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1、2022年魯科版高中化學選修4第二章3節(jié) 化學反應的速率第2課時教學設計1 【教學目標】 1.通過實驗探究溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響，認識其一般規(guī)律。 2.使學生能初步運用有效碰撞、撞碰的取向和活化分子的概念等來解釋濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學反應速率的影響。 3.通過催化劑實際應用的事例，認識其在生產(chǎn)、生活和科學研究領域中的重大作用。 【教學過程】 一、濃 度、 壓 強 對 反 應 速 率 的 影 響 1．定量關系 對反應H2O2＋2HI===2H2O＋I2， v＝kc(H2O2)·c(HI)。 (1)k為反應速率常數(shù)，它表示單位濃度下的化學

2、反應速率。 (2)k值的大小與濃度無關，但受溫度、催化劑、固體表面性質(zhì)等因素的影響。 (3)通常情況下，k值越大，反應進行的越快。 2．濃度對化學反應速率影響的基本規(guī)律 當其他條件相同時，增大反應物的濃度可以提高化學反應速率，減小反應物的濃度可以降低化學反應速率。 3．壓強對化學反應速率影響的規(guī)律 (1)對于氣體反應，壓強與濃度成正比。增大壓強，化學反應速率加快；減小壓強，化學反應速率減慢。 (2)對于只涉及液體和固體的反應，壓強改變對反應速率幾乎沒有影響。 [探究·升華] [思考探究] 反應3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)　ΔH<0；在一容積可

3、變的密閉容器中進行，試回答下列問題： 問題思考： (1)增加Fe的量，化學反應速率是否變化，為什么？ 【提示】　無變化。由于固體或純液體的濃度可視為常數(shù)，所以改變固體或純液體的量，對化學反應速率無影響。 (2)用Fe粉取代Fe粒，加入密閉容器，化學反應速率怎樣變化？為什么？ 【提示】　加快。因為增加固體的表面積能夠加快化學反應速率。 (3)保持體積不變，充入N2使體系壓強增大，化學反應速率怎樣變化？為什么？ 【提示】　不變。因為保持體積不變，充入N2，容器內(nèi)的壓強雖然增大，但反應物的濃度沒有改變，反應速率不變。 (4)保持壓強不變，充入N2使容器的體積增大，化學反應速率怎樣變化

4、？為什么？ 【提示】　減小。因為容器內(nèi)的壓強保持不變，充入N2，容器的容積增大，反應物的濃度減小，化學反應速率減小。 (5)將容器的容積縮小一半，對該可逆反應的正逆反應速率各有什么影響？平衡是否移動？ 【提示】　該反應Δνg＝0，增大壓強，v正、v逆同時增大且v正＝v逆，化學平衡不發(fā)生移動。 二、濃度、壓強對化學反應速率影響的特點 1．濃度 (1)對化學反應速率的影響因素是指物質(zhì)的量濃度；而不是指物質(zhì)的量或反應物的總量。 (2)對于純液體或固體物質(zhì)，可認為其濃度為“常數(shù)”，它們的量的改變不會影響化學反應速率。 2．壓強 對于無氣體參與的化學反應，改變壓強對反應速率無影響；

5、改變壓強時若反應物的濃度不發(fā)生改變，對反應速率無影響。常見的形式有以下幾種情況： (1)恒溫時： 增大壓強體積縮小反應速率增大。 (2)恒溫恒容時： ①充入反應氣體該物質(zhì)濃度增大該反應速率迅速增大。 ②充入“無關氣體”(如He、Ne、Ar等不參與本反應也不干擾本反應的氣體，下同)總壓強增大，但反應混合物的各組分濃度沒有改變，反應速率不變。 (3)恒溫恒壓時： 充入“無關氣體”體積增大反應混合物各組分的濃度減小反應速率減小。 三、溫 度、 催 化 劑 對 化 學 反 應 速 率 的 影 響 1．基本規(guī)律 當其他條件不變時，升高溫度可以加快化學反應速率，降低溫度可以減慢化學

6、反應速率。 2．經(jīng)驗規(guī)律 對于在溶液中發(fā)生的反應，溫度每升高10 K，反應速率增加到原來的2～4倍。利用此經(jīng)驗規(guī)律可以對一些反應的化學反應速率做粗略估計，但適用范圍有限。 3．影響實質(zhì) (1)活化能。如圖是基元反應H2＋Cl===HCl＋H的活化能示意圖。 活化能Ea是過渡態(tài)的能量與反應物的能量之差。 (2)活化能對反應速率的影響。 ①活化能越高，反應越難進行，反應速率越小。 ②升高溫度，可以提高反應物分子的能量，增大反應物分子形成過渡態(tài)的比例，加快反應速率。 教材整理2　催化劑對化學反應速率的影響 1．催化劑 能加快化學反應速率而在反應前后本身的質(zhì)量和化學性質(zhì)不

7、變的物質(zhì)。 2．催化原理 通過參與反應，改變反應歷程、降低反應的活化能來提高化學反應速率。 3．特點 (1)選擇性：只對某一反應或某類反應起催化作用。 (2)高效性：可以較大幅度降低反應的活化能，從而有效地提高化學反應速率。 (3)催化劑不能改變化學反應的平衡常數(shù)，不能改變平衡轉(zhuǎn)化率。 4. [思考探究] 下圖是化學反應過程中能量轉(zhuǎn)化關系示意圖： 圖1　　　　　　　　　　　　圖2 問題思考： (1)圖1中的Ea和Ea′分別表示什么？其大小對反應速率有什么影響？ 【提示】　Ea、Ea′分別表示正、逆反應的活化能。Ea、Ea′越小反應越容易進行，反應越快

8、。 (2)圖2中Ea1、Ea2分別表示什么意義？說明什么？ 【提示】　Ea1表示有催化劑的活化能，Ea2表示無催化劑的活化能。使用催化劑能降低反應所需的活化能，使反應速率增大。 四、溫度、催化劑對反應速率影響的特點 1．溫度 (1)溫度對反應速率的影響規(guī)律，對于吸熱反應、放熱反應都適用，且不受反應物狀態(tài)的限制。 (2)升高溫度，正、逆反應速率均增大，但增大的程度不同；降低溫度，正、逆反應速率均降低，降低的程度也不同。 2．催化劑 (1)催化劑有正、負之分，正催化劑能加快反應速率，負催化劑能減慢反應速率，若不特別說明，均指正催化劑。 (2)催化劑只有在一定溫度下，才能最大

9、限度地發(fā)揮其催化作用。 五、速 率— 時 間 圖 像 [思考探究] 速率—時間圖像的三種變化 圖1　 　　　圖2　　　　　圖3 問題思考： (1)O～t1段：開始時，v正最大，v逆為零，表示反應開始時反應物、生成物的濃度大小關系如何？反應從哪邊開始進行？ 【提示】　反應開始時反應物濃度最大，生成物濃度為0，反應從正反應方向開始進行。 (2)t2～t3段，外界條件發(fā)生了改變，據(jù)圖所示，你能判斷平衡移動的方向嗎？ 【提示】　圖1中v正′＞v逆′，平衡正向移動，圖2中v正′＜v逆′，平衡逆向移動，圖3中v正′＝v逆′，平衡不移動。 (3)推測圖像在t2時刻分別可能改變了什

10、么條件？ 【提示】　圖1與圖2的區(qū)別在于圖2中v正′和v逆′均比原平衡時的速率高，說明外界條件改變的瞬間正反應速率及逆反應速率同時增大，這種改變可能是升高了溫度，也可能是增大了壓強；圖1中在條件改變的瞬間正反應速率發(fā)生突變，逆反應速率則是在原平衡基礎上漸變，這種變化是由于t2時刻增加了反應物的濃度所造成的。圖3在t2時刻直接出現(xiàn)了一條新的橫線l，這表示外界條件是同等程度地加快了正、逆反應速率，平衡沒有移動，條件的改變可能是使用了催化劑，對于反應前后氣體的物質(zhì)的量沒有變化的反應來說，還可能是增大了壓強。 [認知升華] 外界條件改變時影響化學平衡的v-t圖像 平衡體系 條件變化 速率變

11、化 平衡變化 速率變化曲線 任一平衡 體系 ①加入催化劑 v(正)、v(逆)均 增大相同倍數(shù) 平衡不移動 任一平衡體系 ②增大反應物濃度 v(正)、v(逆)均 增大，且v(正)＞v(逆) 正向移動 ③減小反應物濃度 v(正)、v(逆)均 減小，且v(逆)＞v(正) 逆向移動 ④增大生成物濃度 v(正)、v(逆)均 增大，且v(逆)＞v(正) 逆向移動 ⑤減小生成物濃度 v(正)、v(逆)均 減小，且v(正)＞v(逆) 正向移動 正反應方向為氣體體積增大 的放熱反 應 ⑥增大壓強或升高溫度 v(正)、v(逆)均 增

12、大，且v(逆)＞v(正) 逆向移動 ⑦減小壓強或降低溫度 v(正)、v(逆)均 減小，且v(正)＞v(逆) 正向移動 六、【規(guī)律總結(jié)】　　化學反應速率圖像題的解題策略 (1)立足化學方程式(熱效應或氣體物質(zhì)的系數(shù)特點)。 (2)分析圖像的含義(v正、v逆的大小，突變漸變等)。 (3)應用化學反應速率變化的規(guī)律。 七、怎樣掌握影響化學反應速率的因素 影響化學反應速率分為兩個方面的因素，內(nèi)因和外因兩個方面，下面分別論述。 1．內(nèi)因 化學反應所以能夠發(fā)生，是因為組成反應物的分子中各原子間的化學鍵破裂，而重新組成生成物的分子中各原子間的化學鍵。這種鍵的破裂需要能量

13、。因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，所以參加化學反應各物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定反應速率的重要原因。 一般講活化能小于41.8kJ/mol，在反應條件下瞬時完成。例如氫氣和氧氣或氯氣按比例混合后，點燃后迅速完成。 如果活化能大于334.4kJ/mol，例如氮和氫合成氨，即便在合適的條件下反應速率也較慢。 2．外因 (1)反應速率和物質(zhì)體系有關，在不同體系(環(huán)境)內(nèi)，同種物質(zhì)間反應速率也不相同。例如固態(tài)碘化鉀和固態(tài)氯化汞之間的反應速率，就比它們二者在溶液之間反應速率慢很多。這是因為后者發(fā)生了電離，產(chǎn)生了自由移動的離子，而在水溶液中自由移動的離子間進行反應，它的速率是瞬間就能完成的。而固態(tài)中則沒有自由移動的離子。

14、(2)濃度對于化學反應速率的影響：增加濃度，可以增加有效碰撞機會，反應速率與有效碰撞次數(shù)成正比，而有效碰撞次數(shù)與濃度又成正比，所以可以這樣說：化學反應速率與各反應物濃度的乘積成正比。 (3)壓強對化學反應速率的影響：對于有氣體參加的反應，若增加反應物和生成物的壓強，等于濃度增加，則反應速率增大，反之則減小。 (4)溫度對化學反應速率的影響：在濃度一定時，升高溫度，反應物的分子能量增加，使一部分原來能量較低的變成活化分子。從而增加了反應物的有效碰撞次數(shù)，因而增大了反應速率。 一般溫度每提高10℃，化學反應速率增大到原來的2～4倍。因此溫度是影響化學反應速率的重要因素。 (5)催化劑對化學

15、反應速率的影響：使用催化劑能加快反應速率，這是因為催化劑具有降低反應所需活化能的作用，相應地增加了活化分子的百分數(shù)，從而提高有效碰撞的百分率，加快反應速率。使用催化劑，在加快正反應速率的同時，也增加了逆向反應速率。 八、檢測題 1. 下列體系加壓后，對化學反應速率沒有影響的是（ ） A.2SO2＋O2 =2SO3 B.CO＋H2O(氣)= CO2＋H2 C.CO2＋H2O =H2CO3 D.OH－＋H＋＝H2O 2. 在一密閉的容器中充入2mol A和1mol B發(fā)生反應： 2A(g)＋B(g)xC(g)，達到平衡后，C的體積分數(shù)為w％；若維持容

16、器的容積和溫度不變，按起始物質(zhì)的量A：0.6mol、B：0.3mol、C：1.4mol充入容器，達到平衡后，C的體積分數(shù)仍為w％，則x的值為（ ） A．只能為2 B．只能為3 C．可能為2，也可能為3 D．無法確定 3. NO和CO都是汽車尾氣中的有害物質(zhì)，它們能緩慢地起反應，生成N2和CO2。對此反應的下列敘述中正確的是 （ ） A．使用催化劑能加快反應的速率 B．使一種反應物過量能提高反應的速率 C．改變壓強對反應速率沒有影響 D．降低溫度能加快反應速率 4.

17、把下列四種X溶液分別加入四個盛有10ml，2mol/L鹽酸的燒杯中，均加水稀釋到50mL，此時，X和鹽酸緩慢地進行反應，其中反應最快的是 A．10℃ 20mL 3mol/L的X溶液 B．20℃ 30mL 2molL的X溶液 C．10℃ 10mL 4mol/L的X溶液 D．10℃ 10mL 2mol/L的X溶液 5. 對于反應NO2(氣)＋SO2(氣)NO(氣)＋SO3(氣)＋Q，下列敘述正確的是 （ ） A．使用催化劑不能改變反應速率 B．改變壓強對反應速率沒有影響 C．升高溫度能加快反應速率 D．減小壓強會降低反應速率 6. 其它條件不變，升高溫度能增大反應速率的原因是

18、　　 （ ） A．單位體積內(nèi)分子數(shù)增多 　　B．單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多 　　C．單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)增多 　　D．單位體積內(nèi)有效碰撞次數(shù)減少 參考答案 1. 【解析】壓強對沒有氣體參加的反應無影響，B選項有氣體參加反應加壓后平衡不移動，但化學反應速率加大只不過增加的幅度相同。 【答案】D 2. 【解析】這是一道關于在恒溫恒容條件下的等效平衡問題，應該包括兩種情況。若x等于3，則這一反應是一個前后氣體體積不變的類型，因此只要滿足第二種投料方式中按化學計量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與第一種投料方式相等即可達到等效平衡。若x不等于3

19、，則須滿足第二種投料方式通過可逆反應的化學計量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與第一種投料方式完全相等，才能使二平衡等效。正確答案為C。 【答案】C 3. 【解析】該反應的方程式為：2CO＋2NO=N2＋2CO2 這里雖然列出了化學方程式，其實反應速率與化學方程式無關。反應的速率只與濃度、溫度、催化劑有關，氣體的反應還與壓強有關。本題中，B不正確，因為一種皮應物過量并不一定是反應物濃度增加。一種反應物過量只能使另一種反應物轉(zhuǎn)化率提高，不涉及反應的速率問題；C也不正確，對氣體來說，改變壓強必然影響速率；D也不正確，降低溫度只能降低反應速率。 【答案】A 4. 【解析】化學反

20、應的速率隨濃度的增大而加快，隨濃度的降低而減慢。當在其它條件相同的情況下，溫度高化學反應速率快，溫度低化學反應速率慢。分析本題，要比較反應速率的大小，在其它條件不變的情況下，比較速率大小，先比較濃度的大小。此時，濃度必須是混合后的濃度，由于混合后各燒杯中鹽酸濃度相等，所以只要求出X的濃度是最大者反應最快，然后比較溫度的高低。 　　 　　 　 由此可見，混合后A、B選項中x的濃度最大，但是二者溫度不同。A項中10℃，B項中20℃，故選項B中化學反應的速率最大。 【答案】B 5. 【解析】這是一個有氣體物質(zhì)參加的化學反應，因此，濃度、溫度、壓強、催化劑等因素能影響該反應的反應速率。 【答案】C D 6. 【解析】升高溫度，壓強和濃度不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)不變，故A不正確。壓強和濃度雖不變，但升高溫度使一部分分子獲得能量而成為活化分子，所以活化分子百分數(shù)增大，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多，有效碰撞次數(shù)增多，所以BC正確。 【答案】B C