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第二章
化學反應速率與化學反應平衡
第二課時
第一節 化學反應速率
相同條件下，由于反應物的組成、結構和性質等因素，不同的化學反應會有不同的速率，而外界條件(濃度、壓強、溫度及催化劑等因素)也會影響反應速率。
鐵絲在氧氣中燃燒
鎂條在空氣中燃燒
氫氣在氯氣中燃燒
定量角度分析溫度、濃度對化學反應速率是如何影響的？
定量探究濃度、溫度對反應速率的影響:
H202+2HI===2H20+I2
（1）為了有更明顯的現象，還需要加入什么試劑？
（2）對比實驗的數據是？
淀粉，用于顯色
溶液由無色變為藍色的時間
在298K時，實驗測得溶液中的反應H202+2HI===2H20+I2在不同濃度時的化學反應速率見表。 實驗編號 1 2 3 4 5
c(HI)／mol·L一1 0.100 0.200 0.300 0．100 0.100
c(H202)／mol·L一1 0.100 0.100 0.100 0.200 0.300
顯色時間 30 15 10 15 10
1．請你找出化學反應速率與H202濃度及HI濃度之間的關系，并嘗試寫出相應的數學表達式。 2．請針對“化學反應速率與反應物濃度的關系”談談你的看法。 在HI濃度一定時，H202濃度每增大一倍，反應速率就提高一倍；在H202濃度一定時，HI濃度每增大一倍，反應速率就提高一倍
定量探究濃度、溫度對反應速率的影響:
H202+2HI===2H20+I2
V=kc(H2O2)c(HI)
k：反應速率常數，與溫度、催化劑正相關
v：反應速率
不能直接根據化學方程式寫出反應速率與反應物濃度的關系，而必須通過實驗來測定。
阿倫尼烏斯公式
定量探究濃度、溫度對反應速率的影響:
H202+2HI===2H20+I2
V=kc(H2O2)c(HI)
阿倫尼烏斯公式
得出什么結論？
大量實驗證明，溫度每升高 10 ℃，化學反應速率通常增大為原來的 2~4 倍。這表明溫度對反應速率的影響非常顯著。催化劑也可以改變化學反應速率。對于有氣體參加的化學反應，改變壓強同樣可以改變化學反應速率。
如何解釋濃度、壓強、溫度及催化劑等因素對化學反應速率的影響呢？為什么說化學反應是有歷程的？
反應歷程(反應機理)（其中四步）：
每一步反應稱為基元反應
總反應：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l)
基元反應和反應歷程
一些說明
從微觀上看，反應物分子一般總是經過若干個簡單的反應步驟才最終轉化為產物分子的。每一個簡單的反應都稱為一個基元反應。
反應歷程是化學中用來描述某一化學變化所經由的全部基元反應，反應歷程又稱反應機理。
基元反應
例如：反應2HI H2+I2
反應歷程
第一步：2HI H2+2I·
第二步：2I· I2
基元反應和反應歷程
一些說明
任何氣體中分子間的碰撞次數都是非常巨大的。通常情況下，當氣體的濃度為 1 mol/L 時，在每立方厘米、每秒內反應物分子間的碰撞可達到 1028 次。如果反應物分子間的任何一次碰撞都能發生反應的話，任何氣體的反應均可以瞬間完成。但實際并非如此。
氣體分子的碰撞頻率
請同學們查看教材P26-HI 分解反應中分子碰撞示意圖
簡單碰撞理論：反應物分子間的相互碰撞是反應進行的必要條件，但并不是每次碰撞都能引起反應，只有少數分子碰撞才能發生化學反應。能引發化學反應的碰撞稱之為有效碰撞，反應物分子間有效碰撞的頻率越高，化學反應速率越大。
吉爾伯特·牛頓·路易斯
如何使分子之間都發生有效碰撞？
投籃那些事
力道不足
——進不去球
取向不對
——進不去球
力道、取向恰好
——進球
基元反應和反應歷程
示例：HI 分解反應中分子碰撞示意圖
能量不足，碰撞無法發生反應
HI
HI
HI
HI
取向不對，碰撞無法發生反應
HI
HI
HI
HI
有效碰撞，發生反應
H2
I2
HI
HI
基元反應和反應歷程
有效碰撞
有效碰撞必須滿足兩個條件
發生碰撞的分子具有較高的能量
活化
分子
分子在一定方向上發生碰撞
合理
取向
單位時間內，發生有效碰撞的次數越多，反應速率越快
活化分子與活化能
能量
反應物
生成物
反應過程
活化能
E1
E2
活化分子變成生成物分子放出的能量
活化分子比普通分子多具有的能量
具有足夠高的能量，能發生有效碰撞的分子
活化分子
反應物分子平均能量
ΔH
有效碰撞
E1：正反應活化能
E2：逆反應活化能
達到活化能才能發生反應，通常需要條件引發
活化分子與活化能
能量
反應物
生成物
反應過程
活化能
E1
活化能越低
越有可能發生有效碰撞
活化分子
ΔH
有效碰撞
反應越容易發生
反應速率越快
反應有多個基元反應組成，其反應速率由速率最慢的決定,即活化能最大的
——慢反應決速步
簡單碰撞理論
解釋溫度對化學反應速率的影響
其它條件不變時
升高溫度
活化分子
其它條件不變時，升高溫度，單位體積內活化分子的數目增大，單位體積內活化分子百分數增多，單位時間內有效碰撞次數增多，化學反應速率加快；反之則慢
其它條件不變時
增大反應物濃度
活化分子
解釋濃度對化學反應速率的影響
在其它條件不變時，增大反應物濃度，單位體積內活化分子的數目增大，單位時間內有效碰撞次數增多，化學反應速率加快；反之則慢
簡單碰撞理論
【例1】在帶有活塞的密閉容器中發生如下反應：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改變下列條件化學反應速率如何改變(填“變大”“變小”或“不變”)，闡述理由。
(1)增加鐵片的質量(不考慮表面積的變化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容積不變，增加水蒸氣的通入量_____，理由_______________
_________________。
不變
純固體的濃度視為常
數，改變用量不影響化學反應速率
高溫
(3)保持容器內壓強不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容積不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
解釋壓強對化學反應速率的影響
容器的容積不變
壓縮體積或充入氣態反應物
活化分子
在其它條件不變時，增大氣體反應體系壓強，相當于壓縮體積，反應物的濃度增大，單位體積內活化分子數目增大，化學反應速率加快；反之則慢。(有氣體反應)
簡單碰撞理論
【例1】在帶有活塞的密閉容器中發生如下反應：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改變下列條件化學反應速率如何改變(填“變大”“變小”或“不變”)，闡述理由。
(1)增加鐵片的質量(不考慮表面積的變化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容積不變，增加水蒸氣的通入量_____，理由_______________
_________________。
不變
純固體的濃度視為常
數，改變用量不影響化學反應速率
變大
增大反應物濃度
加快化學反應速率
高溫
(3)保持容器內壓強不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容積不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
解釋壓強對化學反應速率的影響
在其它條件不變時，充入非反應氣體，壓強不變，體積增大，各物質濃度減小，反應速率減慢
活化分子
容器內壓強不變
充入非反應氣體
簡單碰撞理論
【例1】在帶有活塞的密閉容器中發生如下反應：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改變下列條件化學反應速率如何改變(填“變大”“變小”或“不變”)，闡述理由。
(1)增加鐵片的質量(不考慮表面積的變化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容積不變，增加水蒸氣的通入量_____，理由_______________
_________________。
不變
純固體的濃度視為常
數，改變用量不影響化學反應速率
變大
增大反應物濃度
加快化學反應速率
高溫
(3)保持容器內壓強不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容積不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
變小
保持壓強不變，充
入氬氣，容器體積增大，水蒸氣的濃度變小，因而化學反應速率變小
【例1】在帶有活塞的密閉容器中發生如下反應：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改變下列條件化學反應速率如何改變(填“變大”“變小”或“不變”)，闡述理由。
(1)增加鐵片的質量(不考慮表面積的變化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容積不變，增加水蒸氣的通入量_____，理由_______________
_________________。
高溫
(3)保持容器內壓強不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容積不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
不變
純固體的濃度視為常
數，改變用量不影響化學反應速率
變大
增大反應物濃度
加快化學反應速率
變小
保持壓強不變，充
入氬氣，容器體積增大，水蒸氣的濃度變小，因而化學反應速率變小
解釋壓強對化學反應速率的影響
活化分子
在其它條件不變時，充入非反應氣體，壓強增大，但各物質濃度不變，反應速率不變
容器的容積不變
充入非反應氣體
簡單碰撞理論
【例1】在帶有活塞的密閉容器中發生如下反應：3Fe(s)＋4H2O(g) Fe3O4(s)＋4H2(g)，分析改變下列條件化學反應速率如何改變(填“變大”“變小”或“不變”)，闡述理由。
(1)增加鐵片的質量(不考慮表面積的變化)_____，理由____________________
_______________________________。
(2)保持容器的容積不變，增加水蒸氣的通入量_____，理由_______________
_________________。
高溫
(3)保持容器內壓強不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
(4)保持容器的容積不變，充入一定量的氬氣_____，理由________________
_____________________________________________________________。
不變
純固體的濃度視為常
數，改變用量不影響化學反應速率
變大
增大反應物濃度
加快化學反應速率
變小
保持壓強不變，充
入氬氣，容器體積增大，水蒸氣的濃度變小，因而化學反應速率變小
不變
充入氬氣，反應物和生成物的濃度均不改變，因而化學反應速率不變
容器的容積不變，
觀察下圖，思考：為什么催化劑對化學反應速率有顯著影響？
解釋催化劑對化學反應速率的影響
能量
反應物
生成物
活化分子
反應過程
活化能
E1
E2
活化分子變成生成物分子放出的能量
E3
E3：加入催化劑后反應物的活化能
當其他條件相同時，使用催化劑，改變反應歷程，活化能降低，活化分子百分數增多，單位體積、單位時間內有效碰撞次數增多→化學反應速率增大
簡單碰撞理論
解釋催化劑對化學反應速率的影響
能量
反應物
生成物
活化分子
反應過程
活化能
E1
E2
活化分子變成生成物分子放出的能量
E3
E3：加入催化劑后反應物的活化能
簡單碰撞理論
由圖像還可以看出，催化劑的存在并不改變反應物和生成物的相對能量，即不改變反應熱
解釋催化劑對化學反應速率的影響
簡單碰撞理論
催化劑的特性
催化劑具有選擇性，不同反應有不同的催化劑
01
可逆反應中催化劑對正、逆反應的速率改變程度相同
02
催化劑有一定的活化溫度，不同催化劑的活化溫度不同
03
其他因素對化學反應速率的影響
光輻照
電弧
放射線輻照
強磁場
超聲波
高速研磨
總之，向反應體系輸人能量，都有可能改變化學反應速率
飛秒化學
飛秒化學是物理化學的一支，研究在極小的時間內化學反應的過程和機理。這一領域涉及的時間間隔短至約千萬億分之一秒，即1飛秒(fs， 1 fs=10-15 s) 。在這個極小的時間段里，產生的飛秒激光可以用于檢測分子、原子、離子的結構、組成、運動等形成飛秒檢測范疇。
始態、過渡態、終態
飛秒激光器
沖刺時間分辨技術
1．控制變量法是化學實驗的常用方法之一。下圖實驗探究影響反應速率的因素是(　　)
A．濃度 B．溫度 C．催化劑 D．固體質量
2．下列事實能說明影響化學反應速率的決定性因素是反應物本身性質的是(　　)
A．大小、形狀相同的鎂片、鐵片，前者與鹽酸反應放出H2的速率比后者大
B．Cu與濃硝酸反應比與稀硝酸反應快
C. N2與O2在常溫、常壓下不反應，放電時可反應
D．Cu與濃硫酸能反應，而不與稀硫酸反應
B
A
3．在一密閉容器中充入1 mol H2和1 mol I2，在一定溫度下使其發生反應：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＜0。下列說法正確的是(　　)
A．保持容器容積不變，向其中加入1 mol H2(g)，反應速率加快
B．保持容器容積不變，向其中加入1 mol N2(N2不參加反應)，反應速率一定加快
C．保持容器內氣體壓強不變，向其中加入1 mol N2(N2不參加反應)，反應速率一定加快
D．保持容器內氣體壓強不變，向其中加入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，再次平衡時反應速率一定加快
A
4．活潑自由基與氧氣的反應一直是關注的熱點。HNO自由基與O2反應過程的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)

A．該反應為吸熱反應
B．產物的穩定性：P1>P2
C．該歷程中最大正反應的活化能E正＝186.19 kJ·mol－1
D．相同條件下，由中間產物Z轉化為產物的速率：v(P1)C
5．一定條件下，容積為2 L的密閉容器中，將2 mol L氣體和3 mol M氣體混合，發生如下反應：2L(g)＋3M(g)===xQ(g)＋3R(g)，10 s末，生成2.4 mol R，并測得Q的濃度為0.4 mol·
L－1。計算：
(1)10 s末L的物質的量濃度為____________。
(2)前10 s內用M表示的化學反應速率為________________。
(3)化學方程式中x值為________。
(4)在恒溫恒容條件下，往容器中加入1 mol氦氣，反應速率________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)。
(5)在恒溫恒壓條件下，往容器中加入1 mol氦氣，反應速率________。
0.2 mol·L－1
0.12 mol·L－1·s－1
1
不變
減小
影響化學反應速率的因素
簡單碰撞理論
內因
內容
外因
濃度
壓強
溫度
催化劑
應用
第一節
化學反應速率
第2課時

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