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专题2 化学反应速率与化学平衡
/ 影响化学反应速率的因素 /
学习目标
1.理解浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响。
2.能从基元反应过渡理论、基元反应碰撞理论、活化能等角度解释外因对化学反应速率的影响。
温故知新
反应物本身的性质
浓度
压强
温度
催化剂
固体表面积
影响化学反应速率的因素
内因
外因
影响化学反应速率的因素有哪些？
外界因素是如何影响化学反应速率的呢？
一、浓度对反应速率的影响
观察思考
硫代硫酸钠溶液与稀硫酸发生下列反应：
向A、B、C三支试管中各加入2 mL不同浓度的硫代硫酸钠溶液，浓度依次为0.1 mol·L－1、0.05 mol·L－1、0.01 mol·L－1，再同时各加入2 mL 0.2 mol·L－1稀硫酸，观察并比较试管中出现浑浊现象的快慢。
实验现象：
实验结论：
注意：此规律只适用于气体或溶液的反应，不适用纯固体或液体的反应物，因此改变它们的量不会改变化学反应速率。
理论和实验研究表明，其他条件相同时，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。
一、浓度对反应速率的影响
碰撞理论
反应物分子间必须相互碰撞才有可能发生反应，反应速率的大小与单位时间内反应物分子间的碰撞次数成正比。但是，不是每次碰撞都能发生反应。能发生反应的碰撞称为有效碰撞。有效碰撞必须满足两个条件：一是发生碰撞的分子具有足够高的能量，二是分子在一定的方向上发生碰撞。
碰撞理论
分子无规则高速运动
彼此碰撞（每秒约1028次）
有效碰撞
无效碰撞
发生反应
不发生反应
1.分子有足够高的能量
2.分子在一定的方向碰撞
碰撞理论
活化分子：
能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，活化分子具有较高能量。
辨析
能发生有效碰撞的分子 活化分子。
活化分子的碰撞 有效碰撞。
一定是
不一定是
反应物分子中活化分子的百分数越大、单位体积内活化分子数越多，单位时间内有效碰撞的次数越多，化学反应速率越快。
活化分子数
反应物分子总数
活化分子百分数 =
×100%
碰撞理论
活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。
也可认为逆反应的活化能
E1：反应的活化能
E2：活化分子变成生成物分子放出的能量
E1－E2：反应热（ΔH）
活化能越小，普通分子就越容易变成活化分子，反应条件越简单。
①反应物、生成物的能量与活化能的关系
活化能高，反应难；
活化能低，反应易。
②化学反应难易与活化能的关系
许多化学反应的过程较为复杂，反应物往往不是一步转化为生成物的。化学家用最简单的化学反应模型来说明反应发生的过程。反应物分子经过一次碰撞就转化为产物分子的反应，称为基元反应。
许多反应的化学方程式看似简单，却不是基元反应，而是经过两个或多个步骤完成的复杂反应。例如，H2(g)＋I2(g)=2HI(g)，经历了如下两步基元反应：
I2=2I H2＋2I=2HI
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，化学反应速率越小。因此，化学反应速率的理论只适用于基元反应。
基元反应
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—浓度
其它条件不变时
增大反应物浓度
活化分子
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大浓度
增加
增加
增加
加快
不变
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—压强
在化学反应中，若反应物分别以气体、液体或固体三种状态存在，改变反应体系的压强，反应物的浓度是否都发生变化呢？
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—压强
容器的容积不变
压缩体积增大压强
活化分子
规律：当其他条件不变时，对于有气体参加的反应，增大压强(减少容器的容积)相当于增大反应浓度，反应速率加快；减小压强(增大容器的容积)相当于减小反应浓度，反应速率减慢。
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大压强
增加
增加
增加
加快
不变
容器的容积不变
压缩体积或充入气态反应物
活化分子
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—压强
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—压强
恒温恒容通入少量惰性气体
单位体积内活化分子数不变
单位时间有效碰撞次数不变
化学反应速率不变
体积不变，浓度不变
活化分子
容器的容积不变
充入非反应气体
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—压强
恒温恒压通入少量惰性气体
单位体积内活化分子数减小
单位时间有效碰撞次数减小
化学反应速率减小
体积增大，浓度减小
容器内压强不变
充入非反应气体
活化分子
思考：用碰撞理论解释外界条件对反应速率的影响—温度
其它条件不变时
升高温度
活化分子
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数 升高温度
不变
增加
增加
加快
增加
过渡态理论
催化剂是通过降低化学反应所需的活化能来增大反应速率的。如图所示，有催化剂参与的反应，活化能较小，则反应速率较大；而没有催化剂参与的反应，活化能较大，则反应速率较小。
影响 外因 单位体积内 有效碰撞次数 化学反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数 催化剂
不变
增加
增加
加快
增加
跨学科链接
酶是一种特殊的、具有催化活性的生物催化剂，它存在于动物、植物和微生物中。与生命现象关系密切的化学反应大多是酶催化的。
酶的催化作用
通常认为，酶的催化作用是酶与反应物先形成中间化合物，然后中间化合物分解成产物并释放酶（图2-11）。
跨学科链接
与一般非生物催化剂相比，酶的催化作用主要有以下特点：
1. 高效的催化活性。酶的催化效率比非酶催化要高得多。如在人体正常体温时，食物中蛋白质的水解在胃蛋白酶的作用下短时间内就能完成，而在体外需要在浓的强酸或强碱的作用下煮沸相当长时间才能完成。
2. 高度的选择性。一种酶只能催化一种或一类物质的反应。如淀粉酶只能催化淀粉的水解，而不能催化纤维素的水解；尿素酶只能催化尿素的水解，对尿素取代物的水解反应无催化作用。
3. 特殊的温度效应。酶对温度非常敏感。酶催化反应通常在比较温和的条件或常温常压下进行，温度过高会引起酶蛋白变性，从而使酶失去活性。
外界条件对化学反应速率的影响（总结）
影响因素 单位体积内 反应速率
分子总数 活化分子数 活化分子百分数 增大反应物浓度（增大压强）
升高温度
正催化剂
增加
增加
增加
增加
增加
增加
增加
增加
增加
不变
不变
不变
其它因素对反应速率的影响
反应物固体的颗粒大小、电磁波、超声波、形成原电池等，也会对化学反应的速率产生影响。
1.下列条件的变化，是因为降低反应所需的能量而增加单位体积内的反应物活化分子百分数致使反应速率加快的是（ ）
A.增大浓度 B.增大压强
C.升高温度 D.使用催化剂
D
提升训练
2.下列说法中错误的是（ ）
A. 碰撞分子具有足够能量和适当取向时,才能发生化学反应
B.发生有效碰撞的分子一定是活化分子
C.活化分子间的碰撞一定是有效碰撞
D.活化分子间每次碰撞都发生化学反应
E.能发生有效碰撞的分子必须具有相当高的能量
F.活化能指活化分子多出反应物分子能量的那部分能量
G.使用催化剂能改变分子的活化能
H.催化剂能使不起反应的物质间发生反应
C、D、H
提升训练
3.已知反应：2NO(g)+Br2(g) 2NOBr(g) ΔH= a kJ mol 1(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 a kJ/mol
D.增大 Br2(g) 浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
C
提升训练

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