化學反應速率 不同的化學反應有不同的反應速率 有的反應很快瞬間就完成如爆炸 燃燒 酸堿中和等 有的反應進行得很慢 塑料分解要幾百年 石油的形成要幾百萬年 化學反應速率 日常生活 工農業生產科學研究中 通常會考慮以下兩個方面 反應進行的快慢即化學反應速率的問題 反應進行的程度即化學平衡的問題 一 研究化學反應速率的意義 進行的慢的反應加快 煉鋼 合成氨 合成樹脂 合成橡膠 進行的快的反應減慢 鋼鐵防銹 塑料橡膠防老化 二 速度和速率的區別 速度 有大小 有方向 有正負之分 速率 無方向 無正負 只有數值大小 三 化學反應速率 1 化學反應速率的含義 化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢的尺度 2 化學反應速率的表示 1 表示方法 化學反應速率用單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示 2 適用對象 只適用于氣體或溶液 不適用純液體與固體 用物質的量的變化表示 4 數學表達式 5 單位 3 化學反應速率不取負數 單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加均取正數 c 濃度變化的數值 單位 一般為mol l t 時間 單位 s min h等 mol l s mol l min mol l h 或者mol l 1 s 1mol l 1 min 1mol l 1 h 1 只能用符號表示 不能寫漢字 例1 某反應物的起始濃度是2mol l 經過兩分鐘后它的濃度變為1 7mol l 這一時間內反應速率為 3 化學反應速率表示的注意事項 1 化學反應速率是用來衡量化學反應進行快慢的尺度 它與兩個因素有關 一個是時間 另一個是反應物或生成物的濃度變化 反應物的濃度越來越小 生成物的濃度越來越大 但是均用正數表示 而且是濃度變化值表示 不是物質的量的變化值表示 2 在同一個反應中 用不同的物質表示反應速率 其數值可以不同的 但所表示的反應速率是同一時段同一反應的速率 因此在表示反應速率時必須說明是用的那種物質來表示的 解 據 0 4mol l s 0 6mol l s 上式中的u h u nh3 數值不同 但是均表示這個反應的速率 3 狀態相同的不同物質的反應速率的比值一定等于化學方程式的系數比 固體和純液體除外 ma g nb g pc g qd g a b c d m n p q ma aq nb aq pc aq a b c m n p 例3 反應物4nh3 5o2 4no 6h2o在5l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為 利用各種物質表示 解 4nh3 5o2 4no 6h2o 4546 0 3mol 0 3mol 0 375mol 0 45mol 4 5 4 6 4 化學反應速率隨反應的進行而減慢 因此某一段時間內的反應速率實際上是這一段時間內的平均速率 不是瞬時速率 例3 在2l的密閉容器中 3a g b g 2c g 若最初加入的a和b的物質的量都是4mol a的平均速率為0 12mol l s 則10s后容器內b的物質的量為多少 解 3a g b g 2c g a b 3 1 所以 b 1 3 0 12mol l s 0 04mol l s 所以 c t 0 04mol l s 10s 0 4mol l 所以 n c v 0 4mol l 2l 0 8mol 剩b4mol 0 8mol 3 2mol 答 略 練習 1 反應a 3b 2c 2d在四種不同條件下的反應速率為 a 0 3mol l s b 0 6mol l s c 0 4mol l s d 0 45mol l s 則該反應速率的快慢順序為 1 4 2 3 所以比較反應速率大小時 應將所有的速率化成同一物質表示的化學反應速率 并且單位要相同 3 在鋁與稀硫酸的反應中 已知10s末 硫酸濃度減少了0 6mol l 若不考慮反應過程中溶液的體積變化 則10s內生成硫酸鋁的平均反應速率是 mol l mina 0 02b 1 8c 1 2d 0 18 2 反應 a g 3b g 3c g 4d g 在4種不同的情況下的反應速率分別為 a 0 5mol l s b 0 6mol l s c 0 6mol l s d 0 48mol l s 該反應進行速率最快的是 a b c d 4 某溫度時 在2l容器中 x y z三種物質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 反應開始至2min z的平均反應速率 時間 min 作業 1 在25 時 向100ml含hcl14 6g的鹽酸中 放入5 6g鐵粉 反應進行到2s時收集到氫氣1 12l 標況 之后反應又進行了4s 鐵粉全溶解 若不考慮體積變化 則 1 前2s內用fecl2表示的平均反應速率為 2 后4s內用hcl表示的平均反應速率為 3 前2s與后4s比較 反應速率較快 其原因可能 2 在2l的密閉容器中 發生下列反應 3a g b g 2c g 3d g 若最初加入的a和b都是4mol 在前10sa的平均反應速率為0 12mol l s 則10s時 容器中c的物質的量為 3 一定溫度下 向一容積為2l的真空容器中加入1mol氮氣 3mol氫氣 3min后測得容器內的壓強是起始時壓強的0 9倍 在此時間內用氫氣的變化來表示反應速率為 4 某溫度時 在2l容器中 x y z三種物質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 3min內 x y z的平均反應速率 z x y 外界條件對化學反應速率的影響 化學反應速率用單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示 只適用于氣體或溶液 不適用純液體與固體 在同一個反應中 可以用不同的物質表示反應速率 其數值可以不同的 但所表示的反應速率是同一時段同一反應的速率 例1 在2l的密閉容器中 3a g b g 2c g 若最初加入的a b c的物質的量都為2mol a的平均速率為0 12mol l s 若要容器內c的物質的量為2 8mol 反應需要的時間 解 3a g b g 2c g a b c 3 1 2 所以 c 2 3 0 12mol l s 0 08mol l s z起始物質的量為2mol 終點物質的量為2 8mol 所以 n mol 2mol 0 8mol 但是同一個反應在不同的條件下反應速率也不相同 因此我們可以改變反應的條件來改變反應的速率 要解釋這個問題我們必須認識化學反應的實質 不同的反應具有不同的反應速率 這說明參加反應的物質的性質是決定化學反應速率的重要因素 一 影響化學反應速率的因素 1 內因 分子本身的性質 2 外因 濃度 溫度 壓強 催化劑 二 活化分子與有效碰撞 1 化學反應的實質 反應物分子中舊鍵的斷裂 生成物分子中新鍵的形成的過程 2 化學反應的先決條件 舊鍵的斷裂 新鍵的形成都是通過反應物分子的碰撞來實現的 如果反應物分子 離子 間不接觸 無碰撞就不可能發生化學反應 反應物分子 離子 的碰撞是反應發生的先決條件 3 有效碰撞 任何氣體分子間的碰撞次數都是巨大的 但并不是每次碰撞都能發生化學反應 如h2和o2混合后長時間放置也不能反應 我們把能夠發生反應的碰撞叫做有效碰撞 4 什么樣的碰撞是有效碰撞 能量不夠 碰撞過輕 舊鍵不能斷裂 取向不好 舊鍵不能短裂 碰撞 足夠大的能量 合適的取向 有效碰撞 投籃 hi撞擊 人與人撞擊 小孩 力量不夠 大人 力量夠 方向不好 歪了 方向好 進了 5 活化分子 具有足夠大的能量可能發生有效碰撞的分子叫活化分子 注意 能夠發生有效碰撞 不是都發生有效碰撞 還要具有合適的取向 活化分子的碰撞不一定發生化學反應 6 活化分子 有效碰撞 化學反應的關系 1 實驗設計 在兩支放有少量caco3的試管里 分別加入10ml1mol lhcl和10ml0 1mol lhcl 觀察實驗現象 利用上述實驗 請設計一個實驗來證明溫度對化學反應速率的影響 三 濃度對化學反應速率的影響 2 結論 1 其他條件不變的情況下 溫度 壓強 催化劑不變 對某一反應來說 活化分子在反應物分子中所占的百分數是一定的 不變 因此單位體積內活化分子的數目與單位體積內反應物分子總數成正比 也就是與反應物濃度成正比 當其他條件不變時 增加反應物濃度 可以增大化學反應速率 降低反應物濃度 可以減小化學反應速率 3 原因 2 增加濃度 增加的是單位體積內活化分子的數目 不是增加的單位體積內活化分子的百分數 思考 硫單質在純氧中燃燒呈藍紫色 而在空氣中燃燒呈淡藍色 請用有效碰撞理論加以分析 單位體積內活化分子數增加 有效碰撞次數增多 增大化學反應速率 其他條件不變 增加反應物濃度 1l1mol lhcl 1l2mol lhcl 假設100個分子中有5個活化分子活化分子的百分數為5 現在200個分子中有10個活化分子活化分子的百分數為5 但是在1l溶液中 活化分子數由5個變成了10個 增加了有效碰撞的次數 2hih2 i2 1 結論 有氣體參加的反應 四 壓強對化學反應速率的影響 增大壓強 就是增加單位體積內反應物的物質的量 即增大濃度 因而增大化學反應速率 對全是固體或者溶液中的反應 增大壓強 對濃度改變無多大影響 因而不改變化學反應速率 其他條件不變 增大壓強 體積減小 濃度增加 單位體積內活化分子數增加 增大化學反應速率 有效碰撞次數增多 2 原因 但是當壓強增大為原來的2倍時 體積縮小到原來的一半 單位體積內分子數增加到原來的2倍 即單位體積內活化分子數增加 活化分子的百分數并沒有改變 有效碰撞的次數增加 溫度不變 催化劑不變時 改變壓強對改變分子內能無多大影響 五 溫度對化學反應速率的影響 1 實驗設計 在兩支放有少量caco3的試管里 分別加入10ml1mol lhcl和10ml0 1mol lhcl 觀察實驗現象 上述實驗中將10ml0 1mol lhcl的試管加熱 觀察反應速率的變化情況 2 結論 當其他條件不變時 增加反應物溫度化學反應速率增大 降低反應物溫度 化學反應速率減小 反應物溫度每升高100c 化學反應速率增大為原來的2 4倍 3 原因 主要 濃度一定時 升高溫度 反應物分子的能量增加 使一部分原來能量較低的分子變為活化分子 從而增加了反應物分子中活化分子的百分數 使有效碰撞次數增多化學反應速率加快 次要 升高溫度 分子運動速度加快 單位時間內分子間的碰撞次數增加 化學反應速率也會加快 例1 反應溫度每升高100c度 化學反應速率變為原來的3倍 現在200c進行徹底的反應耗時間54min 如果改在500c時進行此反應 耗時多少可以反應完全 單位體積內活化分子的百分數增加 有效碰撞次數增多 增大化學反應速率 其他條件不變 增加反應溫度 v 50 v 20 27 t 54 27 2min 1 實驗 六