化學反應速率

 　　[內容綜述]

　　化學反應速率的表達式

　　單位mol/L·s或min(或其它時間單位)

　　影響化學反應速率的因素

　　內因：反應物質的本性

　　外因：濃度、溫度、壓強、催化劑、其他

　　(一)對化學反應速率的理解

　　影響化學反應速率的因素是：反應物的本質、接觸面積大小、反應物濃度、溫度、催化劑。

　　化學反應可以通過被稱做反應途徑或反應歷程的一系列簡單步驟而發生。化學家常用碰撞理論來幫助闡明他們對反應過程的觀察結果。根據碰撞理論，要發生反應，反應微粒必須發生碰撞，而且這些碰撞必須引起微粒間的相互作用。發生有效碰撞所需的最小能量是這個反應的活化能。如果碰撞具有足夠的能量，而且碰撞分子的取向合適，就會形成一種可在短時間內存在的活化絡合物。這是一種分子絡合物，它的化學鍵正在斷裂和形成。

　　把反應速率和反應物濃度聯系起來的方程叫做反應的速率定律。

　　某反應的速率定律就是該反應途徑中最慢步驟的速率定律。這個最慢步驟是該反應的定速步驟。反應的速率定律必須由實驗測定。它不能根據總反應的配平的方程式寫出。

　　(二)外界條件對化學反應速率的影響

　　1、溫度對于可逆反應而言對正逆反應影響是一致的，只不過變化幅度不同。

　　例如：N2O4 2NO2 升溫對N2O4的分解速率及NO2的結合速率均增大，但N2O4的分解速率比NO2的結合速率增大的幅度大。

　　2、非可逆反應減少生成物對正反應的反應速率無影響

　　例如：碳酸鈣與鹽酸反應，減少氯化鈣對生成二氧化碳的速率無影響

　　3、多個因素影響反應速率變化要看主要因素

　　例如：由圖象可知氫氣的生成速率隨時間先由慢到快，然后又由快到慢。反應體系中硫酸所提供的氫離子濃度是由高到低，若氫氣的生成速率由其決定速率的變化趨勢也應由快到慢，反應前半程的原因只能是溫度所致，鋅與硫酸反應時放熱，體系溫度逐漸升高，溫度對反應速率的影響占主導地位，一定時間后，硫酸的濃度下降占據主導地位，因而氫氣的生成速率隨時間先由慢到快，然后又由快到慢。

　　[要點講解]

　　一、掌握化學反應方程式的系數與用各物質表達的化學反應速率的關系

　　例：1、已知：4NH3+5O2=4NO+6H2O，若反應速率分別用VNH3、VO2、VNO、VH2O[mol·L-1·min-1]表示，則關系正確的是

　　A、4VNH3=5VO2 B、5VO2=6VH2O C、3VNH3=2 VH2O D、4VO2=5VNO

　　分析：化學反應方程式的系數與用分別各物質表達的化學反應速率成正比。

　　答案;A、B

　　例：2、某溫度時，濃度都是1mol·L-1的兩種氣體，X2、Y2在密閉容器中反應生成氣體Z，達到平衡時[X2]為0.4 mol·L-1、[Y2]為0.8 mol·L-1生成[Z]為 0.4 mol·L-1。則該反應的反應式是

　　A、X2+2Y2=2XY2 B、2 X2+ Y2=2 X2Y C、3X2+Y2=2X3Y D、X2+3Y2=2XY3

　　分析：根據化學反應方程式的系數與用分別各物質表達的化學反應速率成正比的關系，只需分別計算出統一時間內用各物質表達的化學反應速率，然后進行比較。

　　答案：A、B

　　例3、在一定條件下，反應N2+3H2=2NH3，在2L密閉容器中進行，5min內氨的質量增加了1.7g，則反應速率為

　　A、VH2=0.03mol/(L·min) B、VN2=0.02mol/(L·min)

　　C、VNH3=0.17g/(L·min) D、VNH3=0.01mol/(L·min)

　　分析：根據題目可知VNH3=0.01mol/(L·min)，根據反應系數與化學反應速率的關系可求出VH2=0.03mol/(L·min) 。

　　答案：A、B

　　二、掌握影響反應速率變化的因素

　　例4、下列體系加壓后，對化學反應速率沒有影響的是

　　A、2SO2+O2 =2SO3 B、CO+H2O(氣)= CO2+H2

　　C、CO2+H2O =H2CO3 D、OH-+H+=H2O

　　分析：壓強對沒有氣體參加的反應無影響，B選項有氣體參加反應加壓后平衡不移動，但化學反應速率加大只不過增加的幅度相同。

　　答案：D

　　三、了解速率常數、反應級數和速率方程的有關知識

　　例5、制備光氣的反應按下式進行：

　　CO+Cl2==COCl2

　　試驗測得下列數據

　　初濃度(mol× L-1)

　　CO 　　 Cl2　初速度mol×l×s

　　10.1000.1001.2×10-2

　　20.1000.0504.26×10-3

　　30.050 0.100 6.0×10-3

　　40.0500.0502.13×10-3

　　求反應的速率常數、反應級數和速率方程。

　　[分析]設速率方程為v=kCm(CO)× Cn(Cl2)。m、n的求算可分別保持CO、Cl2的濃度不變，在通過的對應濃度和速率而求得。求得m、n后帶入具體數據即可的k，速率方程的具體表達式也就求得了。

　　解：(1)求反應級數

　　反應速率方程為v=kCm(CO)× Cn(Cl2)。首先保持CO的濃度不變，而使Cl2的濃度改變，用實驗1、2的數據列出

　　v1=kCm(CO)× C(Cl2) ①

　　v2=kCm(CO)× C(Cl2) ②

　　①式÷②式并通過對數運算解得 n=1.5

　　同理解得 m=1

　　故反應級數為2.5。

　　(2)求反應速率常數將1～4組數據中的如何一組代入v=kC(CO)× C1.5(Cl2)

　　解得 k=3.8(Lmol)1.5s-1

　　(3)求速率方程

　　該反應的速率方程為：v=kC(CO)× C1.5(Cl2)

　　例6、338K時N2O5氣相分解的速率常數為0.29min-1，活化能為103.3kj.mol-1求353K時的速率常數k及半衰期t1/2。

　　分析：由阿累尼烏斯公式lnk1/k2=Ea/R(1/T1-1/T2)可求得353K時的速率常數k。另外，由速率常數的單位為min-1，可知該反應為一級反應，代入一級反應的半衰期公式t1/2=0.693/k可求得353K溫度下的半衰期。

　　解：(1) 求353K時的速率常數

　　T1=338K、T2=353K、k1=0.292min-1、Ea=103.3kj.mol-1

　　根據公式代入實驗值，解得 k2=1.392min-1

　　(2)求反應半衰期t1/2

　　根據公式t1/2=0.693/k代入k2=1.392min-1，解得 t1/2=0.4978min

　　通過上述題目可知化學實驗設計中要注意條件控制，意識到當所能影響觀察的條件都在控制之下的觀察才是最有效的，在未來的實驗設計過程能思維嚴謹，在未來的高考中以及實踐活動中處理問題的能力得以提高。

　　[能力訓練]

　　1、4NH3+5O2 4NO+6H2O

　　反應在5L的密閉容器中進行，半分鐘后，NO物質的量增加了0.3mol，則此反應的平均速率為

　　A、VO2=0.01mol/L×s B、VNO=0.008 mol/L×s

　　C、VH2O=0.003 mol/L×s D、VNH3=0.002 mol/L×s

　　2、把0.6molX氣體和0.4molY氣體混合2L于容器中使它們發生如下反應，

　　3X(氣)+Y(氣)nZ(氣)+2W(氣)

　　5min末已生成0.2molW，若測知以Z濃度變化來表示的反應平均速率為0.01mol/L× min，則

　　(1)上述反應中Z氣體的反應方程式系數n的值是

　　A、1 B、2 C、3 D、4

　　(2)上述反應在5分鐘末時,已消耗的Y值占原來的分數是

　　A、20% B、25% C、33% D、50%

　　3、A和B反應生成C，假定反應由A、B開始，它們的起始濃度均為1mol/L。反應進行2min后A的濃度為0.8mol/L，B的濃度為0.6mol/L，C的濃度為0.6mol/L。則2min內反應的平均速率VA=_________，VB=__________，VC=___________。該反應的化學反應方程式為____________________________________________________

　　4、工業上制取Na2S2O3，用Na2SO3和硫粉在水溶液中加熱反應而得到。但在混合前，一般先用少許乙醇浸潤，其原因是什么?

　　5、分解反應的速率常數和溫度的關系見下表。按下表計算此分解反應的活化能是多少?

　　T/KK/s-1

　　3184.98×10-4

　　3281.60×10-3

　　3384.87×10-3

　　【答案及提示】

　　1、C、D

　　2、(1)A (2) B

　　3、VA=0.1mol× L-1× min-1，VB=0.2mol× L-1× min-1，VC=0.3mol× L-1× min-1;

　　化學反應方程式為A+2B=3C。

　　4、硫不溶于水，很難與Na2SO3溶液接觸而反應，當用乙醇浸潤后，因乙醇易溶于水，增加了硫粉與水的接觸面積，從而提高了反應速率。增加了Na2S2O3的日產量。

　　5、101.2kjmol-1