资源简介

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化学反应的方向、限度与速率
第二章
2.3化学反应的速率
章节脉络
化学反应历程
化学反应速率
第二章
化学反应的方向、
限度与速率
2.2化学反应的限度
2.1化学反应的方向
2.3化学反应的速率
2.4化学反应条件的优化
——工业合成氨
反应条件对化学反应速率的影响
反应条件对化学反应
速率的影响
核心素养目标
1. 宏观辨识与微观探析
从宏观层面观察温度等条件改变时化学反应中物质变化、颜色改变、气泡产生速率等现象，定量分析反应速率变化；从微观角度运用有效碰撞理论和过渡态理论，解释条件改变对分子能量、碰撞频率、活化分子数及反应路径的影响，建立系统认知。
2. 证据推理与模型认知
构建反应速率影响因素分析模型，能运用模型预测多条件协同变化时的速率趋势，解释复杂体系中条件改变对速率的影响规律。
3. 科学探究与创新意识
围绕反应速率影响因素设计探究实验方案，合理控制变量、分析误差；针对工业生产或生活场景，尝试提出通过优化反应条件调控速率的创新策略，培养实践操作与创新设计能力。
学习重难点
重点：
1. 掌握浓度、压强、温度、催化剂等反应条件对化学反应速率的影响规律，能够通过实验现象和数据直观呈现影响结果。
2. 理解有效碰撞理论和过渡态理论，能用其解释各反应条件改变影响化学反应速率的微观本质。
难点：
1. 剖析多个反应条件同时改变时，对化学反应速率产生的综合影响，准确判断主导因素及各因素间的协同或制约关系。
2. 理解催化剂改变反应速率的特殊路径，掌握催化剂选择性与反应速率、反应方向的内在联系，并应用于复杂反应体系分析。
课前导入
对于很多反应，增大反应物的浓度可以提高化学反应的速率。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？
浓度对化学反应速率
的影响
PART 01
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。
在c(HI)一定时，c(H2O2)增大一倍，反应速率 v 提高一倍；
浓度对化学反应速率的影响
c(H2O2)一定时，c(HI)增大一倍，反应速率 v 也提高一倍；
其反应速率与c(H2O2)、c(HI)成正比。
浓度对化学反应速率的影响
由上述实验数据可以发现：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。
上述关系可表示为：
v = k c(H2O2)·c(HI)
式中：k 称为反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率。
浓度对化学反应速率的影响
反应速率常数与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快。
一些化学反应的速率与参与反应物质的浓度的关系
温度对化学反应速率
的影响
PART 02
温度对化学反应速率的影响
范托夫曾总结出一条近似规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10K，反应速率提高到原来的2~4倍。
温度会影响反应速率常数，从而影响化学反应速率。
H2+Cl· HCl+H·
对于H2+Cl2===2HCl的某一基元反应：
Cl·与 H2 分子碰撞
活化能
活化能的存在是化学反应通常需要获得能量才能实际发生的原因。
不同的基元反应活化能大小不同，因此化学反应速率不同。
活化能越高，反应越难发生。
过渡态
温度对化学反应速率的影响
对于基元反应来说：
升高温度是提供反应所需能量的一种有效手段。
升温可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，因此升高温度可以提高化学反应的速率。
T↑，化学反应速率
温度对化学反应速率的影响
对于复杂反应的活化能：
情况就不像基元反应单一，通过表中数据可以发现，各反应的活化能相差很大。正是由于反应的活化能不同，所以温度对不同反应的反应速率的影响不同。
温度对化学反应速率的影响
对活化能本质的认识
100 多年来，为了正确认识活化能并从理论上进行计算，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。
基元反应碰撞理论认为，化学反应之所以能发生，是反应物分子之间互相碰撞的结果，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之间的碰撞，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。
温度对化学反应速率的影响
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。
反应物
过渡态
反应产物
过渡态是反应过程中具有最高能量的一种结构状态，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。
温度对化学反应速率的影响
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：
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-1 或 kJ·mol-1 。
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。
温度对化学反应速率的影响
催化剂对化学反应速率的影响
PART 03
催化剂对化学反应速率的影响
催化剂对化学反应速率有怎样的影响？
与其他因素相比，催化剂的影响程度如何？为什么？
催化剂对化学反应速率的影响
催化剂的概念
(1)催化剂是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。
(2)催化剂的活性与自身成分、粒径、合成方法、压强、温度等有关。催化剂发挥作用一般需要维持在活性温度范围内。此外，有些物质的存在会使催化剂明显失效，这种现象称为催化剂中毒。
催化剂对化学反应速率的影响
催化剂改变反应历程
降低反应活化能
加快化学反应速率
臭氧分解反应以及氯自由基催化臭氧分解反应
过程中的能量变化示意图
催化剂对化学反应速率的影响
银催化剂能加快第一个反应（主反应），而对第二个反应（副反应）影响较小。根据这一特性，可以通过选择催化剂来调控反应，使生成环氧乙烷的反应加快，从而提高这种重要的化工原料的生产效率。
课堂小结
温度
化学反应速率
反应条件对化学反应速率的影响
浓度
反应速率表达式
基元反应
复杂反应
反应速率与参与反应物质浓度的关系
对活化能本质的认识
阿伦尼乌斯公式
催化剂的概念
催化剂对反应速率的影响
随堂训练
1. 在一密闭容器中充入1 mol H2和1 mol I2，压强为p Pa，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＜0，改变下列条件能加快化学反应速率的是（ ）
A.保持容器容积不变，向其中加入1 mol N2(N2不参加反应)
B.保持容器容积不变，向其中加入1 mol H2(g)
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)
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)
B
随堂训练
2. 过渡态理论认为：化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞完成的。在反应物分子生成产物分子的过程中，首先生成一种高能量的活化配合物，高能量的活化配合物再进一步转化为产物分子。按照过渡态理论，NO2(g)＋CO(g)=== CO2(g)＋NO(g)的反应历程如下，下列有关说法正确的是（ ）
A.第二步活化配合物之间的碰撞一定
　是有效碰撞
B.活化配合物的能量越高，第一步的
　反应速率越快
C.第一步反应需要吸收能量
D.该反应的反应速率主要取决于第二步反应
C
随堂训练
3. 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，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大
A
随堂训练
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)
A
随堂训练
5. 科学家结合实验与计算机模拟结果，研究出了均相催化的思维模型。下列说法正确的是( )
总反应：A＋B―→AB(K为催化剂)
反应①：A＋K―→AK　Ea1
反应②：AK＋B―→AB＋K　Ea2
A.第①步为快反应，第②步为慢反应
B.升高温度使反应①的速率加快，反应②的速率减慢
C.该反应的ΔH＝－Ea kJ·mol－1
D.催化剂增大了活化分子百分数，加快了反应速率
D
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