2022年鲁科版高中化学选修4第二章第3节 化学反应的速率第2课时教学设计1

2022年鲁科版高中化学选修4第二章第3节 化学反应的速率第2课时教学设计1【教学目标】1.通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。2.使学生能初步运用有效碰撞、撞碰的取向和活化分子的概念等来解释浓度、压强、温度和催化剂等条件对化学反应速率的影响。3.通过催化剂实际应用的事例，认识其在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。【教学过程】一、浓 度、 压 强 对 反 应 速 率 的 影 响1定量关系对反应H2O22HI=2H2OI2，vkc(H2O2)c(HI)。(1)k为反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率。(2)k值的大小与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。(3)通常情况下，k值越大，反应进行的越快。2浓度对化学反应速率影响的基本规律当其他条件相同时，增大反应物的浓度可以提高化学反应速率，减小反应物的浓度可以降低化学反应速率。3压强对化学反应速率影响的规律(1)对于气体反应，压强与浓度成正比。增大压强，化学反应速率加快；减小压强，化学反应速率减慢。(2)对于只涉及液体和固体的反应，压强改变对反应速率几乎没有影响。探究升华思考探究反应3Fe(s)4H2O(g) Fe3O4(s)4H2(g)H0；在一容积可变的密闭容器中进行，试回答下列问题：问题思考：(1)增加Fe的量，化学反应速率是否变化，为什么？【提示】无变化。由于固体或纯液体的浓度可视为常数，所以改变固体或纯液体的量，对化学反应速率无影响。(2)用Fe粉取代Fe粒，加入密闭容器，化学反应速率怎样变化？为什么？【提示】加快。因为增加固体的表面积能够加快化学反应速率。(3)保持体积不变，充入N2使体系压强增大，化学反应速率怎样变化？为什么？【提示】不变。因为保持体积不变，充入N2，容器内的压强虽然增大，但反应物的浓度没有改变，反应速率不变。(4)保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，化学反应速率怎样变化？为什么？【提示】减小。因为容器内的压强保持不变，充入N2，容器的容积增大，反应物的浓度减小，化学反应速率减小。(5)将容器的容积缩小一半，对该可逆反应的正逆反应速率各有什么影响？平衡是否移动？【提示】该反应g0，增大压强，v正、v逆同时增大且v正v逆，化学平衡不发生移动。二、浓度、压强对化学反应速率影响的特点1浓度(1)对化学反应速率的影响因素是指物质的量浓度；而不是指物质的量或反应物的总量。(2)对于纯液体或固体物质，可认为其浓度为“常数”，它们的量的改变不会影响化学反应速率。2压强对于无气体参与的化学反应，改变压强对反应速率无影响；改变压强时若反应物的浓度不发生改变，对反应速率无影响。常见的形式有以下几种情况：(1)恒温时：增大压强体积缩小反应速率增大。(2)恒温恒容时：充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。(3)恒温恒压时：充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。三、温 度、 催 化 剂 对 化 学 反 应 速 率 的 影 响1基本规律当其他条件不变时，升高温度可以加快化学反应速率，降低温度可以减慢化学反应速率。2经验规律对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率增加到原来的24倍。利用此经验规律可以对一些反应的化学反应速率做粗略估计，但适用范围有限。3影响实质(1)活化能。如图是基元反应H2Cl=HClH的活化能示意图。活化能Ea是过渡态的能量与反应物的能量之差。(2)活化能对反应速率的影响。活化能越高，反应越难进行，反应速率越小。升高温度，可以提高反应物分子的能量，增大反应物分子形成过渡态的比例，加快反应速率。教材整理2催化剂对化学反应速率的影响1催化剂 能加快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催化原理 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。3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。 (3)催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。4. 思考探究下图是化学反应过程中能量转化关系示意图：图1图2问题思考：(1)图1中的Ea和Ea分别表示什么？其大小对反应速率有什么影响？【提示】Ea、Ea分别表示正、逆反应的活化能。Ea、Ea越小反应越容易进行，反应越快。(2)图2中Ea1、Ea2分别表示什么意义？说明什么？【提示】Ea1表示有催化剂的活化能，Ea2表示无催化剂的活化能。使用催化剂能降低反应所需的活化能，使反应速率增大。四、温度、催化剂对反应速率影响的特点1温度(1)温度对反应速率的影响规律，对于吸热反应、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大，但增大的程度不同；降低温度，正、逆反应速率均降低，降低的程度也不同。 2催化剂(1)催化剂有正、负之分，正催化剂能加快反应速率，负催化剂能减慢反应速率，若不特别说明，均指正催化剂。(2)催化剂只有在一定温度下，才能最大限度地发挥其催化作用。五、速 率 时 间 图 像思考探究速率时间图像的三种变化图1 图2图3问题思考：(1)Ot1段：开始时，v正最大，v逆为零，表示反应开始时反应物、生成物的浓度大小关系如何？反应从哪边开始进行？【提示】反应开始时反应物浓度最大，生成物浓度为0，反应从正反应方向开始进行。(2)t2t3段，外界条件发生了改变，据图所示，你能判断平衡移动的方向吗？【提示】图1中v正v逆，平衡正向移动，图2中v正v逆，平衡逆向移动，图3中v正v逆，平衡不移动。(3)推测图像在t2时刻分别可能改变了什么条件？【提示】图1与图2的区别在于图2中v正和v逆均比原平衡时的速率高，说明外界条件改变的瞬间正反应速率及逆反应速率同时增大，这种改变可能是升高了温度，也可能是增大了压强；图1中在条件改变的瞬间正反应速率发生突变，逆反应速率则是在原平衡基础上渐变，这种变化是由于t2时刻增加了反应物的浓度所造成的。图3在t2时刻直接出现了一条新的横线l，这表示外界条件是同等程度地加快了正、逆反应速率，平衡没有移动，条件的改变可能是使用了催化剂，对于反应前后气体的物质的量没有变化的反应来说，还可能是增大了压强。认知升华外界条件改变时影响化学平衡的vt图像平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线任一平衡体系加入催化剂v(正)、v(逆)均增大相同倍数平衡不移动任一平衡体系增大反应物浓度v(正)、v(逆)均增大，且v(正)v(逆)正向移动减小反应物浓度v(正)、v(逆)均减小，且v(逆)v(正)逆向移动增大生成物浓度v(正)、v(逆)均增大，且v(逆)v(正)逆向移动减小生成物浓度v(正)、v(逆)均减小，且v(正)v(逆)正向移动正反应方向为气体体积增大的放热反应增大压强或升高温度v(正)、v(逆)均增大，且v(逆)v(正)逆向移动减小压强或降低温度v(正)、v(逆)均减小，且v(正)v(逆)正向移动六、【规律总结】化学反应速率图像题的解题策略(1)立足化学方程式(热效应或气体物质的系数特点)。(2)分析图像的含义(v正、v逆的大小，突变渐变等)。(3)应用化学反应速率变化的规律。七、怎样掌握影响化学反应速率的因素影响化学反应速率分为两个方面的因素，内因和外因两个方面，下面分别论述。1内因化学反应所以能够发生，是因为组成反应物的分子中各原子间的化学键破裂，而重新组成生成物的分子中各原子间的化学键。这种键的破裂需要能量。因物质结构的不同，所以参加化学反应各物质的结构决定反应速率的重要原因。一般讲活化能小于41.8kJ/mol，在反应条件下瞬时完成。例如氢气和氧气或氯气按比例混合后，点燃后迅速完成。如果活化能大于334.4kJ/mol，例如氮和氢合成氨，即便在合适的条件下反应速率也较慢。2外因(1)反应速率和物质体系有关，在不同体系(环境)内，同种物质间反应速率也不相同。例如固态碘化钾和固态氯化汞之间的反应速率，就比它们二者在溶液之间反应速率慢很多。这是因为后者发生了电离，产生了自由移动的离子，而在水溶液中自由移动的离子间进行反应，它的速率是瞬间就能完成的。而固态中则没有自由移动的离子。(2)浓度对于化学反应速率的影响：增加浓度，可以增加有效碰撞机会，反应速率与有效碰撞次数成正比，而有效碰撞次数与浓度又成正比，所以可以这样说：化学反应速率与各反应物浓度的乘积成正比。(3)压强对化学反应速率的影响：对于有气体参加的反应，若增加反应物和生成物的压强，等于浓度增加，则反应速率增大，反之则减小。(4)温度对化学反应速率的影响：在浓度一定时，升高温度，反应物的分子能量增加，使一部分原来能量较低的变成活化分子。从而增加了反应物的有效碰撞次数，因而增大了反应速率。一般温度每提高10，化学反应速率增大到原来的24倍。因此温度是影响化学反应速率的重要因素。(5)催化剂对化学反应速率的影响：使用催化剂能加快反应速率，这是因为催化剂具有降低反应所需活化能的作用，相应地增加了活化分子的百分数，从而提高有效碰撞的百分率，加快反应速率。使用催化剂，在加快正反应速率的同时，也增加了逆向反应速率。八、检测题1. 下列体系加压后，对化学反应速率没有影响的是（ ）A.2SO2O2 =2SO3 B.COH2O(气)= CO2H2C.CO2H2O =H2CO3 D.OHHH2O2. 在一密闭的容器中充入2mol A和1mol B发生反应： 2A(g)B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：0.6mol、B：0.3mol、C：1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为w，则x的值为（ ）A只能为2B只能为3C可能为2，也可能为3D无法确定3. NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地起反应，生成N2和CO2。对此反应的下列叙述中正确的是 （ ）A使用催化剂能加快反应的速率B使一种反应物过量能提高反应的速率C改变压强对反应速率没有影响D降低温度能加快反应速率4. 把下列四种X溶液分别加入四个盛有10ml，2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50mL，此时，X和盐酸缓慢地进行反应，其中反应最快的是 A10 20mL 3mol/L的X溶液B20 30mL 2molL的X溶液C10 10mL 4mol/L的X溶液D10 10mL 2mol/L的X溶液5. 对于反应NO2(气)SO2(气)NO(气)SO3(气)Q，下列叙述正确的是 （ ）A使用催化剂不能改变反应速率B改变压强对反应速率没有影响C升高温度能加快反应速率D减小压强会降低反应速率6. 其它条件不变，升高温度能增大反应速率的原因是 （ ）A单位体积内分子数增多B单位体积内活化分子数增多C单位体积内有效碰撞次数增多D单位体积内有效碰撞次数减少参考答案1. 【解析】压强对没有气体参加的反应无影响，B选项有气体参加反应加压后平衡不移动，但化学反应速率加大只不过增加的幅度相同。【答案】D2. 【解析】这是一道关于在恒温恒容条件下的等效平衡问题，应该包括两种情况。若x等于3，则这一反应是一个前后气体体积不变的类型，因此只要满足第二种投料方式中按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与第一种投料方式相等即可达到等效平衡。若x不等于3，则须满足第二种投料方式通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与第一种投料方式完全相等，才能使二平衡等效。正确答案为C。【答案】C3. 【解析】该反应的方程式为：2CO2NO=N22CO2这里虽然列出了化学方程式，其实反应速率与化学方程式无关。反应的速率只与浓度、温度、催化剂有关，气体的反应还与压强有关。本题中，B不正确，因为一种皮应物过量并不一定是反应物浓度增加。一种反应物过量只能使另一种反应物转化率提高，不涉及反应的速率问题；C也不正确，对气体来说，改变压强必然影响速率；D也不正确，降低温度只能降低反应速率。【答案】A4. 【解析】化学反应的速率随浓度的增大而加快，随浓度的降低而减慢。当在其它条件相同的情况下，温度高化学反应速率快，温度低化学反应速率慢。分析本题，要比较反应速率的大小，在其它条件不变的情况下，比较速率大小，先比较浓度的大小。此时，浓度必须是混合后的浓度，由于混合后各烧杯中盐酸浓度相等，所以只要求出X的浓度是最大者反应最快，然后比较温度的高低。 由此可见，混合后A、B选项中x的浓度最大，但是二者温度不同。A项中10，B项中20，故选项B中化学反应的速率最大。【答案】B5. 【解析】这是一个有气体物质参加的化学反应，因此，浓度、温度、压强、催化剂等因素能影响该反应的反应速率。【答案】C D6. 【解析】升高温度，压强和浓度不变，单位体积内分子数不变，故A不正确。压强和浓度虽不变，但升高温度使一部分分子获得能量而成为活化分子，所以活化分子百分数增大，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞次数增多，所以BC正确。【答案】B C