外界条件对化学反应速率的影响

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1、莆田第五中学莆田第五中学陈陈 朝朝 阳阳 选修4影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 催化剂催化剂高三专题复习高三专题复习在基于真实情境考査学生综合运用知识的能力的考试理念引导下，与化工生产关系密切的催化剂备受青睐，成了热门考点。从考査的知识看，主要从反应历程、活化能、速率、平衡移动等角度考查催化剂对反应的影响。从试题形式上看，常常融合图象、表格等信息呈现形式，考査学生吸收和整合陌生信息的能力。Fritz Haber 1868一1934 Carl Bosch 18741940 Gerhard Ertl 1936诺贝尔化学奖得主诺贝尔化学奖得主Nobel prize for chemis

2、try 在化学反应中能改变化学反应速率，而其在化学反应中能改变化学反应速率，而其自身的质量和化学性质在反应前后不变的物质自身的质量和化学性质在反应前后不变的物质叫做催化剂。叫做催化剂。催化剂的定义：催化剂的定义：温故知新温故知新实验：大象牙膏实验：大象牙膏【实验步骤实验步骤】向烧杯中加入适量洗洁精，同时加入适量的向烧杯中加入适量洗洁精，同时加入适量的H2O2和和KI溶液，观察现象。溶液，观察现象。大象牙膏视频大象牙膏视频【现象现象】【结论结论】合适的催化剂能加快化学反应速率。合适的催化剂能加快化学反应速率。化学方程式：化学方程式：2H2O22H2O+O2 KI产生丰富的泡沫。产生丰富的泡沫。【

3、实验步骤实验步骤】向烧杯中加入适量洗洁精，同时加入适量的向烧杯中加入适量洗洁精，同时加入适量的H2O2和和KI溶液，观察现象。溶液，观察现象。【碰撞理论碰撞理论】什么是有效碰撞？什么是有效碰撞？什么是活化分子？什么是什么是活化分子？什么是活化能？活化能？思考思考碰撞理论碰撞理论碰撞理论碰撞理论分分子子运运动动相相互互碰碰撞撞活化活化分子分子分子有合适的取分子有合适的取向向有有效效碰碰撞撞分子具分子具有足够有足够能量能量化化学学反反应应特点：特点：具有较高的能量，能量不足的分子只有获具有较高的能量，能量不足的分子只有获取足够能量后才能变成活化分子。取足够能量后才能变成活化分子。能量较高，有可能发

4、生有效碰撞的分子能量较高，有可能发生有效碰撞的分子活化分子活化分子活化能活化能=活化分子的平均能量活化分子的平均能量反应物分子的平均能量反应物分子的平均能量活化能活化能在温度不变时，对一个特定的反应而言，活化分在温度不变时，对一个特定的反应而言，活化分子在反应物分子中所占的百分数是恒定的。子在反应物分子中所占的百分数是恒定的。能能量量反应过程反应过程E1E2反应物反应物生成物生成物活化分子活化分子活化能活化能活化分子活化分子变成生成变成生成物分子放物分子放出的能量出的能量反应热反应热没加催没加催化剂化剂加了催化剂加了催化剂催化剂催化剂降低反应所需的活化能降低反应所需的活化能降低反应所需的活化能

5、降低反应所需的活化能 活化分子的百分数增大活化分子的百分数增大活化分子的百分数增大活化分子的百分数增大有效碰撞频率增多有效碰撞频率增多有效碰撞频率增多有效碰撞频率增多 化学反应速率加快化学反应速率加快催化剂的作用原理催化剂的作用原理【科科学探究学探究】三支试管中各加入三支试管中各加入2 mL 5%H2 mL 5%H2 2O O2 2，再向溶液中分别滴再向溶液中分别滴入入0.1 mol/L CuSO0.1 mol/L CuSO4 4溶液溶液、FeClFeCl3 3溶液、溶液、20%20%肝脏研磨液各肝脏研磨液各1 mL1 mL，观，观察实验现象，比较察实验现象，比较H H2 2O O2 2的分解

6、速率。的分解速率。编号编号催化剂催化剂实验现象实验现象123【实验结论实验结论】：催化剂具有选择性催化剂具有选择性，适当的催化剂能有适当的催化剂能有 效的提高反应速率。效的提高反应速率。开始较慢，一段时间后速率加快开始较慢，一段时间后速率加快反应较慢，产生少量气泡反应较慢，产生少量气泡反应迅速，产生大量气体反应迅速，产生大量气体0.1mol/LCuSO4溶液溶液20%肝脏研磨液肝脏研磨液0.1mol/LFeCl3溶液溶液【实验实验】：对比不同催化剂的催化效果对比不同催化剂的催化效果酶：生物催化剂酶：生物催化剂特点：高效性、专一性、适宜温度。特点：高效性、专一性、适宜温度。催化效果是非生物催化剂

7、的催化效果是非生物催化剂的107-1013倍。倍。H2O2+2Fe3+=2Fe2+2H+O2 FeCl3、CuSO4对对H2O2的催化原理的催化原理氧化性：氧化性：Fe3+H2O2氧化性：氧化性：H2O2Fe3+思考：思考：1.1.上述反应中上述反应中FeFe3+3+和和H H2 2O O2 2的氧化性哪个更强？的氧化性哪个更强？2.2.看似矛盾的反应为何能够发生呢？看似矛盾的反应为何能够发生呢？H2O2+2Fe2+2H+=2Fe3+2H2OC C减小减小C C增大增大C C增大增大对对H2O2的催化效果：的催化效果：FeCl3CuSO4H2O2+Cu2+=Cu+2H+O2 H2O2+Cu+2

8、H+=Cu2+2H2OFeCl3、CuSO4对对H2O2的催化原理的催化原理氧化性：氧化性：FeCl3CuSO4MnO2MnO2v27（12分）以分）以废旧旧铅酸酸电池中的含池中的含铅废料（料（Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等）和及炭黑等）和H2SO4为原料，制原料，制备高高纯PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：的再生利用。其工作流程如下：（1）过程程中，在中，在Fe2+催化下，催化下，Pb和和PbO2反反应生成生成PbSO4的化学方程式是的化学方程式是。（2）过程程中，中，Fe2+催化催化过程可表示程可表示为：写出写出的离子方程式：的离子方程式：。下列下列实验方案可方案可证实

9、上述催化上述催化过程。将程。将实验方案方案补充完整。充完整。a向酸化的向酸化的FeSO4溶液中加入溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量溶液，溶液几乎无色，再加入少量PbO2，溶液，溶液变红。b。（3）PbO溶解在溶解在NaOH溶液中，存在平衡溶液中，存在平衡：PbO(s)+NaOH(aq)NaHPbO2（aq），其溶解度曲，其溶解度曲线如右如右图所示。所示。过程程的目的是脱硫。的目的是脱硫。滤液液1经处理后可在理后可在过程程中重复使用，其目的是中重复使用，其目的是（选填序号）。填序号）。A减少减少PbO的的损失，提高失，提高产品的品的产率率B重复利用重复利用NaOH，提高原料的利用

10、率，提高原料的利用率C增加增加Na2SO4浓度，提高脱硫效率度，提高脱硫效率过程程的目的是提的目的是提纯。结合上述溶解度曲合上述溶解度曲线，简述述过程程的操作：的操作：。学以致用学以致用（1）过程程中，在中，在Fe2+催化催化下，下，Pb和和PbO2反反应生成生成PbSO4的化学方的化学方程式是程式是。催化剂催化原理分析理解催化剂催化原理分析理解书写方法：利用催化反应特点。书写方法：利用催化反应特点。：催化剂比表面积催化剂比表面积【数据数据结论结论】：催化剂的比表面越大催化剂的比表面越大，化学反应速率越快。，化学反应速率越快。研究表明：在使用等研究表明：在使用等质量催化量催化剂时，增大催化，增

11、大催化剂比表面比表面积可提高化学反可提高化学反应速率。速率。为了分了分别验证温度、催化温度、催化剂比表面比表面积对化学反化学反应速率的影响速率的影响规律，某同学律，某同学设计了了三三组实验，部分，部分实验条件已条件已经填在下面填在下面实验设计表中。表中。请在上表空格中填入剩余的在上表空格中填入剩余的实验条件数据。条件数据。请在在给出的坐出的坐标图中，画出上表中的三个中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中条件下混合气体中NO浓度随度随时间变化的化的趋势曲曲线图，并，并标明各条曲明各条曲线的的实验编号。号。实验实验编号编号T/NO初始浓度初始浓度/(molL1)CO初始浓度初始浓度/(molL1

12、)催化剂的比表面催化剂的比表面积积/(m2g1)2801.201035.8010382124350124请在上表空格中填入剩余的在上表空格中填入剩余的实验条件数据。条件数据。请在在给出的坐出的坐标图中，画出上表中的三个中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中条件下混合气体中NO浓度随度随时间变化的化的趋势曲曲线图，并，并标明各条曲明各条曲线的的实验编号。号。学以致用学以致用2CO2N22CO+2NO 2CO2+N2该小组同学根据经验绘制了该小组同学根据经验绘制了n(Mn2)随时间变化趋势随时间变化趋势的示意图，如图的示意图，如图1所示，但有同学查阅已有的实验资料所示，但有同学查阅已有的实验资料

13、发现，该实验过程中发现，该实验过程中n(Mn2)随时间变化的趋势应如随时间变化的趋势应如图图2所示。该小组同学根据图所示。该小组同学根据图2所示信息提出了新的假所示信息提出了新的假设。设。2KMnO2KMnO4 4+5H+5H2 2OO2 2+3H+3H2 2SOSO4 4=K=K2 2SOSO4 4+2MnSO+2MnSO4 4+8H+8H2 2O+5OO+5O2 2自催化自催化【科学探究科学探究】三支试管中各加入三支试管中各加入2 mL 5%H2 mL 5%H2 2O O2 2，再向溶液中分别滴再向溶液中分别滴入入0.1 mol/L CuSO0.1 mol/L CuSO4 4溶液溶液、Fe

14、ClFeCl3 3溶液、溶液、20%20%肝脏研磨液各肝脏研磨液各1 mL1 mL，插，插入带火星木条，观察实验现象，比较入带火星木条，观察实验现象，比较H H2 2O O2 2的分解速率。的分解速率。编号编号催化剂催化剂实验现象实验现象123【实验结论实验结论】：催化剂具有选择性催化剂具有选择性，适当的催化剂能有适当的催化剂能有 效的提高反应速率。效的提高反应速率。开始较慢，一段时间后速率加快，带火星木条变亮开始较慢，一段时间后速率加快，带火星木条变亮反应较慢，产生少量气泡，带火星木条无明显变化反应较慢，产生少量气泡，带火星木条无明显变化反应迅速，产生大量气体，带火星木条复燃反应迅速，产生大

15、量气体，带火星木条复燃0.1mol/LCuSO4溶液溶液20%肝脏研磨液肝脏研磨液0.1mol/LFeCl3溶液溶液【实验实验】：对比不同催化剂的催化效果对比不同催化剂的催化效果思考思考 请大家对刚刚进行的分组实验，做出合请大家对刚刚进行的分组实验，做出合理的评价，及改进措施？理的评价，及改进措施？该实验为定性实验，该实验为定性实验，采取了控制变量法，采取了控制变量法，通过观察气泡的速度，判断催化剂对反应速通过观察气泡的速度，判断催化剂对反应速率的影响程度。若改为定量实验则更加准确，率的影响程度。若改为定量实验则更加准确，严谨。严谨。定量实验装置图定量实验装置图方法方法1.测量收集相同体积氧气

16、所需时间测量收集相同体积氧气所需时间方法方法2.测量相同时间内收集氧气的体积测量相同时间内收集氧气的体积测测得得的的气气体体积积生成气体的体积生成气体的体积加入液体的体积加入液体的体积定量实验装置图（改进版）定量实验装置图（改进版）方案方案1 1恒温水浴恒温水浴方案方案2 2思考思考4NH3+5O2=4NO+6H2OPt 相同的反应物在相同的条件下加入相同的反应物在相同的条件下加入不同的催化剂不同的催化剂4NH3+3O2=2N2+6H2OCu？NH3+O2Cu学以致用学以致用 （2014新课标新课标卷）已知分解卷）已知分解1molH2O2放出热量放出热量98kJ，在含，在含少量少量I-的溶液中

17、，的溶液中，H2O2的分解机理为：的分解机理为：H2O2I-H2OIO-慢慢H2O2IO-H2OO2I-快快A学以致用学以致用 下列有关反应的说法正确的是下列有关反应的说法正确的是()A反应的速率与反应的速率与I-的浓度有关的浓度有关BIO-也是该反应的催化剂也是该反应的催化剂C反应活化能等于反应活化能等于98kJmol-1Dv(H2O2)=v(H2O)=v(O2)例4(2017年天津，节选)H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放生物脱H2S的原理为H2S+Fe2(SO4)3=S+2FeSO4+H2SO44FeSO4+O2+2H2SO42Fe2

18、(SO4)3+2H2O硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5105倍，该菌的作用是。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是。硫杆菌学以致用学以致用例6NH3催化还原氮氧化物技术是目前应用最广泛的烟气脱氮技术：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)H0。密闭容器中，在相同时间内，在催化剂A作用下脱氮率随温度变化如图6所示。现改用催化能力稍弱的催化剂B进行实验，请在图6中画出在催化剂B作用下的脱氮率随温度变化的曲线(不考虑温度对催化剂活性的影响)。学以致用学以致用总之，催化剂通过参与化学反应，改变反应历程，从而降低活化能，加快反应速率，到达平衡所需时间减少。但催化剂不能改变焓变，也不能使平衡移动。催化剂的催化性能也会受外界条件的影响，如温度、表面积等。催化剂的用途催化剂的用途催化剂的展望催化剂的展望课外作业课外作业 请同学们在课下查阅资料，完成题请同学们在课下查阅资料，完成题为为催化剂在环境保护中的重要作用催化剂在环境保护中的重要作用的论文同时对做过催化剂的试题进行的论文同时对做过催化剂的试题进行归纳整理。归纳整理。欢迎各位专家批评指正欢迎各位专家批评指正谢谢大家谢谢大家