体压强增大，但反应物浓度不变，故反应速率不变。
(2)恒压下充入稀有气体，气体压强不变，但体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小。
1．在C(s)＋CO2(g) 2CO(g)的反应中，现采取下列措施：①缩小体积，增大压强、②增加碳的量、③恒容下通入CO2、④恒容下充入N2、⑤恒压下充入N2，其中能够使反应速率增大的措施是(　　)
A．①④　B．②③⑤　C．①③　D．①②④
C　[①该反应为有气体参加的反应，增大压强，反应速率加快；②增加固体物质的量不影响化学反应速率；③恒容下通入CO2，反应物浓度增大，反应速
率加快；④恒容下充入N2，反应物的浓度不变，反应速率不变；⑤恒压下充入N2，反应体系体积增大，反应物的浓度减小，反应速率减小。本题选C。]
2．在一个容积可变的密闭容器中发生反应：3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)。
回答下列问题：
(1)增加Fe的量，正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)将容器容积缩小一半，正反应速率________，逆反应速率________。
(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，正反应速率__________，逆反应速率________。
(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，正反应速率____________，逆反应速率________。
[解析]　(1)Fe为固体，因此增加Fe的量，反应速率不变。
(2)将容器容积缩小一半，体系中各气态物质的浓度均增大，正反应速率和逆反应速率都增大。
(3)保持容器容积不变，充入N2使体系压强增大，体系中各物质的浓度不变，正反应速率和逆反应速率均不变。
(4)保持压强不变，充入N2使容器容积增大，体系中各气态物质的浓度均减小，正反应速率和逆反应速率均减小。
[答案]　(1)不变　(2)增大　增大
(3)不变　不变　(4)减小　减小
1．下列说法中错误的是(　　)
A．对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加，因而化学反应速率增大
B．活化分子之间发生的碰撞一定是有效碰撞
C．升高温度，可使反应物分子中活化分子的百分数增大，从而增大化学反应速率
D．加入适宜的催化剂，可使反应物分子中活化分子的百分数增大，从而增大化学反应速率
B　[活化分子之间发生的碰撞不一定都是有效碰撞。]
2．已知反应：2NO(g)＋Br2(g) 2NOBr(g)ΔH＝ (a＞0)，其反应机理如下
①NO(g)＋Br2(g) NOBr2(g)　快，
②NO(g)＋NOBr2(g) 2NOBr(g)　慢。
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A．该反应的速率主要取决于①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能小
D．增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
C　[反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；由于该反应为放热反应，说明反应物的总能量高于生成物的总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小，故C正确；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故D错误。]
3．硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应的化学方程式为Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋SO2↑＋S↓＋H2O，下列各组实验中最先出现浑浊的是(　　)
实验 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O
V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL
A 25 5 0.1 10 0.1 5
B 25 5 0.2 5 0.2 10
C 35 5 0.1 10 0.1 5
D 35 5 0.2 5 0.2 10
D　[当有多个外界条件时，要对比找出其相同条件和不同条件，然后比较判断。影响化学反应速率的因素很多，本题从浓度和温度两个因素考查，结合选项知混合液体积都为20 mL，根据浓度越大、温度越高，反应速率越快，可以推知D选项正确。]
4．控制变量法是研究化学变化规律的重要思想方法。请仔细观察表中50 mL稀盐酸和1 g碳酸钙反应的实验数据：
实验序号 碳酸钙状态 c(HCl)/(mol·L-1) 溶液温度/℃ 碳酸钙消失时间/s
反应前 反应后
1 粒状 0.5 20 39 400
2 粉末 0.5 20 40 60
3 粒状 0.6 20 41 280
4 粒状 0.8 20 40 200
5 粉末 0.8 20 40 30
6 粒状 1.0 20 40 120
7 粒状 1.0 30 50 40
8 粒状 1.2 20 40 90
9 粒状 1.2 25 45 40
分析并回答下列问题：
(1)该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应，反应的离子方程式为____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)实验6和7表明，__________对反应速率有影响，__________，反应速率越快，能表明同一规律的实验还有__________(填实验序号)。
(3)根据实验1、3、4、6、8可以得出条件对反应速率的影响规律是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)本实验中影响反应速率的其他因素还有____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________，
能表明这一规律的实验序号是1和2与________________。
[解析]　(1)根据表中溶液在反应前、后的温度可知，该反应为放热反应，离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2+＋CO2↑＋H2O。(2)实验6和7的差别为反应溶液的温度，据表可知，在其他条件相同时，温度越高，CaCO3消失时间越短，反应越快，同理实验8和9也说明这点。(3)实验1、3、4、6、8的差别为c(HCl)不同，且可以得出其他条件相同时，c(HCl)越大，CaCO3消失得越快，反应越快。(4)实验1和2，4和5两组差别仅为CaCO3的状态，从而得出其他条件相同时，反应物的接触面积不同，反应速率不同。
[答案]　(1)放热　CaCO3＋2H＋===Ca2+＋CO2↑＋H2O
(2)温度　温度越高　8和9　(3)在其他条件相同时，反应物浓度越大，反应速率越大　(4)固体反应物的接触面积　4和5
基础课时固基练(10)　影响化学反应速率的因素
1．下列说法正确的是(　　)
A．活化分子发生碰撞即发生化学反应
B．升高温度会增大反应速率，原因是增大了活化分子的碰撞次数
C．某一反应的活化分子的百分数是一个定值
D．活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞
D　[只有活化分子发生有效碰撞才能发生化学反应，温度升高，分子的能量增大，活化分子的百分数增大，化学反应速率增大，活化分子的碰撞次数增多只是化学反应速率增大的次要因素，故选D。]
2．2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)　ΔH＝，在V2O5存在时，该反应的机理为V2O5＋SO2―→2VO2＋SO3(快)　4VO2＋O2―→2V2O5(慢)。
下列说法正确的是(　　)
A．反应速率主要取决于V2O5的质量
B．VO2是该反应的催化剂
C．逆反应的活化能大于198 kJ·mol-1
D．增大SO2的浓度可显著提高反应速率
C　[由反应机理可得，V2O5是该反应的催化剂，催化剂的质量不是影响化学反应速率的主要因素，A、B项错误；ΔH＝正反应的活化能－逆反应的活化能＝－198 kJ·mol-1，所以逆反应的活化能大于，C项正确；使用催化剂可以显著提高反应速率，增大SO2的浓度可以提高反应速率(不是显著提高)，D项错误。]
3．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)在密闭容器中进行，下列措施不能改变化学反应速率的是(　　)
A．缩小容器容积使压强增大
B．恒容，充入N2
C．恒容，充入He
D．恒压，充入He
C　[A项，缩小容器容积，各物质的浓度增大，反应速率增大，不符合题意；B项，恒容，充入氮气，氮气的浓度增大，反应速率增大，不符合题意；C项，恒容，充入惰性气体，对参加反应的各物质的浓度无影响，反应速率不改变，符合题意；D项，恒压，充入惰性气体，容器的容积增大，参与反应的各物质的浓度减小，反应速率减小，不符合题意。]
4．下列措施能增大化学反应速率的是(　　)
A．钠与水反应增大水的用量
B．将稀硫酸改为98%的浓硫酸与锌反应制取氢气
C．在硫酸溶液与氢氧化钠溶液反应时，增大压强
D．恒温恒容条件下，在合成氨反应中增加氮气的量
D　[增大水的用量对Na与水的反应速率无明显影响，A项错误；改为浓硫酸后将得不到H2，B项错误；无气体参与和生成的反应，压强的变化对化学反应速率无明显影响，C项错误；增大反应物的浓度可以加快反应速率，D项正确。]
5．某温度下，体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g) Z(g)＋W(s)　ΔH＞0，下列叙述正确的是(　　)
A．在容器中加入氩气，反应速率不变
B．加入少量W，逆反应速率增大
C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．将容器的体积压缩，可增加活化分子的百分数，有效碰撞次数增加
A　[在容器中加入氩气，压强增大，但参与反应的物质的浓度不变，所以反应速率不变，A项正确；W是固体，所以加入少量W，正、逆反应速率均不变，B项不正确；升高温度，正、逆反应速率均增大，C项不正确；将容器的体积压缩，可增大单位体积内活化分子数，有效碰撞次数增多，反应速率增大，但活化分子的百分数不变，D项不正确。]
6．(素养题)某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴单质的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：
实验序号 初始浓度/(mol·L-1) 溴单质颜色消失所需时间/s
CH3COCH3 HCl Br2
① 0.80 0.20 0.001 0 290
② 1.60 0.20 0.001 0 145
③ 0.80 0.40 0.001 0 145
④ 0.80 0.20 0.002 0 580
分析实验数据所得出的结论不正确的是(　　)
A．增大c(CH3COCH3)，v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)，v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
D　[本题考查反应速率概念，意在考查学生对反应速率概念的理解(速率的计算)及实验数据的处理能力。①、②两组数据中HCl初始浓度相同，而②中CH3COCH3初始浓度大，而溴单质颜色消失所需时间②的短，得出②的v(Br2)大，故A正确；②、③中Br2的初始浓度相同，颜色消失[即c(Br2)为0时]所用时间相同，故v(Br2)相同；①、③两组数据中CH3COCH3初始浓度相同，而③中HCl初始浓度大，且③颜色消失所用时间少，故③的v(Br2)大，C正确；①、④两组数据中CH3COCH3、HCl初始浓度相同，而①的v(Br2)为v(Br2)＝0.001 0 mol·L-1÷290 s≈3.45×10-6 mol·L-1·s-1，④的v(Br2)为v(Br2)＝÷580 s≈3.45×10-6 mol·L-1·s-1，可见v(Br2)是相同的，故D错误。]

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