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化學反應的速率
第一課時
化學反應是有歷程的 化學反應速率
1.溫度對化學平衡的影響：升高溫平衡向__________ 反應方向移動;降低溫度，平衡向________ 反應方向移動。
2.濃度對化學平衡的影響：增大生成物濃度或減小反應物濃度，平衡向________方向移動，減小生成物濃度或增大反應物濃度，平衡向________方向移動。
復習回顧
吸熱
放熱
正反應
逆反應
3.壓強對化學平衡的影響：增大壓強，化學平衡向________________________方向移動，減小壓強，化學平衡向____________________方向移動。
氣態物質系數減小
氣態物質系數增大
根據有關計算可知，在常溫、常壓下，反應∶2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)
其化學平衡常數的數量級高達1083，表明反應正向進行的趨勢極大。
聯想質疑
但是，在常溫、常壓下，即使經過幾千年，氫氣和氧氣的混合氣也不會發生反應生成水，而將混合氣點燃時反應卻在爆鳴聲中瞬間完成。這說明，在研究化學反應時，只關注反應的方向和限度是不夠的，還要考慮化學反應的速率。
描述化學反應快慢的物理量
化學反應速率
化學反應的速率千差萬別，有的進行得極其緩慢，如聚乙烯塑料的降解反應，需要上百年才能完成;有的一觸即發瞬間完成，如氫氣和氧氣的爆炸反應;更多的則介于二者之間。100多年來，科學家進行了大量的研究，正在逐步揭開化學反應速率之謎。
請仔細閱讀所給材料，針對以下問題與同學們交流研討
1.你對“化學反應是有歷程的”這一說法有哪些認識
2.造成化學反應速率千差萬別的原因是什么
研究表明，氫氣和氧氣的混合氣體在點燃或有催化劑存在的條件下，可以發生爆炸式反應生成液態水。這個看似簡單的化學反應實際上是具有歷程的，大約要經歷 12步反應才能完成。以下列出主要的四步反應:
H2 2H·
點燃或催化劑
H·+O2 ·OH+O·
0·+H2 ·OH+H·
·OH+H2 H2O＋H·
基元反應
微粒H·、·OH和O·存在未成對電子，它們稱為自由基（H·和O·也稱為自由原子）。自由基的反應活性很強，壽命極短。
當溫度為 700 ℃、氧氣的壓強為 10 Pa 時，H,在催化劑的催化作用下生成 H·，而一個H·通過與其他分子反應，在0.3s內就可以產生10個H·;H·的產生又可以引發體系內其他的反應，整個過程進行得非常快，瞬間就能達到化學平衡。但是在常溫、常壓下，如果無催化劑存在，體系中沒有引發反應的H·，該反應則慢得測不出其速率
結論：大多數化學反應都是分幾步完成的，其中能夠一步完成的反應稱為基元反應。
一.化學反應是有歷程的
基元反應構成的反應序列（又稱反應機理），
基元反應的總和
由幾個基元反應組成的總反應
反應物一步直接轉化為生成物的，總反應就是基元反應。
1.復雜反應的化學方程式是總反應的化學方程式，它只能表示出反應物和生成物以及它們之間的化學計量關系，不能表示反應歷程。
2.反應不同，反應歷程就不相同;同一反應在不同條件下的反應歷程也可能不同
注意
化學反應是如何進行的 長期以來，一直是個謎。飛秒化學是以飛秒為時間標度研究化學反應詳細過程的化學前沿領域。
飛秒化學
化學反應，實質上就是舊化學鍵的伸長、斷裂和新化學鍵的生成過程，是反應物獲得能量形成過渡態，再生成產物的過程，其中每一個過程所用時間大都在皮秒（1ps=10-12s）和飛秒（1fs=10-15s）量級。要實現對反應過程的檢測，必須使用時間標度為飛秒量級的手段，如超短脈沖激光技術。
1999年度諾貝爾化學獎獲得者艾哈邁德·澤維爾首先使用飛秒超快"攝像機"——超短脈沖激光技術對化學反應過程進行研究，為化學反應的動態過程"拍照"，使人們能像觀看"慢動作"那樣觀察處在化學反應過程中的原子和分子的轉變。
有人評價，如果說伽利略發明的望遠鏡使遠處的物體變得更近更大，那么澤維爾使用的激光技術則是對準了分子世界，對準了當代科學前沿。
目前，人們不僅利用飛秒探測技術研究簡單的化學反應過程，而且正在試圖利用這一技術探索復雜的化學反應過程，并已將目光移向光合作用、視覺的基元過程等生命科學中的尖端問題。飛秒化學開創了化學的新世紀。
我國在飛秒激光器的研究方面已達到國際水平。
活動探究
化學反應速率的表示方法
問題二：怎樣定量地表示化學反應速率
c(HC1)/(mol·L-1) 2.0 1.5 1.0
m(Mg)/g
n(Mg)/mol
t/min
反應速率v
實驗結果記錄
1.根據所得實驗數據，你認為應該怎樣表示該化學反應的速率 請將計算結果填入表中。
可以用單位時間內某物質濃度、質量或物質的量等的改變量（取絕對值）來表示該物質的化學反應速率。
思考交流
2.如果分別用單位時間內鹽酸濃度的減小、氯化鎂濃度的增大來表示該化學反應的速率，需要哪些數據 二者在數值上相等嗎 為什么
濃度變化量、時間；對于一個具體的化學反應，用不同的反應物或生成物表示的化學反應速率的數值往往不相同，用各物質表示的化學反應速率的數值之比等于化學方程式中各物質化學式前的系數之比。
3.鹽酸濃度的改變對該化學反應的速率產生了怎樣的影響
鹽酸濃度減小，反應速率變慢
1.含義 描述化學反應進行快慢的物理量。
2.表示方法
(1)對于反應體系體積不變的化學反應,可以用單位時間內某物質濃度(或質量、物質的量等)的改變量(取絕對值)來表示該物質的化學反應速率。
二.化學反應速率
(2)表達式:v=　 　。
3.常用單位

mol·L-1·s-1
mol·L-1·min-1
在密閉容器中，合成氨的反應，剛開始時氮氣為8mol/L與氫氣的濃度為20mol/L，5min后，測得容器內剩余的氮氣的濃度為6mol/L。用N2、H2、NH3的濃度變化表示的反應速率。
反應前C 8 20 0
△C 2 6 4
5min末C 6
遷移應用
思考：以上三者數值是否相等？是否矛盾？有何規律？
vmol/(L·min) 0.4 1.2 0.8
結論：在同一個反應中，各物質的反應速率之比等于方程式中的化學計量數（系數）之比，即：
v(N2 )： v(H2 )： v(NH3 )= 1 ：3 ：2
(1)同一反應選用不同物質的濃度改變量表示速率,數值可能不同,但表示的意義相同。
(2)在同一化學反應中,用各物質表示的化學反應速率的數值之比等于化學方程式中各物質化學式前的系數之比。
4.用不同物質表示的反應速率之間的關系
(3)對任意一個化學反應aA+bB=dD+eE,化學反應速率為
1、反應4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O 在5L的密閉容器中進行，30s后，NO的物質的量增加了0.3mol，則此反應的平均速率可表示為( )
A、v(O2)=0.01 mol/(L·s) B、v (NO)=0.008 mol/(L·s)
C、v (H2O)=0.003 mol/(L·s )
D、v (NH3)=0.002 mol/(L·s )
C D
2、在四個不同的容器中，在不同的條件下進行合成氨反應。根據在相同時間內測定的結果判斷，生成氨的速率最快的是（ ）
（A）υ(H2)=0.1 mol·L-1·min-1 （B）υ(N2)=0.2 mol·L-1·min-1
（C）υ(NH3)=0.15 mol·L-1·s-1 （D）υ(H2)=0.3 mol·L-1·min-1
B
3、某溫度時，在2L容器中，x、y、z三種物質隨時間的變化曲線如圖所示。由圖中數據分析，該反應的化學方程式是：____________，反應開始至2min，z的平均速率是___________________________ 。
0.05mol/(L·min)
3x+y 2z
y
x
z
時間/min
0.9
0.7
0.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
物質的量mol
1 2 3 4 5
（1）反應速率均為正數，沒有負數
（2）反應速率是一段時間內的平均速率，不是瞬時速率
（3）不同的物質表示的同一反應的反應速率，其數值不一定相等，其數值之比等于化學方程式的計量數之比
特別強調
（4）固體和純液體的濃度視為常數（保持不變），即不用固體物質與液體物質表示反應速率。
（5）用化學反應速率來比較不同反應進行得快慢或同一反應在不同條件下反應的快慢時，應選擇同一物質來比較。
(1)定義式法
利用公式v= ， 計算化學反應速率。
(2)關系式法
利用化學反應速率之比=物質的量濃度變化量之比=化學計量數之比。
5.反應速率的計算
(3)“三段式”法
①求解化學反應速率計算題的一般步驟:
a.寫出有關反應的化學方程式。
b.找出各物質的起始量、轉化量、某時刻量。
c.根據已知條件列方程計算。
②計算中注意以下量的關系:
a.對反應物:c(起始)-c(轉化)=c(某時刻)
b.對生成物:c(起始)+c(轉化)=c(某時刻)
c.轉化率= ×100%
【典例】將4 mol A氣體和2 mol B氣體在2 L的容器中混合,并在一定條件下發生如下反應:2A(g)+B(g) 2C(g),若經2 s后測得C的濃度為0.6 mol·L-1,則下列說法中錯誤的是(　　)
A.用物質A表示反應的平均速率為0.3 mol·L-1·s-1
B.用物質B表示反應的平均速率為0.6 mol·L-1·s-1
C.2 s時物質A的轉化率為30%
D.2 s時物質B的濃度為0.7 mol·L-1
B
【解析】解題時先利用所給條件列出“三段式”:
　　　　　　　　　　 2A(g)　+　B(g) 2C(g)
起始濃度/(mol·L-1) 2 1 0
2 s內變化濃度/(mol·L-1) 0.6 0.3 0.6
2 s時濃度/(mol·L-1) 1.4 0.7 0.6
依據化學反應速率的定義可知
v(A)= =0.3 mol·L-1·s-1;
同理可知:v(B)=0.15 mol·L-1·s-1;
2 s時A的轉化率= ×100%=30%;
2 s時B的濃度為0.7 mol·L-1;即B項錯誤。
測定化學反應速率的關鍵是測定某一時間間隔內反應體系中某物質濃度的變化。物質的某些物理性質（如壓強、體積、吸光度、電導率等）與其物質的量或濃度存在函數關系，因此人們常用物理方法，通過準確而快速地測定反應物或生成物濃度的變化來確定化學反應速率。
5.反應速率的測定方法
量氣法測定化學反應速率
化學
反應
化學反應是
有歷程的
基元反應
復雜反應
簡單反應
反應歷程
化學反應速率
定義
公式及計算
比較及測定
課堂小結
第二課時
濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響
1. _____________ 和 ___________ 決定著一個反應的反應歷程，而反應歷程的差別又造成了 ______________________ 的不同。
2.化學反應速率的表達式 ，單位 。
3.在同一個反應中，各物質的反應速率之比等于方程式中的______________________ 之比。
知識回顧
反應物的結構
反應條件
化學反應速率
化學計量數
mol·L-1·s-1
mol·L-1·min-1
對于很多反應，增大反應物的濃度可以提高化學反應速率。例如，鐵絲在空氣中加熱只能變得紅熱，而在充滿氧氣的集氣瓶中點燃則可以劇烈燃燒、火星四濺。那么，反應物的濃度與化學反應的速率之間存在著定量關系嗎
聯想質疑
在298K時，實驗測得溶液中的反應H2O2+2HI=2H2O＋I2在不同濃度時的速率。
交流研討
請與同學們交流研討∶
1.找出化學反應速率與H2O2濃度、HI濃度之間的關系，并嘗試寫出相應的數學表達式。
2.針對"化學反應速率與反應物濃度的關系"發表自己的看法。
結論
在HI濃度一定時，H2O2濃度每增大一倍，反應速率就提高一倍;在H2O2，濃度一定時，HI濃度每增大一倍，反應速率也提高一倍。
v=kc(H2O2)c(HI)
反應速率常數
反應速率常數——K
1.含義：單位濃度下的化學反應速率
2.意義：反應速率常數越大，反應進行得越快。
3.影響因素：
與濃度無關，受溫度、催化劑、固體表面性質等因素的影響。
結論：根據化學反應速率與反應物濃度的關系式，可以清楚地判斷反應物濃度的改變對化學反應速率的影響。
一個化學反應的速率與參與反應的物質的濃度的關系式是實驗測定的結果，不能隨意根據反應的化學方程式直接寫出。對于很多反應，這種關系式中濃度的方次與化學方程式中的系數并無確定關系。
說明：
一些化學反應的速率與參與反應的物質的濃度的關系
化學反應 反應速率與參與反應物質的濃度的關系式
H2＋Cl2==2HCl
H2＋I2==2HI（氣體反應） v=kc(H2)c(I2)
CO＋NO2==CO2+NO v=kc2(NO2)
一般規律：增大反應物的濃度加快化學反應速率，
減小反應物的濃度減慢化學反應速率。
壓強對化學反應速率的影響
三、濃度對化學反應速率的影響
（1） 對于有氣體參加或氣體生成的反應，在其他條件一定時，壓強與濃度成正比，增大壓強加快化學反應速率增大，減小壓強減慢化學反應速率。
（2） 對于只涉及液體和固體的反應，壓強的改變對化學反應速率幾乎沒有影響。
溫度會影響反應速率常數，從而影響化學反應速率。因此，可以通過研究溫度對反應速率常數的影響來了解溫度對化學反應速率的影響。
一些反應在298K 和308K 時的反應速率常數之比
交流研討
請根據表中數據與同學們交流研討∶
1.溫度對化學反應速率有怎樣的影響
溫度對化學反應速率的影響是多種多樣的。
對于大多數反應，溫度升高化學反應速率加快，但加快的程度不同。
2.升高相同溫度，對不同化學反應的反應速率的影響程度一樣嗎
不同的化學反應的活化能不同，
所以溫度對反應速率的影響不同。
活化能：過渡態的能量與反應物的能量之差
意義：化學反應通常需要獲得一定能量（活化能）才能實際發生。
影響：不同反應活化能不同，反應速率不同。活化能越高，反應越困難。
基元反應H2＋Cl·=HCl＋H·活化能示意圖
過渡態
活化能
H-H鍵斷裂
H-Cl鍵形成
100多年來，為了正確認識活化能的科學意義，并力爭從理論上進行計算，科學家一直在進行探討，提出了若干個化學反應速率理論。其中，最著名的是基元反應碰撞理論和基元反應過渡態理論。
追根尋源
基元反應碰撞理論認為，化學反應之所以能發生，是反應物分子碰撞的結果，但只有能量超過某一限度Ec（相當于活化能）并滿足一定方向要求的活化分子間的碰撞，才是真正發生反應的有效碰撞。
這個理論解釋了溫度、活化能對化學反應速率的影響。例如，低溫時，活化分子少，有效碰撞少，化學反應速率就低;高溫時，活化分子多，有效碰撞多，化學反應速率就高。又如，活化能高，能量超過活化能的活化分子少，有效碰撞少，化學反應速率就低。
基元反應過渡態理論認為，基元反應在從反應物到產物的變化過程中要經歷一個中間狀態，這個狀態稱為過渡態。
AB＋C→[A…B…C]→A＋BC
反應物 過渡態 產物
過渡態是處在反應過程中具有最高能量的一種分子構型，過渡態能量與反應物的平均能量的差值相當于活化能。實驗研究已證實過渡態確實存在。
阿倫尼烏斯公式
1889年，阿倫尼烏斯在大量實驗的基礎上，提出了反應速率常數與溫度之間關系的經驗公式∶
追根尋源
式中∶k為反應速率常數;A為比例系數;e為自然對數的底;R為理想氣體常數;Ea為活化能，單位為J·mol或kJ·mol-'。
該經驗公式表明，當Ea>0時，升高溫度，反應速率常數增大，化學反應速率隨之提高。由該公式還可知，Ea值越大，改變溫度對反應速率的影響程度就越大，這就是升高相同溫度時，不同化學反應的速率提高的倍數不同的原因。
一些化學反應的活化能
規律：升高溫度加快化學反應速率，
降低溫度減慢化學反應速率。
四、溫度對化學反應速率的影響
升高溫度
提高反應物分子能量
增大反應物間的碰撞頻率
增大反應物形成過渡態比例
加快化學反應速率
一些化學反應使用催化劑前后的活化能及反應速率常數之比
交流研討
觀察臭氧分解反應的歷程，思考催化劑是如何降低反應活化能，改變反應速率常數的？
觀察思考
臭氧分解反應的歷程
平流層中的氯氟烴為什么會對臭氧層產生破壞作用 這是由于氯氟烴光解產生的氯自由基的催化作用改變了臭氧分解反應的歷程，降低了反應的活化能，加快了臭氧的分解反應。
催化劑：
能改變化學反應速率而在反應前后本身的質量和化學性質不變的物質。
五、催化劑對化學反應速率的影響
催化原理：
（1）由于催化劑的質量及化學性質在反應前后不變，反應歷程中必定既包括有催化劑參與的反應，又包括使催化劑再生成的反應。
（2）催化劑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。
催化劑特點：
催化劑可以較大幅度地降低反應的活化能，從而非常有效地提高化學反應速率。
某種催化劑對某一反應可能是活性很強的催化劑，但對其他反應就不一定具有催化作用。
化劑不能改變化學反應的平衡常數，不能改變平衡轉化率。
影響化學反應
速率的因素
增大反應物的濃度加快化學反應速率，減小反應物的濃度減慢化學反應速率。
有氣體參加的反應，增大壓強加快反應速率，減小壓強減慢反應速率。
升高溫度，加快反應速率，降低溫度，減慢反應速率。
使用催化劑，降低反應活化能，加快反應速率。
課堂小結

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